基于GIS 的铜陵市铜雕腐蚀程度研究*

2021-12-02郎旺旺苏耀成

科技创新与应用 2021年34期

孙微，郎旺旺，苏耀成

（1.铜陵学院建筑工程学院地理信息科学专业，安徽铜陵 244000；2.速度中国有限公司，江苏南京 210042；3.华东冶金地质勘查局八一二地质队，安徽铜陵 244000）

在推动我国城市化进程中，城市规模扩展所带来的负面环境影响已经成为了城市体系良性发展的重要制约因素。空气质量恶化成为首要问题。用科学的理论和方法去分析我国各地区城市空气污染的情况，进而制定出科学的管理策略，这就是我们深入研究城市空气污染问题的一个核心课题。对于我国城市大气中污染物浓度的空间分布特征的探究，是当前大气环境质量评估的重要核心之一，也成为目前我国大气环境质量研究的重点和难点。GIS 技术十分适用于对环境科学研究领域有关问题的研究。例如，GIS 在我国地区大气环境规划评估中的应用和GIS 在我国地区大气环境污染情况的动态变化规律研究中的应用等。而通过GIS 技术来研究以大气污染为参照的铜雕腐蚀程度，会使研究的科学性更加可靠。铜陵市作为中国的铜都，铜文化经久流传，目前在铜陵的各地也都有标志性的铜雕建筑。由于大气污染的广泛性和地区性，本研究的范围涵盖了铜陵市的大部分地区，以大气污染物中的腐蚀性气体SO2和NO2为主要研究对象。由于铜陵特殊的工业结构、自然地理条件，使其成为目前全国大气环境质量堪忧的城市。大气环境质量对未来铜陵市实现社会与环境协调可持续发展带来了严重的挑战。科学准确描述大气污染物在铜陵市的空间分布特征，进而为城市环境规划与管理部门提供强有力的支持，是铜陵市城市环境治理的迫切要求。也是铜陵市保护自身文化属性和特色产业的当前需求。本研究通过对铜陵市空气监测站SO2和NO2浓度的研究，预估铜陵市铜雕受到的腐蚀程度。

1 铜陵市大气污染特征及铜雕概况

铜陵位于安徽省南部，长江中下游南岸，是最早的产铜地之一，向来享有中国古铜都的美誉。铜陵市是以有色冶炼、化工、水泥、电力为主的综合性重工业城市，铜陵的工业结构和城市特点，决定了铜陵的环境污染形势不容乐观。铜陵地区全年雨量丰沛，湿度较大，日照充足。由于降雨量比较丰沛，空气中由工业和其他因素所产生的腐蚀性气体（SO2和NO2）会混合在雨水中再次降落形成酸雨，对铜雕产生腐蚀效果。铜陵市属于北亚热带湿润季风气候特征，雨量充沛，常年平均气温17.4℃，相对湿度75%～81%。降水丰富，多年平均降水量1370mm，降水主要集中在春夏季。该区域常年风向规律明显，冬季东北风，夏季西南风，风速1.9~2.8m/s。铜陵市城区坐落在东部长江流域中下游的平原和西部皖南山区山脉相连接处。以海拔400m 左右地区为主，地势坡度在28°左右，山体相对比较完整。

铜陵市铜雕大多数为铜陵市地标性建筑，分布范围遍布铜陵市各地，通过现场勘察，使用GPS 标定铜雕的坐标位置，共记录112 处雕塑（见图1）。

图1 铜陵市主要铜雕分布图

2 过程与方法

本文通过探究铜陵市的污染状况与污染分布情况的关系，针对SO2和NO2这两项数据，提取出每天2 时、8 时、13 时、21 时四个时间点的数据，分为春夏秋冬四个季节，对其求平均数据值。由此作为判断一整年中四个时间段空气中SO2和NO2含量的依据。使用ArcGIS 的空间分析功能——核密度分析、克里金插值，在地图中显示污染物的检测分析情况，从而得到铜陵市大气污染特征与大气污染源分布，通过对用ArcGIS 所产出的专题图进行仔细分析，研究铜陵市春夏秋冬四个季节中每个季节受到大气污染物SO2和NO2影响的测点周边地区，以及其中的含量高低情况。再通过实地调查得到铜陵市区周边所有的铜雕信息，包括地理坐标、名称以及现状样貌并且保存。使用ArcGIS 在专题图展现出铜陵市各地点铜雕的详细位置，通过专题地图上详细的点面特征，可以直观了解铜雕在大气污染物SO2和NO2腐蚀下所受到的影响程度，再根据实地调查的图片结果进行对比，就可以得到污染物影响铜雕的详细情况。通过实验得到SO2和NO2的核密度检测分析专题图，如图2 所示。

图2 铜陵市2016 年SO2 及NO2 浓度核密度分析

3 结果分析

3.1 二氧化硫

由实验结果可知，六个测站点在四个季节中，五个测站点都是在冬季测得SO2浓度达到最高值，车站新区测点在夏季时SO2浓度最高。春季市教职基地测站点SO2浓度最高，市公路局测站点SO2浓度最低，两者相差大约12 个点；夏季市公路局测站点SO2浓度最高，市新民污水厂测站点SO2浓度最低，两者相差20个点；秋季市第九中学测站点SO2浓度最高，车站新区测站点SO2浓度最低，两者相差22 个点；冬季市第四中学测站点SO2浓度最高，车站新区测站点SO2浓度最低，两者相差26 个点。

结合专题图可知冬季为铜陵市SO2排放量最大的时候，结合实际情况，冬季能源消耗增大，城市供暖设施大量启动，燃煤量大幅度增长，城市工业区产能并没有减少，导致铜陵市SO2排放量并没有减少，导致城市SO2污染相对严重。然而2016 年冬季，铜陵市降水量却相对较少（69mm），但是对比标准降水量，也属于较高水平，因此酸雨的腐蚀性也较强，对铜雕的腐蚀程度较大。从季节来看春季、秋季和夏季的SO2浓度虽然没有冬季浓度高，但是根据调查，由于铜陵是多雨的气候，2016 年春季、夏季和冬季的平均降雨量大约分别为200mm、300mm 和200mm。降雨量相对来说偏大，形成酸雨量也偏高，其中夏季最为严重，强降雨加上高温，铜雕腐蚀程度加深。

3.2 二氧化氮

结合2016 年月降水量可知铜陵市由NO2引起的酸雨量较大，由于在四个季节中NO2浓度都比较偏高，所以对铜雕腐蚀程度危害性较大。五个测站点都是在四个季节中的冬季测得NO2浓度达到最高值，只有市第九中学测站点在春季时NO2浓度最高，从而得出规律，在冬季时铜陵市空气中NO2浓度达到最高值。春季市第九中学测站点NO2浓度最高，市教职基地测站点NO2浓度最低，两者相差大约19 个点；夏季市车站新区测站点NO2浓度最高，市第四中学测站点NO2浓度最低，两者相差16 个点；秋季市公路局测站点NO2浓度最高，市第九中学测站点NO2浓度最低，两者相差12 个点；冬季市公路局测站点NO2浓度最高，市第九中学测站点NO2浓度最低，两者相差25 个点。