一种地下水氯代烃污染源解析方法与流程

本发明涉及一种地下水氯代烃污染源解析方法，属于地下水科学与工程领域。

背景技术：

自20世纪以来，对污染物进行源解析主要运用模型来进行定性分析和定量计算，而定量的计算模型又包括以污染物为对象的扩散模型和以污染区域为对象的受体模型。随着人类对水环境的不断重视，扩散模型在很多方面已经不能达到要求，受体模型由于其更加简便、解析结果更加准确而逐渐取代了扩散模型。

用于定量计算的受体模型主要包括cmb模型和多元统计模型。cmb模型需要准确的研究区排放源成分谱，技术难度高。源解析结果受较多因素的影响，使用单一的多元统计模型进行源解析得到的结果往往比较局限，解析结果不准确。

技术实现要素：

本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种地下水氯代烃污染源解析方法，本发明提供了一种操作性强、准确性高确的地下水氯代烃污染源解析的方法，将gis技术与多元统计模型结合，利用gis技术生成各污染源分布图，使污染源分布可视化，从而更好地确定污染源的分布格局。

一种地下水氯代烃污染源解析方法，包括如下步骤：

(1)调查氯代烃污染源，污染区域分类；

(2)在步骤(1)所分类的区域内设置采样点，现场采集水样并分析氯代烃数据；

(3)利用arcgis根据步骤(2)获得的数据绘制研究区域内氯代烃污染浓度分布图，分析分布特征，通过结合不同类型污染企业在研究区域内的分布情况，分析污染物的出现与各污染企业的关系，获得污染源分类；

(4)利用主成分分析法按照步骤(3)的污染源分类，对步骤(2)中获得的氯代烃数据进行源解析，获得不同氯代烃污染源的解析情况a；

(5)利用unmix模型按照步骤(3)的污染源分类，对步骤(2)中获得的氯代烃数据进行源解析，获得不同氯代烃污染源的解析情况b；

(6)对比步骤(4)获得解析情况a和步骤(5)获得的解析情况b，获得准确的污染物的源类型以及影响因素。

进一步的，上述步骤(2)中所述的采样点布设在不同水文地质区域，所述不同水文地质区域指不同企业所在区域的地下水或企业废水排放口下游。

进一步的，上述步骤(4)所述的主成分分析法包括如下步骤：

s1数据标准化；

s2计算相关系数矩阵r进行适应性检验；

s3计算载荷矩阵；

s4利用主成分分析法选择主因子，利用方差最大旋转法对载荷矩阵进行因子旋转，得到因子的方差解释率和特征值，确定污染源类型；

s5计算因子得分确定研究区内的污染情况，综合因子得分计算公式为：

fj＝uj1xj1+uj2xj2+...+ujpxjp

式中：fj为每个采样点上的综合因子得分；ujp为因子的方差贡献率；xjp为因子得分；j＝1，2，...，m，m为在污染区域所采集样本个数；p＝1，2，...，n，n为因子分析所提取的公因子的个数；

s6计算各污染源对整个污染的贡献率，计算公式如下：

tk(％)＝100×(bk/∑bk)

式中：tk(％)为污染源k的百分比贡献率；bk为回归方程中污染源k的回归系数。

进一步的，上述步骤(5)中所述的unmix模型的计算公式为：

其中，cij代表第i个样品(i＝1,2...n)中第j个物种(j＝1,2...,n)的浓度大小；fjk代表第j个物种在源k(k＝1,2...,m)中的质量分数，也就是代表源的组成；sik代表源k在第i个样品中的总量，也就是代表源的贡献率大小；e代表各个源组成的标准偏差。

有益效果：

(1)将gis技术与多元统计模型结合，利用gis技术生成污染源分布图，使污染源分布可视化，从而更好地确定污染源的分布格局。

(2)运用两种多元统计方法对同一种数据进行解析，通过解析结果的比较分析，加强不同模型解析结果的相同部分，辨别结论的不同之处，从而克服对模型的解析能力没有统一的评判标准的缺陷，分析得出的造成污染的原因更全面，提高源解析结果的准确性与可靠性。

