長(zhǎng)江入?？谒嵊曜兓厔?shì)分析研究

(南通市通州區(qū)環(huán)境環(huán)境監(jiān)測(cè)站，江蘇 南通 226300)

酸雨因其對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)安全危害的嚴(yán)重性，成為全球關(guān)注的重大問(wèn)題之一[1-3]。一般將pH值小于5.60的降水叫酸雨，將年均降水pH值小于5.60的地區(qū)叫酸雨地區(qū)[4]。全球有三大塊酸雨地區(qū)：西歐、北美和東南亞。目前，我國(guó)年均降水pH值低于5.60的地區(qū)已達(dá)全國(guó)面積40%左右[5-8]，我國(guó)長(zhǎng)江流域也成為主要的酸雨區(qū)。研究表明，僅在我國(guó)酸雨污染比較嚴(yán)重的江蘇、浙江、安徽等11個(gè)省、自治區(qū)，酸沉降引起的森林木材儲(chǔ)蓄量減少和農(nóng)作物減產(chǎn)所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失每年分別高達(dá)44億和51億人民幣，11個(gè)省的年生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)損失約為459億元[9]。

我國(guó)自20世紀(jì)70年代末開(kāi)始大規(guī)模的酸雨監(jiān)測(cè)和研究工作[10-15]。近年來(lái)我國(guó)政府已開(kāi)始對(duì)酸雨問(wèn)題進(jìn)行總體控制，提出消減方案，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾十年內(nèi)，酸雨在我國(guó)將成為歷史。

1 方法研究

1.1 區(qū)域面積、人口與氣候特征

通州區(qū)面積1351平方公里，人口125.73萬(wàn)。屬北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)。受季風(fēng)環(huán)流影響明顯，四季分明，氣候溫和，雨水充沛。區(qū)域年平均氣溫15℃，年平均氣壓為1016.1hPa，年平均相對(duì)濕度為80%，年平均降水量1074.1mm，最大年降水量1393.4mm；年平均風(fēng)速3.1m/s，瞬時(shí)最大風(fēng)速30.4m/s。春季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，頻率為9%，夏季主導(dǎo)風(fēng)為東南風(fēng)，頻率為13.6%；冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，頻率為12.6%。據(jù)近幾年逐時(shí)地面氣象預(yù)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，該區(qū)域大氣穩(wěn)定度以中性層結(jié)為主。

1.2 測(cè)點(diǎn)位置、獲取數(shù)據(jù)

通州區(qū)酸雨測(cè)點(diǎn)位于通州城區(qū)中心，該點(diǎn)位屬于工業(yè)交通居住區(qū)，位于通州區(qū)環(huán)境保護(hù)局北大門(mén)上方。(東經(jīng)121°04′32″，北緯32°32′56″)，與東南方向長(zhǎng)江入?？谙嗑?92 km。研究獲得降水?dāng)?shù)據(jù)552組供分析使用。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

按照《環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》的要求，計(jì)算降水組分13個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)逐年平均值。陰陽(yáng)離子占比計(jì)算方法：

設(shè)陰離子數(shù)據(jù)為一矩陣Cij，令陰離子總濃度為Yj=∑Cij；設(shè)陽(yáng)離子數(shù)據(jù)為一矩陣Sij，令陽(yáng)離子總濃度為Wj=∑Sij；陰陽(yáng)離子總濃度為Pj=Yj+Wj，陰離子濃度占比為Ij=(Yj/Pj)×100%，陽(yáng)離子濃度占比為Ij=(Wj/Pj)×100%，得出兩組時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

用簡(jiǎn)單線性相關(guān)系數(shù)r，描述兩個(gè)變量線性相關(guān)的程度。

r按3級(jí)劃分：r<0.4為低度線性相關(guān)，0.4≤r<0.7為顯著性相關(guān)，0.7≤r<1為高度線性相關(guān)。

用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行單個(gè)陰陽(yáng)離子趨勢(shì)性檢驗(yàn)分析，Rs≥0.9為顯著升或降，Rs<0.9為不顯著升或降。

2 分析結(jié)果

2.1 pH與酸雨頻率變化

城中測(cè)點(diǎn)2004、2010、2011年酸雨頻率最高，分別為68.2%、69.8%、67.4%，對(duì)應(yīng)的pH值最低，分別為4.69、5.00、4.99。pH<4.7的重酸雨頻率除了2011年較低以外，其余2年都較高，分別為32.4%和20.9%，pH≥5.6的非酸雨頻率較低，分別為33.8%、34.9%、32.6%；2012年酸雨頻率最低，為32.0%，對(duì)應(yīng)的pH為最高值5.69，重酸雨頻率最低，為0%，pH≥5.6的非酸雨頻率最高，為 68.0%。見(jiàn)表1、圖1。

