湖南省酸雨污染现状特征分析及发展趋势研究

王安群，邹润莉，罗文华，陈一清

（1.长沙环境保护职业技术学院，湖南 长沙410004；2.湖南省环境监测站，湖南 长沙400004）

1 引言

湖南省位于中国南方中部，居北纬24°39′～30°38′，东经108°47′～114°15′；面积21万km2。因地处洞庭湖以南而得名“湖南”，又因境内最大河流湘江而简称“湘”［1］。我国对酸雨研究较晚，1972年开始了对酸雨的监测，1982年进行了酸雨普查，湖南省属于酸雨的污染较严重的地区之一，对酸雨的成因研究以及防止酸雨的对策研究显得十分必要，本文主要利用湖南省2000～2009年10年的降水常规监测数据，对酸雨污染、特征、分布及发展趋势进行比较深刻的分析和探讨。

2 布点、采样与数据处理

酸沉降受许多客观因素的影响，诸如气象条件、地形地貌、地理位置、社会经济状况、大气环境质量等，鉴于这一点和本课题要求，采取以代表性区域点为主，城市区域点和背景点为辅的网格布点法，同时兼顾以下要求和标准。从20世纪90年代初开始，湖南省设立36个监测点［2］对酸雨进行了连续监测，自北向南分别为岳阳、常德、益阳、张家界、吉首、长沙、株洲、湘潭、邵阳、怀化、衡阳、永州、郴州、娄底。大气降水的主要测点设立在市区，其中长沙、株洲、常德、怀化、益阳、衡阳6个城市设立了对照点。测点均按照国家环保局《环境监测技术规范》要求进行采样，实施逢雨必测，2000～2009年共收集了16 871个降水样品，本文引用的湿沉降数据主要是浓度、浓度、pH值和酸雨降水频率；干沉降为SO2和NO2数据。

酸雨采样分手工采样和自动采样［3］。从2004年开始长沙株洲、湘潭、岳阳、怀化、娄底和吉首7个城市配置了降水自动采样器。衡阳、邵阳、常德、张家界、益阳、郴州、永州等地级市与有关县级市为手工采样。

监测结果处理，降水pH值的月、年均值计算采用氢离子浓度雨量加权法。、浓度平均值按雨量加权算术平均值计算。

3 2000～2009年湖南省酸沉降监测情况

3.1 2000～2009年湖南省降水pH值年均值和酸雨降水频率情况

2000～2009年10年间，由表1可见，全省138个pH值年均值，pH值大于5.6的有19个，占13.77%，pH≤5.6的数据为119个，占86.23%。pH值小于4.0（含4.0）的占3.62%，pH≤4.5为25.36%，pH值在5.0～5.6之间（含5.6）占15.94%。10年pH值年均值均小于5.0的城市有长沙、株洲、怀化和娄底市，占城市的28.6%，10年pH值均值均小于5.6的城市除长沙、株洲、怀化、娄底外，还有邵阳、常德、益阳、吉首共8个城市，占城市比例的64.3%。

2000～2009年全省酸性降水频繁，降水酸雨频率（平均值）排序依次为怀化（91.25%）＞长沙（85.3%）＞益阳（77.6%）＞常德（77.3%）＞株洲（75.6%）＞吉首（71.9%）＞娄底（68.1%）＞张家界（60.7%）＞衡阳（55.1%）＞湘潭（52.0%）＞邵阳（51.5%）＞岳阳（48.9%）＞郴州（16.8%）＞永州（13.8%）。

表1 2000～2009年14城市降水pH值年均值及酸雨降水概率（%）数据

3.2 2000～2009年湖南省降水pH值月均值和酸雨降水频率情况

2000～2009年全省每月酸雨频繁。降水酸雨频率20%～30%的占1.67%，30%～40%的占2.5%，40%～50%的占13.33%，50%～60%的占15.83%，60%～70%的占18.33%，70%～80%的占31.67%，大于80%的占16.67%，降水酸雨频率出现较为集中的区域在70%～80%。2000～2009年10年全省每个月的降水都为酸性降水，其中pH≤4.5占42.5%，pH 范围为4.5～5.0占45.0%，pH＞5.0占5.0%（表2）。

