湖南省酸雨污染现状特征分析及发展趋势研究

摘要：基于2000～2009年10年间湖南省酸雨及大气监测数据的分析,揭示了湖南省酸雨污染的现状、分布区域及10年变化趋势、污染特征,分析了未来湖南省能源结构变化对酸沉降的影响，并对湖南省未来酸雨发展趋势进行了科学预测。

关键词：酸雨污染；监测数据；污染现状；污染特征；发展趋势

收稿日期：2011-03-31

基金项目：国家重点基础研究发展973课题（编号：2005CB4222）资助

作者简介：王安群（1962―），女，江西吉安人，副教授，高级工程师，主要从事环境监测研究工作。

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2011）05-0001-05

1 引言

湖南省位于中国南方中部,居北纬24°39′～30°38′,东经108°47′～114°15′；面积21万km2。因地处洞庭湖以南而得名“湖南”,又因境内最大河流湘江而简称“湘”［1］。我国对酸雨研究较晚,1972年开始了对酸雨的监测,1982年进行了酸雨普查,湖南省属于酸雨的污染较严重的地区之一,对酸雨的成因研究以及防止酸雨的对策研究显得十分必要,本文主要利用湖南省2000～2009年10年的降水常规监测数据,对酸雨污染、特征、分布及发展趋势进行比较深刻的分析和探讨。

2 布点、采样与数据处理

酸沉降受许多客观因素的影响,诸如气象条件、地形地貌、地理位置、社会经济状况、大气环境质量等,鉴于这一点和本课题要求,采取以代表性区域点为主,城市区域点和背景点为辅的网格布点法,同时兼顾以下要求和标准。从20 世纪90 年代初开始,湖南省设立36 个监测点［2］对酸雨进行了连续监测,自北向南分别为岳阳、常德、益阳、张家界、吉首、长沙、株洲、湘潭、邵阳、怀化、衡阳、永州、郴州、娄底。大气降水的主要测点设立在市区,其中长沙、株洲、常德、怀化、益阳、衡阳6个城市设立了对照点。测点均按照国家环保局《环境监测技术规范》要求进行采样,实施逢雨必测,2000～2009年共收集了16 871个降水样品,本文引用的湿沉降数据主要是SO-4浓度、NO-3浓度、pH值和酸雨降水频率；干沉降为SO2和NO2数据。

酸雨采样分手工采样和自动采样［3］。从2004年开始长沙株洲、湘潭、岳阳、怀化、娄底和吉首7个城市配置了降水自动采样器。衡阳、邵阳、常德、张家界、益阳、郴州、永州等地级市与有关县级市为手工采样。

监测结果处理，降水pH值的月、年均值计算采用氢离子浓度雨量加权法。SO-4、NO-3浓度平均值按雨量加权算术平均值计算。

3 2000～2009年湖南省酸沉降监测情况

3.1 2000～2009年湖南省降水pH值年均值和酸雨降水频率情况

2000～2009年10年间,由表1可见,全省138个pH值年均值,pH值大于5.6的有19个,占13.77%,pH≤5.6的数据为119个,占86.23%。pH值小于4.0（含4.0）的占3.62%,pH≤4.5为25.36%,pH值在5.0～5.6之间（含5.6）占15.94%。10年pH值年均值均小于5.0的城市有长沙、株洲、怀化和娄底市,占城市的28.6%,10年pH值均值均小于5.6的城市除长沙、株洲、怀化、娄底外,还有邵阳、常德、益阳、吉首共8个城市,占城市比例的64.3%。

2000 ～2009年全省酸性降水频繁,降水酸雨频率（平均值）排序依次为怀化（91.25%）＞长沙（85.3%）＞益阳（77.6%）＞常德（77.3%）＞株洲（75.6%）＞吉首（71.9%）＞娄底（68.1%）＞张家界（60.7%）＞衡阳（55.1%）＞湘潭（52.0%）＞邵阳（51.5%）＞岳阳（48.9%）＞郴州（16.8%）＞永州（13.8%）。

