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        南方某工業(yè)型城市降水形勢分析

        2022-12-07 07:18:06李利霞
        中國高新科技 2022年16期
        關(guān)鍵詞:年均值酸雨氮氧化物

        李利霞

        (廣東省東莞生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站,廣東 東莞 523000)

        南方某工業(yè)型城市作為酸雨控制區(qū),“十三五”期間共設(shè)2個降水采樣點,全年逢雨必測。監(jiān)測項目主要為降雨量、pH值和電導(dǎo)率;同時開展離子成分監(jiān)測,包括Ca2+、NH4+、Mg2+、Na+、K+、SO42-、NO3-、Cl-和F-共12項。

        1 評價標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)《酸沉降監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T165-2004)、《酸雨控制區(qū)和二氧化硫控制區(qū)劃分方案》(環(huán)發(fā)〔1998〕86號)等技術(shù)規(guī)范對南方某工業(yè)型城市降水質(zhì)量進行評價和現(xiàn)狀分析。以pH為5.6作為劃分酸雨的界限,pH<5.6為酸雨;降水pH平均值采用氫離子(H+)雨量加權(quán)法計算。各離子濃度平均值按雨量加權(quán)算術(shù)平均值計算,識別降水中的關(guān)鍵陰陽離子。采用時空格局法和秩相關(guān)系數(shù)法等方法揭示2011—2020年降水pH值、酸雨頻率、降水化學(xué)成分濃度等主要指標(biāo)的變化趨勢。

        2 降水質(zhì)量現(xiàn)狀

        2020年南方某工業(yè)型城市 2個測點共收集降水樣品121個,其中酸雨樣品12個,酸雨頻率為9.9%;采水量3001.5mm,其中酸雨量395.0mm,占總水量13.2%。全年降水pH范圍在5.09~7.74,降水pH年均值為5.94,酸雨pH值為5.41。雖然降水pH年均值>5.6,但仍有酸雨。

        降水的化學(xué)組分反映出降水污染的特征。降水中起致酸作用的陰離子含量SO42->NO3-> Cl->F-,由此可見二氧化硫仍然是該市降水酸化的主要因素,但氮氧化物的致酸作用不容忽視。主要陽離子為Ca2+、NH4+和Na+,堿性顆粒物中的銨和鈣對酸雨起中和作用。

        3 降水質(zhì)量變化趨勢

        3.1 降水酸度、酸雨頻率變化趨勢

        采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析2011—2020年降水質(zhì)量變化趨勢,降水pH最低值、降水pH年均值和酸雨pH年均值呈上升趨勢,降水酸度明顯減弱,降水質(zhì)量顯著好轉(zhuǎn)。從2015年開始,降水pH年均值均大于5.6,酸雨頻率均小于20%,如表1所示。

        表1 “十二五”和“十三五”期間南方某工業(yè)型城市降水質(zhì)量變化趨勢

        “十二五”期間,南方某工業(yè)型城市降水pH年均值顯著上升,酸雨頻率下降明顯;“十三五”期間降水pH年均值略有起伏,總體呈上升趨勢,由2016年的5.88上升至2020年的5.94。酸雨頻率保持較低水平,有所起伏,總體呈下降趨勢,由2016年的12.6%下降至2020年的9.9%;酸雨污染狀況較“十二五”時期呈明顯改善,降水質(zhì)量保持較好水平。

        3.2 化學(xué)成分變化趨勢

        2011—2020年南方某工業(yè)型城市降水中的化學(xué)成份及其變化趨勢如表2所示:降水化學(xué)組分陰離子SO42、NO3-、F-、CL-均無明顯變化;降水化學(xué)組分陽離子NH4+濃度呈下降趨勢,Ca2+、Mg2+、K+和Na+濃度無明顯變化。降水中 SO42-/NO3-范圍在0.77~2.62,10年來 SO42-/NO3-的范圍值明顯收窄,酸雨類型已從硫酸型轉(zhuǎn)化為硫酸硝酸混合型。這與南方某工業(yè)型城市近十年來大力推進SO2減排工作有關(guān)。降水中NH4+/Ca2+范圍在0.08~1.79,整體呈下降趨勢,Ca2+對酸雨的中和作用逐漸增大。

