2006—2018年济宁市酸雨资料分析

高广强 赵京峰 侯红运

摘要    分析2006—2018年济宁国家一般气象站共计654个降水样品数据，其中酸雨样品120个，占总样品的18.3%。结果表明，济宁市2006—2018年酸雨污染经历了改善、恶化、再次改善的阶段性变化，但总体趋于改善。济宁市酸雨的形成主要与人为因素、气象因素和地理因素有关;酸雨属于一种污染性降水，对农业生产及生态环境、人类的身体健康、文物建筑及民用设施及附属物等都有较大的破坏和影响，特别是对农业生产和生态环境影响尤为严重;控制污染物的排放，开发新能源引进新技术，多部门联合监测是防治的主要措施。

关键词    酸雨资料;特征;成因;危害;措施;山东济宁;2006—2018年

中圖分类号    X517        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）14-0178-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

中国已成为仅次于欧洲和北美的世界第三大酸雨区，其中降水酸度最强、面积最大的酸雨区在中国[1]。济宁市位于山东省西南部，是山东重要的工业城市和煤炭产区，作为京津冀大气污染传输通道上的“2+26”城市之一，酸雨治理问题显得尤为重要。济宁市气象局于2002年11月建成了酸雨观测站，并开始采集酸雨样品，对酸雨相关要素进行测量。

本文对2006—2018年的酸雨观测资料进行了整理，分析出济宁市酸雨的主要特征、主要成因及危害，提出防治措施，以期为相关决策部门提供参考。

1    酸雨的定义和资料统计方法

1.1    酸雨的定义

酸雨是pH值<5.60的大气降水。大气降水的形式包括液态降水、固态降水和混合降水，如雨、雪、雨夹雪、雹等。

酸雨观测的主要采集器皿为上口直径40 cm、高45 cm的聚乙烯塑料桶，主要测量仪器为pH计（2006年1月至2016年2月为PHS-3B型，2016年3月至2018年12月为PHS-3E型）和电导率仪（2006年1月至2016年2月为DDS-307型，2016年3月至2018年12月为DDS-307A型）。采集日降水样品，测量其pH值和电导率（K值）。

1.2    酸雨资料的统计方法

本文对2006年1月至2018年12月济宁市酸雨观测站13年间的654个观测降水样本进行了统计分析。

1.2.1    季节划分。根据济宁市的气候特点将四季划分为冬季（12月至翌年2月）、春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）。

1.2.2    降水样品采集方法。降水采样以当天8：00至次日8：00为一个采样日界，在一个降水采样日内，降水量达到1.0 mm或以上，采样一个日降水样品，若一个降水采样日内有几次降水过程，则多次采样后合并为一个日采样样品。

1.2.3    pH值。pH值是指大气降水的酸碱度，pH值的定义为氢离子浓度的负对数，系无量纲量。计算公式如下：

pH=-lg[H+]

[H+]为氢离子的体积摩尔浓度，单位为mol/L。

1.2.4    电导率。电导率为通过电导测量池中待测溶液的电流密度与施加其上的电场强度之比。电导率的单位为S/m，常用单位为μS/cm。大气降水的电导率（K值）是反映大气降水的导电能力的指标，而导电能力又可以反映大气降水的洁净程度[2]。

1.2.5    月平均pH值。目前多采用雨量加权平均值为月平均pH值。

1.2.6    酸雨发生频率。酸雨发生频率为本市酸雨次数占总降水次数比例，即降水pH值<5.6的次数，除以pH值观测的总次数。

1.2.7    酸雨的临界指标区间划分。pH值<4.0为特强酸雨;4.0≤pH值<4.5为强酸雨;4.5≤pH值<5.0为弱酸雨;5.0≤pH值<5.6为较弱酸雨。

2    济宁市酸雨特征

2006—2018年共采集降水样品654个，其中酸雨样品120个，占总样品的18.3%。

2.1    酸雨月平均pH值和酸雨发生频率统计分析

由图1可以看出，2006—2018年中月平均降水最大pH值出现在2月，pH值为6.44，月平均降水最小pH值出现在9月，pH值为5.67;而从酸雨频率月变化可以看出，12月酸雨发生频率最高，为30.4%，2月酸雨发生频率最低，为6.9%。

2.2    酸雨季平均pH值和酸雨发生频率统计分析

由图2可以看出，不同季节酸雨pH值和发生频率的变化规律：秋季在一年中降水pH值最小，为5.92，冬、春两季在一年中降水pH值最大，均为6.23;春季酸雨发生频率最小，为13.5%，秋季酸雨发生频率最高，为22.2%。酸雨发生频率统计结果表明，秋季>夏季>冬季>春季。

2.3    酸雨年平均pH值和酸雨发生频率统计分析

2006—2018年济宁的年酸雨平均pH值为6.09，年平均发生频率为18.3%。由表1可以看出，年平均酸雨最大pH值出现在2015年，为6.83;年平均酸雨最小pH值出现在2006年和2007年，均为5.24，且只有这2年平均pH值 <5.6;其他年份平均pH值均>5.6。酸雨发生频率最高为2007年，为48.9%;最低为2015年，为0.0%。从发生频率变化趋势来看，2006—2008年较高，之后逐渐降低，2015年达到一个最低点，2016年又有回升，之后又迅速降低，从总体趋势来看，是一个逐渐降低的过程。