表1 2000～2009年14城市降水pH值年均值及酸雨降水概率（%）数据

3.2 2000～2009年湖南省降水pH值月均值和酸雨降水频率情况

2000～2009年全省每月酸雨频繁。降水酸雨频率20%～30%的占1.67%,30%～40%的占2.5%,40%～50%的占13.33%,50%～60%的占15.83%,60%～70%的占18.33%,70%～80%的占31.67%,大于80%的占16.67%,降水酸雨频率出现较为集中的区域在70%～80%。2000～2009年10年全省每个月的降水都为酸性降水,其中pH≤4.5占42.5%,pH范围为4.5～5.0占45.0%,pH＞5.0占5.0%（表2）。

表2 2000～2009年湖南省降水pH月均值及酸雨降水频率（%）数据

3.3 2000～2009年降水中离子含量和主要影响因素

4 湖南省酸沉降特征

4.1 酸雨污染区域分布明显

2000～2009年统计的湖南省主要城市pH值以及对酸雨控制区的划分中,年均pH值在4.5以下的城市被列为重酸雨区,同时根据国家对于“两控区”酸雨污染控制的要求,评价湖南省酸雨的污染情况,Ⅰ级平均值pH>5.6的少（无）酸雨污染的城市有郴州、永州市,占14.3%；Ⅱ级（pH5.0～5.6轻酸雨区）:衡阳,邵阳、岳阳、湘潭、张家界，占35.7%；Ⅲ级（4.5～5.0中酸雨区）:株洲、常德、益阳、吉首、娄底，占35.7%；Ⅳ（重酸雨区）:长沙、怀化，占14.3%。

从全省各城市降水pH等直线（图2）分布及湖南省酸雨的空间分布看,pH略有下降,工业污染和生活污染排放大量的SO2及当地地形地貌特征等因素对酸雨污染的地区分布影响较大。酸雨污染尤以长沙和怀化严重,属于酸雨严重地区。所以湖南省酸雨分布以长沙为中心的湘江谷地和以怀化、吉首为代表的湘西北地区。

4.2 降水pH值的季节分布,酸性降水季节差异明显

全省酸性降水频繁,一年四季均可能发生。春季和冬季的pH值相对与其他两季值较低,pH较高值主要发生在夏、秋两季,总体来说春季＜冬季＜夏季＜秋季。降雨量超过1 000mm/月的月份主要在5～8月,5月的平均降水量最大。总体上,1～7月份酸雨发生频率和降水酸度呈逐渐降低趋势,从8月份开始,酸雨发生频率又逐渐升高。1月份的酸雨频率最高达79.65%,7月份最低为43.48%,每年11月至次年3月城市酸雨污染较为严重,最严重的为12月份,其次是2月份；有9个城市的10年pH年月均值全部小于5.6。

4.3 10年间降水质量变化趋势

为了衡量酸雨污染变化趋势及其在统计上有无显著意义,采用国家环保具推荐的Sperman秩相关系数法来检验湖南省酸雨的发展趋势,运用连续10年的监测数据,选用降水pH值、酸雨频率进行检验,分析结果表明10年期间,全省14城市中湘潭、衡阳、岳阳、益阳降水pH值呈上升趋势,酸雨污染略有缓解,其他10个城市降水pH值呈下降趋势,酸雨污染加重趋势明显,张家界酸雨污染加重趋势明显,呈显著性下降趋势。

4.4 湖南省酸雨为典型的硫酸型污染

降水的酸碱性是阴阳离子共同作用的结果,由年、月的离子统计值可知,全省城市降水中阴离子主要以SO2-4为主,阳离子则以NH+4和Ca2+为主,为典型的硫酸型污染。这是由煤烟型空气污染所决定的。