表2 2000～2009年湖南省降水pH月均值及酸雨降水频率（%）数据

3.3 2000～2009年降水中离子含量和主要影响因素

通过对全省2000～2009年降水离子组成分析可知，全省降水中阴离子的主要成分是、和Cl－，硫酸根浓度占阴离子总量接近40%；阳离子主要成分是 NH4＋、Ca2＋、Mg2＋。铵离子和钙离子两者百分比量之和占阳离子总量接近40%，其中两价离子浓度的计算方法：为1／2的浓度，Ca2＋为1／2Ca2＋的浓度，Mg2＋为1／2Mg2＋的浓度，离子浓度单位为μmol／L，见图1。

图1 湖南省2000～2009年降水离子浓度10年均值饼图

硫酸根离子和硝酸根离子对降水中的pH值起协同作用，硫酸根离子起了主要作用；10年14城市降水中／浓度比值范围在1.75～83.87，幅度为82.12。说明降水中硫酸根离子的浓度远远大于硝酸根。／浓度比值在1.75～5.0之间的占31.06%，5～10之间的占50.76%，10～20之间的占12.88%，大于20的占5.30%。该比值较高的城市是郴州市、永州市和衡阳市。

3.4 2000～2009年大气中SO2和NO2监测情况

由表3可见，2000～2009年的10年里，全省14个城市中，株洲市的SO2质量浓度年均值最高（0.101mg／m3），株洲、长沙两市的SO2质量浓度年均值普遍高于其他城市，SO2质量浓度的最高值出现在2003年的株洲，株洲市10年的SO2的值都超过了国家二级标准，其中有5年超过了国家三级标准，长沙市3年超过了三级标准，5年超过了二级标准，10年年均值中，超过国家一级标准数据占5.7%，超过国家空气质量二级标准占39.3%，永州市SO2质量浓度年均值最低（0.024mg／m3），其中5年在国家一级标准以下。郴州市、永州市和娄底市的SO2质量浓度值普遍偏低，10年SO2都小于国家二级空气质量标准，2009年各城市年均值均达到空气环境质量二级标准浓度，说明空气质量有所改善。

表3 2000～2009年全省降水主要离子比值和SO2、NO2测定值范围

SO2浓度排名的是株洲、长沙、吉首、湘潭、张家界、怀化、常德和衡阳，这些也都是pH值较低以及酸雨频率较低的城市；而永州和郴州SO2是全省最低和次低的城市，相应它们也是湖南省的无酸雨和轻酸雨地区。

2000～2009的10年里，全省14个城市中，长沙市是汽车拥有量最多的，其NO2质量浓度年均值最高（0.041mg／m3），张家界和益阳市 NO2质量浓度年均值最低（0.024mg／m3），NO2质量浓度的最高值出现在2003年的株洲。10年中超过国家二级质量标准的年份较多的城市是长沙、衡阳、株洲和湘潭，共18个数据，占统计值的12.9%。

4 湖南省酸沉降特征

4.1 酸雨污染区域分布明显

2000～2009年统计的湖南省主要城市pH值以及对酸雨控制区的划分中，年均pH值在4.5以下的城市被列为重酸雨区，同时根据国家对于“两控区”酸雨污染控制的要求，评价湖南省酸雨的污染情况，Ⅰ级平均值pH＞5.6的少（无）酸雨污染的城市有郴州、永州市，占14.3%；Ⅱ级（pH5.0～5.6轻酸雨区）：衡阳，邵阳、岳阳、湘潭、张家界，占35.7%；Ⅲ级（4.5～5.0中酸雨区）：株洲、常德、益阳、吉首、娄底，占35.7%；Ⅳ（重酸雨区）：长沙、怀化，占14.3%。

从全省各城市降水pH等直线（图2）分布及湖南省酸雨的空间分布看，pH略有下降，工业污染和生活污染排放大量的SO2及当地地形地貌特征等因素对酸雨污染的地区分布影响较大。酸雨污染尤以长沙和怀化严重，属于酸雨严重地区。所以湖南省酸雨分布以长沙为中心的湘江谷地和以怀化、吉首为代表的湘西北地区。

4.2 降水pH值的季节分布，酸性降水季节差异明显

全省酸性降水频繁，一年四季均可能发生。春季和冬季的pH值相对与其他两季值较低，pH较高值主要发生在夏、秋两季，总体来说春季＜冬季＜夏季＜秋季。降雨量超过1 000mm／月的月份主要在5～8月，5月的平均降水量最大。总体上，1～7月份酸雨发生频率和降水酸度呈逐渐降低趋势，从8月份开始，酸雨发生频率又逐渐升高。1月份的酸雨频率最高达79.65%，7月份最低为43.48%，每年11月至次年3月城市酸雨污染较为严重，最严重的为12月份，其次是2月份；有9个城市的10年pH年月均值全部小于5.6。

