地下水化学类型的舒卡列夫分类法

基于主成分聚类分析的地下水化学分类方法孟奇;周金龙;贾瑞亮;曾妍妍【摘要】According to the determination result of seven chemical indexes including K﹢,Na﹢,Ca2﹢,Mg2﹢,SO4 2-, Cl- and HCO3 - of 20 groups of confined groundwater samples in Hanshuiquan region of Balikun Countyin Xinjiang ,Shkalev classification is applied to classification of hydrochemical types. Results show that the difference among the same type of sam-ples is relative greater and the difference among differenttype of samples is relative smaller which is probably due to certain ar-tificial factors of Shkalev classification which can lead to the inaccuracy of classification results. Therefore,principal compo-nent cluster analysis is applied to classification of hydrochemical types instead of Shkalev classification. Using principal com-ponent analysis with SPSS software,two principal components were extracted in our study. The 20 groups of samples were di-vided into six categories according to the principal components scores which are regarded as the metric of cluster analysis. The principal component cluster analysis eliminates the correlation between variables and makes the results more objective and rea-sonable.%根据新疆巴里坤县汉水泉地区20 组承压水水样的K﹢、Na﹢、Ca2﹢、Mg2﹢、SO4 2-、Cl-和 HCO3 -等7个化学指标检测数据,采用舒卡列夫分类法进行地下水水化学类型分类.结果显示,部分同类型之间组分含量差异较大而不同类之间组分含量差异较小,分析认为是舒卡列夫分类法划分界限人为性太强导致的.因此,我们采用主成分聚类分析法代替舒卡列夫分类法,对水化学类型进行分类.本文借助SPSS软件进行主成分分析,提取2 个主成分,将主成分得分作为指标进行聚类分析,最终将20 组水样划分为6 类.主成分聚类法通过消除变量之间的相关性使结果更加客观合理.【期刊名称】《地下水》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】4页(P5-8)【关键词】主成分分析;聚类分析;地下水化学分类【作者】孟奇;周金龙;贾瑞亮;曾妍妍【作者单位】新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐 830052;新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐 830052;新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐 830052;新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐830052【正文语种】中文【中图分类】P641.13正确合理地划分地下水化学类型有助于分析地下水化学特征及其成因。

•地下水的化学特征•地下水化学成分的形成作用•地下水化学成分的基本成因类型•地下水化学成分的分析内容与分类图示1、地下水中主要气体成分氧、氮、硫化氢、二氧化碳2、地下水中气体成分及其反映的地球化学环境（1）地下水中溶解氧含量越多，说明其所处的地球化学环境愈有利于氧化作用进行；（2）氮气的单独存在，常可说明地下水起源于大气并处于还原环境；（3）硫化氢的出现说明地下水处于缺氧的还原环境；（4）地下水中二氧化碳愈多，其溶解碳酸盐类的能力以及对结晶岩类进行风化作用的能力愈强。

1、地下水中主要离子成分氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子2、离子成分与矿化度的变化（1）矿化度发生变化，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。

低矿化度水中常以碳酸根离子、钙离子与镁离子为主；（2）高矿化水则以氯离子与钠离子为主；（3）中等矿化水中，阴离子常以硫酸根离子为主，主要阳离子可以是钠离子，也可以是钙离子。

1、微量成分Br、I、B、Sr、Ba等；2、胶体Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及有机质胶体；3、微生物（如硫细菌、脱氧细菌等）；4、物理性质（如温度、透明度、颜色、放射性等）。

1、地下水的总矿化度（g/L）地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量成为总矿化度；2、库尔洛夫式1、溶滤作用：在水与岩土相互作用下，岩土中的一部分物质转入地下水中，即为溶滤作用；溶滤作用结晶作用2、影响溶滤作用强度的因素（1）组成岩土的矿物盐类的溶解度；（2）岩土的空隙特征；（3）水的溶解能力；（4）水中二氧化碳、氧气等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。

