基于GIS的重慶市酸雨時空分布及變化特征研究

劉燦 李禮

摘要：利用重慶市46個酸雨監測站2011～2016年的酸雨監測數據，基于地理信息系統（GIS）技術，對重慶市2011～2016年的酸雨時空分布及變化特征進行了研究，旨在為環境管理和決策提供技術支持和科學依據。結果表明：重慶市酸雨區主要分布在西部、主城區、中部地區，非酸雨區主要分布在東北部和東南部;降水平均pH低值中心位于大足區、涪陵區，降水平均pH高值中心位于城口縣、石柱縣、武隆區、秀山縣;2011～2016年間，重慶市大部分地區酸雨強度明顯減弱，酸雨頻率明顯下降，可見重慶市酸雨污染明顯改善。

關鍵詞：重慶;酸雨區;時空分布;GIS

中圖分類號：X517

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（ 2019） 24-0110-05

1 引言

人類社會的迅速發展，導致大氣中的污染物含量急劇上升，改變大氣的理化性質，影響了大氣降水的酸堿度。酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪、雹等形式的大氣降水[1]。其對生態環境具有極大的危害性，能污染水體、腐蝕金屬和建筑、危害植被等，嚴重破壞生態平衡[2]。

東亞是世界三大酸雨區之一，其中中國酸雨區降水酸度最強、面積最大，已形成華東、華中、華南和西南四大酸雨區。重慶尤為嚴重，已成為西南地區的酸雨中心地帶[3]。目前基于GIS技術開展的酸雨時空分布特征研究較多，趙艷霞研究了中國2005年的酸雨時空分布特征;王苗對湖北省2007～2014年的酸雨變化時空特征進行了分析;牟永銘基于GIS技術開展了浙江省酸雨區分布研究;唐信英分析了整個西南地區的酸雨時空分布特征;巴金基于降水監測數據分析了重慶市1997～2006年的酸雨時空分布和季節變化規律。本文利用重慶市生態環境監測的46個酸雨站點數據，探求重慶市的酸雨時空分布及變化趨勢，以期為環境管理和決策提供技術支持和科學依據。

2 數據資料與技術方法

2.1 數據資料

本文的數據資料以重慶市46個酸雨站點2011～2016年降水數據為基礎進行統計分析。年降水平均pH值為2011～2016年所有站點降水平均值;依照重慶的氣候特點劃分，春、夏、秋、冬四季降水平均pH值為所有站點3～5月份、6～8月份、9～11月份、12～次年1月份的數據計算得出;月降水pH值數據通過計算當月所有降水的pH數據計算獲得。

2.2 平均pH值、酸雨頻率

平均pH值的計算采用氫離子（H+）濃度一降水量加權法.即將每次降水的pH值換算成氫離子濃度，乘以相應的降水量求其平均，具體計算公式如下：

式（1）～（3）中：Ci（ H+）為氫離子摩爾濃度，單位為mol/L; Vt為每次降雨量，單位為mm。酸雨頻率是一年（月）出現酸性降水樣品次數除以該年（月）降水樣品總次數的百分率[4]。

2.3GIS分析方法

地理信息技術是一種常用的空間數據分析技術，它具有強大的空間分析功能，能根據現有的酸雨資料和數據，按照酸雨分布機理，建立空間數值模擬模型計算出各地酸雨的分布情況，對空間信息數據進行圖形化輸出，形象直觀，為科學準確地確定酸雨分布范圍提供依據[5]。

在目前常用的GIS空間分析插值方法中[6-9]，反距離權重插值法（IDW）是一種以數據點與網格點的距離R的平方倒數（1/R2）作為權值插值方法，其應用簡便，插值數據精度較高，是一種廣泛采用的插值方法，本文基于IDW法對降水平均pH值進行模擬來研究重慶市的酸雨時空分布及變化特征。

