湖南省酸雨污染現(xiàn)狀特征分析及發(fā)展趨勢研究

王安群，鄒潤莉，羅文華，陳一清

（1.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙410004；2.湖南省環(huán)境監(jiān)測站，湖南 長沙400004）

1 引言

湖南省位于中國南方中部，居北緯24°39′～30°38′，東經(jīng)108°47′～114°15′；面積21萬km2。因地處洞庭湖以南而得名“湖南”，又因境內(nèi)最大河流湘江而簡稱“湘”［1］。我國對酸雨研究較晚，1972年開始了對酸雨的監(jiān)測，1982年進行了酸雨普查，湖南省屬于酸雨的污染較嚴重的地區(qū)之一，對酸雨的成因研究以及防止酸雨的對策研究顯得十分必要，本文主要利用湖南省2000～2009年10年的降水常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對酸雨污染、特征、分布及發(fā)展趨勢進行比較深刻的分析和探討。

2 布點、采樣與數(shù)據(jù)處理

酸沉降受許多客觀因素的影響，諸如氣象條件、地形地貌、地理位置、社會經(jīng)濟狀況、大氣環(huán)境質(zhì)量等，鑒于這一點和本課題要求，采取以代表性區(qū)域點為主，城市區(qū)域點和背景點為輔的網(wǎng)格布點法，同時兼顧以下要求和標(biāo)準(zhǔn)。從20世紀(jì)90年代初開始，湖南省設(shè)立36個監(jiān)測點［2］對酸雨進行了連續(xù)監(jiān)測，自北向南分別為岳陽、常德、益陽、張家界、吉首、長沙、株洲、湘潭、邵陽、懷化、衡陽、永州、郴州、婁底。大氣降水的主要測點設(shè)立在市區(qū)，其中長沙、株洲、常德、懷化、益陽、衡陽6個城市設(shè)立了對照點。測點均按照國家環(huán)保局《環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》要求進行采樣，實施逢雨必測，2000～2009年共收集了16 871個降水樣品，本文引用的濕沉降數(shù)據(jù)主要是濃度、濃度、pH值和酸雨降水頻率；干沉降為SO2和NO2數(shù)據(jù)。

酸雨采樣分手工采樣和自動采樣［3］。從2004年開始長沙株洲、湘潭、岳陽、懷化、婁底和吉首7個城市配置了降水自動采樣器。衡陽、邵陽、常德、張家界、益陽、郴州、永州等地級市與有關(guān)縣級市為手工采樣。

監(jiān)測結(jié)果處理，降水pH值的月、年均值計算采用氫離子濃度雨量加權(quán)法。、濃度平均值按雨量加權(quán)算術(shù)平均值計算。

3 2000～2009年湖南省酸沉降監(jiān)測情況

3.1 2000～2009年湖南省降水pH值年均值和酸雨降水頻率情況

2000～2009年10年間，由表1可見，全省138個pH值年均值，pH值大于5.6的有19個，占13.77%，pH≤5.6的數(shù)據(jù)為119個，占86.23%。pH值小于4.0（含4.0）的占3.62%，pH≤4.5為25.36%，pH值在5.0～5.6之間（含5.6）占15.94%。10年pH值年均值均小于5.0的城市有長沙、株洲、懷化和婁底市，占城市的28.6%，10年pH值均值均小于5.6的城市除長沙、株洲、懷化、婁底外，還有邵陽、常德、益陽、吉首共8個城市，占城市比例的64.3%。

2000～2009年全省酸性降水頻繁，降水酸雨頻率（平均值）排序依次為懷化（91.25%）＞長沙（85.3%）＞益陽（77.6%）＞常德（77.3%）＞株洲（75.6%）＞吉首（71.9%）＞婁底（68.1%）＞張家界（60.7%）＞衡陽（55.1%）＞湘潭（52.0%）＞邵陽（51.5%）＞岳陽（48.9%）＞郴州（16.8%）＞永州（13.8%）。

表1 2000～2009年14城市降水pH值年均值及酸雨降水概率（%）數(shù)據(jù)

3.2 2000～2009年湖南省降水pH值月均值和酸雨降水頻率情況

2000～2009年全省每月酸雨頻繁。降水酸雨頻率20%～30%的占1.67%，30%～40%的占2.5%，40%～50%的占13.33%，50%～60%的占15.83%，60%～70%的占18.33%，70%～80%的占31.67%，大于80%的占16.67%，降水酸雨頻率出現(xiàn)較為集中的區(qū)域在70%～80%。2000～2009年10年全省每個月的降水都為酸性降水，其中pH≤4.5占42.5%，pH 范圍為4.5～5.0占45.0%，pH＞5.0占5.0%（表2）。

表2 2000～2009年湖南省降水pH月均值及酸雨降水頻率（%）數(shù)據(jù)

