“十三五”期间泰安市大气降水阴离子特征及相关研究

隋本会，褚秀玲，崔 然

（山东省泰安生态环境监测中心，山东 泰安 271000）

0 引言

大气降水过程是去除大气中颗粒物和污染气体的重要方式之一。大气降水和气溶胶之间的相互作用是降水中离子组分的重要来源，是一种大气污染的重要指示。大气降水的化学组成特征可以间接反映大气中污染因子、污染程度等情况[1]。因此，分析当地的降水化学特性对深入了解当地大气污染状况和污染物来源，掌握控制大气污染的方向具有重要的意义。近年来，我国许多学者针对南北方不同地域，如北京、郑州、桂林、济南、青岛等地的降水化学组成做了大量研究[2]，但针对泰安市大气降水成分分析的研究较少。本文通过研究泰安城郊降水中pH值、阴离子化学特征、可能的来源及其影响因素，分析区域环境大气污染情况，对环境大气污染防治工作具有重要的实践意义。

1 材料与方法

1.1 区域概况

泰安是一座著名的文化旅游城市，位于山东省中部（116°20′~117°59′ E，35°38′~36°28′ N），属于温带大陆性半湿润季风气候区，四季分明，雨热同季，年均气温为12.9℃。多年平均降水量为697 mm，降水主要集中在6—8月份。主导风向为东北风、东风和西南风，历年平均风速仅2.0 m/s。地势自东北向西南倾斜，周边被群山环绕，扩散条件不佳。

1.2 样品采集

研究样品采集点设在山东省泰安生态环境监测中心顶楼站点以及埆峪站点，分别位于泰安城区和泰安郊区，两点位样品分析数据取均值代表泰安市大气降水的情况。其中，城区采样点周围为居民区、办公区和交通道路，附近无工业企业等固定污染源；郊区采样点位于乡镇村落里，100 m范围内无高大建筑物遮挡，采集的样品代表泰安市城郊的降水情况。降雨采集装置为智能酸雨采样器，采集时间为上午9:00—次日上午9:00，逢雨必采。泰安常年降雨较少，主要集中在6—8月，2016—2020年，共收集91个有效样品。

1.3 样品分析

2 结果与讨论

2.1 大气降水的pH特征

pH值是衡量降水化学的最重要指标之一。降水的pH值在一定程度上可以反映该地区降水的酸性程度，pH值越低，降水酸度越高，对环境造成的影响越严重。图1为“十三五”期间泰安市大气降水的pH值，由图可知，“十三五”期间泰安市降水的pH均值在5.95~6.29，波动较小，但均高于酸雨限值5.6，所以“十三五”期间泰安市降水未出现酸雨情况。依据我国根据大气降水pH值制定的雨水酸性程度分级标准[3]，5.6＜pH＜7.0时酸度分级为中性，故“十三五”期间泰安市降水总体呈中性，属于中性降雨地区。

图1 2016—2020年泰安市大气降水pH年际变化情况

表1 大气降水监测项目及分析方法

2.2 降雨量与电导率的变化特征分析

“十三五”期间，泰安市城区和郊区分别统计的降雨量和电导率的年度变化趋势如图2。由图2可以看出，2016—2018年，降水量逐年增多，电导率则逐年降低；2019年电导率升高趋势明显，可能与2019年的降雨量降低有关。“十三五”期间，泰安市降水量整体相对较少，2016—2020年泰安市降雨量共计2844.4 mm，2018年降水量最大，达到1152.9 mm，其它几年降水量均未超过1000 mm，2019年降水量最小，为227.3 mm。从该图可以看出电导率和降水量有比较明显的对应关系，除 2019 年以外，泰安市“十三五”期间大气降水的电导率呈下降趋势，这说明泰安市的降雨质量有所好转，可能是由于降雨能稀释大气中的无机离子，从而降低了降水中的电导率。

图2 2016—2020年泰安市降雨量和电导率的年际变化情况图

大气降水的电导率主要是水溶性离子的贡献，在一定程度上可以反映降水时的环境空气质量，因此可根据降水的电导率估计水溶性离子的总浓度[1,6]。由图2看出，“十三五”期间，泰安市大气降水的电导率在 34.5~75.6 μS/cm，平均值为51.1 μS/cm，远高瓦里关山（我国降水背景站点）降水的平均电导率（21.26 μs/cm）[4]。由此可见，泰安市大气环境已受到人类活动的严重影响。

2.3 大气降水中的阴离子组分特征

2.3.1 大气降水中的阴离子浓度分析

“十三五”期间，泰安市大气降水中主要阴离子浓度占比见图3。由图3可以看出，“十三五”期间，泰安市大气降水中主要阴离子当量浓度占比分别为63.4%、18.6%、16.5%和1.5%。泰安市降水中氯离子浓度高于硝酸根离子，有异于一般的内陆城市如济南[5]、昆明[6]等。相比研究的两个降雨采样点位中，城区点位大气降水主要阴离子当量浓度占比情况为分别为64.6%、20.4%、13.3%和1.7%。泰安市农村大气降水主要阴离子当量浓度占比情况为分别为63.3%、21.2%、14.2%和1.3%。农村点位的氯离子浓度明显高于硝酸根，这可能是由于在距离郊区降雨的采样点东北方向约8 km处有盐矿井和盐化工企业，且正处于主导风向（东北风）的上风向，导致农村降水中的Cl-异常升高，说明当地的盐矿和盐化工企业对降水中的Cl-有一定程度的影响。

图3 2016—2020年泰安市大气降水主要阴离子占比图

图4为“十三五”期间泰安市降水中四种阴离子的年度变化情况。由图可知这五年中，降水中硫酸根离子浓度波动较大，最高浓度出现在2019年，达12.40 mg/L；最低出现在2018年，为4.50 mg/L，其它三种阴离子的浓度变化趋势较平稳。值得注意的是在2016年和2020年，泰安市大气降水中氯离子浓度高于硝酸根离子，其它年度均是硝酸根浓度高于氯离子浓度。

图4 2016—2020年泰安市降水离子浓度变化情况

2.3.2 大气降水的污染类型

3 结论

（1）“十三五”期间，泰安市降水pH均值在5.95~6.29，呈中性，未出现酸雨情况；降水量整体相对较少，2016—2020年泰安市降雨量共计2844.4 mm，2018年降水量最大，2019年降雨量最小；除2019年以外，泰安市“十三五”期间的大气降水的电导率呈下降趋势，说明泰安市的降雨质量有所好转；泰安市大气环境已受到人类活动的严重影响，大气降水的电导率平均值为51.1 μS/cm，远高瓦里关山降水的平均电导率（21.26 μS/cm）。

（2）“十三五”期间，泰安市大气降水主要阴离子当量浓度占比分别为63.4%、18.6%、16.5%和1.5%，当地的盐矿和盐化工企业对降水中的Cl-有一定程度的影响；在2016年和2020年，有泰安市大气降水中氯离子浓度高于硝酸根离子的情况，其它年度均是硝酸根浓度高于氯离子浓度。

（3）“十三五”期间，泰安市的降水污染类型为燃煤型和混合型污染，主要还是燃煤型；其值在1.7~6.9，2018年值最低为1.8，其它年度均＞3.0。