菏澤市城區十三五期間降水特征分析

孫艷亭，肖培平，劉銳，徐雄

（山東省菏澤生態環境監測中心，山東菏澤 274000）

近年來， 隨著菏澤市城市化進程的加快和人口密度的進一步增加， 空氣質量受到人為因素的影響越來越大。 通過了解在降雨（雪）過程中從大氣中沉降到地球表面的沉降物的主要組成、 性質及有關組分的含量，可分析大氣污染狀況，為提出控制污染的途徑、方法提供基礎資料和依據。本文根據2016～2021 年間的城市降水監測數據， 對菏澤市十三五期間的降水特征及其變化情況進行分析，以期為相關部門和地方領導決策提供參考。

1 研究區域概況

1.1 菏澤市自然地理特征

菏澤市地處黃河下游，境內地勢平坦，屬暖溫帶季風大陸性氣候，四季分明，光熱資源豐富，但降水分布不均，具有雨熱同期特征。 通常夏季降水占全年的60%，冬季降水少，僅占全年降水量的4%，秋季多于春季而少于夏季。 暴雨一般出現在5～9 月，年均暴雨日數1.9～2.7d。

1.2 監測點位信息

菏澤市城區共設有市氣象局、市環保局兩個大氣降水監測點位，位于兩單位樓頂的監測平臺上， 兩個監測點位均采用降水自動搜集器采集樣品，避開污染源的干擾，采樣點四周無遮擋雨、雪的建筑物，采樣口距基礎面的相對高度＞1.2m，避免地面的污染物濺入樣品中。

1.3 研究方法選擇

降雨中的主要化學離子有陰離子：F-、Cl-、NO3-、SO42-、HCO3-, 陽離子：K+、Ca2+、Na+、Mg2+、H+、NH4+等[1，2]。 本文選取大氣降水樣品基本參數（降水量、pH、EC）和無機陰陽離子進行測試。樣品采集后即時測定pH 和EC（電導率）值，用于測定電導率、pH 值的降水樣品不需要過濾。剩余樣品若不能及時分析， 于4℃冷藏儲存。 其中pH 采用梅特勒FE20pH 計測定；EC 采用梅特勒FE30 電導率儀測定。 無機陰離子（F-、Cl-、NO3-、SO42-）使用賽默飛ICS-900 離子色譜儀，無機陽離子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+） 使用耶拿連續光源原子吸收光譜儀ContrAA700 測定，NH4+采用納氏試劑分光光度法測定。

1.4 樣品分析的質量保證

為保證數據質量， 每批降雨樣品分析時，pH計和電導率儀使用前均用標準溶液校正，無機陰陽離子用國家標準物質進行質量控制，以保證數據的準確性。

2 結果與討論

2.1 大氣降水監測概況

2016～2020 年間共采集菏澤市降水76 場，兩個監測點位共采集152 個樣品， 共獲得實驗數據1824 個。 五年間降水總量為1720.6mm，年均降雨量344.12mm。 從降雨時間分布來看，夏季降雨顯著偏多，秋冬季節降雨偏少。 十三五期間，6～8 月份降水量約占全年降水量的59.9%～81.1%， 為全年降水總量的主要貢獻者；全年的暴雨也大多數集中在汛期，多出現在7、8 月份。

2.2 降水樣品的pH 值和EC 值

所研究152 個降水樣品pH 值均位于6.14～7.97 之間，基本呈中性和弱堿性，未檢出pH＜5.60的酸雨樣品，即五年間并無酸雨污染現象發生。所研究樣品EC 值變化范圍為2.00～37.2mS/m。統計各研究年份的EC 值發現，從1 月～12 月大致都存在先減小后增大的趨勢。 我們以2017 年降水樣品監測數據為例， 做圖1 用以體現pH值、EC 值及降水量的月變化情況， 對于當月降雨頻次大于1 次的月份， 選取降雨量較大的一組監測數據。

圖1 2017 年降水樣品pH 值、EC 值及降水量月變化情況

如圖1 所示：EC 最高值為12 月份， 在3～7月趨于較低值，最低值出現在5 月份，同時可以發現，EC 值較低的兩次降雨量均較大。EC 值是降水樣品中可溶性物質含量的體現， 夏季EC 值明顯低于冬季，也表明夏季由于氣象因素和降水頻次、降水量的增加大氣環境質量優于冬季，也表明了較強降雨對于大氣污染物具有一定的沖刷效果，使降雨中的離子質量分數有所降低。

2.3 大氣降水中各離子組分

表1 降水中各監測項目年均值統計表

[SO42-]/[NO3-]是反映陰離子含量變化的重要指標， 也是分析與衡量酸雨類型的一個重要依據，能夠反映降水酸度的主控因子[4]。 通常，當降水中的SO42-質量分數和NO3-質量分數的比值大于3 時，可以認為污染物的排放類型為燃煤型；介于0.5 和3 之間，認為污染源由混合型為主導；當該比值小于0.5 時，則可以認為污染物排放類型為燃油型[5]。 由圖2 可以看出：2015～2020 年間，我市基本上呈現出逐年下降的趨勢，研究期間該比值整體均位于0.5～3 之間， 表明菏澤市的污染源類型由燃煤燃油混合型逐漸向燃油型過渡。 在菏澤市降水離子組成中對降水酸化所起作用逐年下降，而的作用呈上升趨勢。

圖2 2015～2020 年[SO42-]/[NO3- ]變化趨勢圖

生物燃燒被認為是一個重要的K+源[6],研究區內K+質量分數總體處于較低水平， 且與2015 年相比有所降低，這與近年來相關部門對秸稈禁燒工作聯合做出的努力和對于秸稈禁燒的宣傳力度加大息息相關。

2.4 改善情況

十三五期間菏澤市一直致力于多措并舉改善環境空氣質量。 與2015 年度相比，2020 年降水中pH 繼續穩定在合理水平。 降水中各離子質量分數穩中有降，均保持在較低水平。 大氣降水中各項目2015 年、2020 年年均值統計情況如表2所示。

表2 2015 年降水中各項目年均值統計表

3 結論

1）降水樣品pH 值均位于6.14～7.97 之間，五年間未出現pH＜5.60 的酸雨現象，EC 值變化范圍為2.00～37.2mS/m，且從1 月～12 月大致都存在先減小后增大的趨勢，夏季EC 值明顯低于冬季。2）總體上，陰離子年均值依次為F-， 其中是陰離子總量的主要貢獻者，高達94.8%。是質量分數較高的三種陽離子， 對陽離子總量的貢獻高達93.5%。 3）2015～2020 年間，菏澤市均位于0.5～3之間，基本呈逐年下降的趨勢，表明菏澤市的污染源類型由燃煤燃油混合型逐漸向燃油型過渡。對降水酸化所起作用逐年下降， 而的作用呈上升趨勢。4）與2015 年度相比，2020 年降水中各離子質量分數穩中有降，均保持在較低水平。 十三五期間菏澤市多措并舉使環境空氣質量得以改善。