江苏省太湖流域大气沉降通量研究

刘 丽

（1.江苏省苏力环境科技有限责任公司；2.江苏省环境监测中心，南京 210036）

改革开放后，太湖流域经济快速发展，特别是江苏境内的苏锡常地区，工业企业发展较快。其间，大量的含氮、磷污水通过地表水排入太湖，由于太湖水体相对封闭，水质严重恶化。随着2008年蓝藻的爆发，为改善太湖水质状况，江苏省采取了一系列的治理措施，包括重污染企业搬迁，、沿太湖流域工业废水N、P零排放等。虽然采取了一系列措施，但是太湖蓝藻仍没有得到有效控制，因为早期含氮磷物质排入量大，空气中含氮磷物质自然沉降严重。因此，弄清自然沉降过程对太湖营养盐的输入情况，有助于人们控制太湖蓝藻。

除了直接污水排入之外，环境空气中的N、P化合物通过自然的沉降和降水过程进入湖泊，是湖泊营养元素的最大来源[1]。其包含两种方式，分别为干沉降和湿沉降。湿沉降是指下雨、下雪等降水过程，将空气中的含N、P物质裹挟后进入地表和湖泊。干沉降是指含N、P物质，通过分子间的作用力和空气中的微尘形成的凝结核，结合成飘尘或气溶胶，由于地球引力的作用，沉降到湖泊或入湖河流，从而向湖泊输入N、P营养盐[2]。干沉降和湿沉降是在不同的气象条件下发生的，湿沉降过程的瞬时沉降量要大于干沉降，而湿沉降的时间尺度要大于干沉降。为探索江苏省太湖流域干湿沉降量，笔者选择太湖流域三个主要城市常州、无锡、苏州湿沉降点位数据进行研究。

1　研究方法

1.1　采样技术

本项目使用由中国台湾中环科技有限公司实验室设计和制作的干湿沉降自动采样仪器自动采集干沉降和湿沉降样品。采样器分别由干、湿沉降缸组成，在干、湿沉降缸的上端面有一活动的盖板可作摇摆运动。无降雨时湿沉降缸关闭，干沉降缸处于开通状态，可采集空气中飘尘和污染气体的干沉降；降雨时在仪器控制器的作用下，使机械传动系统动作，盖板摇摆运动而打开湿沉降缸，关闭干沉降缸，由此可避免干、湿沉降的相互影响，达到干、湿沉降自动分离采集的目的。该仪器采样完全自动化持续运行，无需人员值守，性能稳定，取样操作简单，完全满足采样要求。

干沉降采样方法参考《环境空气降尘的测定重量法》（GB/T 15265-94）、《环境监测分析方法》和《空气和废气监测分析方法》中降尘的收集方法，采用湿法采集样品，即干沉降采样前加入适当量的蒸馏水，并经常检查干沉降缸内存水情况，及时补充存水。

湿沉降采样与样品保存方法参考《大气降水样品的采集与保存》（GB/T3580-1992）中降水样品的采集与保存方法。

1.2　布点方法

本研究采用现场采样结合历史数据分析的方法，对江苏省太湖流域氮磷沉降进行研究。具体研究方法为在江苏省太湖沿岸和湖面进行采样点布设，具体布设规则按照太湖在江苏省内的具体位置进行确定。为了研究江苏省太湖流域干湿沉降的量，分别在太湖沿岸和湖上布设6个监测点位，沿岸点位位于无锡、常州市武进区、苏州市、宜兴市，湖上点位布设于无锡马山、苏州渔洋山。2013年6月到2014年5月，分别进行全年度的大气湿沉降监测，计算方法如式（1）所示。

式中，Rw为湿沉降率，kg/（km·月）；Ci为第i次降雨组分浓度，mg/L；h为降雨量，mm；k为单位换算系数，取值为1。

根据每个月的降水量，人们可以计算出该监测点位的湿沉降率，然后通过本研究布设点位的统计，计算出江苏省太湖流域的平均湿沉降率。接着，结合太湖面积，计算出太湖湿沉降总量。通过参考相关文件，对太湖地区干湿沉降基本情况进行统计，获取长时间尺度上太湖干湿沉降的估算比例，估算出江苏省太湖流域营养盐干沉降量，从而获得当地的整体干湿沉降情况。

2　研究结果

通过监测数据的分析，结合江苏省太湖面积，人们可以计算出江苏省太湖流域在研究期间的总氮、总磷和高锰酸钾指数湿沉降率。总氮湿沉降率最大值和最小值分别为216.70 kg/km2、38.89 kg/km2，时间段分别为2013年10月、2014年1月；总磷湿沉降率最大值和最小值分别为4.49 kg/km2、0.35 kg/km2，时间段分别为2014年3月、2013年11月；高锰酸盐指数沉降率最大值和最小值分别为230.89 kg/km2、33.17 kg/km2，时间段分别为2014年4月、2014年1月。通过数据对比，总氮沉降量和高锰酸盐指数沉降率在时间尺度上基本保持一致，具有很好的关联性，并且明显要高于总磷含量。本研究具体分析数据如表1所示。

表1　太湖流域总氮、总磷、高锰酸盐指数平均湿沉降率

3　太湖干湿沉降量核算

通过统计可知，江苏省太湖流域TP（总磷）、TN（总氮）、CODMn（高锰酸盐指数）平均沉降率为 26.42 kg/（km2·a）、1671.37 kg/（km2·a）、1 754.38 kg/（km2·a）。太湖面积为 2 338 km2，根据研究所得的平均沉降率，可以计算出通过湿沉降方式进入太湖的TP、TN、CODMn的总量约为61.77 、3 907.7 t、4 101.7 t。

通过查阅中科院南京地理与湖泊研究所对太湖长期的研究结果，太湖总氮干湿沉降中，湿沉降总量约占3/4[3]。由此可以计算出，本研究中，通过干沉降进入太湖的TP、TN、CODMn的总量约为82.36 t、5 210.2 t、5 468.9 t。因此，综合起来，本研究干湿沉降进入太湖湖体的TP总量为144.13 t，TN总量为9 117.9 t，CODMn总量为9 570.6 t。由此可见，每年干湿沉降进入太湖湖体的营养盐的量相当可观，其主要原因是人类生产活动造成大量废气（非生产排放、固定源排放、无组织排放）等进入大气，然后通过自然沉降进入水体。因此，想要削减自然沉降对太湖营养盐的输入量，人们应该进一步分析大气组分来源，对大气中颗粒物构成进行朔源，从源头上进行有效控制。

4　结论

通过太湖流域干湿沉降采样数据统计分析，太湖流域2013年6月至2014年5月空气中TN、TP、CODMn湿沉降输入太湖湖体的总量约为3 907.7 t、61.77 t、4 101.7 t。大气干湿沉降的TN总量为5 210.2 t，TP总量为82.36 t，CODMn总量为5 468.9 t。