淄博市“十二五”期间大气降水化学组分变化趋势分析
2017-11-01边志明
边志明，叶 萍
淄博市“十二五”期间大气降水化学组分变化趋势分析
边志明，叶 萍
（淄博市环境监测站，山东 淄博 255040）
为研究“十二五”期间淄博市大气降水化学组分变化趋势，采用离子当量浓度百分比变化和秩相关系数法对9个监测点5年的监测数据进行了分析。分析结果表明：淄博市降水中总阴阳离子在0.8～1.2允许变动范围内，总体保持平衡，但硫酸根离子对酸性降水的贡献值减弱，硝酸根离子的贡献值加大；钙离子对降水的中和能力减弱，铵离子的中和能力增强。关键词：“十二五”；降水；离子浓度；变化趋势
淄博市位于山东省中部，为鲁中山区与鲁北平原的交接地带，是典型的组群式城市。辖区南北较长，最大纵距为151 km，东西较窄，最大横距为87 km，总的地势为南高北低，是一个山地、丘陵、河谷、平原诸类地形较齐全的地区。淄博市能源消耗以煤炭为主，二氧化硫污染多年来一直处于较高水平；“十二五”以来，淄博市大力推进新材料、新能源、新环保等六大战略性新兴产业发展，全市万元GDP能耗累计下降19.37%，能源结构逐步优化，尤其是超低排放标准的实施和推进，二氧化硫排放量逐年下降，年均浓度较“十一五”末下降48.1%；同时随着机动车尾气污染和燃油污染的加重，二氧化氮排放量呈现上升趋势；这导致了淄博市降水中化学组分的比例变化，其变化反映了当地环境空气中的污染特征。本研究通过对“十二五”期间淄博市降水监测数据进行分析，研究降水中化学组分的变化趋势，反映当地环境空气质量状况是人类活动对大气环境影响的可靠指标[1]。
1 监测点位及方法
1.1 降水监测点位布设及频次
张店城区设市环境监测站和张店区环境监测站2个监测点，其他区县各设1个监测点位，共计9个监测点[2]。淄博市降水监测点位设置情况见表1。
下雨时，每24 h采样一次。若一天中有几次降雨（雪）过程，可合并为一个样品测定；若遇连续几天降雨（雪），则将上午9:00至次日上午9:00降雨（雪）视为一个样品。
1.2 监测项目及方法
降水量、pH值、电导率、SO42-、NO3-5项为逢雨（雪）必测，当降水量足够（＞3 mm）时，须监测9项离子中剩余的7项离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、F-、Cl-），其中任何一项不得漏测，且不得测混合样。分析方法见表2。
表1 淄博市降水监测点位设置
表2 分析方法
1.3 数据处理方法
pH均值和离子浓度均值均采用降水量加权平均进行计算[3]。
2 监测结果及分析
2.1 监测结果
“十二五”期间，淄博市降水年际pH值加权平均呈中性，在5.64～8.82之间。2011年降水量最多，为649.3 mm，pH值加权平均为6.53，5年最低；2014年降水量最少，为309.0 mm，pH值加权平均为6.66，5年最高。“十二五”期间淄博市降水统计情况见表3。
表3 “十二五”期间淄博市降水统计
2.2 主要离子当量浓度百分比年际变化[4-5]
降水中离子化学组分当量浓度变化如表4所示。结果显示，“十二五”期间，淄博市降水中主要阴离子为SO42-，其次为NO3-；主要阳离子为Ca2+和NH4+，是缓冲酸性阴离子的主要结合物。“十二五”期间，总阴阳离子平衡在0.79～1.08之间，基本符合0.8～1.2允许变动范围，降水样品分析结果合理有效。
“十二五”期间，淄博市降水中的主要阴离子SO42-当量浓度所占总离子当量浓度百分比远大于NO3-，2011—2014年SO42-当量浓度所占百分比均在30%以上，2015年降低到26.3%，降幅程度较大，NO3-当量浓度所占百分比变化幅度不大，在7.1%～9.8%之间波动；主要阳离子NH4+当量浓度所占百分比明显呈上升趋势，2015年较2011年上升幅度达86.3%，Ca2+当量浓度所占百分比基本呈逐年下降趋势。
表4 “十二五”期间淄博市降水中离子当量浓度占比情况 %
2.3 降水中化学组分变化趋势分析
采用Spearman秩相关系数法[6]分析“十二五”期间淄博市降水中主要阴阳离子硫酸根离子、硝酸根离子及钙离子、铵离子的浓度变化趋势。
5年间，淄博市降水中SO42-/NO3-比值在95%置信水平上秩相关系数Rs为-0.60，下降趋势明显。由此表明，在二氧化硫排放得到有效控制的情况下，二氧化氮排放对酸性降水的贡献作用在增强；降水中（SO42-+NO3-）/∑C比值，在95%置信水平上Rs为-0.80，呈显著下降趋势，酸性离子优势有所减弱。这与二氧化硫和二氧化氮监测浓度年际变化趋势相符。
5年间，淄博市降水中钙离子在95%置信水平上Rs为-0.80，呈下降趋势，铵离子在95%置信水平上Rs为0.65，呈上升趋势。这表明淄博市降水中碱性阳离子的平衡能力在下降，酸性阳离子的作用在增强。
3 结论