附图说明

图1地下水氯代烃污染浓度分布图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部，本发明不受下述实施例的限制。

一种地下水氯代烃污染源解析方法，包括以下步骤，

(1)调查研究区域内对受体氯代烃有贡献的污染源及其污染历史，根据企业的生产资料以及经营范围，对研究区的企业进行初步分类。

(2)现场采样并分析数据，利用arcgis绘制如图1所示研究区域氯代烃的污染浓度分布图，分析其分布特征。采样点应在不同水文地质区域进行布设；对不同企业所在的区域进行地下水采样；在企业废水排放口下游布设采样点。

此次对研究区40个岩溶水监测点水样13种氯代烃(三氯甲烷、四氯化碳、1,2,3-三氯丙烷、1,2-二氯乙烷、1,1-二氯乙烯、顺1,2-二氯乙烯、反1,2-二氯乙烯、二氯甲烷、1,2-二氯丙烷、1,1,1-三氯乙烷、氯苯、四氯乙烯、1,2-二氯丙烷)进行了统计，统计结果显示，四氯化碳污染浓度检出率最高，达到25.5μg/l。

根据检测数据，利用arcgis绘制研究区域氯代烃的污染浓度分布图，分析其分布特征；

(3)利用主成分分析法和方差最大旋转法对地下水中氯代烃的污染源进行定性分析，确定研究区污染源类型及污染源对研究区地下水氯代烃贡献率。

计算因子得分确定研究区内的污染情况，综合因子得分计算公式为：

fj＝uj1xj1+uj2xj2+...+ujpxjp

式中：fj为每个采样点上的综合因子得分；ujp为因子的方差贡献率；xjp为因子得分；j＝1，2，...，m，m为在污染区域所采集样本个数；p＝1，2，...，n，n为因子分析所提取的公因子的个数；

表1主成分分析法结果

计算各污染源对整个污染的贡献率，计算公式如下：

tk(％)＝100×(bk/∑bk)

式中：tk(％)为污染源k的百分比贡献率；bk为回归方程中污染源k的回归系数。

(4)利用unmix模型对同一组地下水氯代烃数据进行解析，确定研究区污染源类型及污染源对研究区地下水氯代烃贡献率。

unmix模型的计算公式为：

其中，cij代表第i个样品(i＝1,2...n)中第j个物种(j＝1,2...,n)的浓度大小；fjk代表第j个物种在源k(k＝1,2...,m)中的质量分数，也就是代表源的组成；sik代表源k在第i个样品中的总量，也就是代表源的贡献率大小；e代表各个源组成的标准偏差。

二、结果与分析

(1)利用arcgis绘制如图1所示研究区域氯代烃的污染浓度分布图，表明其分布特征。

(2)利用主成分分析法和方差最大旋转法对地下水中氯代烃的污染源进行定性分析，确定研究区污染源主要分为4类，分别为化工类污染源、机电类污染源、化纤类污染源和农药类污染源；污染源的综合因子得分结果显示研究区中部以及中偏东部地下水受氯代烃污染严重，研究区南部地下水受氯代烃污染较轻，通过多元线性回归法计算得出四类污染源对研究区氯代烃贡献率达94.9％，其中农药类达7.8％，化纤类达13.3％、机电类达25.5％、化工类达48.3％。

(3)利用unmix模型对同一组地下水氯代烃数据进行解析，确定研究区污染源类型及污染源对研究区地下水氯代烃贡献率是化工类(47.6％)、机电类达(26.3％)、化纤类(14.7％)、农药类(15.74％)。

(4)在使用模型进行源解析的过程中，有许多因素可能导致解析结果不够准确，甚至出现错误，但是一种模型，无法准确判断结果的准确性。利用两种模型的解析结果进行对照，两种模型虽然对地下水中氯代烃污染来源贡献率略有差别，但模型均显示研究区地下水中氯代烃主要有4种来源，两种模型一致性良好，表明两种模型的源解析结果正确，加强了源解析结果的准确性。