3.3 2000～2009年降水中離子含量和主要影響因素

通過對全省2000～2009年降水離子組成分析可知，全省降水中陰離子的主要成分是、和Cl－，硫酸根濃度占陰離子總量接近40%；陽離子主要成分是 NH4＋、Ca2＋、Mg2＋。銨離子和鈣離子兩者百分比量之和占陽離子總量接近40%，其中兩價離子濃度的計算方法：為1／2的濃度，Ca2＋為1／2Ca2＋的濃度，Mg2＋為1／2Mg2＋的濃度，離子濃度單位為μmol／L，見圖1。

圖1 湖南省2000～2009年降水離子濃度10年均值餅圖

硫酸根離子和硝酸根離子對降水中的pH值起協(xié)同作用，硫酸根離子起了主要作用；10年14城市降水中／濃度比值范圍在1.75～83.87，幅度為82.12。說明降水中硫酸根離子的濃度遠遠大于硝酸根。／濃度比值在1.75～5.0之間的占31.06%，5～10之間的占50.76%，10～20之間的占12.88%，大于20的占5.30%。該比值較高的城市是郴州市、永州市和衡陽市。

3.4 2000～2009年大氣中SO2和NO2監(jiān)測情況

由表3可見，2000～2009年的10年里，全省14個城市中，株洲市的SO2質(zhì)量濃度年均值最高（0.101mg／m3），株洲、長沙兩市的SO2質(zhì)量濃度年均值普遍高于其他城市，SO2質(zhì)量濃度的最高值出現(xiàn)在2003年的株洲，株洲市10年的SO2的值都超過了國家二級標(biāo)準(zhǔn)，其中有5年超過了國家三級標(biāo)準(zhǔn)，長沙市3年超過了三級標(biāo)準(zhǔn)，5年超過了二級標(biāo)準(zhǔn)，10年年均值中，超過國家一級標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)占5.7%，超過國家空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)占39.3%，永州市SO2質(zhì)量濃度年均值最低（0.024mg／m3），其中5年在國家一級標(biāo)準(zhǔn)以下。郴州市、永州市和婁底市的SO2質(zhì)量濃度值普遍偏低，10年SO2都小于國家二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，2009年各城市年均值均達到空氣環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)濃度，說明空氣質(zhì)量有所改善。

表3 2000～2009年全省降水主要離子比值和SO2、NO2測定值范圍

SO2濃度排名的是株洲、長沙、吉首、湘潭、張家界、懷化、常德和衡陽，這些也都是pH值較低以及酸雨頻率較低的城市；而永州和郴州SO2是全省最低和次低的城市，相應(yīng)它們也是湖南省的無酸雨和輕酸雨地區(qū)。

2000～2009的10年里，全省14個城市中，長沙市是汽車擁有量最多的，其NO2質(zhì)量濃度年均值最高（0.041mg／m3），張家界和益陽市 NO2質(zhì)量濃度年均值最低（0.024mg／m3），NO2質(zhì)量濃度的最高值出現(xiàn)在2003年的株洲。10年中超過國家二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的年份較多的城市是長沙、衡陽、株洲和湘潭，共18個數(shù)據(jù)，占統(tǒng)計值的12.9%。

4 湖南省酸沉降特征

4.1 酸雨污染區(qū)域分布明顯

2000～2009年統(tǒng)計的湖南省主要城市pH值以及對酸雨控制區(qū)的劃分中，年均pH值在4.5以下的城市被列為重酸雨區(qū)，同時根據(jù)國家對于“兩控區(qū)”酸雨污染控制的要求，評價湖南省酸雨的污染情況，Ⅰ級平均值pH＞5.6的少（無）酸雨污染的城市有郴州、永州市，占14.3%；Ⅱ級（pH5.0～5.6輕酸雨區(qū)）：衡陽，邵陽、岳陽、湘潭、張家界，占35.7%；Ⅲ級（4.5～5.0中酸雨區(qū)）：株洲、常德、益陽、吉首、婁底，占35.7%；Ⅳ（重酸雨區(qū)）：長沙、懷化，占14.3%。

從全省各城市降水pH等直線（圖2）分布及湖南省酸雨的空間分布看，pH略有下降，工業(yè)污染和生活污染排放大量的SO2及當(dāng)?shù)氐匦蔚孛蔡卣鞯纫蛩貙λ嵊晡廴镜牡貐^(qū)分布影響較大。酸雨污染尤以長沙和懷化嚴重，屬于酸雨嚴重地區(qū)。所以湖南省酸雨分布以長沙為中心的湘江谷地和以懷化、吉首為代表的湘西北地區(qū)。

4.2 降水pH值的季節(jié)分布，酸性降水季節(jié)差異明顯

全省酸性降水頻繁，一年四季均可能發(fā)生。春季和冬季的pH值相對與其他兩季值較低，pH較高值主要發(fā)生在夏、秋兩季，總體來說春季＜冬季＜夏季＜秋季。降雨量超過1 000mm／月的月份主要在5～8月，5月的平均降水量最大。總體上，1～7月份酸雨發(fā)生頻率和降水酸度呈逐漸降低趨勢，從8月份開始，酸雨發(fā)生頻率又逐漸升高。1月份的酸雨頻率最高達79.65%，7月份最低為43.48%，每年11月至次年3月城市酸雨污染較為嚴重，最嚴重的為12月份，其次是2月份；有9個城市的10年pH年月均值全部小于5.6。