按照酸雨的临界指标划分来看，2006年和2007年年平均pH值属于弱酸性，其他年份年平均pH值均达不到酸雨划分标准。从13年间的pH值变化范围来看，济宁市最低值为4.02，出现在2006年;最高值为7.98，也出现在2006年。

由统计资料分析可知，济宁市2006—2018年酸雨污染经历了改善、恶化、再次改善的阶段性变化，但总体趋于改善。

3    济宁市酸雨成因

3.1    大气污染物

济宁市是能源型城市，是山东省重要的工业城市和煤炭产区，并占有重要的战略地位。众多的煤矿、化工、电厂、水泥制造、药品、造纸、建筑等企业，汽车尾气和冬季取暖锅炉排放等是重要的污染来源。济宁市近10多年主要的大气污染物有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（N0x）、一氧化碳（CO）、总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物（PM10）、降尘（DF）等，其中SO2、N0x、CO主要来源于工业生产和交通运输，TSP和DF主要来源于餐饮业和建筑业[3]。针对本市具体情况，环保部门加强了整理力度，2017年全市大气环境质量改善居全省首位，南四湖流域水环境质量已连续15年得到改善，跻身全国14个水质良好湖泊行列。为了改善生态环境质量，2018年济宁市印发了《济宁市生态环境保护三年攻坚计划（2018—2020年）》，将大幅减少污染物的排放。环保部门的积极治理是济宁市2006—2018年酸雨污染总体趋于改善的主要原因。

3.2    气候特点和地理因素

济宁属鲁南泰沂低山丘陵与鲁西南黄淮海平原交接地带，地质构造上属华北地区鲁西南，断块凹陷区。济宁市地形以平原洼地为主，地势东高西低，地貌较为复杂。

济宁市位于东亚季风气候区，属暖温带季风气候，四季分明。夏季多偏南风，受热带海洋气团或变性热带海洋气团影响，高温多雨;冬季多偏北风，受极地大陆气团影响，多晴寒天气;春、秋2季为大气环流调整时期，春季易旱多风，回暖较快;秋季凉爽，但时有阴雨。

3.2.1    气象条件。气象条件对酸雨形成的影响主要表现在2个方面。在大气物理方面影响着酸性物质的清除、扩散和输送过程。在化学方面影响着酸雨前体物的转化速率[4]。济宁市酸雨中的酸性物质主要源于大气中的SO2和N0x，可由自然源放射，但主要来源于人类的生产、生活活动。在相同源强条件下，气象条件的不同可引起酸雨强度分布不同。

3.2.2    气象要素和地理因素。酸雨的分布主要与风向、风速、降水量、雾霾等气象要素和地理因素有密切关联。济宁市冬半年（10月至翌年3月）多偏北风，夏半年（4—9月）多偏南风，济宁市的北方和西北方向是济宁市重要的煤炭产区，释放的污染物易形成酸雨。此外，济宁市的东部为山区，对致酸物质的扩散和稀释也起到一定的抑制作用。这也是济宁冬半年酸雨频率略高于夏半年的主要原因之一。

降水次数多和降水量大，对酸性污染物起到一定的稀释作用，所以酸雨在夏季出现的频率一般较低。济宁市春季酸雨出现频率较低，主要原因与春季多风且平均风速较大有关。

雾滴极易吸附和吸收各种酸性颗粒物和气体，在大雾或轻雾天气里，这些雾滴经久不散，一经降水冲刷，这些物质溶于水中降落到地面，形成酸雨。同时雾滴里硫化物和氮氧化物的含量很高，不仅能导致酸性降水，还可能产生二次污染;霾是指大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度<10.0 km的空气普遍混浊现象[5]，霾如果伴随着降水降落到地面上，也易形成酸性降水。

4    酸雨的危害

从表1可以看出，济宁市2006—2018年只有2015年最小pH值>5.6，为6.03，其他年份的最小pH值均<5.6， 2006年最小pH值甚至达到4.02。酸雨属于一种污染性降水，对农业生产及生态环境、人类的身体健康、文物建筑及民用设施及附属物等都有较大的破坏和影响，特别是对农业生产和生态环境影响尤为严重。

4.1    对农业生产和生态环境的影响

酸雨可严重影响种植业和养殖业，破坏陆生和水生生态系统。济宁市土地总面积112.07万hm2，其中，农用地面积77.41万hm2，占土地总面积的69.07%，酸雨可使农田土壤酸化造成减产，使本来固定在土壤矿化物中的有害金属，如汞、镉、铅等再溶出，继而被粮食作物、蔬菜吸收和富集。济宁市水系较发达，均属淮河水系南四湖流域，中部京杭运河贯穿南北，南四湖位于本区中南部，为我国十大淡水湖之一，较大河流有泗河、白马河、洸府河等，酸雨可使水体变为酸性，造成水生生物的死亡，对养殖水体也会产生影响，造成养殖业减产甚至绝产。

4.2    对人类健康的影响

济宁市常住人口约为829.92万人，在山东省排名第五，是人口大市。酸雨可以刺激人们的呼吸器官、黏膜、皮膚，可导致红眼病和支气管炎，诱发肺病等;被酸化的土壤种植出的农作物和被酸化的水体养殖出的水生生物往往重金属超标，人们如果长期食用这种食物，有害物质被人体吸收后难以排出，长此以往将严重影响身体健康。