南方某工業型城市降水形勢分析

李利霞

（廣東省東莞生態環境監測站，廣東 東莞 523000）

南方某工業型城市作為酸雨控制區，“十三五”期間共設2個降水采樣點，全年逢雨必測。監測項目主要為降雨量、pH值和電導率；同時開展離子成分監測，包括Ca2+、NH4+、Mg2+、Na+、K+、SO42-、NO3-、Cl-和F-共12項。

1 評價標準

根據《酸沉降監測技術規范》（HJ/T165-2004）、《酸雨控制區和二氧化硫控制區劃分方案》（環發〔1998〕86號）等技術規范對南方某工業型城市降水質量進行評價和現狀分析。以pH為5.6作為劃分酸雨的界限，pH＜5.6為酸雨；降水pH平均值采用氫離子（H+）雨量加權法計算。各離子濃度平均值按雨量加權算術平均值計算，識別降水中的關鍵陰陽離子。采用時空格局法和秩相關系數法等方法揭示2011—2020年降水pH值、酸雨頻率、降水化學成分濃度等主要指標的變化趨勢。

2 降水質量現狀

2020年南方某工業型城市 2個測點共收集降水樣品121個，其中酸雨樣品12個，酸雨頻率為9.9%；采水量3001.5mm，其中酸雨量395.0mm，占總水量13.2%。全年降水pH范圍在5.09～7.74，降水pH年均值為5.94，酸雨pH值為5.41。雖然降水pH年均值>5.6，但仍有酸雨。

降水的化學組分反映出降水污染的特征。降水中起致酸作用的陰離子含量SO42->NO3-> Cl->F-，由此可見二氧化硫仍然是該市降水酸化的主要因素，但氮氧化物的致酸作用不容忽視。主要陽離子為Ca2+、NH4+和Na+，堿性顆粒物中的銨和鈣對酸雨起中和作用。

3 降水質量變化趨勢

3.1 降水酸度、酸雨頻率變化趨勢

采用spearman秩相關系數法分析2011—2020年降水質量變化趨勢，降水pH最低值、降水pH年均值和酸雨pH年均值呈上升趨勢，降水酸度明顯減弱，降水質量顯著好轉。從2015年開始，降水pH年均值均大于5.6，酸雨頻率均小于20%，如表1所示。

表1 “十二五”和“十三五”期間南方某工業型城市降水質量變化趨勢

“十二五”期間，南方某工業型城市降水pH年均值顯著上升，酸雨頻率下降明顯；“十三五”期間降水pH年均值略有起伏，總體呈上升趨勢，由2016年的5.88上升至2020年的5.94。酸雨頻率保持較低水平，有所起伏，總體呈下降趨勢，由2016年的12.6%下降至2020年的9.9%；酸雨污染狀況較“十二五”時期呈明顯改善，降水質量保持較好水平。

3.2 化學成分變化趨勢

2011—2020年南方某工業型城市降水中的化學成份及其變化趨勢如表2所示：降水化學組分陰離子SO42、NO3-、F-、CL-均無明顯變化；降水化學組分陽離子NH4+濃度呈下降趨勢，Ca2+、Mg2+、K+和Na+濃度無明顯變化。降水中 SO42-/NO3-范圍在0.77～2.62，10年來 SO42-/NO3-的范圍值明顯收窄，酸雨類型已從硫酸型轉化為硫酸硝酸混合型。這與南方某工業型城市近十年來大力推進SO2減排工作有關。降水中NH4+/Ca2+范圍在0.08～1.79，整體呈下降趨勢，Ca2+對酸雨的中和作用逐漸增大。

表2 2011—2020年南方某工業型城市 降水化學成分濃度變化趨勢分析

4 原因分析

工業生產、能源消費等排放出來的二氧化硫，以及工業鍋爐及機動車排放出來的氮氧化物是引起酸雨的主要污染物，污染物經過發生液相氧化反應，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨?！笆濉逼陂g，該市降水質量明顯好轉，酸雨頻率保持較低水平，主要原因有以下兩點。

4.1 大氣污染物減排改善城市降水質量

“十三五”期間，南方某工業型城市 以“加快轉型升級、建設幸福南方某工業型城市 ”為目標統領全市環境保護和生態建設工作，以創建國家節能減排財政政策綜合示范市為契機，大力推進污染減排，推動水鄉地區“兩高一低”企業退出整治、推動大型工業鍋爐提標改造。同時，大力淘汰黃標車、老舊車，全市污染防控水平不斷提升。2020年，二氧化硫、氮氧化物比2015年分別削減16.2%和9.7%，順利完成省下達的“十三五”污染減排考核任務和節能減排示范市目標任務。

4.2 氮氧化物對酸雨形成的貢獻率加大

“十三五”期間，二氧化硫、氮氧化物排放量雖然大幅度削減，但氮氧化物排放量的削減比例遠遠低于二氧化硫，而隨著機動車保有量增加，機動車排放NOx的貢獻比例也在加大，多重因素疊加，導致氮氧化物排放總體占比增加，降水中起致酸作用的陰離子SO42-/NO3-比值發生較大變化，酸雨類型已從硫酸型轉化為硫酸硝酸混合型，氮氧化物對酸雨形成的貢獻越來越明顯。

5 降水相關性分析

5.1 關聯分析

2011—2020年南方某工業型城市降水pH年均值從5.02上升至5.94，選取了可能與降水pH年均值相關的9項指標，利用IBM SPSS軟件計算雙變量皮爾遜相關系數，結果如表3所示。與降水pH年均值關聯性較強的指標分別為：NO2年均濃度（-0.923）、PM10年均濃度（-0.888）、原煤消費量（-0.866）、NO2排放量（-0.849）、SO2排放量（-0.798）、GDP（0.801）、機動車保有量（0.758）。

表3 南方某工業型城市降水pH年均值相關性分析

5.2 預測

GDP、機動車保有量、常住人口等指標都與降水pH年均值呈正相關，采用GDP代表正相關指標；NO2年均濃度、PM10年均濃度、原煤消費量、NO2排放量、SO2排放量等指標都與降水pH年均值呈負相關，選取關聯性較強的NO2年均濃度代表負相關指標來預測“十四五”期間降水pH年均值變化趨勢。

繪制降水pH年均值-GDP散點圖，采用對數函數進行回歸分析，公式為y = 1.3614 ln（x） - 6.3975，R2為0.6950。當南方某工業型城市 GDP達12600億元左右時，預測降水pH年均值可能升高至6.5，如圖1所示。

圖1 通過GDP預測“十四五”期間南方某工業型城市降水pH年均值

繪制降水pH年均值-NO2年均濃度的散點圖，采用一元線性函數進行回歸分析，公式為y = -0.0536 x + 7.6542，R2為0.5758。當南方某工業型城市 NO2年平均濃度下降至24μg/m3時，預測降水pH年均值可能升高至6.4，如圖2 所示。

圖2 通過NO2年均濃度預測“十四五”期間南方某工業型城市降水pH年均值

綜上所述，預測南方某工業型城市 “十四五”期間降水pH年均值將呈上升趨勢，2025年可能上升至6.4～6.5。