4.3 10年间降水质量变化趋势

为了衡量酸雨污染变化趋势及其在统计上有无显著意义，采用国家环保具推荐的Sperman秩相关系数法来检验湖南省酸雨的发展趋势，运用连续10年的监测数据，选用降水pH值、酸雨频率进行检验，分析结果表明10年期间，全省14城市中湘潭、衡阳、岳阳、益阳降水pH值呈上升趋势，酸雨污染略有缓解，其他10个城市降水pH值呈下降趋势，酸雨污染加重趋势明显，张家界酸雨污染加重趋势明显，呈显著性下降趋势。

4.4 湖南省酸雨为典型的硫酸型污染

降水的酸碱性是阴阳离子共同作用的结果，由年、月的离子统计值可知，全省城市降水中阴离子主要以为主，阳离子则以和Ca2＋为主，为典型的硫酸型污染。这是由煤烟型空气污染所决定的。

全省酸雨具有分布范围广，降水pH≤5.6的等值面积大，酸雨频率高和降水pH值等特点，为国内严重的酸雨区之一。

4.5 干沉降对降水酸度的影响

SO2浓度排名的是株洲、长沙、吉首、湘潭、张家界、怀化、常德和衡阳，这些也都是pH值较低以及酸雨频率较低的城市。而永州和郴州SO2是全省最低和次低的城市，相应它们也是湖南省的无酸雨和轻酸雨地区。NO2含量前5名的是长沙、湘潭、株洲、衡阳和怀化。因此，空气质量SO2和NO2浓度较高的城市，pH值较低。

4.6 湖南省酸雨面积变化趋势

由图2可见，2000年、2005年和2009年的pH等值线可知，在2000～2005年间，湖南省的酸雨面积由原来的以怀化、湘江谷底的重酸雨区，向西北方向扩展，面积上使整个张家界、常德的湘西北地区都为重酸雨区；而以邵阳为中心的轻酸雨区向西移动，出现了郴州非酸雨区、永州为轻酸雨区。从2005～2009年间，在维持以上的情况下，湘潭、益阳地区的降水pH值有所提高，酸雨污染情况有所缓解，总的来说10年间的酸雨面积有明显扩大的趋势。

图2 湖南2000、2005和2009年年降水pH等值线分布图

5 湖南省未来酸雨的发展趋势预测

10年来湖南省不断加大经济结构和所有制结构的调整力度，国民经济将保持稳定增长的态势。在此期间，交通运输条件将得到进一步改善，市场在资源配置中的地位和作用将继续加强、能源消费构成中煤炭的比重略有下降，但仍然为主导地位，并且虽然煤炭在总能源中的比例下降，但是总量在增加，见表4。

表4 单位GDP能耗（标准煤／万元）与每年的耗煤量［4］

同时石油、天然气需求旺盛，电力在终端能源消费中的比重将进一步加大，能源供应的紧张状况将有所缓和，能源节约和环境保护任务依然艰巨繁重。

随着公路路网的不断完善和经济快速发展，各类民用车辆迅速增长。至2009年底，全省民用车（汽车、电车、摩托车、拖拉机、挂车和其他类型车等6类车）拥有量为583.24万辆，比2008年底增加124.32万辆，增长27.1%；机动车驾驶员671.91万人，增长20.4%。2009年，全省平均每天新增民用车3 406辆。

随着煤炭消费量的增加，未来湖南省的大气SO2浓度和S沉降亦呈现增加态势，同时随着汽车拥有量的增大，NOX的浓度和N的沉降同样呈增加态势，而两者又是影响湖南省降水pH值的主要因数，因此，湖南省的降水酸雨有加重的趋势。

［1］华夏经纬网络信息中心.湖南概况［R］.长沙：湖南省人民政府台湾事务办公室，2008.

［2］湖南省环境保护局.2000～2009年湖南省环境质量报告书［R］.长沙：湖南省环境保护局，2009.

［3］许 晶，万小卓.湖南省酸雨普查现状、污染控制对策及监测工作建议［J］.湖南有色金属，2004（6）：33～36.

［4］湖南省统计局.2005～2009年全省各市州单位GDP能耗等指标公报［R］.长沙：湖南省统计局，2009.