2006—2018年濟(jì)寧市酸雨資料分析

高廣強(qiáng) 趙京峰 侯紅運(yùn)

摘要? ? 分析2006—2018年濟(jì)寧國(guó)家一般氣象站共計(jì)654個(gè)降水樣品數(shù)據(jù)，其中酸雨樣品120個(gè)，占總樣品的18.3%。結(jié)果表明，濟(jì)寧市2006—2018年酸雨污染經(jīng)歷了改善、惡化、再次改善的階段性變化，但總體趨于改善。濟(jì)寧市酸雨的形成主要與人為因素、氣象因素和地理因素有關(guān);酸雨屬于一種污染性降水，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境、人類的身體健康、文物建筑及民用設(shè)施及附屬物等都有較大的破壞和影響，特別是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境影響尤為嚴(yán)重;控制污染物的排放，開(kāi)發(fā)新能源引進(jìn)新技術(shù)，多部門(mén)聯(lián)合監(jiān)測(cè)是防治的主要措施。

關(guān)鍵詞? ? 酸雨資料;特征;成因;危害;措施;山東濟(jì)寧;2006—2018年

中圖分類號(hào)? ? X517? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）14-0178-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

中國(guó)已成為僅次于歐洲和北美的世界第三大酸雨區(qū)，其中降水酸度最強(qiáng)、面積最大的酸雨區(qū)在中國(guó)[1]。濟(jì)寧市位于山東省西南部，是山東重要的工業(yè)城市和煤炭產(chǎn)區(qū)，作為京津冀大氣污染傳輸通道上的“2+26”城市之一，酸雨治理問(wèn)題顯得尤為重要。濟(jì)寧市氣象局于2002年11月建成了酸雨觀測(cè)站，并開(kāi)始采集酸雨樣品，對(duì)酸雨相關(guān)要素進(jìn)行測(cè)量。

本文對(duì)2006—2018年的酸雨觀測(cè)資料進(jìn)行了整理，分析出濟(jì)寧市酸雨的主要特征、主要成因及危害，提出防治措施，以期為相關(guān)決策部門(mén)提供參考。

1? ? 酸雨的定義和資料統(tǒng)計(jì)方法

1.1? ? 酸雨的定義

酸雨是pH值<5.60的大氣降水。大氣降水的形式包括液態(tài)降水、固態(tài)降水和混合降水，如雨、雪、雨夾雪、雹等。

酸雨觀測(cè)的主要采集器皿為上口直徑40 cm、高45 cm的聚乙烯塑料桶，主要測(cè)量?jī)x器為pH計(jì)（2006年1月至2016年2月為PHS-3B型，2016年3月至2018年12月為PHS-3E型）和電導(dǎo)率儀（2006年1月至2016年2月為DDS-307型，2016年3月至2018年12月為DDS-307A型）。采集日降水樣品，測(cè)量其pH值和電導(dǎo)率（K值）。

1.2? ? 酸雨資料的統(tǒng)計(jì)方法

本文對(duì)2006年1月至2018年12月濟(jì)寧市酸雨觀測(cè)站13年間的654個(gè)觀測(cè)降水樣本進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

1.2.1? ? 季節(jié)劃分。根據(jù)濟(jì)寧市的氣候特點(diǎn)將四季劃分為冬季（12月至翌年2月）、春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）。

1.2.2? ? 降水樣品采集方法。降水采樣以當(dāng)天8：00至次日8：00為一個(gè)采樣日界，在一個(gè)降水采樣日內(nèi)，降水量達(dá)到1.0 mm或以上，采樣一個(gè)日降水樣品，若一個(gè)降水采樣日內(nèi)有幾次降水過(guò)程，則多次采樣后合并為一個(gè)日采樣樣品。

1.2.3? ? pH值。pH值是指大氣降水的酸堿度，pH值的定義為氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，系無(wú)量綱量。計(jì)算公式如下：

pH=-lg[H+]

[H+]為氫離子的體積摩爾濃度，單位為mol/L。

1.2.4? ? 電導(dǎo)率。電導(dǎo)率為通過(guò)電導(dǎo)測(cè)量池中待測(cè)溶液的電流密度與施加其上的電場(chǎng)強(qiáng)度之比。電導(dǎo)率的單位為S/m，常用單位為μS/cm。大氣降水的電導(dǎo)率（K值）是反映大氣降水的導(dǎo)電能力的指標(biāo)，而導(dǎo)電能力又可以反映大氣降水的潔凈程度[2]。

1.2.5? ? 月平均pH值。目前多采用雨量加權(quán)平均值為月平均pH值。

1.2.6? ? 酸雨發(fā)生頻率。酸雨發(fā)生頻率為本市酸雨次數(shù)占總降水次數(shù)比例，即降水pH值<5.6的次數(shù)，除以pH值觀測(cè)的總次數(shù)。

