“十三五”期間泰安市大氣降水陰離子特征及相關研究

隋本會，褚秀玲，崔 然

（山東省泰安生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 泰安 271000）

0 引言

大氣降水過程是去除大氣中顆粒物和污染氣體的重要方式之一。大氣降水和氣溶膠之間的相互作用是降水中離子組分的重要來源，是一種大氣污染的重要指示。大氣降水的化學組成特征可以間接反映大氣中污染因子、污染程度等情況[1]。因此，分析當?shù)氐慕邓瘜W特性對深入了解當?shù)卮髿馕廴緺顩r和污染物來源，掌握控制大氣污染的方向具有重要的意義。近年來，我國許多學者針對南北方不同地域，如北京、鄭州、桂林、濟南、青島等地的降水化學組成做了大量研究[2]，但針對泰安市大氣降水成分分析的研究較少。本文通過研究泰安城郊降水中pH值、陰離子化學特征、可能的來源及其影響因素，分析區(qū)域環(huán)境大氣污染情況，對環(huán)境大氣污染防治工作具有重要的實踐意義。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

泰安是一座著名的文化旅游城市，位于山東省中部（116°20′~117°59′ E，35°38′~36°28′ N），屬于溫帶大陸性半濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，雨熱同季，年均氣溫為12.9℃。多年平均降水量為697 mm，降水主要集中在6—8月份。主導風向為東北風、東風和西南風，歷年平均風速僅2.0 m/s。地勢自東北向西南傾斜，周邊被群山環(huán)繞，擴散條件不佳。

1.2 樣品采集

研究樣品采集點設在山東省泰安生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心頂樓站點以及埆峪站點，分別位于泰安城區(qū)和泰安郊區(qū)，兩點位樣品分析數(shù)據(jù)取均值代表泰安市大氣降水的情況。其中，城區(qū)采樣點周圍為居民區(qū)、辦公區(qū)和交通道路，附近無工業(yè)企業(yè)等固定污染源；郊區(qū)采樣點位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)村落里，100 m范圍內無高大建筑物遮擋，采集的樣品代表泰安市城郊的降水情況。降雨采集裝置為智能酸雨采樣器，采集時間為上午9:00—次日上午9:00，逢雨必采。泰安常年降雨較少，主要集中在6—8月，2016—2020年，共收集91個有效樣品。

1.3 樣品分析

2 結果與討論

2.1 大氣降水的pH特征

pH值是衡量降水化學的最重要指標之一。降水的pH值在一定程度上可以反映該地區(qū)降水的酸性程度，pH值越低，降水酸度越高，對環(huán)境造成的影響越嚴重。圖1為“十三五”期間泰安市大氣降水的pH值，由圖可知，“十三五”期間泰安市降水的pH均值在5.95~6.29，波動較小，但均高于酸雨限值5.6，所以“十三五”期間泰安市降水未出現(xiàn)酸雨情況。依據(jù)我國根據(jù)大氣降水pH值制定的雨水酸性程度分級標準[3]，5.6＜pH＜7.0時酸度分級為中性，故“十三五”期間泰安市降水總體呈中性，屬于中性降雨地區(qū)。

圖1 2016—2020年泰安市大氣降水pH年際變化情況

表1 大氣降水監(jiān)測項目及分析方法

2.2 降雨量與電導率的變化特征分析

“十三五”期間，泰安市城區(qū)和郊區(qū)分別統(tǒng)計的降雨量和電導率的年度變化趨勢如圖2。由圖2可以看出，2016—2018年，降水量逐年增多，電導率則逐年降低；2019年電導率升高趨勢明顯，可能與2019年的降雨量降低有關。“十三五”期間，泰安市降水量整體相對較少，2016—2020年泰安市降雨量共計2844.4 mm，2018年降水量最大，達到1152.9 mm，其它幾年降水量均未超過1000 mm，2019年降水量最小，為227.3 mm。從該圖可以看出電導率和降水量有比較明顯的對應關系，除 2019 年以外，泰安市“十三五”期間大氣降水的電導率呈下降趨勢，這說明泰安市的降雨質量有所好轉，可能是由于降雨能稀釋大氣中的無機離子，從而降低了降水中的電導率。