水中二氧化碳含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强，氧气的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈强；（5）水的流动状况。

3、溶滤作用在时间上的阶段性（1）溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。

（2）首先易溶物质如氯化物由岩层转入水中，成为地下水中主要化学成分，并被水流带走而逐渐贫化；然后相对易溶物质如硫酸盐溶入水中，成为地下水的主要成分；随着溶滤作用的长期持续，岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐和硅酸盐，地下水的化学成分也就以碳酸盐和硅酸盐为主。

舒卡列夫水化学分类
舒卡列夫水化学分类是基于水的化学性质和组成成分对水的分类。

根据舒卡列夫水化学分类，水可以分为以下几类：
1. 硬水：含有大量钙、镁等金属离子的水，会导致管道的堵塞和水垢的形成。

2. 软水：相对于硬水，含有较少钙、镁等金属离子的水。

3. 中性水：不含有任何碱性或酸性成分的纯净水。

4. 酸性水：含有过多的酸性离子，如硫酸根离子、硝酸根离子等，会导致水的腐蚀性增加。

5. 碱性水：含有过多的碱性离子，如氢氧化钠、氢氧化钾等，会导致水的腐蚀性降低。

6. 氧化性水：含有过多的氧分子，如臭氧、过氧化氢等，会导致水的氧化性增加，影响水的质量和安全。

2020.525科技论坛济宁市地下水水质评价及水化学类型分布徐银凤　孔　舒　梁斐斐　胡　星　李晓霜（山东省济宁市水文局　济宁　271000）【摘　要】依据《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）对济宁市浅层地下水水质状况进行了评价，并采用舒卡列夫分类法分析了济宁市的地下水水化学类型分布情况，为济宁市地下水合理利用和地下水保护提供了依据。

【关键词】地下水　水质评价　水化学类型1　研究区概况济宁市地处鲁西南黄泛平原与鲁南泰沂山低山丘陵衔接地带，地形主要为平原洼地和低山丘陵，地势东高西低，地貌比较复杂。

地下水根据其埋藏条件、水力特征以及与地表水、降水的关系，可划分为浅层地下水和深层地下水。

其中浅层地下水赋存于地下 50m 以内的全新世、晚更新世地层中，与降水和地表水有较密切的关系。

根据济宁市地下水监测资料，浅层地下水水位埋深一般在 4~12m，地下水位年际变化不大，年内水位高值一般出现降水量较大的 7~9 月，而降水量较少的12月~次年3 月，地下水水位相对较低，年内水位变幅在 1m 以内。

大气降水和地表径流下渗是浅层地下水的主要补给来源，其他补给来源还包括区内农田灌溉回渗等；蒸发、农业用水开采则是其主要的排泄途径。

2　地下水水质评价2.1评价方法评价标准采用《地下水质量标准》（GB/T14848-2017），评价指标选取其中感官性状及一般化学指标，包括：pH、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、挥发酚、阴离子表面活性剂、耗氧量、氨氮、硫化物、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氰化物、氟化物、汞、砷、硒、镉、铬（六价）等23项。

以济宁市水环境监测中心的地下水检测资料为基础，采用单指标评价法进行评价：即按指标值所在的限制范围确定地下水质量类别，指标限制相同时，从优不从劣。

进行单因子水质类别评价，按照单因子指标评价最差的类别确定水质监测断面的评价类别。

评价结果表述为Ⅰ类~Ⅴ类：Ⅰ类：地下水化学组分含量低，适用于各种用途；Ⅱ类：地下水化学组分含量较低，适用于各种用途；Ⅲ类：地下水化学组分含量中等，主要适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水；Ⅳ类：地下水化学组分含量较高，适用于农业和部分工业用水，适当处理后可作为生活饮用水；Ⅴ类：地下水化学组分含量高，不宜作为生活饮用水水源，其他用水可根据使用目的选用。