离石区2010-2019年大气降水化学特性分析

王聪聪

（吕梁市水文水资源勘测站山西吕梁033000）

离石区位于山西省西部，吕梁山脉中段西侧，属于温带大陆性季风气候区，冬寒夏暑，四季分明。大气降水的化学组成受到自然环境和人类活动的共同影响，其成分来源主要包括自然源（如地壳沙尘、海洋气溶胶）和人为源（如工业、农业生产、汽车尾气等）[1]。大气颗粒物和气态污染物中的可溶性成分可以随着大气降水部分去除。大气污染物的类别及其来源都会在大气降水的化学组成上得到一定程度的体现。因此大气降水化学特性研究对于进一步保护和改善城市生态环境有积极的意义。

1 样品准备及分析

1.1 样品采集

采样地点位于吕梁市水文水资源勘测站院内，按照水利行业标准《水环境监测规范》，当降水量在非汛期大于5 mm；汛期大于10 mm；雪大于2 mm 时采样。每月采集第一次降水样检测，共采集到70 个样品。大气降水采集后送到实验室，立即取适量水样测定pH值和电导率（25℃），用0.45 μm 的滤膜过滤剩余水样，滤液收集到干净的聚乙烯桶中，置于冰箱（4℃）中避光保存，尽快分析。

1.2 样品分析

样品测定项目包括降雨量、pH 值、电导率和硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、氟化物、氯化物、硫酸根、钾、钠、钙和镁等，分别采用标准雨量筒、pHS-3C 型pH 计、DDS-307A 型电导率仪、L3S 可见分光光度计、AA-7020 原子吸收分光光度计和ICS-90A 型离子色谱仪等设施设备测定。

2 结果与分析

2.1 离石区降水特点

分析近十年离石区采集样品时监测的月平均降雨量，1月降雨最少，均没有达到非汛期大于5mm 的采样标准；2-7月降雨基本呈不断增加趋势，7-12月呈不断减少趋势；7月降雨量最大，降雨集中在5-10月。近十年离石区月平均降雨量情况见图1。

图1 近十年离石区月平均降雨量情况

2.2 降水pH 值与电导率特征

分析近十年离石区大气70 个降水样品的pH 值在6.10～7.73 之间，pH 值小于7.00 有11 个，pH 值在7.0～7.5 之间有55 个，pH 值大于7.5 有4 个，分别占15.7%、78.6%和5.7%，年均值为7.15，呈弱碱性。降水pH 值月变化基本不明显。pH 最低值出现在2010年5月（6.10），最高值在2017年7月（7.73）。按照气象行业标准，以降水pH 值划分酸雨等级：pH＜4.0 为特强酸雨，4.0≤pH＜4.5 为强酸雨，4.5≤pH＜5.0 为弱酸雨，5.0≤pH＜5.6 为较弱酸雨[2]。离石区大气降水中无酸雨。近十年离石区大气降水pH 值月平均变化情况见图2。

图2 近十年离石区大气降水pH 值月平均变化情况

电导率用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，主要取决于水溶性离子浓度，基本上与其成正比，可以间接反映当地大气降水污染程度。近十年离石区大气降水样品的电导率年均值为77～131 μS/cm，基本呈现下降趋势，但明显高于我国大气降水背景点瓦里关山的平均电导率14.8 μS/cm[3]。表明离石区大气降水已受到了污染，但污染呈现减轻的趋势。

2.3 降水化学组成

2010-2019年收集到的降水样品中主要离子浓度所占比例顺序为：Ca2+＞NH4+＞SO42-＞Na+＞Mg2+＞NO3-＞Cl-＞K+＞F-＞NO2-，其中大气降水中主要的阳离子为Ca2+、NH4+和Na+，占比共计56.6%，SO42-和NO3-是降水中主要的阴离子，占比共计25.2%，这5 种离子占总离子的81.7%，Ca2+和NH4+离子占比最大，与降雨整体呈弱碱性有很大的关系。离石区降水中主要的阳离子是Ca2+、NH4+，表明空气中碱性颗粒物中的钙对降水的中和作用最大；阴离子含量基依次为SO42-＞NO3-＞Cl-＞F-＞NO2-，表明硫氧化物仍是降水酸化地主要因素。

Ca2+/NH4+的比值在0.97～2.87 之间，表明离石区大气颗粒物中地碱性成分较多，对大气降水有较强的中和能力，有效抑制酸雨的产生，也是离石区降水呈弱碱性的主要原因。SO42-/NO3-比值在1.42～3.26，表明离石区大气降水类型为混合型，硫氧化物对降水酸度的贡献大于氮氧化物。

按季节分析，以3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季，12-2月为冬季[4]，大气降水中各离子含量没有太明显的月变化特征，随着月份变化出现不同程度的波动，但各离子含量呈现比较明显的季节变化，除F-和K+外其它离子的浓度最高值均出现在冬季，浓度最低值出现在不同的季节。从2010年到2019年，Mg2+和K+大气降水中的含量整体呈逐渐下降的趋势，且Mg2+较K+明显；Ca2+呈现出先下降后上升的变化趋势，其它离子含量没有明显的年际变化特征。近十年离石区降水离子浓度月际变化情况见图3、4。

图3 近十年离石区降水离子浓度月际变化情况

3 结论

图4 近十年离石区降水离子浓度月际变化情况

利用离石区2010-2019年的降水监测资料，研究分析了离石区近十年来的大气降水量，pH 值、电导率、硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、氟化物、氯化物、硫酸根、钾、钠、钙和镁等变化情况。结果表明：近十年来离石区的大气降水主要集中在每年的5-10月，基本上呈现周期性的波动趋势。离石区大气降水的pH 值和电导率相对稳定，pH 值在6.10～7.73 之间，电导率年均值在77～131 μS/cm 之间，没有出现酸雨。主要离子浓度所占比例顺序为：Ca2+＞NH4+＞SO42-＞Na+＞Mg2+＞NO3-＞Cl-＞K+＞F-＞NO2-，其中大气降水中阳离子主要是Ca2+、NH4+和Na+，阴离子主要为SO42-和NO3-。大气降水中各离子含量没有太明显的月变化特征，随着月份变化出现不同程度的波动，但除F-和K+外其它离子的浓度最高值均出现在冬季，浓度最低值出现在不同的季节。从2010年到2019年，Mg2+和K+大气降水中的含量整体呈逐渐下降的趋势，且Mg2+较K+明显；Ca2+呈现出先下降后上升的变化趋势，其它离子含量没有明显的年际变化特征。