4.3 10年間降水質(zhì)量變化趨勢

為了衡量酸雨污染變化趨勢及其在統(tǒng)計上有無顯著意義，采用國家環(huán)保具推薦的Sperman秩相關(guān)系數(shù)法來檢驗湖南省酸雨的發(fā)展趨勢，運用連續(xù)10年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，選用降水pH值、酸雨頻率進行檢驗，分析結(jié)果表明10年期間，全省14城市中湘潭、衡陽、岳陽、益陽降水pH值呈上升趨勢，酸雨污染略有緩解，其他10個城市降水pH值呈下降趨勢，酸雨污染加重趨勢明顯，張家界酸雨污染加重趨勢明顯，呈顯著性下降趨勢。

4.4 湖南省酸雨為典型的硫酸型污染

降水的酸堿性是陰陽離子共同作用的結(jié)果，由年、月的離子統(tǒng)計值可知，全省城市降水中陰離子主要以為主，陽離子則以和Ca2＋為主，為典型的硫酸型污染。這是由煤煙型空氣污染所決定的。

全省酸雨具有分布范圍廣，降水pH≤5.6的等值面積大，酸雨頻率高和降水pH值等特點，為國內(nèi)嚴重的酸雨區(qū)之一。

4.5 干沉降對降水酸度的影響

SO2濃度排名的是株洲、長沙、吉首、湘潭、張家界、懷化、常德和衡陽，這些也都是pH值較低以及酸雨頻率較低的城市。而永州和郴州SO2是全省最低和次低的城市，相應(yīng)它們也是湖南省的無酸雨和輕酸雨地區(qū)。NO2含量前5名的是長沙、湘潭、株洲、衡陽和懷化。因此，空氣質(zhì)量SO2和NO2濃度較高的城市，pH值較低。

4.6 湖南省酸雨面積變化趨勢

由圖2可見，2000年、2005年和2009年的pH等值線可知，在2000～2005年間，湖南省的酸雨面積由原來的以懷化、湘江谷底的重酸雨區(qū)，向西北方向擴展，面積上使整個張家界、常德的湘西北地區(qū)都為重酸雨區(qū)；而以邵陽為中心的輕酸雨區(qū)向西移動，出現(xiàn)了郴州非酸雨區(qū)、永州為輕酸雨區(qū)。從2005～2009年間，在維持以上的情況下，湘潭、益陽地區(qū)的降水pH值有所提高，酸雨污染情況有所緩解，總的來說10年間的酸雨面積有明顯擴大的趨勢。

圖2 湖南2000、2005和2009年年降水pH等值線分布圖

5 湖南省未來酸雨的發(fā)展趨勢預(yù)測

10年來湖南省不斷加大經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和所有制結(jié)構(gòu)的調(diào)整力度，國民經(jīng)濟將保持穩(wěn)定增長的態(tài)勢。在此期間，交通運輸條件將得到進一步改善，市場在資源配置中的地位和作用將繼續(xù)加強、能源消費構(gòu)成中煤炭的比重略有下降，但仍然為主導(dǎo)地位，并且雖然煤炭在總能源中的比例下降，但是總量在增加，見表4。

表4 單位GDP能耗（標(biāo)準(zhǔn)煤／萬元）與每年的耗煤量［4］

同時石油、天然氣需求旺盛，電力在終端能源消費中的比重將進一步加大，能源供應(yīng)的緊張狀況將有所緩和，能源節(jié)約和環(huán)境保護任務(wù)依然艱巨繁重。

隨著公路路網(wǎng)的不斷完善和經(jīng)濟快速發(fā)展，各類民用車輛迅速增長。至2009年底，全省民用車（汽車、電車、摩托車、拖拉機、掛車和其他類型車等6類車）擁有量為583.24萬輛，比2008年底增加124.32萬輛，增長27.1%；機動車駕駛員671.91萬人，增長20.4%。2009年，全省平均每天新增民用車3 406輛。

隨著煤炭消費量的增加，未來湖南省的大氣SO2濃度和S沉降亦呈現(xiàn)增加態(tài)勢，同時隨著汽車擁有量的增大，NOX的濃度和N的沉降同樣呈增加態(tài)勢，而兩者又是影響湖南省降水pH值的主要因數(shù)，因此，湖南省的降水酸雨有加重的趨勢。

［1］華夏經(jīng)緯網(wǎng)絡(luò)信息中心.湖南概況［R］.長沙：湖南省人民政府臺灣事務(wù)辦公室，2008.

［2］湖南省環(huán)境保護局.2000～2009年湖南省環(huán)境質(zhì)量報告書［R］.長沙：湖南省環(huán)境保護局，2009.

［3］許 晶，萬小卓.湖南省酸雨普查現(xiàn)狀、污染控制對策及監(jiān)測工作建議［J］.湖南有色金屬，2004（6）：33～36.

［4］湖南省統(tǒng)計局.2005～2009年全省各市州單位GDP能耗等指標(biāo)公報［R］.長沙：湖南省統(tǒng)計局，2009.