郴州市大氣降水化學成分特征及趨勢的研究

歐盛江

（湖南省郴州生態環境監測中心，湖南 郴州 423000）

郴州市位于湖南省東南部，東面與江西省贛州市為鄰，南面與廣東省韶關市為界，西接永州，北交衡陽市及株洲。郴州四季分明，屬于大陸性氣候[1]。筆者以郴州市2016—2020年郴州市大氣降水數據進行研究，分析近5年來大氣降水pH值、EC等組分的時空變化規律，研究結果可為當地政府大氣污染防治措施提供科學參考。

1 研究方法

1.1 數據來源

研究數據來源于郴州市環境空氣自動監測站。采樣點位于北湖區環保局樓頂，采樣器距樓頂1.2 m，周圍無明顯污染源。2016—2020年共采集降水樣品132個。

1.2 評價標準

按照《酸沉降監測技術規范》（HJ/T165-2004）規定，酸雨是指pH值低于5.6的降水[2]。

1.3 評價方法

降水pH加權值采用氫離子[H+]雨量加權法計算，其計算公式為：

式中，pH加權為單一測點季或年度加權值，無量綱；

[H+]i為第i次降水氫離子摩爾濃度，mol/L；

Vi為第i次降水的降水量，mm。

各離子加權濃度按雨量加權算術平均值計算，其計算公式為：

式中，[X]i為第i次降水某離子的濃度，mg/L;

Vi為第i次降水的降水量，mm。

酸雨頻率＝（酸雨樣本數/降水總樣本數）×100%

2 結果與討論

2.1 降水的時空變化

2.1.1 降水的年度加權pH值及酸雨頻率

2016—2020年，郴州市年降水量加權pH值的變化范圍為5.12～5.41，最大值出現在2016年，為5.41，總體呈下降趨勢。郴州市降水酸雨發生頻繁，酸雨頻率從2016年的80.0%下降到2020年的45.0%[3]。（見圖1）

圖1 2016-2020年郴州市降水年加權pH和酸雨頻率變化趨勢

2.1.2 降水季度加權pH值及酸雨頻率

以春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12月—次年2月）劃分四季。2016～2020年郴州市不同季節降水加權pH值和酸雨頻率變化趨勢如圖2，郴州市季節降水量加權pH值的變化范圍為5.14～5.52，夏季最高，春季次之，秋冬季較低；季節酸雨頻率在45.7%～76.9%，表現為秋冬季節較高，夏季最低。夏季降水較多，酸雨頻率相對較少，秋冬季降水偏少，酸雨頻率較高。

圖2 2016～2020年郴州市不同季節降水加權pH值和酸雨頻率變化趨勢

2.2 降水的離子組分時空變化

2.2.1 降水的年度加權離子組分

2016—2020年，郴州市降水加權平均總離子當量濃度為1 243.84 μeq/L。SO42-、Ca2+、Cl-、NO3-和NH4+是降水的主要離子，占總離子當量濃度的89.1%。Ca2+和NH4+是降水中主要陽離子，對總離子當量濃度的貢獻為15.9%和8.7%；SO42-、Cl-和NO3-是主要陰離子，對總離子當量濃度的貢獻為40.2%、15.2%和9.1%。降水中各離子組分加權當量濃度從高到低的順序是：SO42-＞Ca2+＞Cl-＞NO3-＞NH4+＞F-＞K+＞Mg2+＞Na+，酸雨污染的主要來源是硫酸根離子的前驅物二氧化硫，硫酸鹽是郴州市降水中的主要致酸物質（見表1）[4-5]。

表1 2016～2020年郴州市雨量加權平均離子當量濃度及百分濃度

2.2.2 降水的季度加權離子組分

從2016～2020年郴州市不同季節降水組分雨量加權平均離子當量濃度圖3可知：SO42-、Cl-、NO3-、F-、Mg2+、Na+等離子表現為前三季度較高的現象，Ca2+離子沒有明顯的季節變化情況[6]。

圖3 2016～2020年郴州市不同季節降水組分雨量加權平均離子當量濃度

2.3 降水的EC及總離子濃度

2.3.1 降水的年度加權EC及總離子濃度

2016～2020年，郴州市加權EC年均值為21.7～137.3 μS/ cm，平均值為67.5 μS/cm。降水EC和離子總量呈明顯下降趨勢，最大值出現在2016年，為137.3 μS/cm；最小值出現在2020年，為21.7μS/cm，（見圖4）。

圖4 2016～2020年郴州市加權年均EC和離子總量變化趨勢

2.3.2 降水的季度加權EC及總離子濃度

從季節分布圖5可知，郴州市季度加權EC和離子總量呈現相同的變化趨勢，秋季最高，冬季最低。

圖5 2016～2020年郴州市不同季節加權平均EC和離子總量變化趨勢

3 結論

（1）郴州市年降水量加權pH值的變化范圍為5.12～5.41，總體呈下降趨勢。郴州市降水酸雨發生頻繁，酸雨頻率從2016年的80.0%下降到2020年的45.0%。郴州市季度降水量加權pH表現為夏季最高，春季次之，秋冬季較低。

（2）郴州市降水加權平均總離子當量濃度為1 243.84 μeq/L 。SO42-、Ca2+、Cl-、NO3-和NH4+是降水的主要離子，占總離子當量濃度的89.1%。降水中各離子組分加權當量濃度從高到低的順序是：SO42-＞Ca2+＞Cl-＞NO3-＞NH4+＞F-＞K+＞Mg2+＞Na+。

（3）郴州市加權EC年均值為21.7～137.3 μS/cm，平均值為67.5 μS/cm。降水EC和離子總量呈明顯下降趨勢。