吳秋珍

(湖北省荊州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，湖北 荊州 434000)

荊州市降水污染特征及變化趨勢(shì)分析

吳秋珍

(湖北省荊州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，湖北 荊州 434000)

酸雨；污染特征；變化趨勢(shì)；荊州市

荊州市地處湖北省中南部，位于江漢平原腹地，也是國(guó)家劃定的“兩控區(qū)”之一，即國(guó)家酸雨控制區(qū)。近年來(lái)荊州市加大了該地大氣污染物排放的控制和治理力度，并且連續(xù)多年堅(jiān)持開(kāi)展了降水監(jiān)測(cè)工作。根據(jù)近14a的降水監(jiān)測(cè)資料，筆者對(duì)荊州市降水污染變化特征及變化趨勢(shì)進(jìn)行分析和探討。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

表1 降水樣品分析方法一覽表

1.2 降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法

pH平均值采用氫離子濃度雨量加權(quán)法，其他離子均值的計(jì)算采用離子濃度雨量加權(quán)法，以降水pHlt;5.6作為判別酸雨的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。酸雨頻率=(酸雨樣本數(shù)/降水樣本數(shù))×100%。

1.3 降水污染類型的研究方法

1.4 變化趨勢(shì)分析方法

變化趨勢(shì)分析采用圖形法和秩相關(guān)系數(shù)法[5]來(lái)衡量。秩相關(guān)系數(shù)rj按下式計(jì)算。

在給出的監(jiān)測(cè)時(shí)間周期(m)內(nèi)，列出按時(shí)間排列的序數(shù)(Xi)和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)從小到大排列的序數(shù)(Yi)，di=Xi-Yi。

采用Daniel趨勢(shì)檢驗(yàn)，使用spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行變化趨勢(shì)分析，將秩相關(guān)系數(shù)rj的絕對(duì)值同spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較。若|rj|gt;Wp則表明變化趨勢(shì)有顯著意義，rj為正值，表明為上升趨勢(shì)，若rj為負(fù)值，表明為下降趨勢(shì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水污染現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)

降水pH用來(lái)表示降水酸度，是降水酸化的一個(gè)重要指標(biāo)。1997～2010年間荊州市降水pH范圍為4.20～7.99(表2)，最小值出現(xiàn)在1997年12月。降水pH年均值范圍為5.33～6.83，其中1999年pH年均值最小。降水pHlt;5.6的年份有1997年和1999年。

表2 1997～2010年降水監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3 1997～2010年降水指標(biāo)秩相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)

注：?jiǎn)蝹?cè)檢驗(yàn)；具顯著性差異(Plt;0.05)；m=14；Wp=0.456

1639個(gè)降水樣品中檢出酸性降水189個(gè)，酸雨出現(xiàn)頻率為11.53%。每年都有酸雨檢出，酸雨pH年均值范圍為4.68～5.48，酸雨頻率范圍為2%～32.4%，2001年酸雨頻率最高，2007年酸雨頻率最低。

由表3可知，荊州市1997～2010年降水pH年均值秩相關(guān)系數(shù)rj=0.521gt;Wp，上升趨勢(shì)顯著。酸雨頻率1997～2001年呈上升趨勢(shì)，2001年達(dá)到最高，2001年到2004年呈下降趨勢(shì)，2004～2010年基本平穩(wěn)(圖1)。其秩相關(guān)系數(shù)rj=-0.745，|rj|gt;Wp，酸雨頻率總體呈下降趨勢(shì)。結(jié)果表明荊州市酸雨污染在逐步減弱。

圖1 1997～2010年荊州市降水pH、酸雨頻率年際變化趨勢(shì)

圖2 1997～2010年荊州市降水pH及酸雨率月變化趨勢(shì)

2.2 降水污染時(shí)間分布特征

2.2.1 降水pH及酸雨頻率月際變化

荊州市降水pH月均值范圍為4.78～7.36，其中1997年12月份降水pH月均值最小。變化趨勢(shì)大體是，每年的11月至次年的2月份降水pH最小，而6、7月降水pH最大。

圖2反映了荊州市1997～2010年降水pH均值及酸雨頻率的月變化情況，pH和酸雨頻率明顯負(fù)相關(guān)，酸雨頻率按月分布1月最高達(dá)到37.66%，12月次之，為26.32%，7月最低為0.64%。

2.2.2 酸雨的季節(jié)變化特征

按氣象標(biāo)準(zhǔn)劃分：3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季，12～翌年2月為冬季。荊州市酸雨頻率隨季節(jié)變化而不同，春季為8.70%，夏季為3.30%，秋季為14.56%，冬季為27.21%。酸雨頻率按季節(jié)總體分布為：冬季gt;秋季gt;春季gt;夏季。表明酸雨污染冬季污染最重，秋季次之，夏季最輕。這與南方城市的秋季酸雨嚴(yán)重，春冬夏相對(duì)較輕的研究結(jié)果不同[6]。分析其主要原因是，冬季降水量偏少，稀釋作用不明顯。在14a中，1月份和12月份各有4年沒(méi)有采集到降水。夏季是酸雨污染較輕的季節(jié)，這是由于荊州夏季風(fēng)速大，降水量大，污染物容易擴(kuò)散，使夏季酸雨頻率較低。