全省酸雨具有分布范围广,降水pH≤5.6的等值面积大,酸雨频率高和降水pH值等特点,为国内严重的酸雨区之一。

4.5 干沉降对降水酸度的影响

SO2浓度排名的是株洲、长沙、吉首、湘潭、张家界、怀化、常德和衡阳,这些也都是pH值较低以及酸雨频率较低的城市。而永州和郴州SO2是全省最低和次低的城市,相应它们也是湖南省的无酸雨和轻酸雨地区。NO2含量前5名的是长沙、湘潭、株洲、衡阳和怀化。因此,空气质量SO2和NO2浓度较高的城市,pH值较低。

4.6 湖南省酸雨面积变化趋势

由图2可见,2000年、2005年和2009年的pH等值线可知,在2000～2005年间,湖南省的酸雨面积由原来的以怀化、湘江谷底的重酸雨区,向西北方向扩展,面积上使整个张家界、常德的湘西北地区都为重酸雨区；而以邵阳为中心的轻酸雨区向西移动,出现了郴州非酸雨区、永州为轻酸雨区。从2005～2009年间,在维持以上的情况下,湘潭、益阳地区的降水pH值有所提高,酸雨污染情况有所缓解,总的来说10年间的酸雨面积有明显扩大的趋势。

5 湖南省未来酸雨的发展趋势预测

10年来湖南省不断加大经济结构和所有制结构的调整力度,国民经济将保持稳定增长的态势。在此期间,交通运输条件将得到进一步改善,市场在资源配置中的地位和作用将继续加强、能源消费构成中煤炭的比重略有下降,但仍然为主导地位,并且虽然煤炭在总能源中的比例下降,但是总量在增加,见表4。

表4 单位GDP能耗（标准煤/万元）与每年的耗煤量［4］

同时石油、天然气需求旺盛,电力在终端能源消费中的比重将进一步加大,能源供应的紧张状况将有所缓和,能源节约和环境保护任务依然艰巨繁重。

随着公路路网的不断完善和经济快速发展,各类民用车辆迅速增长。至2009年底,全省民用车（汽车、电车、摩托车、拖拉机、挂车和其他类型车等6类车）拥有量为583.24万辆,比2008年底增加124.32万辆,增长27.1%；机动车驾驶员671.91万人,增长20.4%。2009年,全省平均每天新增民用车3 406辆。

随着煤炭消费量的增加,未来湖南省的大气SO2 浓度和S 沉降亦呈现增加态势,同时随着汽车拥有量的增大,NOX的浓度和N的沉降同样呈增加态势,而两者又是影响湖南省降水pH值的主要因数,因此,湖南省的降水酸雨有加重的趋势。

参考文献：

［1］ 华夏经纬网络信息中心.湖南概况［R］.长沙：湖南省人民政府台湾事务办公室，2008.

［2］ 湖南省环境保护局.2000～2009年湖南省环境质量报告书［R］.长沙：湖南省环境保护局，2009.

［3］ 许 晶,万小卓.湖南省酸雨普查现状、污染控制对策及监测工作建议［J］.湖南有色金属，2004（6）：33～36.

［4］ 湖南省统计局.2005～2009年全省各市州单位GDP能耗等指标公报［R］.长沙：湖南省统计局，2009.

Investigation of current Acid Rain Pollution and Development Trend in Hunan Province Wang Anqun1,Zou Runli1,Luo Wenhua1,Chen Yiqing2 （1.Monitoring Department of Changsha Environmental Protection College, Changsha Hunan 410004,China；2.Environmental Monitoring Station of Hunan Province, Changsha Hunan 400004,China） Abstract:Based on the analysis of acid rain and atmosphere monitoring data of Hunan Province in the decade of 2000-2009 , this paper reveals the status, distribution area and pollution characteristics of acid rain pollution in Hunan Province, analyzes the influence of future changes in energy structure of Hunan Province on the acid deposition, and carries out a scientific prediction of the development trend of acid rain in Hunan Province predicts the the , thein the decade, pollution characteristics and analysis of future changes ；scientific prediction of the future development trend of acid rain in Hunan. Key words:acid rain pollution；monitoring data；current situation of pollution；pollution characteristics；development trend