“十二五”期间，淄博市大气降水总阴阳离子平衡在0.79～1.08之间，基本符合0.8～1.2允许变动范围内，这与阴阳离子在大气环境中转换为化合物时离子间配对作用有关，这使得降水的pH值维持在中性。
离子中，SO42-和Ca2+分别是阴离子和阳离子中所占百分比最大的，它们之间的比例关系，直接影响大气降水的pH值，Ca2+在中和降水中酸性离子方面仍有相当大作用。
淄博市是以燃煤为主导地位的能源结构，煤炭消耗量占能源消耗总量的60%以上。2011年淄博市SO2年均浓度值为0.146 mg/m3，随着政府不断加大节能减排力度，充分发挥污染减排的“倒逼传导机制”作用以及天然气等清洁能源使用比例的提高，二氧化硫排放量逐年减少，2015年其年均浓度值降至0.083 mg/m3，降水中SO42-所占百分比呈下降趋势；而随着近年来城市汽车保有量的增加，NO2排放量逐年增加，其年均浓度值由2011年的0.044 mg/m3升至2015年的0.061 mg/m3，因此，“十二五”期间，淄博市降水中SO42-/NO3-值呈明显下降趋势；同时，（SO42-+NO3-）/∑C比值呈显著下降趋势，酸性阴离子优势有所减弱；阳离子中，NH4+所占百分比呈上升趋势，其中和平衡能力增强，Ca2+呈下降趋势，其中和平衡能力下降；降水中各离子组分的比例变化，反映了淄博市环境空气中污染物含量的变化。
[1]雷小利，杨红丽.铜川市降水化学特征分析[J].中国环境管理干部学院学报，2015，25（5）：62-64.
[2]吴孟浩.上海市某城区降水监测点位优化[J].环境监测管理与技术，2015，27（3）：69-71.
[3]钟霖.环境监测站pH均值的计算与探讨[J].四川环境，2006，25（1）：58-60.
[4]王琳.江西省降水中化学组分变化规律研究[J].江西科学，2007（6）：781-783
[5]王俊英，郝欣欣，甄文栋，等.青岛市降水化学组成特征及相关性分析[J].山东大学学报：工学版，2006，36（3）：56-59.
[6]万黎，毛炳启.Spearman秩相关系数的批量计算[J].环境保护科学，2008，34（5）：53-55.
Analysis on Chemical Composition Change Trend of Atmospheric Precipitation during the Period of the 12th Five-Year in Zibo
Bian Zhiming,Ye Ping
（Zibo Environmental Monitoring Centre,Zibo Shandong 255040,China）
In order to study the change trend of chemical composition of atmospheric precipitation during the period of"the 12th Five-Year"in Zibo,the percentage variation of ionic equivalent concentration and rank correlation coefficient were adopted to analyze the monitoring data of 9 sites in 5 years.The analysis results showed that the total anion and cation of precipitation in Zibo could overall balance in the allowable range of 0.8～1.2.Nevertheless,the contribution of sulfate ion to acid precipitation decreased,while the contribution of nitrate ion increased.In addition,the neutralization ability of calcium ion to precipitation decreased,while the neutralization ability of ammonium ion increased.
"the 12th Five-Year",precipitation,ionic concentration,variation trend
X51
A
1008-813X（2017）05-0067-03
10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.05.17
2017-04-25
边志明（1977-），男，山东桓台人，毕业于哈尔滨理工大学电气工程专业，高级工程师，主要从事环境监测方面的研究工作。
（编辑：程 俊）
