郴州市大氣降水化學(xué)成分特征及趨勢(shì)的研究

歐盛江

（湖南省郴州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖南 郴州 423000）

郴州市位于湖南省東南部，東面與江西省贛州市為鄰，南面與廣東省韶關(guān)市為界，西接永州，北交衡陽(yáng)市及株洲。郴州四季分明，屬于大陸性氣候[1]。筆者以郴州市2016—2020年郴州市大氣降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行研究，分析近5年來(lái)大氣降水pH值、EC等組分的時(shí)空變化規(guī)律，研究結(jié)果可為當(dāng)?shù)卣髿馕廴痉乐未胧┨峁┛茖W(xué)參考。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于郴州市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。采樣點(diǎn)位于北湖區(qū)環(huán)保局樓頂，采樣器距樓頂1.2 m，周圍無(wú)明顯污染源。2016—2020年共采集降水樣品132個(gè)。

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

按照《酸沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T165-2004）規(guī)定，酸雨是指pH值低于5.6的降水[2]。

1.3 評(píng)價(jià)方法

降水pH加權(quán)值采用氫離子[H+]雨量加權(quán)法計(jì)算，其計(jì)算公式為：

式中，pH加權(quán)為單一測(cè)點(diǎn)季或年度加權(quán)值，無(wú)量綱；

[H+]i為第i次降水氫離子摩爾濃度，mol/L；

Vi為第i次降水的降水量，mm。

各離子加權(quán)濃度按雨量加權(quán)算術(shù)平均值計(jì)算，其計(jì)算公式為：

式中，[X]i為第i次降水某離子的濃度，mg/L;

Vi為第i次降水的降水量，mm。

酸雨頻率＝（酸雨樣本數(shù)/降水總樣本數(shù)）×100%

2 結(jié)果與討論

2.1 降水的時(shí)空變化

2.1.1 降水的年度加權(quán)pH值及酸雨頻率

2016—2020年，郴州市年降水量加權(quán)pH值的變化范圍為5.12～5.41，最大值出現(xiàn)在2016年，為5.41，總體呈下降趨勢(shì)。郴州市降水酸雨發(fā)生頻繁，酸雨頻率從2016年的80.0%下降到2020年的45.0%[3]。（見圖1）

圖1 2016-2020年郴州市降水年加權(quán)pH和酸雨頻率變化趨勢(shì)

2.1.2 降水季度加權(quán)pH值及酸雨頻率

以春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12月—次年2月）劃分四季。2016～2020年郴州市不同季節(jié)降水加權(quán)pH值和酸雨頻率變化趨勢(shì)如圖2，郴州市季節(jié)降水量加權(quán)pH值的變化范圍為5.14～5.52，夏季最高，春季次之，秋冬季較低；季節(jié)酸雨頻率在45.7%～76.9%，表現(xiàn)為秋冬季節(jié)較高，夏季最低。夏季降水較多，酸雨頻率相對(duì)較少，秋冬季降水偏少，酸雨頻率較高。

圖2 2016～2020年郴州市不同季節(jié)降水加權(quán)pH值和酸雨頻率變化趨勢(shì)

2.2 降水的離子組分時(shí)空變化

2.2.1 降水的年度加權(quán)離子組分

2016—2020年，郴州市降水加權(quán)平均總離子當(dāng)量濃度為1 243.84 μeq/L。SO42-、Ca2+、Cl-、NO3-和NH4+是降水的主要離子，占總離子當(dāng)量濃度的89.1%。Ca2+和NH4+是降水中主要陽(yáng)離子，對(duì)總離子當(dāng)量濃度的貢獻(xiàn)為15.9%和8.7%；SO42-、Cl-和NO3-是主要陰離子，對(duì)總離子當(dāng)量濃度的貢獻(xiàn)為40.2%、15.2%和9.1%。降水中各離子組分加權(quán)當(dāng)量濃度從高到低的順序是：SO42-＞Ca2+＞Cl-＞NO3-＞NH4+＞F-＞K+＞Mg2+＞Na+，酸雨污染的主要來(lái)源是硫酸根離子的前驅(qū)物二氧化硫，硫酸鹽是郴州市降水中的主要致酸物質(zhì)（見表1）[4-5]。

表1 2016～2020年郴州市雨量加權(quán)平均離子當(dāng)量濃度及百分濃度

2.2.2 降水的季度加權(quán)離子組分

從2016～2020年郴州市不同季節(jié)降水組分雨量加權(quán)平均離子當(dāng)量濃度圖3可知：SO42-、Cl-、NO3-、F-、Mg2+、Na+等離子表現(xiàn)為前三季度較高的現(xiàn)象，Ca2+離子沒(méi)有明顯的季節(jié)變化情況[6]。

圖3 2016～2020年郴州市不同季節(jié)降水組分雨量加權(quán)平均離子當(dāng)量濃度

2.3 降水的EC及總離子濃度

2.3.1 降水的年度加權(quán)EC及總離子濃度

2016～2020年，郴州市加權(quán)EC年均值為21.7～137.3 μS/ cm，平均值為67.5 μS/cm。降水EC和離子總量呈明顯下降趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在2016年，為137.3 μS/cm；最小值出現(xiàn)在2020年，為21.7μS/cm，（見圖4）。

圖4 2016～2020年郴州市加權(quán)年均EC和離子總量變化趨勢(shì)

2.3.2 降水的季度加權(quán)EC及總離子濃度

從季節(jié)分布圖5可知，郴州市季度加權(quán)EC和離子總量呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，秋季最高，冬季最低。

圖5 2016～2020年郴州市不同季節(jié)加權(quán)平均EC和離子總量變化趨勢(shì)

3 結(jié)論

（1）郴州市年降水量加權(quán)pH值的變化范圍為5.12～5.41，總體呈下降趨勢(shì)。郴州市降水酸雨發(fā)生頻繁，酸雨頻率從2016年的80.0%下降到2020年的45.0%。郴州市季度降水量加權(quán)pH表現(xiàn)為夏季最高，春季次之，秋冬季較低。

（2）郴州市降水加權(quán)平均總離子當(dāng)量濃度為1 243.84 μeq/L 。SO42-、Ca2+、Cl-、NO3-和NH4+是降水的主要離子，占總離子當(dāng)量濃度的89.1%。降水中各離子組分加權(quán)當(dāng)量濃度從高到低的順序是：SO42-＞Ca2+＞Cl-＞NO3-＞NH4+＞F-＞K+＞Mg2+＞Na+。

（3）郴州市加權(quán)EC年均值為21.7～137.3 μS/cm，平均值為67.5 μS/cm。降水EC和離子總量呈明顯下降趨勢(shì)。