临汾市大气降水水质评价及酸雨的成因与防治对策研究

张瑞峰

（临汾市水文水资源勘测站 山西临汾 041000）

0 引言

酸雨为大气降水的特殊形式。根据《酸雨观测规范》（QB/T19117-2017），酸雨为降水pH 值小于5.6 的大气降水。酸雨主要是工业和交通运输工具等产生的硫氧化物和氮氧化物释放进入大气，并溶于云雾而形成硫酸和硝酸，然后随气流输送，最终成为酸雨降落至地面。酸雨对人类的危害很大，它可损害人的呼吸道、皮肤、眼睛，使植物枯死，使土壤、湖泊酸化，腐蚀金属器具、文物、古迹、建筑物等。酸雨污染危害居民健康，腐蚀建筑材料，破坏生态系统，造成巨大经济损失，成为制约经济社会发展的重要因素之一[1-3]。分析了解大气降水酸雨状况、主要污染物及区域分布规律，对经济社会发展及居民健康具有积极而深远的意义。

1 资料收集

本文以2008-2018年山西省水环境监测中心临汾分中心大气降水监测资料为基础，资料监测情况为监测每个月的第一次降水。根据《水环境监测规范》（SL219-2013），大气降水常规监测项目12 项，分别为pH 值、电导率、硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、氟离子、氯离子、硫酸根、钾、钠、钙、镁，各项目参数检测方法和依据见表1。

表1 临汾市大气降水各项目参数检测方法及依据统计一览表

2 评价方法

酸雨评价方法按照中国气象局发布的《酸雨和酸雨区等级》（QX/T372-2017）标准，对酸雨等级、酸雨频率、酸雨区等级进行评价。酸雨是指pH 值小于5.6 的大气降水。酸雨区为平均降水pH 值小于5.6 的地区。平均降水pH 值指对一年内所有的日降水pH 值和对应的日降水量进行氢离子浓度—雨量加权平均计算的结果。

2.1 酸雨等级

按照日降水pH 值将酸雨等级划分为较弱酸雨、弱酸雨、强酸雨和特强酸雨。酸雨等级见表2。

表2 酸雨等级表

2.2 酸雨频率

酸雨频率为一年内日降水pH 值小于5.6 的次数占该时段内所有酸雨观测次数的百分率。酸雨频率等级划分为酸雨偶发、酸雨少发、酸雨多发、酸雨频发、酸雨高发，划分方法见表3。

由表2可知:AW0工况下，向下最大动挠度值为8.5 mm；AW3工况下，向上最大动挠度值为8.0 mm，两者较为接近。因为由轨道病害引起的轮轨垂向冲击力主要由簧下质量决定，故由冲击力引起的位移变化与车辆状态AW0/AW3关系不大。

表3 酸雨频率等级表

酸雨频率等级按照统计方法计算，按公式（1）来计算一年的酸雨频率：

式中：F——酸雨频率；

N［pH＜5.6］——该时段内日降水pH 值小于5.6 的次数；

NT——该时段内所有酸雨观测次数。

2.3 酸雨区等级

按照中国气象局发布的《酸雨和酸雨区等级》（QX/T372-2017）标准，酸雨区分为较轻酸雨区、轻酸雨区、重酸雨区、特重酸雨区，划分方法见表4。

表4 酸雨区等级表

酸雨区等级按照统计方法计算，应用氢离子浓度—雨量加权平均方法计算单站一年的平均降水pH值，按式公式（2）来计算。

式中：（H+）d——由日降水pH 值计算得到的日降水氢离子浓度，（mol·L-1）；

pHd——日降水pH 值，无量纲；

c（H+）m——平均氢离子浓度，（mol·L-1）；

Vd——与日降水pH 值对应的日降水量，mm；

pHm——平均降水pH 值，无量纲。

3 评价成果

通过对2008-2018年临汾市尧都区大气降水水质资料整理分析评价，得出酸雨等级、酸雨频率、酸雨区等级、酸雨类型及大气降水主要参数逐年变化规律。

1）酸雨等级

临汾市尧都区2008-2018年79 场降水中pH 值小于5.6 的仅有7 场，其中有2 场为较弱酸雨，分别为2009年2月9日，pH 值为5.0；2012年3月22日，pH值为5.2；有5 场为弱酸雨，分别为2009年8月16日，pH 值为4.8；2009年9月5日，pH 值为4.8；2011年8月18日，pH 值为4.6；2011年11月7日，pH 值为4.8；2012年1月27日，pH 值为4.6。