表1 2004-2013年逐年降水中pH分級(jí)百分百統(tǒng)計(jì)表

圖1 2004-2013年逐年pH與酸雨頻率分析

2.2 陰陽(yáng)離子趨勢(shì)變化

用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行檢驗(yàn)2004-2013年南通市通州區(qū)酸雨頻率總體呈下降趨勢(shì)，但不明顯。降水中起致酸作用的陰離子中的硫酸根、硝酸根、氟離子和氯離子呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但不明顯；對(duì)降水中酸性物質(zhì)

起中和作用的陽(yáng)離子均呈上升趨勢(shì)，但不明顯。(表2)

2.3 陰離子濃度逐年變化

城中測(cè)點(diǎn)陰離子中主要是硫酸根、硝酸根、氯離子濃度的變化量和變化幅度較大，氟離子濃度變化量和變化幅度較小。

10年中，硫酸根離子濃度范圍為0.57～5.12mg/L，其中2004、2012、2013年最高，分別為4.81、4.48、5.12mg/L，2005、2006年最低，分別為0.57、1.18mg/L；硝酸根離子濃度范圍為0.23～2.90mg/L，2004、2008、2012年最高，分別為2.59、2.90、2.60mg/L，2005、2006年最低，分別為0.23、0.50mg/L；氯離子濃度范圍為0.19～2.23mg/L，其中2008年最高，為2.23mg/L，2006年最低，為0.19mg/L。(圖2)

表2 2004-2013年酸雨頻率及各陰陽(yáng)離子濃度趨勢(shì)檢驗(yàn)

圖2 2004-2013年逐年陰離子濃度分析

由表3可知，城中測(cè)點(diǎn)硫酸根濃度占比由2004年的37.943%增加到2013年的47.193%，硝酸根濃度占比由2004年的20.469%增加到2013年的21.160%，氯離子濃度占比由2004年的10.525%增加到2013年的11.960%，氟離子濃度占比表現(xiàn)為降低趨勢(shì)。此外，陰離子中硫酸根與硝酸根在離子總濃度占比超過(guò)60%。

2.4 陽(yáng)離子濃度逐年變化

城中測(cè)點(diǎn)陽(yáng)離子中主要是鈣離子、銨離子、鈉離子的變化量和變化幅度較大，鉀離子和鎂離子變化量和變化幅度較小。

10年中，鈣離子濃度范圍為0.08～0.78mg/L，其中，2004、2010最高，為0.78mg/L，2005年最低，為0.08mg/L；銨離子濃度范圍為0.29～1.95mg/L，2004年最高，為1.95mg/L，2005年最低，為0.29mg/L；鈉離子濃度范圍為0.10～0.91mg/L，2004年最高，為0.91mg/L，2005年最低，為0.10mg/L；鉀離子濃度范圍為0.03～0.49mg/L，2008年最高，為0.49mg/L，2005年最低，為0.03mg/L；鎂離子濃度范圍為0.02～0.15mg/L，2010年最高，為0.15mg/L，2005年最低，為0.02mg/L。

表3 2004-2013年逐年降水中陰離子指標(biāo)占比 %

表4 2004-2013年逐年降水中陽(yáng)離子指標(biāo)占比 %

圖3 2004-2013年逐年陽(yáng)離子濃度分析

從表4中可見(jiàn)，城中測(cè)點(diǎn)10年來(lái)銨離子濃度占比有起伏，2004、2005、2006年占比分別為15.378%、16.997%、14.326%，2007年最高，為18.811%，2008-2013年起伏較小；鈣離子濃度占比也有起伏，2004-2009年起伏較大，范圍為1.863%～6.125%，2010年最高，為7.813%；鈉離子濃度自2004年起逐步下降，由2004年的最高值7.165%降至2012年的最低值1.437%；鎂離子和鉀離子濃度占比近兩年處于下降趨勢(shì)。

2.5 降水酸度與空氣中二氧化硫、二氧化氮濃度關(guān)系

用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行檢驗(yàn)，10年間，大氣中二氧化硫秩相關(guān)系數(shù)為 0.12，表明二氧化硫濃度略有上升，但不明顯；二氧化氮秩相關(guān)系數(shù)為0.79，表明二氧化氮濃度明顯上升。經(jīng)簡(jiǎn)單線性相關(guān)分析，大氣中二氧化硫與降水pH值的相關(guān)系數(shù)r=-0.42；二氧化氮與降水pH值的相關(guān)系數(shù)r=-0.41，空氣中二氧化硫、二氧化氮濃度與pH值具有顯著的負(fù)相關(guān)性。由此可見(jiàn)，大氣降水的酸度與空氣中二氧化硫、二氧化氮等酸性物質(zhì)的含量關(guān)系密切，降水中至酸物質(zhì)以硫酸鹽、硝酸鹽為主。(表5)

