荆州市降水污染特征及变化趋势分析

吴秋珍

(湖北省荆州市环境监测中心站，湖北 荆州 434000)

荆州市降水污染特征及变化趋势分析

吴秋珍

(湖北省荆州市环境监测中心站，湖北 荆州 434000)

酸雨；污染特征；变化趋势；荆州市

荆州市地处湖北省中南部，位于江汉平原腹地，也是国家划定的“两控区”之一，即国家酸雨控制区。近年来荆州市加大了该地大气污染物排放的控制和治理力度，并且连续多年坚持开展了降水监测工作。根据近14a的降水监测资料，笔者对荆州市降水污染变化特征及变化趋势进行分析和探讨。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源

表1 降水样品分析方法一览表

1.2 降水监测数据处理方法

pH平均值采用氢离子浓度雨量加权法，其他离子均值的计算采用离子浓度雨量加权法，以降水pHlt;5.6作为判别酸雨的评价标准。酸雨频率=(酸雨样本数/降水样本数)×100%。

1.3 降水污染类型的研究方法

1.4 变化趋势分析方法

变化趋势分析采用图形法和秩相关系数法[5]来衡量。秩相关系数rj按下式计算。

在给出的监测时间周期(m)内，列出按时间排列的序数(Xi)和对应的数据从小到大排列的序数(Yi)，di=Xi-Yi。

采用Daniel趋势检验，使用spearman秩相关系数法进行变化趋势分析，将秩相关系数rj的绝对值同spearman秩相关系数统计表中的临界值Wp进行比较。若|rj|gt;Wp则表明变化趋势有显著意义，rj为正值，表明为上升趋势，若rj为负值，表明为下降趋势。

2 结果与分析

2.1 降水污染现状及变化趋势

降水pH用来表示降水酸度，是降水酸化的一个重要指标。1997～2010年间荆州市降水pH范围为4.20～7.99(表2)，最小值出现在1997年12月。降水pH年均值范围为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年降水监测结果

表3 1997～2010年降水指标秩相关系数检验

注：单侧检验；具显著性差异(Plt;0.05)；m=14；Wp=0.456

1639个降水样品中检出酸性降水189个，酸雨出现频率为11.53%。每年都有酸雨检出，酸雨pH年均值范围为4.68～5.48，酸雨频率范围为2%～32.4%，2001年酸雨频率最高，2007年酸雨频率最低。

由表3可知，荆州市1997～2010年降水pH年均值秩相关系数rj=0.521gt;Wp，上升趋势显著。酸雨频率1997～2001年呈上升趋势，2001年达到最高，2001年到2004年呈下降趋势，2004～2010年基本平稳(图1)。其秩相关系数rj=-0.745，|rj|gt;Wp，酸雨频率总体呈下降趋势。结果表明荆州市酸雨污染在逐步减弱。

图1 1997～2010年荆州市降水pH、酸雨频率年际变化趋势

图2 1997～2010年荆州市降水pH及酸雨率月变化趋势

2.2 降水污染时间分布特征

2.2.1 降水pH及酸雨频率月际变化

荆州市降水pH月均值范围为4.78～7.36，其中1997年12月份降水pH月均值最小。变化趋势大体是，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。

图2反映了荆州市1997～2010年降水pH均值及酸雨频率的月变化情况，pH和酸雨频率明显负相关，酸雨频率按月分布1月最高达到37.66%，12月次之，为26.32%，7月最低为0.64%。

2.2.2 酸雨的季节变化特征

按气象标准划分：3～5月为春季，6～8月为夏季，9～11月为秋季，12～翌年2月为冬季。荆州市酸雨频率随季节变化而不同，春季为8.70%，夏季为3.30%，秋季为14.56%，冬季为27.21%。酸雨频率按季节总体分布为：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，夏季最轻。这与南方城市的秋季酸雨严重，春冬夏相对较轻的研究结果不同[6]。分析其主要原因是，冬季降水量偏少，稀释作用不明显。在14a中，1月份和12月份各有4年没有采集到降水。夏季是酸雨污染较轻的季节，这是由于荆州夏季风速大，降水量大，污染物容易扩散，使夏季酸雨频率较低。