        表2 2011—2020年南方某工業(yè)型城市 降水化學(xué)成分濃度變化趨勢分析

        4 原因分析

        工業(yè)生產(chǎn)、能源消費等排放出來的二氧化硫,以及工業(yè)鍋爐及機動車排放出來的氮氧化物是引起酸雨的主要污染物,污染物經(jīng)過發(fā)生液相氧化反應(yīng),形成硫酸雨滴和硝酸雨滴,最后降落在地面上,形成了酸雨?!笆濉逼陂g,該市降水質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn),酸雨頻率保持較低水平,主要原因有以下兩點。

        4.1 大氣污染物減排改善城市降水質(zhì)量

        “十三五”期間,南方某工業(yè)型城市 以“加快轉(zhuǎn)型升級、建設(shè)幸福南方某工業(yè)型城市 ”為目標(biāo)統(tǒng)領(lǐng)全市環(huán)境保護和生態(tài)建設(shè)工作,以創(chuàng)建國家節(jié)能減排財政政策綜合示范市為契機,大力推進污染減排,推動水鄉(xiāng)地區(qū)“兩高一低”企業(yè)退出整治、推動大型工業(yè)鍋爐提標(biāo)改造。同時,大力淘汰黃標(biāo)車、老舊車,全市污染防控水平不斷提升。2020年,二氧化硫、氮氧化物比2015年分別削減16.2%和9.7%,順利完成省下達(dá)的“十三五”污染減排考核任務(wù)和節(jié)能減排示范市目標(biāo)任務(wù)。

        4.2 氮氧化物對酸雨形成的貢獻率加大

        “十三五”期間,二氧化硫、氮氧化物排放量雖然大幅度削減,但氮氧化物排放量的削減比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二氧化硫,而隨著機動車保有量增加,機動車排放NOx的貢獻比例也在加大,多重因素疊加,導(dǎo)致氮氧化物排放總體占比增加,降水中起致酸作用的陰離子SO42-/NO3-比值發(fā)生較大變化,酸雨類型已從硫酸型轉(zhuǎn)化為硫酸硝酸混合型,氮氧化物對酸雨形成的貢獻越來越明顯。

        5 降水相關(guān)性分析

        5.1 關(guān)聯(lián)分析

        2011—2020年南方某工業(yè)型城市降水pH年均值從5.02上升至5.94,選取了可能與降水pH年均值相關(guān)的9項指標(biāo),利用IBM SPSS軟件計算雙變量皮爾遜相關(guān)系數(shù),結(jié)果如表3所示。與降水pH年均值關(guān)聯(lián)性較強的指標(biāo)分別為:NO2年均濃度(-0.923)、PM10年均濃度(-0.888)、原煤消費量(-0.866)、NO2排放量(-0.849)、SO2排放量(-0.798)、GDP(0.801)、機動車保有量(0.758)。

        表3 南方某工業(yè)型城市降水pH年均值相關(guān)性分析

        5.2 預(yù)測

        GDP、機動車保有量、常住人口等指標(biāo)都與降水pH年均值呈正相關(guān),采用GDP代表正相關(guān)指標(biāo);NO2年均濃度、PM10年均濃度、原煤消費量、NO2排放量、SO2排放量等指標(biāo)都與降水pH年均值呈負(fù)相關(guān),選取關(guān)聯(lián)性較強的NO2年均濃度代表負(fù)相關(guān)指標(biāo)來預(yù)測“十四五”期間降水pH年均值變化趨勢。

        繪制降水pH年均值-GDP散點圖,采用對數(shù)函數(shù)進行回歸分析,公式為y = 1.3614 ln(x) - 6.3975,R2為0.6950。當(dāng)南方某工業(yè)型城市 GDP達(dá)12600億元左右時,預(yù)測降水pH年均值可能升高至6.5,如圖1所示。

        圖1 通過GDP預(yù)測“十四五”期間南方某工業(yè)型城市降水pH年均值

        繪制降水pH年均值-NO2年均濃度的散點圖,采用一元線性函數(shù)進行回歸分析,公式為y = -0.0536 x + 7.6542,R2為0.5758。當(dāng)南方某工業(yè)型城市 NO2年平均濃度下降至24μg/m3時,預(yù)測降水pH年均值可能升高至6.4,如圖2 所示。

        圖2 通過NO2年均濃度預(yù)測“十四五”期間南方某工業(yè)型城市降水pH年均值

        綜上所述,預(yù)測南方某工業(yè)型城市 “十四五”期間降水pH年均值將呈上升趨勢,2025年可能上升至6.4~6.5。

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