2009～2013年眉山市主城區(qū)降水污染的來源解析

李　祥

(眉山市環(huán)境監(jiān)測中心，四川 眉山　620010)

2009～2013年眉山市主城區(qū)降水污染的來源解析

李祥

(眉山市環(huán)境監(jiān)測中心，四川 眉山620010)

眉山市主城區(qū)；降水；化學(xué)組成；源解析

大氣降水能有效地將空氣、植被、土壤、地表水、地下水聯(lián)系在一起。降水對大氣顆粒物具有明顯的清除作用，并能通過沉降方式滲透到土壤中，補(bǔ)給地表水和地下水的來源，影響動植物生存，進(jìn)而間接涉及人類的生產(chǎn)生活。所以，對大氣降水特征的研究是當(dāng)今的一大熱點。從大氣降水的化學(xué)組成特征可以了解到其污染來源。大氣降水中的污染物絕大多數(shù)來自人類的生產(chǎn)活動，例如工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜牧養(yǎng)殖等。對降水的污染來源解析能為我們今后對降水污染治理和控制提供參照依據(jù)，更好的發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會。

眉山市作為一個新興城市，為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，引進(jìn)了大批企業(yè)入駐，使得轄區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)、農(nóng)牧養(yǎng)殖、糧食水果生產(chǎn)等活動日新月異，造成降水污染越來越復(fù)雜。所以，對本地區(qū)降水中污染物來源的解析意義重大，能為類似的發(fā)展中城市對降水污染的治理控制提供一些思路。

1　材料與方法

1.1采樣點及樣品采集

本研究在眉山市東坡區(qū)環(huán)境監(jiān)測站所在辦公大樓(103.84°E，30.06°N)樓頂設(shè)一個采樣點。該辦公樓高約15 m，四周無高大樹木或建筑物覆蓋遮擋。采樣點位于眉山市東坡區(qū)主城區(qū)，屬于典型的城市功能區(qū)。采樣點具體位置以及周圍環(huán)境情況見圖1。

圖1　采樣點位置Fig.1　Location of sampling site

采樣時間從2009年1月1日起持續(xù)到2013年12月31日，逢雨必采。降水采集裝置是一個聚乙烯材質(zhì)的漏斗型開口瓶。利用支架將其支撐到離樓面約1.2m高處收集降水。收集到的降水樣品轉(zhuǎn)移到清潔干燥的白色聚乙烯瓶中，貼上標(biāo)簽，然后帶回實驗室進(jìn)行后續(xù)分析。降水樣品的采集與保存細(xì)則詳見《大氣降水樣品的采集與保存》(GB 13580.2—92)[1]。采樣同時記錄好降水起止時間、降雨量、樣品編號等信息。

1.2樣品化學(xué)分析

1.2.1降水pH值

收集到的降水樣品帶回實驗室后應(yīng)立即測定其pH值，再用尼龍微孔濾膜(孔徑：0.45 μm)進(jìn)行過濾，濾液轉(zhuǎn)移到干凈的聚乙烯瓶中密封保存，并貼上標(biāo)簽編號。pH計型號為pHS-3C(雷磁公司)。

1.2.2降水化學(xué)組成分析

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用降雨量加權(quán)法計算年均降水pH值。降雨量加權(quán)年(月)均離子濃度的計算方式類似。具體計算過程如式(1)所示：

(1)

pHi—第i次降水的pH值；

Vi—第i次降水的降雨量，mm；

n—降水總場數(shù)。

采用SPSS 19.0軟件對所有水溶性無機(jī)離子組份濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行皮爾森相關(guān)性分析和因子分析。

2　結(jié)果與討論

2.1降水pH值

從2009年1月1日～2013年12月31日期間，共收集到降水樣品243個。表1統(tǒng)計了這5年間降水pH值具體情況。2009年至2013年，各年降水pH值變化范圍依次分別為5.67～7.20、6.15～7.16、5.91～6.59、5.98～6.73、6.04～8.27，pH值降雨量加權(quán)年均值依次分別為6.34、6.43、6.36、6.27、6.89。與國內(nèi)外大部分地區(qū)相比，本研究的降雨量加權(quán)年均pH值較大，例如南京[3](5.15)、成都[4](5.10)、深圳[5](4.56)、金華[6](4.54)、廣州[7](4.50)、杭州[8](4.50)、上海[9](4.49)、貴陽[10](4.23)、雅安[11](4.03)、東京[12](4.52)、紐約[13](4.60)、首爾[14](4.70)、圣保羅[15](5.20)、泰國[16](6.00)等；而北京[17](6.00)、烏魯木齊[18](6.86)和馬德里[19](6.50)等地區(qū)則與本研究結(jié)果十分接近。

