Assessment by multivariate analysis of groundwater–surface water interactions in the Coal-mining Exploring District, China

Abstract

This paper applies for cluster analysis and factor analysis theory to statistically analyze environmental isotope (δ18O,δ2H, 3H, 14C) and water chemistry (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3, SO42, Cl-) test data from different water bodies in the coal-mining exploring district. The result shows that groundwater can be clustered into four categories, namely GA, GB, GC and GD classes. Deep karst groundwater and spring were grouped into GA class, and the contour map of the second-factor scores shows that karst water and spring of the GA group is in the same area, indicating the same recharging source from the northern mountainous area. Deep fissure water was clustered into GC class with the lowest second-factor scores, and cation exchange plays a central role, then did not detect tritium with 14C of lower levels, indicating the late Pleistocene rainfall recharging. Shallow pore water and surface water were clustered into GB class with the high third factors scores, indicating surface water leakage recharging. The water samples of GD class have the highest three factors score, pointing out that the shallow pore water and surface water were polluted. The results of this study provide a scientific basis for assessing groundwater circulation mechanism in the coal-mining exploring district. Evaluación de las Interacciones entre Agua Super cial y Agua Subterránea a Través del Análisis Multivariante en el Distrito de Exploración Carbonífera en China ResumenEste estudio utiliza la teoría del análisis de grupos y del análisis factorial para examinar estadísticamente la información de pruebas al isótopo ambiental (δ18O, δ2H, 3H, 14C) y a la química del agua (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, SO42-, Cl-) en diferentes cuerpos de agua en el distrito de exploración carbonífera. El resultado muestra que el agua subterránea puede ser agrupada en cuatro categorías, nombradas Clase GA, Clase GB, Clase GC y Clase GD. El agua subterránea del karst profundo y el agua de manantial fueron agrupadas en la Clase GA; el mapa topográfico de los marcadores de segundo factor muestra que el agua del karst y el agua de manantial del grupo GA se encuentran en la misma área, lo que indica que tienen la misma fuente de recarga, en la región montañosa al norte del distrito. El agua de las suras profundas fue agrupada en la Clase GC con los marcadores más bajos de segundo factor y donde el intercambio de cationes es determinante; no se detectó tritio con los bajos niveles de 14C, lo que indica una recarga por lluvia en el Pleistoceno tardío. El agua poco profunda y el agua superficial fueron agrupadas en la Clase GB, con los mayores marcadores de tercer factor, lo que indica una recarga por vertido superficial. Las muestras de agua de la Clase GD tienen los mayores marcadores de los tres factores, lo que señala que las aguas poco profundas y las superficiales están contaminadas. Los resultados de este estudio proveen una base científica para la evaluación del mecanismo de circulación del agua subterránea en el distrito de exploración carbonífera.