1.2.7? ? 酸雨的臨界指標(biāo)區(qū)間劃分。pH值<4.0為特強(qiáng)酸雨;4.0≤pH值<4.5為強(qiáng)酸雨;4.5≤pH值<5.0為弱酸雨;5.0≤pH值<5.6為較弱酸雨。

2? ? 濟(jì)寧市酸雨特征

2006—2018年共采集降水樣品654個(gè)，其中酸雨樣品120個(gè)，占總樣品的18.3%。

2.1? ? 酸雨月平均pH值和酸雨發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)分析

由圖1可以看出，2006—2018年中月平均降水最大pH值出現(xiàn)在2月，pH值為6.44，月平均降水最小pH值出現(xiàn)在9月，pH值為5.67;而從酸雨頻率月變化可以看出，12月酸雨發(fā)生頻率最高，為30.4%，2月酸雨發(fā)生頻率最低，為6.9%。

2.2? ? 酸雨季平均pH值和酸雨發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)分析

由圖2可以看出，不同季節(jié)酸雨pH值和發(fā)生頻率的變化規(guī)律：秋季在一年中降水pH值最小，為5.92，冬、春兩季在一年中降水pH值最大，均為6.23;春季酸雨發(fā)生頻率最小，為13.5%，秋季酸雨發(fā)生頻率最高，為22.2%。酸雨發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，秋季>夏季>冬季>春季。

2.3? ? 酸雨年平均pH值和酸雨發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)分析

2006—2018年濟(jì)寧的年酸雨平均pH值為6.09，年平均發(fā)生頻率為18.3%。由表1可以看出，年平均酸雨最大pH值出現(xiàn)在2015年，為6.83;年平均酸雨最小pH值出現(xiàn)在2006年和2007年，均為5.24，且只有這2年平均pH值 <5.6;其他年份平均pH值均>5.6。酸雨發(fā)生頻率最高為2007年，為48.9%;最低為2015年，為0.0%。從發(fā)生頻率變化趨勢(shì)來(lái)看，2006—2008年較高，之后逐漸降低，2015年達(dá)到一個(gè)最低點(diǎn)，2016年又有回升，之后又迅速降低，從總體趨勢(shì)來(lái)看，是一個(gè)逐漸降低的過(guò)程。

按照酸雨的臨界指標(biāo)劃分來(lái)看，2006年和2007年年平均pH值屬于弱酸性，其他年份年平均pH值均達(dá)不到酸雨劃分標(biāo)準(zhǔn)。從13年間的pH值變化范圍來(lái)看，濟(jì)寧市最低值為4.02，出現(xiàn)在2006年;最高值為7.98，也出現(xiàn)在2006年。

由統(tǒng)計(jì)資料分析可知，濟(jì)寧市2006—2018年酸雨污染經(jīng)歷了改善、惡化、再次改善的階段性變化，但總體趨于改善。

3? ? 濟(jì)寧市酸雨成因

3.1? ? 大氣污染物

濟(jì)寧市是能源型城市，是山東省重要的工業(yè)城市和煤炭產(chǎn)區(qū)，并占有重要的戰(zhàn)略地位。眾多的煤礦、化工、電廠、水泥制造、藥品、造紙、建筑等企業(yè)，汽車尾氣和冬季取暖鍋爐排放等是重要的污染來(lái)源。濟(jì)寧市近10多年主要的大氣污染物有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（N0x）、一氧化碳（CO）、總懸浮顆粒物（TSP）、可吸入顆粒物（PM10）、降塵（DF）等，其中SO2、N0x、CO主要來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸，TSP和DF主要來(lái)源于餐飲業(yè)和建筑業(yè)[3]。針對(duì)本市具體情況，環(huán)保部門(mén)加強(qiáng)了整理力度，2017年全市大氣環(huán)境質(zhì)量改善居全省首位，南四湖流域水環(huán)境質(zhì)量已連續(xù)15年得到改善，躋身全國(guó)14個(gè)水質(zhì)良好湖泊行列。為了改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，2018年濟(jì)寧市印發(fā)了《濟(jì)寧市生態(tài)環(huán)境保護(hù)三年攻堅(jiān)計(jì)劃（2018—2020年）》，將大幅減少污染物的排放。環(huán)保部門(mén)的積極治理是濟(jì)寧市2006—2018年酸雨污染總體趨于改善的主要原因。

3.2? ? 氣候特點(diǎn)和地理因素

濟(jì)寧屬魯南泰沂低山丘陵與魯西南黃淮海平原交接地帶，地質(zhì)構(gòu)造上屬華北地區(qū)魯西南，斷塊凹陷區(qū)。濟(jì)寧市地形以平原洼地為主，地勢(shì)東高西低，地貌較為復(fù)雜。