2.3 降水離子特征及污染變化趨勢(shì)

表4 1997～2010年的大氣降水主要化學(xué)成分分析 mg/L

圖3 1997～2010年荊州市大氣降水濃度變化趨勢(shì)

2.4 降水污染類型變化趨勢(shì)

荊州市1997～2010年間，2002年、2007年、2008年和2009年的酸雨污染類型特征參量A的范圍是2.75～2.96，表明荊州市這4a酸雨類型為混合型，其余各年酸雨類型特征參量A均大于3.0，表明其酸雨污染類型均為硫酸型或燃煤型。使用spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行變化趨勢(shì)分析，rj=-0.505，|rj|gt;Wp。表明呈顯著下降趨勢(shì)，總體來(lái)看荊州市酸雨污染由燃煤型污染向混合型污染轉(zhuǎn)變，并接近混合型污染。

2.5 荊州市酸雨成因分析

酸雨的形成過(guò)程是十分復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理過(guò)程。形成酸雨的主要前提物有SO2和NOx等酸性物質(zhì)。荊州市能源以煤炭和電力為主，消費(fèi)的主要是原煤，是以煤煙型污染為主的大氣污染類型。近年來(lái)隨著工業(yè)的發(fā)展煤炭消耗急劇增加，雖采取了一系列污染防治措施和減排措施，通過(guò)集中供熱，大力推廣使用清潔能源及脫硫煤等，全市SO2排放總量得到一定控制。但SO2污染水平無(wú)明顯改善。機(jī)動(dòng)車保有量在不斷增加，車輛尾氣中NOx的排放量也會(huì)相應(yīng)增加。工業(yè)企業(yè)排放的SO2、Cl2、HCl和機(jī)動(dòng)車尾氣排放造成的NOx是影響酸雨形成的主要因素。

大氣顆粒物是降水中化學(xué)物質(zhì)的主要來(lái)源，顆粒物的性質(zhì)和濃度決定了它對(duì)酸雨的緩沖能力。荊州環(huán)境空氣污染以大氣顆粒物(PM10)為主，顆粒物的主要成分是土壤揚(yáng)塵和煙塵，荊州屬偏酸性土壤，酸性土壤對(duì)酸性物質(zhì)的緩沖力弱，土壤微粒通過(guò)揚(yáng)塵進(jìn)入空中，加重酸雨污染。

荊州市地處“兩湖平原”(江漢平原、洞庭湖平原)中心，屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，具有四季分明、熱量豐富、光照適宜、雨水充沛、雨熱同季、無(wú)霜期長(zhǎng)等特點(diǎn)。年降雨量以夏季多，冬季少。4～10月份降水量占全年的80%。其降水的水汽來(lái)源主要為印度洋孟加拉灣西南季風(fēng)和太平洋東南季風(fēng)，此種降水多為渦切變類型。偏東水汽來(lái)自東海，降水多為東風(fēng)帶系統(tǒng)(臺(tái)風(fēng))類型，上述類型天氣系統(tǒng)規(guī)律是每年4月進(jìn)入，運(yùn)行方向是由東南逐漸向西北推進(jìn)，6月中旬～7月上旬形成“梅雨期”。常年主導(dǎo)風(fēng)向夏季多南風(fēng)，大風(fēng)出現(xiàn)最多在4月，最大風(fēng)力9級(jí)，大風(fēng)日數(shù)平均為6d以上。風(fēng)速大，有利于污染物的擴(kuò)散。冬季受西伯利亞干冷氣團(tuán)控制，盛行西北風(fēng)，寒冷干燥，降水量少。雨量的大小對(duì)降水酸度有明顯的影響，降水量小時(shí)，對(duì)空氣中污染物的沖刷、稀釋作用小，污染物濃度下降慢，導(dǎo)致pH下降，酸性大；反之，降水量大，沖刷、稀釋作用大，污染物濃度下降迅速，pH大，酸性小。荊州市降水樣品總量與pH月際變化(圖4)也證實(shí)了降水量越小，pH就越小，酸雨污染越重。

圖4 1997～2010年荊州市降水樣品總量與pH月際變化

3 結(jié)論

(1)荊州市降水pH年均值總體呈上升趨勢(shì)。每年都有酸雨檢出，酸雨頻率范圍為2%～32.4%。2001年酸雨頻率最高，2007年酸雨頻率最低。酸雨頻率總體呈下降趨勢(shì)。

(2)荊州市降水pH月均值的變化趨勢(shì)大體是，每年的11月至次年的2月份降水pH最小。1月酸雨頻率最高，12月次之，7月酸雨頻率最低。酸雨污染冬季最重，秋季次之，夏季最輕。

(5)工業(yè)企業(yè)排放的SO2、Cl2、HCl和機(jī)動(dòng)車尾氣排放造成的NOx是影響酸雨形成的主要因素，荊州市酸性土壤的特征，氣象條件，降水強(qiáng)度對(duì)酸雨形成起著重要作用。

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2011-06-18

吳秋珍，女，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.10.115

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