嘉峪关市降水中主要阴阳离子研究

邹丽娜 褚明天 赵娟

摘要：本文通过分析2012～2018年嘉峪关市降水中阴阳离子含量的变化，对嘉峪关市降水污染的原因、类型和程度进行研究。

关键词：降水;阴离子含量;阳离子含量

中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.100

Abstract： By analyzing the changes of anion and cation content in precipitation in Jiayuguan City from 2012 to 2018， the causes， types and extents of precipitation pollution in Jiayuguan City were studied.

Keywords：Precipitation;Anion content;Cation content

1 样品及分析方法

2012～2018年，嘉峪关市环境监测站共采集降水样品79个，共形成869个监测数据。样品采集和分析方法均按照《酸沉降监测技术规范》（HJ/T165―2004）的要求进行，以降水pH<5.6作为酸雨评价标准[1]，监测项目为降水时间、降水量、水质pH值、电导率、SO42-、NO3-、Cl-、F-、NH4+、Ca2+、Mg2+、Na+、K+的含量。

2 降水酸碱度的年季变化

嘉峪关市位于甘肃省西北部，河西走廊的中部，属温带大陆性荒漠气候，空气中存在大量碱性浮尘[2]。根据2012～2018年降水监测数据，该市降水为一般呈弱碱性。2012～2018年降水酸碱度变化情况具体见表1。

由表1可知，嘉峪关市降水虽呈弱碱性，但是2012～2018年降水酸碱度最低值、最高值均有所减小，说明嘉峪关市大气中酸性离子的含量有所增加，碱性离子的含量有所减少。

3 降水中离子含量变化情况

降水中的阴离子通常为SO42-、NO3-、Cl-、F-、HCO3-等，阳离子为NH4+、Ca2+、Mg2+、 Na+、K+、H+等，由于城市经济快速发展导致嘉峪关市大气中阴阳离子的含量随时间的变化呈明显差异，因此分析大气降水中阴阳离子含量的变化有助于了解城市大气中主要污染物的状况。

3.1 降水中陰离子的变化

对嘉峪关市降水中各种阴离子的含量占阴离子总含量的百分比[3]来确定本市主要的污染物，以ρ（SO42-）/[ρ（SO42-+NO3-+Cl-+F-）]，ρ（NO3-）/[ρ（SO42-+NO3-+Cl-+F-）]，ρ（Cl-）/[ρ（SO42-+NO3-+Cl-+F-）]，ρ（F-）/[ρ（SO42-+NO3-+Cl-+F-）]进行计算。嘉峪关市2012～2018年降水中阴离子含量情况具体见图1。由图1可知，2012～2017年嘉峪关市降水中SO42-占阴离子含量的68.44%以上，远远高于NO3-，Cl-，F-的含量，是阴离子的主要成分，说明嘉峪关市降水依然是以燃煤为主的硫酸盐型污染。

2018年与2012年相比，NO3-占阴离子含量的比值逐渐增加， 这与城市机动车数量的增加相一致，降水逐渐由燃煤硫酸型污染逐步向硫酸盐—硝酸盐复合型污染转变。

降水中F-的含量逐年增加[4]，主要原因可能是嘉峪关市的支柱产业―酒泉钢铁（集团）有限责任公司与甘肃东兴铝业实施战略重，大力发展大型铝合金生产工艺。

为进一步研究嘉峪关市2012～2018年降水中S042- 和NO3-含量在不同季节的变化情况，采用S042-含量与NO3-含量的比值表示其变化情况。降水中S042-含量与NO3-含量的比值较高值一般出现在二、三季度，最高值为24.09，最小值为0.06;比值较低值一般出现在一季度，最高值为10.63，最小值为0.24;尤其在2018年以后，由燃煤产生的S042-对环境的影响逐渐降低。

3.2 降水中阳离子的变化

对嘉峪关市降水中各种阳离子的含量占阳离子总含量的百分比来确定该市主要的污染物，以ρ（NH4+）/[ρ（NH4++ Ca2++ Mg2++ Na++ K+）]，ρ（NH4+）/[ρ（NH4++ Ca2++ Mg2++ Na++ K+）]，ρ（NH4+）/[ρ（NH4++ Ca2++ Mg2++ Na++ K+）]，ρ（NH4+）/[ρ（NH4++ Ca2++ Mg2++ Na++ K+）]，ρ（NH4+）/[ρ（NH4++ Ca2++ Mg2++ Na++ K+）]进行计算。嘉峪关市2012～2018年降水中阳离子含量情况具体见图2。

由图2可知，2012～2017年，嘉峪关市降水中阳离子主要以Ca2+为主，占阳离子总量的52.74%以上，但2018年与2017年相比，降水中Ca2+含量降幅高达66%。2012～2018年，降水中NH4+含量呈逐渐增加的趋势。

4 降水中阴阳离子变化的成因

4.1 污染物排放量的影响

嘉峪关市作为我国西北地区最大的碳钢和不锈钢生产基地，已形成以冶金工业为主体，化工、电力、建材、机械、轻纺、食品为辅的工业体系。2017年嘉峪关市工业二氧化硫排放量28815t，同比增长-3.96%;工业氮氧化物排放量24823t，同比增长-16.3%;工业烟（粉）尘排放量42576t，同比增长-4.41%。

4.2 城市地理地貌及工业布局的影响

嘉峪关市辖区略呈平行四边形，东西较长，南北稍窄，西南高，东北低，自然坡度13.3‰，海拔在1430～2799m之间。工业园区主要分布在城市的周边，企业排放的各类污染物处于城市的下风向，可有效地降低大气中各类污染物的含量。

4.3 气候条件的影响

每当入秋后，嘉峪关市气温逐步下降，昼夜温差大造成近地面气温低，而高空气温较高，形成了气温随高度增加而升高的逆温异常现象，逆温幅度最大可达到15℃以上，逆温层厚度最厚接近1000m，像一个“锅盖”一样覆盖在城市上空。由此形成该市夜间、凌晨等气温较低时段，空气垂直对流运动被阻碍，近地面的烟尘、污染物、水汽凝结物无法扩散，而造成大气中离子的含量有所增加。

5 结语

通过对嘉峪关市2012～2018年降水酸碱度、阴阳离子含量变化及成因分析，表明嘉峪关市没有出现酸雨。2012～2017年降水中主要阴离子为S042-，在此之后S042-的含量降低。由于机动车影响，NO3-的含量逐步增加，嘉峪关市降水正由硫酸盐型向硫酸盐―硝酸盐复合型转变。降水中Ca2+的含量有升有降，NH4+的含量在逐年增加。

参考文献

[1]吴秋珍.荆州市降水污染特征及变化趋势分析[J].长江大学学报（自然科学版），2011，8（10）：243-248.

[2]陈向群，田娟.银川市降水中主要阴阳离子含量分析[J].宁夏工程技术，2014，13（1）：33-36.

[3]林武，廖德兵，刘真，范华伟.攀枝花市酸雨变化及降水化学特征分析[J].攀枝花学院学报，2012，29（4）：120-123.

[4]杨怀安.甘肃东兴铝业有限公司节能减排对策研究[D].兰州：兰州大学，2012.

收稿日期：2019-01-23

作者简介：邹丽娜（1982-），女，汉族，研究生，工程师，研究方向为生态环境监测。