2）酸雨频率及酸雨区等级

临汾市尧都区2008、2010、2013-2018年酸雨频率为0%，无酸雨降落；2009、2012年为酸雨多发，酸雨频率分别为30.0%、28.6%；2011年为酸雨少发，酸雨频率为20%。

临汾市尧都区仅2009、2011、2012年平均降水pH 值分别为5.5、5.3、5.4，为较轻酸雨区，其他年份各年平均降水pH 值均大于5.6，不是酸雨区。大气降水酸雨频率及酸雨等级见表5。

表5 大气降水酸雨频率及酸雨区等级评价表

3）酸雨类型

酸雨的阴离子主要是硝酸根和硫酸根离子，根据两者在酸雨样品中的浓度可以判断降水的主要影响因素是二氧化硫还是氮氧化物。二氧化硫主要是来自于矿物燃料（如煤）的燃烧，氮氧化物主要是来自于汽车尾气等污染源。通过硫酸根和硝酸根离子的浓度比值将酸雨的类型分为三类：

（1）硫酸型或燃煤型：硫酸根/硝酸根>3；

（2）混合型：0.5<硫酸根/硝酸根<3；

（3）硝酸型或燃油型：硫酸根/硝酸根≤0.5。

临汾市尧都区2008-2018年79 场降水中pH 值小于5.6 的仅有7 场（详见表6），其中6 场为硫酸型酸雨，1 场为硝酸型酸雨。1 场硝酸型酸雨时间为2012年3月22日，pH 值为5.2，当日降水量为10.0 mm，硫酸盐浓度为1.92 mg/L，硝酸盐浓度为18.0 mg/L，钙离子浓度为22.0 mg/L，铵盐浓度为9.17 mg/L，缓冲能力（Ca2++NH4+）大于致酸能力（SO42-+NO3-）。

表6 临汾市尧都区2008-2018年7 场酸雨参数一览表

4）逐年变化规律分析

临汾市尧都区2008-2018年降雨平均pH 值变化详见图1。单场降水pH 值、电导率、硫酸盐、硝酸盐变化趋势见图2- 图5。从临汾市尧都区2008-2018年电导率资料来看，各年10-4月较5-9月浓度均值偏高，即非汛期较汛期离子浓度均值偏高，受污染程度偏高。临汾尧都区大气降水中硫酸盐浓度有降低趋势；硝酸盐浓度2011-2012年浓度高于其他年份，其他年份浓度变化规律不明显。硫酸盐浓度整体高于硝酸盐浓度，临汾尧都区主要为硫酸型酸雨，是由于尧都区燃煤和工矿企业含硫污染物排放导致，汽车尾气排放产生的氮氧化物导致的硝酸型酸雨次之。

图2 临汾市尧都区2008-2018年单场降水pH 值变化趋势图

图5 临汾市尧都区2008-2018年单场降水硝酸盐浓度变化趋势图

图3 临汾市尧都区2008-2018年单场降水电导率变化趋势图

图4 临汾市尧都区2008-2018年单场降水硫酸盐浓度变化趋势图

4 防治措施

为了减少酸雨危害，就要尽可能减少污染物对大气的排放，例如对排出的硫氧化物进行回收利用，使用低硫燃料；绿色出行，减少氮氧化物的排放等。可采取以下措施从源头避免酸雨。

1）开发新能源，如氢能，太阳能，水能，潮汐能，地热能等来代替燃煤，从而减少硫氧化物的排放。提高制煤工艺技术，使用燃煤脱硫技术，减少二氧化硫排放。

2）工业企业尽可能减少煤、石油等燃料时的污染物排放，排放气体需安装净化装置，处理达标后再排放。

3）取暖燃煤季节，机动车限号出行，尽量绿色出行，少开车，多乘坐公共交通工具出行，从而减少氮氧化物的排放。改进发动机的燃烧方式，比如油电混合，电动汽车等。

5 结论

通过对2008-2018年临汾市大气降水资料进行收集整理，对酸雨等级、酸雨频率、酸雨区等级进行评价，尧都区近十年的大气降水酸雨等级均较弱，主要为硫酸盐型酸雨，并且逐年有降低趋势，硝酸盐浓度在2011-2012年达到最大值，其他年份浓度变化规律不明显。硫酸盐型酸雨是由于尧都区附近燃煤及工矿企业含硫污染物排放所致。为了减少酸雨的危害，可通过开发新能源、减少燃煤污染物的排放、安装净化装置及对机动车进行改进等措施从源头避免酸雨的形成。