基于PCA-SOM的北京市平谷区地下水污染溯源

作者：林斯杰; 齐永强; 杨梦曦; 杨庆; 杨梦凡; 刘毅; 胡清^*

来源：环境科学研究, 2020, 33(06): 1337-1344.

DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2020.05.28

• 自组织映射(SOM)
• 地下水污染溯源
• 主成分分析法(PCA)

为了解北京市平谷区地下水污染物来源,以平谷区2010—2018年监测数据为基础,使用PCA (主成分分析法)识别了地下水水质指标因子,使用自组织映射识别了污染物的空间分布.结果表明:通过监测指标间的Pearson检验发现,平谷区地下水电导率与ρ(Ca2+)(p=0. 936)、总碱度与ρ(HCO32-)(p=0. 981)、ρ(Mg2+)与总硬度(p=0. 944)指标之间显著相关.地下水化学类型主要以HCO3-Ca型为主,其次为HCO3-Mg型.NH4+、SO42-、Cd、Fe(Ⅱ)、NO2指标空间分布离散性和差异性较大,存在局部富集现象.通过因子分析法筛选出影响平谷区地下水水质的8个公因子,首要影响因子为溶滤-富集作用(贡献率为22. 398%),次要影响因子为农业、养殖业和填埋场等人为活动作用(贡献率为16. 533%),雨水下渗作用(贡献率为8. 035%)、工业源人为活动(贡献率为7. 466%)对地下水也有一定影响.通过比较各指标的SOM (Self-Organizing Map,自组织映射)特征图像和监测井映射特征图像,发现NH4+受山前地带林业、种植业和平原地带农业、养殖业的双重影响,Na+、Mn受平原地带人为活动的影响;同时,NH4+、NO3-、NO2三者之间及Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)之间来源不同,Cd、Al、氰化物三者具有同一来源.研究显示,PCA-SOM (PCA与SOM相结合)可以对地下水化学组分来源进行定性识别与定量分析.

• 单位
  清华大学; 南方科技大学; 环境科学与工程学院