3 重慶市酸雨時空分布特征

3.1 重慶市酸雨強度時間分布特征

由重慶市2011～2016年月、季平均降水pH值圖（圖1），可以看出，重慶市降水的pH值較低，酸雨程度較為嚴重。從月份上看，降水平均pH值在4.50～5. 10之間，2月份最低，酸雨強度最強，8月份最高，酸雨強度最弱;從季節上看，四季降水平均pH值在4.63～5.07之間，pH值由高到低依次為夏季、春季、秋季、冬季，與月平均pH值年內變化規律一致。年內降水平均pH值變化主要分為兩個階段，3～8月份為pH上升階段，9月份至次年2月份為pH下降階段，即春季～夏季pH值升高，秋季一冬季pH值下降。

3.2 重慶市酸雨強度空間分布特征

重慶市年內降水pH值差異較大，市內各區域降水pH值差異也較明顯。由重慶市2011～2016年降水平均pH值及酸雨強度空間分布圖（圖2）可知重慶市酸雨分布面積較廣。渝西、主城區、西南部、東北部南部地區等為弱酸雨分布區[1O];西部的大足區、西南部的涪陵區為主要的強酸雨分布區，并形成了兩個pH低值中心;萬州區、云陽縣、開州區交界地區pH值也較低;非酸雨區主要分布在渝東南大部和渝東北北部地區，城口縣、石柱縣、武隆縣、秀山縣為降水pH值高值中心。

從季節上看，四季降水平均pH的空間分布規律與年降水平均pH值的空間分布規律基本一致，略有差異。

春季，酸雨低值中心位于大足區，涪陵區的酸雨低值中心消失，大足區的強酸雨區面積有所擴大，其他分布情況與年降水平均pH值的空間分布規律基本一致。

夏季，只有一個酸雨低值中心，位于大足區，分布面積極少，低值中心不明顯，潼南區形成一個非酸雨區，開州區的非酸雨區面積有所增加。

秋季，大足區、武隆區、涪陵區分別形成酸雨低值中心，巫溪縣、城口縣、巫山縣三個區縣的部分區域形成弱酸雨區。

冬季，大足區、武隆區、萬盛區分別形成酸雨低值中心，其他分布情況與年降水平均pH值的空間分布規律基本一致。

3.3 重慶市酸雨頻率時間分布特征

由重慶市2011～2016年年內月、季酸雨頻率圖（圖3）可以看出，重慶市酸雨頻率較高。從月份上看，酸雨頻率在32. 05%～63. 46%之間，2月份酸雨頻率最高，8月份酸雨頻率最低;從季節上看，四季酸雨頻率在36. 39%～43.04%之間，酸雨頻率由高到低依次為冬季、秋季、春季、夏季，與月酸雨頻率年內變化規律一致。年內酸雨頻率的變化主要分為兩個階段，3～8月份為酸雨頻率下降階段，9月份至次年2月份為酸雨頻率上升階段，即春季一夏季酸雨頻率下降，秋季一冬季酸雨頻率下降。

3.4 重慶市酸雨頻率空間分布特征

酸雨頻率是反映酸雨強度的一個重要指標，重慶市年、季酸雨頻率與酸雨強度的空間分布規律基本一致，即降水酸度強的區域，酸雨頻率較高，降水酸度弱的區域，酸雨頻率較低，見圖4。

4 重慶市酸雨變化時空分布特征

4.1 重慶市酸雨強度變化時間分布特征

由重慶市2011～2016年、季降水平均pH值圖（圖5）可知，2011- 2016年重慶市年降水平均pH值呈現明顯的上升趨勢，四季降水平均pH值也呈上升趨勢，各季變化趨勢略有差異，這表明重慶市酸雨強度有所下降。

4.2 重慶市酸雨強度變化空間分布特征

重慶市2011～2016年酸雨強度變化量在-1.35～2. 32之間，全市絕大部分地區酸雨強度有不同程度的減弱，極小部分區域酸雨強度有一定程度的增強，酸雨強度減弱最明顯的為開州區，酸雨強度增強最明顯的為永川區。酸雨強度減弱較明顯的區域為西部的榮昌區、大足區、銅梁區，主城的北碚區、沙坪壩區、渝北區、江北區、巴南，中部涪陵區、長壽區、墊江區、豐都縣，西南部的武隆區，渝東北的忠縣、萬州區、開州區及巫溪縣;酸雨強度增強的區域主要分布在永川區、綦江區、奉節縣、巫山縣，少部分區域分布在九龍坡區和大渡口區（圖6）。