表1　2009～2013年降水pH值統(tǒng)計

圖2描繪了本地區(qū)2009～2013年間降水pH值的日變化趨勢。從圖中可以觀察到，降水pH值最低5.67，最高8.27，并且2009～2012年降水pH值較穩(wěn)定，波動幅度小，而2013年降水pH波動較大，并且日變化趨勢也與其它4年相差較大，推測可能是因為2013年降水的污染來源發(fā)生了部分變化。這5年間，無酸雨事件發(fā)生，但發(fā)生了“堿雨”事件。pH值大于7.0的降水叫“堿雨”。2009年發(fā)生2次堿性降水事件，2010年發(fā)生3次，2013年發(fā)生14次。5年間堿雨發(fā)生概率為7.82%，而其余降水事件的pH值主要分布在5.60～7.00之間，說明眉山市主城區(qū)降水主要趨于中性，少數(shù)時間顯堿性。降水顯堿性可能是由人類生產(chǎn)或生活活動排放到環(huán)境空氣中的氧化鈣、氫氧化鈉、氨氣等引起。目前對堿雨的報道相對較少，例如南充市[20]、綿陽市[21]、雙鴨山市[22]和克山縣[23]等。

由以上分析可見，本地區(qū)降水主要顯中性，少數(shù)情況顯堿性，無酸雨事件，這與國內(nèi)大部分地區(qū)的觀察結(jié)果不同。

圖2　2009～2013年間降水pH值日變化Fig.2　Daily variation of precipitation pH values from 2009 to 2013

2.2水溶性無機(jī)離子組成特征

圖3　眉山主城區(qū)降水離子的降雨量加權(quán)年均濃度Fig.3　Yearly rainfall-weighted average ionic concentrations in the main urabn area of Meishan City

圖4　降雨量加權(quán)年均離子組成百分比Fig.4　Percent of ions based on yearly rainfall-weighted average ionic concentrations

表2　各地降水中降雨量加權(quán)年均離子濃度比較

續(xù)表2

地區(qū)F-Cl-SO2-4NO-3Na+K+Ca2+Mg2+NH+4總離子濃度廣州122120252189131966520東京/55.250.230.5372.924.911.540.4252.6泰國/12.428.115.213.93.651.36.636.6167.7首爾/18.270.929.910.53.534.96.966.4241.2地中海/134.3892.4240.49210.813.6391.3750.6330.7664.42伊斯坦布爾/113.52195.6840.3273.8769.26358.39242.3715.261108.67馬德里/462524574273904444922紐約1.110.738.114.410.91.363.324.4110.2圣保羅/10.724.220.213.53.8114.786.3232.7126.21

圖5　降水離子5年加權(quán)月均濃度Fig.5　Monthly rainfall-weighted average ionic concentrations of five years

2.3污染源解析

圖和濃度之間的線型回歸Fig.6　Linear regression between and

2.3.2離子組成相關(guān)性分析

表3　5年降水離子組成相關(guān)性分析結(jié)果

備注：** 表示在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；* 表示在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；黑體數(shù)據(jù)為相關(guān)極顯著，且相關(guān)系數(shù)大于0.49。

2.3.3因子分析

表4　降水化學(xué)組成因子分析結(jié)果

注：黑體數(shù)據(jù)表示此變量的荷載值大于0.65。

2.3.4富集因子分析

富集因子分析法是一種分析污染來源的有效方法，常常用于降水污染來源的分析[16, 30,31]。富集因子分析法是以Na+作為參照元素，并假設(shè)所有的Na+均來源于海鹽泡沫[32]，以EFseawater表示海鹽富集因子，不同目標(biāo)離子的海鹽來源按式(2)所示計算：

(2)

表5　不同降水離子的EFseawater值

2.3.5不同污染源的貢獻(xiàn)率

(3)

(4)

表6　不同污染源對降水中各離子的貢獻(xiàn)率

3　結(jié)　論

本文通過對2009年1月1日～2013年12月31日期間眉山市主城區(qū)降水的組成和污染來源解析，主要得出以下結(jié)論：

3.12009～2013年降水pH值的降雨量加權(quán)年均值依次分別為6.34、6.43、6.36、6.27、6.89，pH值變化范圍依次分別為5.67～7.20、6.15～7.16、5.91～6.59、5.98～6.73、6.04～8.27。這5年期間，堿雨發(fā)生概率為7.82%，而其余降水的pH值均在5.60～7.00之間，說明本地區(qū)降水主要呈現(xiàn)中性，偶爾顯堿性，并無酸雨事件發(fā)生。

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Source Apportionment of Precipitation Pollution in the Main Urban Area of Meishan City from 2009 to 2013

LI Xiang

(MeishanEnvironmentalMonitoringCenter,Meishan,Sichuan620010,China)

The main urban area of Meishan City; precipitation; chemical componets; source apportionment

2015-05-14

李祥(1977-)，男，四川眉山人，2014年畢業(yè)于武漢大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

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1001-3644(2015)06-0102-10