菏泽市城区十三五期间降水特征分析

孙艳亭，肖培平，刘锐，徐雄

（山东省菏泽生态环境监测中心，山东菏泽 274000）

近年来， 随着菏泽市城市化进程的加快和人口密度的进一步增加， 空气质量受到人为因素的影响越来越大。 通过了解在降雨（雪）过程中从大气中沉降到地球表面的沉降物的主要组成、 性质及有关组分的含量，可分析大气污染状况，为提出控制污染的途径、方法提供基础资料和依据。本文根据2016～2021 年间的城市降水监测数据， 对菏泽市十三五期间的降水特征及其变化情况进行分析，以期为相关部门和地方领导决策提供参考。

1 研究区域概况

1.1 菏泽市自然地理特征

菏泽市地处黄河下游，境内地势平坦，属暖温带季风大陆性气候，四季分明，光热资源丰富，但降水分布不均，具有雨热同期特征。 通常夏季降水占全年的60%，冬季降水少，仅占全年降水量的4%，秋季多于春季而少于夏季。 暴雨一般出现在5～9 月，年均暴雨日数1.9～2.7d。

1.2 监测点位信息

菏泽市城区共设有市气象局、市环保局两个大气降水监测点位，位于两单位楼顶的监测平台上， 两个监测点位均采用降水自动搜集器采集样品，避开污染源的干扰，采样点四周无遮挡雨、雪的建筑物，采样口距基础面的相对高度＞1.2m，避免地面的污染物溅入样品中。

1.3 研究方法选择

降雨中的主要化学离子有阴离子：F-、Cl-、NO3-、SO42-、HCO3-, 阳离子：K+、Ca2+、Na+、Mg2+、H+、NH4+等[1，2]。 本文选取大气降水样品基本参数（降水量、pH、EC）和无机阴阳离子进行测试。样品采集后即时测定pH 和EC（电导率）值，用于测定电导率、pH 值的降水样品不需要过滤。剩余样品若不能及时分析， 于4℃冷藏储存。 其中pH 采用梅特勒FE20pH 计测定；EC 采用梅特勒FE30 电导率仪测定。 无机阴离子（F-、Cl-、NO3-、SO42-）使用赛默飞ICS-900 离子色谱仪，无机阳离子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+） 使用耶拿连续光源原子吸收光谱仪ContrAA700 测定，NH4+采用纳氏试剂分光光度法测定。

1.4 样品分析的质量保证

为保证数据质量， 每批降雨样品分析时，pH计和电导率仪使用前均用标准溶液校正，无机阴阳离子用国家标准物质进行质量控制，以保证数据的准确性。

2 结果与讨论

2.1 大气降水监测概况

2016～2020 年间共采集菏泽市降水76 场，两个监测点位共采集152 个样品， 共获得实验数据1824 个。 五年间降水总量为1720.6mm，年均降雨量344.12mm。 从降雨时间分布来看，夏季降雨显著偏多，秋冬季节降雨偏少。 十三五期间，6～8 月份降水量约占全年降水量的59.9%～81.1%， 为全年降水总量的主要贡献者；全年的暴雨也大多数集中在汛期，多出现在7、8 月份。

2.2 降水样品的pH 值和EC 值

所研究152 个降水样品pH 值均位于6.14～7.97 之间，基本呈中性和弱碱性，未检出pH＜5.60的酸雨样品，即五年间并无酸雨污染现象发生。所研究样品EC 值变化范围为2.00～37.2mS/m。统计各研究年份的EC 值发现，从1 月～12 月大致都存在先减小后增大的趋势。 我们以2017 年降水样品监测数据为例， 做图1 用以体现pH值、EC 值及降水量的月变化情况， 对于当月降雨频次大于1 次的月份， 选取降雨量较大的一组监测数据。

图1 2017 年降水样品pH 值、EC 值及降水量月变化情况

如图1 所示：EC 最高值为12 月份， 在3～7月趋于较低值，最低值出现在5 月份，同时可以发现，EC 值较低的两次降雨量均较大。EC 值是降水样品中可溶性物质含量的体现， 夏季EC 值明显低于冬季，也表明夏季由于气象因素和降水频次、降水量的增加大气环境质量优于冬季，也表明了较强降雨对于大气污染物具有一定的冲刷效果，使降雨中的离子质量分数有所降低。

2.3 大气降水中各离子组分

表1 降水中各监测项目年均值统计表

[SO42-]/[NO3-]是反映阴离子含量变化的重要指标， 也是分析与衡量酸雨类型的一个重要依据，能够反映降水酸度的主控因子[4]。 通常，当降水中的SO42-质量分数和NO3-质量分数的比值大于3 时，可以认为污染物的排放类型为燃煤型；介于0.5 和3 之间，认为污染源由混合型为主导；当该比值小于0.5 时，则可以认为污染物排放类型为燃油型[5]。 由图2 可以看出：2015～2020 年间，我市基本上呈现出逐年下降的趋势，研究期间该比值整体均位于0.5～3 之间， 表明菏泽市的污染源类型由燃煤燃油混合型逐渐向燃油型过渡。 在菏泽市降水离子组成中对降水酸化所起作用逐年下降，而的作用呈上升趋势。

图2 2015～2020 年[SO42-]/[NO3- ]变化趋势图

生物燃烧被认为是一个重要的K+源[6],研究区内K+质量分数总体处于较低水平， 且与2015 年相比有所降低，这与近年来相关部门对秸秆禁烧工作联合做出的努力和对于秸秆禁烧的宣传力度加大息息相关。

2.4 改善情况

十三五期间菏泽市一直致力于多措并举改善环境空气质量。 与2015 年度相比，2020 年降水中pH 继续稳定在合理水平。 降水中各离子质量分数稳中有降，均保持在较低水平。 大气降水中各项目2015 年、2020 年年均值统计情况如表2所示。

表2 2015 年降水中各项目年均值统计表

3 结论

1）降水样品pH 值均位于6.14～7.97 之间，五年间未出现pH＜5.60 的酸雨现象，EC 值变化范围为2.00～37.2mS/m，且从1 月～12 月大致都存在先减小后增大的趋势，夏季EC 值明显低于冬季。2）总体上，阴离子年均值依次为F-， 其中是阴离子总量的主要贡献者，高达94.8%。是质量分数较高的三种阳离子， 对阳离子总量的贡献高达93.5%。 3）2015～2020 年间，菏泽市均位于0.5～3之间，基本呈逐年下降的趋势，表明菏泽市的污染源类型由燃煤燃油混合型逐渐向燃油型过渡。对降水酸化所起作用逐年下降， 而的作用呈上升趋势。4）与2015 年度相比，2020 年降水中各离子质量分数稳中有降，均保持在较低水平。 十三五期间菏泽市多措并举使环境空气质量得以改善。