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济南市城区泉水离子成分变化特征与回归分析

杨青 王兆军 唐厚全 田勇

杨青,王兆军,唐厚全,等.济南市城区泉水离子成分变化特征与回归分析[J].环境工程技术学报,2022,12(1):46-54 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210165
引用本文: 杨青,王兆军,唐厚全,等.济南市城区泉水离子成分变化特征与回归分析[J].环境工程技术学报,2022,12(1):46-54 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210165
YANG Q,WANG Z J,TANG H Q,et al.Ionic composition variation characteristics and regression analysis of spring water in Jinan City[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(1):46-54 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210165
Citation: YANG Q,WANG Z J,TANG H Q,et al.Ionic composition variation characteristics and regression analysis of spring water in Jinan City[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(1):46-54 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210165

济南市城区泉水离子成分变化特征与回归分析

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210165
详细信息
    作者简介:

    杨青(1987—),女,工程师,硕士,主要从事水环境监测和水环境管理研究,shiyan20110427@sina.com

  • 中图分类号: X524

Ionic composition variation characteristics and regression analysis of spring water in Jinan City

  • 摘要: 以济南市城区泉水SO4 2−、NO3 、Cl为研究对象,从降水、补源、人类活动3个维度选取影响因子,研究影响因子与3种离子浓度的相关性;以通径分析判定影响因子的直接作用和间接作用,通过计算决策系数判定影响因子对离子浓度变化的作用大小和方向;通过建立的回归方程预测泉水NO3 浓度和环境可承载的废水排放总量。结果表明:2008—2019年,城区泉水SO4 2−、Cl、NO3 浓度均呈上升趋势,SO4 2−和Cl浓度为显著上升(P<0.01)。废水排放总量与SO4 2−、Cl浓度呈显著正相关(P<0.01,P<0.05),相关系数分别为0.811和0.577;补源水库H+浓度与NO3 浓度呈显著正相关(P<0.05),相关系数为0.692。各影响因子中,对泉水SO4 2−、NO3 、Cl浓度直接作用最大的均为废水排放总量。废水排放总量在SO4 2−、Cl浓度变化过程中起增进作用;水库H+浓度、降水量、废水排放总量在泉水NO3 浓度变化过程中起增进作用,水库H+浓度为主要决策变量。通过方程预测2020年泉水NO3 浓度为8.42 mg/L,满足GB/T 14818—2017《地下水质量标准》Ⅲ类标准。如将泉水NO3 浓度保持在10 mg/L以下,废水排放总量应控制在6.324×109 m3以内。

     

  • 图  1  研究区测点分布

    Figure  1.  Location of monitoring sites in research area

    图  2  2008—2019年离子浓度变化趋势

    Figure  2.  Variation trend of ion concentration from 2008 to 2019

    表  1  研究选取的影响因子

    Table  1.   Influence factors selected in the research

    影响因子 泉水SO4 2−浓度 泉水NO3浓度 泉水Cl浓度
    降水 降水量
    降水SO4 2−浓度
    降水NO3 浓度
    降水Cl浓度
    补源 水库H+浓度
    水库SO4 2−浓度
    水库NO3 浓度
    水库Cl浓度
    人类活动 废水排放总量
    SO2排放总量
    NOx排放总量
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    表  2  2008—2019年泉水离子浓度测定结果

    Table  2.   Measurement results of ion concentrations in spring water from 2008 to 2019 mg/L

    项目 SO4 2− NO3 Cl
    均值 76.65 8.31 46.44
    最小值 62.10 6.85 37.50
    最大值 96.01 10.26 64.06
    Ⅰ类标准 ≤50 ≤2.0 ≤50
    Ⅱ类标准 ≤150 ≤5.0 ≤150
    Ⅲ类标准 ≤250 ≤20.0 ≤250
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    表  3  2008—2019年降水、补源、人类活动指标结果

    Table  3.   Index results of precipitation, source supplement and human activities from 2008 to 2019

    项目 降水 补源 人类活动
    降水量/
    mm
    SO4 2−浓度/
    (mg/L)
    NO3 浓度/
    (mg/L)
    Cl浓度/
    (mg/L)
    H+浓度/
    (10−6mg/L)
    SO4 2−浓度/
    (mg/L)
    NO3 浓度/
    (mg/L)
    Cl浓度/
    (mg/L)
    废水排放总量/
    109 m3
    SO2排放总量/
    104 t
    NOx排放总量/
    104 t
    均值 684.29 15.89 8.89 3.40 6.04 109.95 5.21 33.40 3.44 7.81 8.16
    最小值 520.50 10.00 4.10 0.86 3.01 89.22 2.53 22.32 2.40 1.14 2.33
    最大值 880.00 27.75 14.33 7.62 12.7 152.42 11.43 67.90 4.20 12.06 11.68
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    表  4  Spearman相关系数计算结果