表5 空氣中二氧化硫、二氧化氮濃度 mg/m3

3 結(jié)論

3.1 酸雨頻率變化及原因

10年來(lái)，城中測(cè)點(diǎn)酸雨頻率逐年下降，主要是重酸雨頻率、較重酸雨頻率以及中度酸雨頻率在10年中有明顯的下降，而輕度酸雨頻率和非酸雨頻率有顯著的上升。

3.2 陰陽(yáng)離子變化狀態(tài)

降水中起至酸作用的硫酸根、硝酸根、氟離子和氯離子中除硫酸根、硝酸根呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，其余均呈上升趨勢(shì)，但不明顯。陰離子中硫酸根與硝酸根在離子總濃度占比超過(guò)60%。

降水中起中和作用的銨離子、鈣離子、鎂離子、鈉離子、鉀離子中除鈣離子、鈉離子上升較為明顯外，其余均呈上升趨勢(shì)，但不明顯。這些堿性離子濃度的上升，對(duì)于降低降水中酸性離子的濃度，提高降水的pH值，減少酸雨的產(chǎn)生，起到了至關(guān)重要的作用。

3.3 空氣中酸性物質(zhì)與酸雨類(lèi)型

10年來(lái)，大氣中二氧化硫與二氧化氮的濃度也呈明顯的上升趨勢(shì)，同時(shí)，硫酸根、硝酸根呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，由此可見(jiàn)，二氧化硫與二氧化氮轉(zhuǎn)化為硫酸鹽、硝酸鹽的效率較高，很好的說(shuō)明了導(dǎo)致降水呈酸性的物質(zhì)以硫酸鹽和硝酸鹽為主。

通州區(qū)降水呈酸性的主要影響因素是硫酸根離子，酸雨類(lèi)型屬硫酸型，但值得關(guān)注的是2008-2012年，降水中硝酸根離子所占的比例在上升，硝酸根離子與硫酸根離子當(dāng)量濃度比值呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，說(shuō)明城區(qū)的酸雨類(lèi)型也由原來(lái)的硫酸型表現(xiàn)出向混合型轉(zhuǎn)變的態(tài)勢(shì)[16]。

4 對(duì)策研究

鑒于當(dāng)前嚴(yán)峻的酸雨形勢(shì)，本文從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控、生態(tài)文明建設(shè)等方面提出了以下對(duì)策建議：(1)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化空間布局。對(duì)高能耗、高污染行業(yè)要嚴(yán)格限制其規(guī)模，以環(huán)境優(yōu)化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，調(diào)整空間布局，形成生產(chǎn)空間集約高效、生活空間適度宜居的格局。(2)形成友好的區(qū)域大氣復(fù)合污染防治策略。實(shí)施多種污染源綜合控制，多污染物協(xié)同控制；統(tǒng)籌區(qū)域環(huán)境資源，建立區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控新機(jī)制。(3)強(qiáng)化機(jī)動(dòng)車(chē)排放控制。對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)施“路、車(chē)、油”一體化的控制政策體系，控制機(jī)動(dòng)車(chē)保有量超速增長(zhǎng)，嚴(yán)格新車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)，建立加快“黃標(biāo)車(chē)”退出的機(jī)制；盡可能推進(jìn)道路以及非道路移動(dòng)源汽柴油低硫化，并盡早實(shí)施與清潔能源向配套的排放標(biāo)準(zhǔn)；從燃料全生命周期控制揮發(fā)性有機(jī)物的排放；確保油品質(zhì)量與排放標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)。(4)多措并舉，促進(jìn)秸稈綜合利用。建立健全秸稈收儲(chǔ)運(yùn)體系，實(shí)現(xiàn)秸稈商品化，推進(jìn)秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)化。健全秸稈綜合利用的稅費(fèi)、信貸、土地等優(yōu)惠政策。推進(jìn)專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)、一體化經(jīng)營(yíng)、社會(huì)化服務(wù)。加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，強(qiáng)化技術(shù)研發(fā)推廣。(5)加大生態(tài)文明宣傳力度、營(yíng)造全民參與的濃厚氛圍。增強(qiáng)各級(jí)黨委政府和廣大領(lǐng)導(dǎo)干部的環(huán)境責(zé)任意識(shí)，切實(shí)把環(huán)境保護(hù)放在全局工作的突出位置，積極營(yíng)造全社會(huì)關(guān)心、支持、參與環(huán)境保護(hù)的濃郁氛圍，顯著提升公眾的環(huán)保意識(shí)。

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