圖2 2016—2020年泰安市降雨量和電導率的年際變化情況圖

大氣降水的電導率主要是水溶性離子的貢獻，在一定程度上可以反映降水時的環(huán)境空氣質量，因此可根據(jù)降水的電導率估計水溶性離子的總濃度[1,6]。由圖2看出，“十三五”期間，泰安市大氣降水的電導率在 34.5~75.6 μS/cm，平均值為51.1 μS/cm，遠高瓦里關山（我國降水背景站點）降水的平均電導率（21.26 μs/cm）[4]。由此可見，泰安市大氣環(huán)境已受到人類活動的嚴重影響。

2.3 大氣降水中的陰離子組分特征

2.3.1 大氣降水中的陰離子濃度分析

“十三五”期間，泰安市大氣降水中主要陰離子濃度占比見圖3。由圖3可以看出，“十三五”期間，泰安市大氣降水中主要陰離子當量濃度占比分別為63.4%、18.6%、16.5%和1.5%。泰安市降水中氯離子濃度高于硝酸根離子，有異于一般的內陸城市如濟南[5]、昆明[6]等。相比研究的兩個降雨采樣點位中，城區(qū)點位大氣降水主要陰離子當量濃度占比情況為分別為64.6%、20.4%、13.3%和1.7%。泰安市農村大氣降水主要陰離子當量濃度占比情況為分別為63.3%、21.2%、14.2%和1.3%。農村點位的氯離子濃度明顯高于硝酸根，這可能是由于在距離郊區(qū)降雨的采樣點東北方向約8 km處有鹽礦井和鹽化工企業(yè)，且正處于主導風向（東北風）的上風向，導致農村降水中的Cl-異常升高，說明當?shù)氐柠}礦和鹽化工企業(yè)對降水中的Cl-有一定程度的影響。

圖3 2016—2020年泰安市大氣降水主要陰離子占比圖

圖4為“十三五”期間泰安市降水中四種陰離子的年度變化情況。由圖可知這五年中，降水中硫酸根離子濃度波動較大，最高濃度出現(xiàn)在2019年，達12.40 mg/L；最低出現(xiàn)在2018年，為4.50 mg/L，其它三種陰離子的濃度變化趨勢較平穩(wěn)。值得注意的是在2016年和2020年，泰安市大氣降水中氯離子濃度高于硝酸根離子，其它年度均是硝酸根濃度高于氯離子濃度。

圖4 2016—2020年泰安市降水離子濃度變化情況

2.3.2 大氣降水的污染類型

3 結論

（1）“十三五”期間，泰安市降水pH均值在5.95~6.29，呈中性，未出現(xiàn)酸雨情況；降水量整體相對較少，2016—2020年泰安市降雨量共計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”期間的大氣降水的電導率呈下降趨勢，說明泰安市的降雨質量有所好轉；泰安市大氣環(huán)境已受到人類活動的嚴重影響，大氣降水的電導率平均值為51.1 μS/cm，遠高瓦里關山降水的平均電導率（21.26 μS/cm）。

（2）“十三五”期間，泰安市大氣降水主要陰離子當量濃度占比分別為63.4%、18.6%、16.5%和1.5%，當?shù)氐柠}礦和鹽化工企業(yè)對降水中的Cl-有一定程度的影響；在2016年和2020年，有泰安市大氣降水中氯離子濃度高于硝酸根離子的情況，其它年度均是硝酸根濃度高于氯離子濃度。

（3）“十三五”期間，泰安市的降水污染類型為燃煤型和混合型污染，主要還是燃煤型；其值在1.7~6.9，2018年值最低為1.8，其它年度均＞3.0。