瀘州市大氣降水的化學特征的探討

2021-01-06 11:37:24王念飛龍小蘭

四川環境 2020年6期

關鍵詞：化學

王念飛，張棋，龍小蘭，趙芯

(四川省瀘州生態環境監測中心站，四川瀘州 646000)

前言

酸雨對生態系統、建筑材料和人體健康均可能產生不良影響[1]，因此酸雨問題備受人們關注。20世紀80年代以后，中國成為繼歐洲和北美之后的世界第三大酸雨區[2～4]。西南地區是我國受酸雨污染最早的區域，為我國四大酸雨區之一[5～7]。降水通過雨除和沖刷過程對大氣中的氣態和氣溶膠等污染物進行清除[8-9]，降水中的化學組成特征因不同地區污染源的不同而存在差異，因此降水中的化學組分能間接反映大氣的污染狀況和不同源的相對貢獻。目前，在西南地區中對重慶[7,10]、成都[11]、貴陽[12]等中心城市降水的化學組成及特征研究相對充分，而對腹地的中小城市降水組成及來源特征研究不足。瀘州市地處成渝經濟腹地，與重慶、云南和貴州毗鄰，是四川省川南經濟區的重要組成部分，屬酸雨頻發區。此前對瀘州市降水的研究主要集中在對pH值及化學組分的年際變化特征上[13-14]，對降水pH值及化學組分的月和季節變化特征研究鮮有報道。本研究擬通過瀘州市全年降水化學組分的分析，對瀘州市降水pH值、離子組分的濃度水平及季節變化規律和污染來源進行研究，以期為認清當地降水化學組成及成因提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 采樣點與樣品采集

采樣點位于四川省瀘州市十二中學樓頂(坐標為28°54′N ,105°26′E)，周圍為居民小區，不存在明顯的污染源。用5021型智能降水采樣器(青島嶗應，中國)于2019年1～12月采集有效降水樣品共64個，采樣儀器同時自動記錄每次采樣的開始時間、結束時間和降水量。

1.2 分析方法

2 結果與討論

2.1 pH值和電導率

pH值小于5.6的大氣降水為酸雨，瀘州市降水pH值的變化范圍為4.0～7.1，雨量加權平均值為5.4。瀘州市年均pH值與其他西南地區比較，高于貴陽市[12]的4.23、成都市[11]的5.1和重慶市的5.24[10]。pH值的頻率分布如圖1所示，按照標準[19]，瀘州市為較輕酸雨區。全年酸雨頻率為39.1%，酸雨頻率等級為酸雨多發。酸雨以pH為5.0～5.6的較弱酸雨占比較大，占全年酸雨次數的60.0%，強酸雨(pH值<4.5)發生頻率為7.8%。pH值、EC及降水量的月變化如圖2所示，pH值最大月雨量加權平均值為6.9，出現于2月,最小月雨量加權平均值為1月的4.1，從4～11月pH值呈逐漸降低的變化趨勢。較大的降水量對降水中的污染物具有很好的稀釋作用，而pH值與降水量不顯著相關(p>0.05)，主要是因為降水pH值由其中所溶有的酸、堿性物質的相對含量及離子平衡關系決定。

圖1 降水pH值的頻率分布圖Fig.1 Frequency distribution of pH values in precipitation

圖2 pH值、EC及降水量的月變化Fig.2 Monthly variations of pH values, EC and precipitation amount

EC的變化范圍為0.5～21.8 mS/m，雨量加權平均值為2.3 mS/m。EC的月變化趨勢為先減小，于4～9月趨于較低水平，后又增加。最高值為1月，雨量加權平均值為16.0 mS/m，是最低月(7、8月)的14.5倍。EC反映了降水中總的可溶性物質的含量，夏季EC值低于其他季節，表明夏季大氣環境質量優于秋冬季。年降水量為838.3 mm，降水量主要集中在夏季，5～8月降水總量為611.3 mm，占全年總降水量的72.9%。冬季降水量則相對較少，其中8月的降水量約為12月的30倍。EC與降水量具有顯著的負相關性(R=-0.45，p<0.01)，表明較高的降水頻率和較大的降水量對降水中的化學組分具有很好的稀釋作用，這是導致夏季EC值低的原因之一，而冬季則相反。

2.2 化學組成

表1 不同城市降水的pH值及各離子組分濃度Tab.1 pH values and concentrations of ions in precipitation in different cities (μeq/L)

瀘州市降水中離子濃度的月變化如圖3所示，降水中離子濃度存在明顯的季節變化特征，冬季濃度高，夏季濃度低。最高值出現于冬季的1月，離子濃度總和的雨量加權平均值為1 823.6 μeq/L，是最低月8月的14.8倍，表明冬季大氣污染較其他季節嚴重。從降水離子濃度與降水量的月變化趨勢結合分析，兩者具有相反的月變化特征。春夏季隨著降水量的增加，離子濃度呈下降趨勢。秋冬季降水量的減少，降水的離子濃度又明顯升高。出現這種情況的可能原因，一方面是秋冬季大氣層結構穩定，混合層高度低，積累效應明顯，污染物在大氣中易聚集難擴散[26]。另一方面夏季降水量大，冬季降水量小。降水量大，大雨滴多，降水量小，小雨滴多。小雨滴在大氣中停留時間長，沖刷吸附的污染物較多，大雨滴停留時間短，沖刷的污染物較少[21]。