2.3 降水离子特征及污染变化趋势

表4 1997～2010年的大气降水主要化学成分分析 mg/L

图3 1997～2010年荆州市大气降水浓度变化趋势

2.4 降水污染类型变化趋势

荆州市1997～2010年间，2002年、2007年、2008年和2009年的酸雨污染类型特征参量A的范围是2.75～2.96，表明荆州市这4a酸雨类型为混合型，其余各年酸雨类型特征参量A均大于3.0，表明其酸雨污染类型均为硫酸型或燃煤型。使用spearman秩相关系数法进行变化趋势分析，rj=-0.505，|rj|gt;Wp。表明呈显著下降趋势，总体来看荆州市酸雨污染由燃煤型污染向混合型污染转变，并接近混合型污染。

2.5 荆州市酸雨成因分析

酸雨的形成过程是十分复杂的大气化学和大气物理过程。形成酸雨的主要前提物有SO2和NOx等酸性物质。荆州市能源以煤炭和电力为主，消费的主要是原煤，是以煤烟型污染为主的大气污染类型。近年来随着工业的发展煤炭消耗急剧增加，虽采取了一系列污染防治措施和减排措施，通过集中供热，大力推广使用清洁能源及脱硫煤等，全市SO2排放总量得到一定控制。但SO2污染水平无明显改善。机动车保有量在不断增加，车辆尾气中NOx的排放量也会相应增加。工业企业排放的SO2、Cl2、HCl和机动车尾气排放造成的NOx是影响酸雨形成的主要因素。

大气颗粒物是降水中化学物质的主要来源，颗粒物的性质和浓度决定了它对酸雨的缓冲能力。荆州环境空气污染以大气颗粒物(PM10)为主，颗粒物的主要成分是土壤扬尘和烟尘，荆州属偏酸性土壤，酸性土壤对酸性物质的缓冲力弱，土壤微粒通过扬尘进入空中，加重酸雨污染。

荆州市地处“两湖平原”(江汉平原、洞庭湖平原)中心，属北亚热带季风湿润气候区，具有四季分明、热量丰富、光照适宜、雨水充沛、雨热同季、无霜期长等特点。年降雨量以夏季多，冬季少。4～10月份降水量占全年的80%。其降水的水汽来源主要为印度洋孟加拉湾西南季风和太平洋东南季风，此种降水多为涡切变类型。偏东水汽来自东海，降水多为东风带系统(台风)类型，上述类型天气系统规律是每年4月进入，运行方向是由东南逐渐向西北推进，6月中旬～7月上旬形成“梅雨期”。常年主导风向夏季多南风，大风出现最多在4月，最大风力9级，大风日数平均为6d以上。风速大，有利于污染物的扩散。冬季受西伯利亚干冷气团控制，盛行西北风，寒冷干燥，降水量少。雨量的大小对降水酸度有明显的影响，降水量小时，对空气中污染物的冲刷、稀释作用小，污染物浓度下降慢，导致pH下降，酸性大；反之，降水量大，冲刷、稀释作用大，污染物浓度下降迅速，pH大，酸性小。荆州市降水样品总量与pH月际变化(图4)也证实了降水量越小，pH就越小，酸雨污染越重。

图4 1997～2010年荆州市降水样品总量与pH月际变化

3 结论

(1)荆州市降水pH年均值总体呈上升趋势。每年都有酸雨检出，酸雨频率范围为2%～32.4%。2001年酸雨频率最高，2007年酸雨频率最低。酸雨频率总体呈下降趋势。

(2)荆州市降水pH月均值的变化趋势大体是，每年的11月至次年的2月份降水pH最小。1月酸雨频率最高，12月次之，7月酸雨频率最低。酸雨污染冬季最重，秋季次之，夏季最轻。

(5)工业企业排放的SO2、Cl2、HCl和机动车尾气排放造成的NOx是影响酸雨形成的主要因素，荆州市酸性土壤的特征，气象条件，降水强度对酸雨形成起着重要作用。

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2011-06-18

吴秋珍，女，高级工程师，主要从事环境监测工作。

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.10.115

X131.2

A

1673-1409(2011)10-0243-06