郴州市大气降水化学成分特征及趋势的研究

欧盛江

（湖南省郴州生态环境监测中心，湖南 郴州 423000）

郴州市位于湖南省东南部，东面与江西省赣州市为邻，南面与广东省韶关市为界，西接永州，北交衡阳市及株洲。郴州四季分明，属于大陆性气候[1]。笔者以郴州市2016—2020年郴州市大气降水数据进行研究，分析近5年来大气降水pH值、EC等组分的时空变化规律，研究结果可为当地政府大气污染防治措施提供科学参考。

1 研究方法

1.1 数据来源

研究数据来源于郴州市环境空气自动监测站。采样点位于北湖区环保局楼顶，采样器距楼顶1.2 m，周围无明显污染源。2016—2020年共采集降水样品132个。

1.2 评价标准

按照《酸沉降监测技术规范》（HJ/T165-2004）规定，酸雨是指pH值低于5.6的降水[2]。

1.3 评价方法

降水pH加权值采用氢离子[H+]雨量加权法计算，其计算公式为：

式中，pH加权为单一测点季或年度加权值，无量纲；

[H+]i为第i次降水氢离子摩尔浓度，mol/L；

Vi为第i次降水的降水量，mm。

各离子加权浓度按雨量加权算术平均值计算，其计算公式为：

式中，[X]i为第i次降水某离子的浓度，mg/L;

Vi为第i次降水的降水量，mm。

酸雨频率＝（酸雨样本数/降水总样本数）×100%

2 结果与讨论

2.1 降水的时空变化

2.1.1 降水的年度加权pH值及酸雨频率

2016—2020年，郴州市年降水量加权pH值的变化范围为5.12～5.41，最大值出现在2016年，为5.41，总体呈下降趋势。郴州市降水酸雨发生频繁，酸雨频率从2016年的80.0%下降到2020年的45.0%[3]。（见图1）

图1 2016-2020年郴州市降水年加权pH和酸雨频率变化趋势

2.1.2 降水季度加权pH值及酸雨频率

以春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12月—次年2月）划分四季。2016～2020年郴州市不同季节降水加权pH值和酸雨频率变化趋势如图2，郴州市季节降水量加权pH值的变化范围为5.14～5.52，夏季最高，春季次之，秋冬季较低；季节酸雨频率在45.7%～76.9%，表现为秋冬季节较高，夏季最低。夏季降水较多，酸雨频率相对较少，秋冬季降水偏少，酸雨频率较高。

图2 2016～2020年郴州市不同季节降水加权pH值和酸雨频率变化趋势

2.2 降水的离子组分时空变化

2.2.1 降水的年度加权离子组分

2016—2020年，郴州市降水加权平均总离子当量浓度为1 243.84 μeq/L。SO42-、Ca2+、Cl-、NO3-和NH4+是降水的主要离子，占总离子当量浓度的89.1%。Ca2+和NH4+是降水中主要阳离子，对总离子当量浓度的贡献为15.9%和8.7%；SO42-、Cl-和NO3-是主要阴离子，对总离子当量浓度的贡献为40.2%、15.2%和9.1%。降水中各离子组分加权当量浓度从高到低的顺序是：SO42-＞Ca2+＞Cl-＞NO3-＞NH4+＞F-＞K+＞Mg2+＞Na+，酸雨污染的主要来源是硫酸根离子的前驱物二氧化硫，硫酸盐是郴州市降水中的主要致酸物质（见表1）[4-5]。

表1 2016～2020年郴州市雨量加权平均离子当量浓度及百分浓度

2.2.2 降水的季度加权离子组分

从2016～2020年郴州市不同季节降水组分雨量加权平均离子当量浓度图3可知：SO42-、Cl-、NO3-、F-、Mg2+、Na+等离子表现为前三季度较高的现象，Ca2+离子没有明显的季节变化情况[6]。

图3 2016～2020年郴州市不同季节降水组分雨量加权平均离子当量浓度

2.3 降水的EC及总离子浓度

2.3.1 降水的年度加权EC及总离子浓度

2016～2020年，郴州市加权EC年均值为21.7～137.3 μS/ cm，平均值为67.5 μS/cm。降水EC和离子总量呈明显下降趋势，最大值出现在2016年，为137.3 μS/cm；最小值出现在2020年，为21.7μS/cm，（见图4）。

图4 2016～2020年郴州市加权年均EC和离子总量变化趋势

2.3.2 降水的季度加权EC及总离子浓度

从季节分布图5可知，郴州市季度加权EC和离子总量呈现相同的变化趋势，秋季最高，冬季最低。

图5 2016～2020年郴州市不同季节加权平均EC和离子总量变化趋势

3 结论

（1）郴州市年降水量加权pH值的变化范围为5.12～5.41，总体呈下降趋势。郴州市降水酸雨发生频繁，酸雨频率从2016年的80.0%下降到2020年的45.0%。郴州市季度降水量加权pH表现为夏季最高，春季次之，秋冬季较低。

（2）郴州市降水加权平均总离子当量浓度为1 243.84 μeq/L 。SO42-、Ca2+、Cl-、NO3-和NH4+是降水的主要离子，占总离子当量浓度的89.1%。降水中各离子组分加权当量浓度从高到低的顺序是：SO42-＞Ca2+＞Cl-＞NO3-＞NH4+＞F-＞K+＞Mg2+＞Na+。

（3）郴州市加权EC年均值为21.7～137.3 μS/cm，平均值为67.5 μS/cm。降水EC和离子总量呈明显下降趋势。