江蘇省太湖流域大氣沉降通量研究

劉 麗

（1.江蘇省蘇力環境科技有限責任公司；2.江蘇省環境監測中心，南京 210036）

改革開放后，太湖流域經濟快速發展，特別是江蘇境內的蘇錫常地區，工業企業發展較快。其間，大量的含氮、磷污水通過地表水排入太湖，由于太湖水體相對封閉，水質嚴重惡化。隨著2008年藍藻的爆發，為改善太湖水質狀況，江蘇省采取了一系列的治理措施，包括重污染企業搬遷，、沿太湖流域工業廢水N、P零排放等。雖然采取了一系列措施，但是太湖藍藻仍沒有得到有效控制，因為早期含氮磷物質排入量大，空氣中含氮磷物質自然沉降嚴重。因此，弄清自然沉降過程對太湖營養鹽的輸入情況，有助于人們控制太湖藍藻。

除了直接污水排入之外，環境空氣中的N、P化合物通過自然的沉降和降水過程進入湖泊，是湖泊營養元素的最大來源[1]。其包含兩種方式，分別為干沉降和濕沉降。濕沉降是指下雨、下雪等降水過程，將空氣中的含N、P物質裹挾后進入地表和湖泊。干沉降是指含N、P物質，通過分子間的作用力和空氣中的微塵形成的凝結核，結合成飄塵或氣溶膠，由于地球引力的作用，沉降到湖泊或入湖河流，從而向湖泊輸入N、P營養鹽[2]。干沉降和濕沉降是在不同的氣象條件下發生的，濕沉降過程的瞬時沉降量要大于干沉降，而濕沉降的時間尺度要大于干沉降。為探索江蘇省太湖流域干濕沉降量，筆者選擇太湖流域三個主要城市常州、無錫、蘇州濕沉降點位數據進行研究。

1　研究方法

1.1　采樣技術

本項目使用由中國臺灣中環科技有限公司實驗室設計和制作的干濕沉降自動采樣儀器自動采集干沉降和濕沉降樣品。采樣器分別由干、濕沉降缸組成，在干、濕沉降缸的上端面有一活動的蓋板可作搖擺運動。無降雨時濕沉降缸關閉，干沉降缸處于開通狀態，可采集空氣中飄塵和污染氣體的干沉降；降雨時在儀器控制器的作用下，使機械傳動系統動作，蓋板搖擺運動而打開濕沉降缸，關閉干沉降缸，由此可避免干、濕沉降的相互影響，達到干、濕沉降自動分離采集的目的。該儀器采樣完全自動化持續運行，無需人員值守，性能穩定，取樣操作簡單，完全滿足采樣要求。

干沉降采樣方法參考《環境空氣降塵的測定重量法》（GB/T 15265-94）、《環境監測分析方法》和《空氣和廢氣監測分析方法》中降塵的收集方法，采用濕法采集樣品，即干沉降采樣前加入適當量的蒸餾水，并經常檢查干沉降缸內存水情況，及時補充存水。

濕沉降采樣與樣品保存方法參考《大氣降水樣品的采集與保存》（GB/T3580-1992）中降水樣品的采集與保存方法。

1.2　布點方法

本研究采用現場采樣結合歷史數據分析的方法，對江蘇省太湖流域氮磷沉降進行研究。具體研究方法為在江蘇省太湖沿岸和湖面進行采樣點布設，具體布設規則按照太湖在江蘇省內的具體位置進行確定。為了研究江蘇省太湖流域干濕沉降的量，分別在太湖沿岸和湖上布設6個監測點位，沿岸點位位于無錫、常州市武進區、蘇州市、宜興市，湖上點位布設于無錫馬山、蘇州漁洋山。2013年6月到2014年5月，分別進行全年度的大氣濕沉降監測，計算方法如式（1）所示。

式中，Rw為濕沉降率，kg/（km·月）；Ci為第i次降雨組分濃度，mg/L；h為降雨量，mm；k為單位換算系數，取值為1。

根據每個月的降水量，人們可以計算出該監測點位的濕沉降率，然后通過本研究布設點位的統計，計算出江蘇省太湖流域的平均濕沉降率。接著，結合太湖面積，計算出太湖濕沉降總量。通過參考相關文件，對太湖地區干濕沉降基本情況進行統計，獲取長時間尺度上太湖干濕沉降的估算比例，估算出江蘇省太湖流域營養鹽干沉降量，從而獲得當地的整體干濕沉降情況。

2　研究結果

通過監測數據的分析，結合江蘇省太湖面積，人們可以計算出江蘇省太湖流域在研究期間的總氮、總磷和高錳酸鉀指數濕沉降率。總氮濕沉降率最大值和最小值分別為216.70 kg/km2、38.89 kg/km2，時間段分別為2013年10月、2014年1月；總磷濕沉降率最大值和最小值分別為4.49 kg/km2、0.35 kg/km2，時間段分別為2014年3月、2013年11月；高錳酸鹽指數沉降率最大值和最小值分別為230.89 kg/km2、33.17 kg/km2，時間段分別為2014年4月、2014年1月。通過數據對比，總氮沉降量和高錳酸鹽指數沉降率在時間尺度上基本保持一致，具有很好的關聯性，并且明顯要高于總磷含量。本研究具體分析數據如表1所示。

表1　太湖流域總氮、總磷、高錳酸鹽指數平均濕沉降率

3　太湖干濕沉降量核算

通過統計可知，江蘇省太湖流域TP（總磷）、TN（總氮）、CODMn（高錳酸鹽指數）平均沉降率為 26.42 kg/（km2·a）、1671.37 kg/（km2·a）、1 754.38 kg/（km2·a）。太湖面積為 2 338 km2，根據研究所得的平均沉降率，可以計算出通過濕沉降方式進入太湖的TP、TN、CODMn的總量約為61.77 、3 907.7 t、4 101.7 t。

通過查閱中科院南京地理與湖泊研究所對太湖長期的研究結果，太湖總氮干濕沉降中，濕沉降總量約占3/4[3]。由此可以計算出，本研究中，通過干沉降進入太湖的TP、TN、CODMn的總量約為82.36 t、5 210.2 t、5 468.9 t。因此，綜合起來，本研究干濕沉降進入太湖湖體的TP總量為144.13 t，TN總量為9 117.9 t，CODMn總量為9 570.6 t。由此可見，每年干濕沉降進入太湖湖體的營養鹽的量相當可觀，其主要原因是人類生產活動造成大量廢氣（非生產排放、固定源排放、無組織排放）等進入大氣，然后通過自然沉降進入水體。因此，想要削減自然沉降對太湖營養鹽的輸入量，人們應該進一步分析大氣組分來源，對大氣中顆粒物構成進行朔源，從源頭上進行有效控制。

4　結論

通過太湖流域干濕沉降采樣數據統計分析，太湖流域2013年6月至2014年5月空氣中TN、TP、CODMn濕沉降輸入太湖湖體的總量約為3 907.7 t、61.77 t、4 101.7 t。大氣干濕沉降的TN總量為5 210.2 t，TP總量為82.36 t，CODMn總量為5 468.9 t。