荊州市降水污染特征及變化趨勢分析

吳秋珍

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

荊州市降水污染特征及變化趨勢分析

吳秋珍

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

酸雨；污染特征；變化趨勢；荊州市

荊州市地處湖北省中南部，位于江漢平原腹地，也是國家劃定的“兩控區(qū)”之一，即國家酸雨控制區(qū)。近年來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)多年堅持開展了降水監(jiān)測工作。根據近14a的降水監(jiān)測資料，筆者對荊州市降水污染變化特征及變化趨勢進行分析和探討。

1 數據來源與方法

1.1 數據來源

表1 降水樣品分析方法一覽表

1.2 降水監(jiān)測數據處理方法

pH平均值采用氫離子濃度雨量加權法，其他離子均值的計算采用離子濃度雨量加權法，以降水pHlt;5.6作為判別酸雨的評價標準。酸雨頻率=(酸雨樣本數/降水樣本數)×100%。

1.3 降水污染類型的研究方法

1.4 變化趨勢分析方法

變化趨勢分析采用圖形法和秩相關系數法[5]來衡量。秩相關系數rj按下式計算。

在給出的監(jiān)測時間周期(m)內，列出按時間排列的序數(Xi)和對應的數據從小到大排列的序數(Yi)，di=Xi-Yi。

采用Daniel趨勢檢驗，使用spearman秩相關系數法進行變化趨勢分析，將秩相關系數rj的絕對值同spearman秩相關系數統計表中的臨界值Wp進行比較。若|rj|gt;Wp則表明變化趨勢有顯著意義，rj為正值，表明為上升趨勢，若rj為負值，表明為下降趨勢。

2 結果與分析

2.1 降水污染現狀及變化趨勢

降水pH用來表示降水酸度，是降水酸化的一個重要指標。1997～2010年間荊州市降水pH范圍為4.20～7.99(表2)，最小值出現在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)測結果

表3 1997～2010年降水指標秩相關系數檢驗

注：單側檢驗；具顯著性差異(Plt;0.05)；m=14；Wp=0.456

1639個降水樣品中檢出酸性降水189個，酸雨出現頻率為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年均值秩相關系數rj=0.521gt;Wp，上升趨勢顯著。酸雨頻率1997～2001年呈上升趨勢，2001年達到最高，2001年到2004年呈下降趨勢，2004～2010年基本平穩(wěn)(圖1)。其秩相關系數rj=-0.745，|rj|gt;Wp，酸雨頻率總體呈下降趨勢。結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

圖2 1997～2010年荊州市降水pH及酸雨率月變化趨勢

2.2 降水污染時間分布特征

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和酸雨頻率明顯負相關，酸雨頻率按月分布1月最高達到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

按氣象標準劃分：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重，春冬夏相對較輕的研究結果不同[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速大，降水量大，污染物容易擴散，使夏季酸雨頻率較低。

2.3 降水離子特征及污染變化趨勢

表4 1997～2010年的大氣降水主要化學成分分析 mg/L

圖3 1997～2010年荊州市大氣降水濃度變化趨勢

2.4 降水污染類型變化趨勢

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秩相關系數法進行變化趨勢分析，rj=-0.505，|rj|gt;Wp。表明呈顯著下降趨勢，總體來看荊州市酸雨污染由燃煤型污染向混合型污染轉變，并接近混合型污染。

2.5 荊州市酸雨成因分析

酸雨的形成過程是十分復雜的大氣化學和大氣物理過程。形成酸雨的主要前提物有SO2和NOx等酸性物質。荊州市能源以煤炭和電力為主，消費的主要是原煤，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污染水平無明顯改善。機動車保有量在不斷增加，車輛尾氣中NOx的排放量也會相應增加。工業(yè)企業(yè)排放的SO2、Cl2、HCl和機動車尾氣排放造成的NOx是影響酸雨形成的主要因素。

大氣顆粒物是降水中化學物質的主要來源，顆粒物的性質和濃度決定了它對酸雨的緩沖能力。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塵和煙塵，荊州屬偏酸性土壤，酸性土壤對酸性物質的緩沖力弱，土壤微粒通過揚塵進入空中，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，屬北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，具有四季分明、熱量豐富、光照適宜、雨水充沛、雨熱同季、無霜期長等特點。年降雨量以夏季多，冬季少。4～10月份降水量占全年的80%。其降水的水汽來源主要為印度洋孟加拉灣西南季風和太平洋東南季風，此種降水多為渦切變類型。偏東水汽來自東海，降水多為東風帶系統(臺風)類型，上述類型天氣系統規(guī)律是每年4月進入，運行方向是由東南逐漸向西北推進，6月中旬～7月上旬形成“梅雨期”。常年主導風向夏季多南風，大風出現最多在4月，最大風力9級，大風日數平均為6d以上。風速大，有利于污染物的擴散。冬季受西伯利亞干冷氣團控制，盛行西北風，寒冷干燥，降水量少。雨量的大小對降水酸度有明顯的影響，降水量小時，對空氣中污染物的沖刷、稀釋作用小，污染物濃度下降慢，導致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 結論

(1)荊州市降水pH年均值總體呈上升趨勢。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。

(2)荊州市降水pH月均值的變化趨勢大體是，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和機動車尾氣排放造成的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，降水強度對酸雨形成起著重要作用。

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2011-06-18

吳秋珍，女，高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.10.115

X131.2

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1673-1409(2011)10-0243-06