4.3 重慶市酸雨頻率變化的時間分布特征

重慶市2011～2016年酸雨頻率在23. 15%～54.97%之間，2011年酸雨頻率最高，2016年酸雨頻率最低，酸雨頻率年均減少7%，酸雨頻率的變化趨勢可分為三個階段，第一階段為2011～2014年，酸雨頻率減少較為平緩;第二階段為2014～2015年，酸雨頻率明顯降低;第三階段為2015～2016年，酸雨頻率降低不明顯。從季節上看，重慶市酸雨頻率逐年降低，整體變化趨勢與年際變化趨勢一致，各季節間的變化趨勢略有差異，2016年各季節的酸雨頻率均較低（圖7）。

4.4 重慶市酸雨頻率變化的空間分布特征

重慶市2011～2016年酸雨頻率變化量在-97%～45%之間，全市絕大部分地區酸雨頻率有不同程度的下降，極小部分區域酸雨頻率有一定程度的上升，酸雨頻率下降最明顯的為豐度區縣，酸雨頻率上升最明顯的為永川區。酸雨頻率下降較明顯的區域為西部的銅梁區、大足區，主城的北碚區、沙坪壩區，中部長壽區、豐都縣、涪陵區，西南部的萬盛區，渝東北的開州區、忠縣、萬州區及云陽縣;酸雨強度增強的區域主要分布在永川區、綦江區，少部分區域分布在九龍坡區和江津區（圖8）。

5 結論與討論

5.1 結論

（1）酸雨強度時間分布及變化特征。2011～2016年年內降水平均pH值在4.50～5.10之間，2月份最低，8月份最高;從季節上看，四季降水平均pH值在4. 63～5. 07之間，四季降水平均pH值由低到高依次為冬季、秋季、春季、夏季;2011～2016年重慶市年降水平均pH值呈現明顯的上升趨勢，年降水平均pH值由4. 55上升至5.43，酸雨強度明顯減弱。

（2）酸雨強度空間分布及變化特征。渝西、主城區、西南部、東北部南部地區等為弱酸雨分布區;大足區、涪陵區為主要的強酸雨分布區，并形成了兩個pH低值中心，萬州區、云陽縣、開州區交界地區pH值也較低;非酸雨區主要分布在渝東南大部和渝東北北部地區，城口縣、石柱縣、武隆縣、秀山縣為降水平均pH值的高值中心;2011～2016年重慶市降水平均pH值的變化量在-1. 35～2. 32之間，絕大部分地區降水平均pH上升，極小部分區域降水平均pH值上下降，降水平均pH值上升最明顯的為開州區，降水平均pH值下降最明顯的為永川區。

（3）酸雨頻率時間分布及變化特征。2011～2016年酸雨頻率在54. 97%～23. 15%之間，2011年酸雨頻率最高，2016年酸雨頻率最低。2011～2016年重慶市酸雨頻率變化量在- 97%～45%之間，其中2011～2015年酸雨頻率明顯下降，2015～2016年酸雨頻率變化不明顯。

（4）酸雨頻率空間分布及變化特征。全市絕大部分地區酸雨頻率有不同程度的下降，極小部分區域酸雨頻率有一定程度的上升，酸雨頻率下降最明顯的為豐度區縣，酸雨頻率上升最明顯的為永川區。

5.2 討論

本文利用46個站點的降水pH值監測數據，對重慶市2011～2016年的酸雨分布、變化特征進行了分析，較好的揭示了近年來重慶市酸雨的分布情況及變化規律，但是未對酸雨中的離子組分變化進行分析與研究，無法揭示重慶市酸雨中離子組分的變化情況，難以分析出重慶市酸雨變化的成因，因此，在后續的研究中將開展酸雨離子組分的變化分析，以期能為環境管理決策提供科學技術支撐。

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收稿日期：2019-11-19

作者簡介：劉燦（1987-）.男，碩士，工程師，主要從事生態環境遙感與地理信息技術方面的研究工作。

通訊作者：李禮（1983-）.男，博士，正高級工程師，主要從事生態環境質量監測技術研究工作。