泸州市大气降水的化学特征的探讨

2021-01-06王念飞龙小兰

四川环境 2020年6期

王念飞，张棋，龙小兰，赵芯

(四川省泸州生态环境监测中心站，四川泸州 646000)

前言

酸雨对生态系统、建筑材料和人体健康均可能产生不良影响[1]，因此酸雨问题备受人们关注。20世纪80年代以后，中国成为继欧洲和北美之后的世界第三大酸雨区[2～4]。西南地区是我国受酸雨污染最早的区域，为我国四大酸雨区之一[5～7]。降水通过雨除和冲刷过程对大气中的气态和气溶胶等污染物进行清除[8-9]，降水中的化学组成特征因不同地区污染源的不同而存在差异，因此降水中的化学组分能间接反映大气的污染状况和不同源的相对贡献。目前，在西南地区中对重庆[7,10]、成都[11]、贵阳[12]等中心城市降水的化学组成及特征研究相对充分，而对腹地的中小城市降水组成及来源特征研究不足。泸州市地处成渝经济腹地，与重庆、云南和贵州毗邻，是四川省川南经济区的重要组成部分，属酸雨频发区。此前对泸州市降水的研究主要集中在对pH值及化学组分的年际变化特征上[13-14]，对降水pH值及化学组分的月和季节变化特征研究鲜有报道。本研究拟通过泸州市全年降水化学组分的分析，对泸州市降水pH值、离子组分的浓度水平及季节变化规律和污染来源进行研究，以期为认清当地降水化学组成及成因提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 采样点与样品采集

采样点位于四川省泸州市十二中学楼顶(坐标为28°54′N ,105°26′E)，周围为居民小区，不存在明显的污染源。用5021型智能降水采样器(青岛崂应，中国)于2019年1～12月采集有效降水样品共64个，采样仪器同时自动记录每次采样的开始时间、结束时间和降水量。

1.2 分析方法

2 结果与讨论

2.1 pH值和电导率

pH值小于5.6的大气降水为酸雨，泸州市降水pH值的变化范围为4.0～7.1，雨量加权平均值为5.4。泸州市年均pH值与其他西南地区比较，高于贵阳市[12]的4.23、成都市[11]的5.1和重庆市的5.24[10]。pH值的频率分布如图1所示，按照标准[19]，泸州市为较轻酸雨区。全年酸雨频率为39.1%，酸雨频率等级为酸雨多发。酸雨以pH为5.0～5.6的较弱酸雨占比较大，占全年酸雨次数的60.0%，强酸雨(pH值<4.5)发生频率为7.8%。pH值、EC及降水量的月变化如图2所示，pH值最大月雨量加权平均值为6.9，出现于2月,最小月雨量加权平均值为1月的4.1，从4～11月pH值呈逐渐降低的变化趋势。较大的降水量对降水中的污染物具有很好的稀释作用，而pH值与降水量不显著相关(p>0.05)，主要是因为降水pH值由其中所溶有的酸、碱性物质的相对含量及离子平衡关系决定。

图1 降水pH值的频率分布图Fig.1 Frequency distribution of pH values in precipitation

图2 pH值、EC及降水量的月变化Fig.2 Monthly variations of pH values, EC and precipitation amount

EC的变化范围为0.5～21.8 mS/m，雨量加权平均值为2.3 mS/m。EC的月变化趋势为先减小，于4～9月趋于较低水平，后又增加。最高值为1月，雨量加权平均值为16.0 mS/m，是最低月(7、8月)的14.5倍。EC反映了降水中总的可溶性物质的含量，夏季EC值低于其他季节，表明夏季大气环境质量优于秋冬季。年降水量为838.3 mm，降水量主要集中在夏季，5～8月降水总量为611.3 mm，占全年总降水量的72.9%。冬季降水量则相对较少，其中8月的降水量约为12月的30倍。EC与降水量具有显著的负相关性(R=-0.45，p<0.01)，表明较高的降水频率和较大的降水量对降水中的化学组分具有很好的稀释作用，这是导致夏季EC值低的原因之一，而冬季则相反。

2.2 化学组成

表1 不同城市降水的pH值及各离子组分浓度Tab.1 pH values and concentrations of ions in precipitation in different cities (μeq/L)

泸州市降水中离子浓度的月变化如图3所示，降水中离子浓度存在明显的季节变化特征，冬季浓度高，夏季浓度低。最高值出现于冬季的1月，离子浓度总和的雨量加权平均值为1 823.6 μeq/L，是最低月8月的14.8倍，表明冬季大气污染较其他季节严重。从降水离子浓度与降水量的月变化趋势结合分析，两者具有相反的月变化特征。春夏季随着降水量的增加，离子浓度呈下降趋势。秋冬季降水量的减少，降水的离子浓度又明显升高。出现这种情况的可能原因，一方面是秋冬季大气层结构稳定，混合层高度低，积累效应明显，污染物在大气中易聚集难扩散[26]。另一方面夏季降水量大，冬季降水量小。降水量大，大雨滴多，降水量小，小雨滴多。小雨滴在大气中停留时间长，冲刷吸附的污染物较多，大雨滴停留时间短，冲刷的污染物较少[21]。