濟(jì)寧市位于東亞季風(fēng)氣候區(qū)，屬暖溫帶季風(fēng)氣候，四季分明。夏季多偏南風(fēng)，受熱帶海洋氣團(tuán)或變性熱帶海洋氣團(tuán)影響，高溫多雨;冬季多偏北風(fēng)，受極地大陸氣團(tuán)影響，多晴寒天氣;春、秋2季為大氣環(huán)流調(diào)整時(shí)期，春季易旱多風(fēng)，回暖較快;秋季涼爽，但時(shí)有陰雨。

3.2.1? ? 氣象條件。氣象條件對(duì)酸雨形成的影響主要表現(xiàn)在2個(gè)方面。在大氣物理方面影響著酸性物質(zhì)的清除、擴(kuò)散和輸送過(guò)程。在化學(xué)方面影響著酸雨前體物的轉(zhuǎn)化速率[4]。濟(jì)寧市酸雨中的酸性物質(zhì)主要源于大氣中的SO2和N0x，可由自然源放射，但主要來(lái)源于人類的生產(chǎn)、生活活動(dòng)。在相同源強(qiáng)條件下，氣象條件的不同可引起酸雨強(qiáng)度分布不同。

3.2.2? ? 氣象要素和地理因素。酸雨的分布主要與風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、霧霾等氣象要素和地理因素有密切關(guān)聯(lián)。濟(jì)寧市冬半年（10月至翌年3月）多偏北風(fēng)，夏半年（4—9月）多偏南風(fēng)，濟(jì)寧市的北方和西北方向是濟(jì)寧市重要的煤炭產(chǎn)區(qū)，釋放的污染物易形成酸雨。此外，濟(jì)寧市的東部為山區(qū)，對(duì)致酸物質(zhì)的擴(kuò)散和稀釋也起到一定的抑制作用。這也是濟(jì)寧冬半年酸雨頻率略高于夏半年的主要原因之一。

降水次數(shù)多和降水量大，對(duì)酸性污染物起到一定的稀釋作用，所以酸雨在夏季出現(xiàn)的頻率一般較低。濟(jì)寧市春季酸雨出現(xiàn)頻率較低，主要原因與春季多風(fēng)且平均風(fēng)速較大有關(guān)。

霧滴極易吸附和吸收各種酸性顆粒物和氣體，在大霧或輕霧天氣里，這些霧滴經(jīng)久不散，一經(jīng)降水沖刷，這些物質(zhì)溶于水中降落到地面，形成酸雨。同時(shí)霧滴里硫化物和氮氧化物的含量很高，不僅能導(dǎo)致酸性降水，還可能產(chǎn)生二次污染;霾是指大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見(jiàn)度<10.0 km的空氣普遍混濁現(xiàn)象[5]，霾如果伴隨著降水降落到地面上，也易形成酸性降水。

4? ? 酸雨的危害

從表1可以看出，濟(jì)寧市2006—2018年只有2015年最小pH值>5.6，為6.03，其他年份的最小pH值均<5.6， 2006年最小pH值甚至達(dá)到4.02。酸雨屬于一種污染性降水，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境、人類的身體健康、文物建筑及民用設(shè)施及附屬物等都有較大的破壞和影響，特別是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境影響尤為嚴(yán)重。

4.1? ? 對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的影響

酸雨可嚴(yán)重影響種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)，破壞陸生和水生生態(tài)系統(tǒng)。濟(jì)寧市土地總面積112.07萬(wàn)hm2，其中，農(nóng)用地面積77.41萬(wàn)hm2，占土地總面積的69.07%，酸雨可使農(nóng)田土壤酸化造成減產(chǎn)，使本來(lái)固定在土壤礦化物中的有害金屬，如汞、鎘、鉛等再溶出，繼而被糧食作物、蔬菜吸收和富集。濟(jì)寧市水系較發(fā)達(dá)，均屬淮河水系南四湖流域，中部京杭運(yùn)河貫穿南北，南四湖位于本區(qū)中南部，為我國(guó)十大淡水湖之一，較大河流有泗河、白馬河、洸府河等，酸雨可使水體變?yōu)樗嵝?，造成水生生物的死亡，?duì)養(yǎng)殖水體也會(huì)產(chǎn)生影響，造成養(yǎng)殖業(yè)減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。

4.2? ? 對(duì)人類健康的影響

濟(jì)寧市常住人口約為829.92萬(wàn)人，在山東省排名第五，是人口大市。酸雨可以刺激人們的呼吸器官、黏膜、皮膚，可導(dǎo)致紅眼病和支氣管炎，誘發(fā)肺病等;被酸化的土壤種植出的農(nóng)作物和被酸化的水體養(yǎng)殖出的水生生物往往重金屬超標(biāo)，人們?nèi)绻L(zhǎng)期食用這種食物，有害物質(zhì)被人體吸收后難以排出，長(zhǎng)此以往將嚴(yán)重影響身體健康。