    Table  4.   Calculation results of Spearman correlation coefficient

    项目 年份 泉水SO4 2−浓度 泉水NO3 浓度 泉水Cl浓度
    年份 1.000
    泉水SO4 2−浓度 0.825** 1.000
    泉水NO3 浓度 0.252 0.364 1.000
    泉水Cl浓度 0.797** 0.867** 0.042 1.000
      注:**表示在置信度(双测)为 0.01 时,显著相关;*表示在置信度(双测)为 0.05 时,显著相关。全文同。
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    表  5  影响因子与泉水 SO4 2−浓度相关性分析结果

    Table  5.   Correlation analysis results of influence factors and SO4 2− concentration in spring water

     项目 泉水SO4 2−浓度 降水量 降水SO4 2−浓度 水库H+浓度 水库SO4 2−浓度 废水排放总量 SO2排放总量
    泉水SO4 2−浓度 1.000
    降水量 −0.011 1.000
    降水SO4 2−浓度 −0.269 −0.076 1.000
    水库H+浓度 −0.198 −0.477 0.385 1.000
    水库SO4 2−浓度 0.514 0.570 −0.185 −0.438 1.000
    废水排放总量 0.811** 0.195 0.073 −0.011 0.580* 1.000
    SO2排放总量 −0.383 −0.317 0.630* 0.597* −0.466 −0.350 1.000
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    表  6  影响因子与泉水NO3 浓度相关性分析结果

    Table  6.   Correlation analysis results of influence factors and NO3 concentration in spring water

    项目 泉水NO3 浓度 降水量 降水NO3 浓度 水库H+浓度 水库NO3 浓度 废水排放总量 NOx排放总量
    泉水NO3 浓度 1.000
    降水量 −0.570 1.000
    降水NO3 浓度 0.486 −0.018 1.000
    水库H+浓度 0.692* −0.477 0.067 1.000
    水库NO3 浓度 −0.243 0.086 −0.332 −0.091 1.000
    废水排放总量 0.483 0.195 0.746** −0.011 −0.363 1.000
    NOx排放总量 0.111 0.012 −0.240 0.493 0.116 −0.301 1.000
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    表  7  影响因子与泉水Cl浓度相关性分析结果

    Table  7.   Correlation analysis results of influence factors and Cl concentration in spring water

    项目  泉水Cl浓度 降水量 降水Cl浓度 水库H+浓度 水库Cl浓度 废水排放总量
    泉水Cl浓度 1.000
    降水量 0.062 1.000
    降水Cl浓度 0.109 0.444 1.000
    水库H+浓度 −0.473 −0.477 −0.466 1.000
    水库Cl浓度 0.205 0.594* 0.543 −0.494 1.000
    废水排放总量 0.577* 0.195 0.445 −0.011 0.345 1.000
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    表  8  各影响因子与泉水离子浓度通径分析结果

    Table  8.   Results of path analysis between influence factors and ion concentration in spring water

    泉水
    离子浓度
    影响因子 Pearson相关系数 直接通径系数 间接通径系数 决策系数
    降水量 水库H+浓度 废水排放总量 合计
    SO4 2− 废水排放总量 0.811 0.811 0.657
    Cl 废水排放总量 0.577 0.577 0.333
    NO3 降水量 −0.570 −0.452 −0.230 0.112 −0.118 0.311
    水库H+浓度 0.692 0.482 0.216 −0.006 0.210 0.435
    废水排放总量 0.483 0.577 −0.088 −0.005 −0.093 0.224
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    表  9  各影响因子与泉水离子浓度多元回归分析结果

    Table  9.   Multiple regression analysis results of influence factors and ion concentration in spring water

    泉水离子 方程 项目 系数 P 拟合度R2
    SO4 2− 1 常量 28.376 0.030 0.657
    废水排放总量 14.020 0.001
    Cl 1 常量 23.228 0.052 0.333
    废水排放总量 6.741 0.049
    NO3 1 常量 6.877 0.000 0.479
    水库H+浓度 237041.035 0.013
    2 常量 4.427 0.001 0.720
    水库H+浓度 238951.513 0.003
    废水排放总量 0.708 0.021
    3 常量 6.884 0.000 0.870
    水库H+浓度 165292.914 0.011
    废水排放总量 0.832 0.002
    降水量 −0.004 0.016
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    表  10  配对t检验结果

    Table  10.   Result of paired t test

    污染物 预测值 实测值 t P
    2005年 2006年 2007年 2005年 2006年 2007年
    SO4 2− 60.06 61.46 62.30 47.31 52.20 52.15 −10.249 0.009
    NO3 5.74 7.65 7.77 6.80 7.64 6.80 0.043 0.970
    Cl 38.46 39.14 39.54 22.16 30.25 32.99 −3.599 0.069
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  • 收稿日期:  2021-05-07

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