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浙江降水污染的特征和多维分析

李震宇  
【摘要】:人类社会关注酸雨问题已经有一百多年的历史,从1872年英国人发现酸雨以来,世界各国对酸雨的认知程度逐步增加,包括从酸雨形成的机理到对生态环境的破坏各个方面,尤其在近二、三十年里,酸雨对土壤生态系统、森林生态系统、农田生态系统、城市生态系统的危害很多学者作了逐渐深入的研究,发现酸雨造成土壤盐基离子淋失、有毒物质溶出,破坏森林植被,使树木枯亡,森林生产量降低,在农业生产方面,可使农作物减产,农产品品质下降,在城市中酸雨使城市构筑物遭受酸性腐蚀的影响,酸雨污染已成为当今危害人类社会生存的重大生态问题之一。 作为全球水循环的一部分,酸雨的污染也是全球性的,尤其包括我国南方地区在内的东亚和北美、北欧并称为全球三大重酸雨区。人类赖以生存的能源消费所产生的酸性气体是造成酸性降水在全球蔓延并趋于严重的根本原因,同水一样地球大气也有一个合理的环境容量,而气体在受到污染后往往比水更难以自净或人工净化,我们迄今为止还没有能力建设一个综合性的空气净化工厂。大气降水是自然界赋予人类的有效的空气净化工艺,降水的污染程度直接反映了环境空气受污染的程度。 基于酸雨对中国南方地区生态危害的严重性和酸雨作为大气污染指示剂和净化剂的双重作用以及浙江所处的长江三角洲工业密集区特殊地理位置环境等因素的考虑,研究浙江酸雨的污染特征具有特别重要的现实意义。本论文对浙江地区降水的污染特征作了研究,从构成特点、污染要素的内部联系、时空变异性和污染影响因子等方面作了较全面的分析和探讨: 1、降水离子的构成和频度分布 降水的平均离子组成中阳离子占52.1%,阴离子占47.9%,1.2%的不平衡部分可能由有机酸和其它未测量组分构成,主要的酸性离子根据其当量浓度大小依次为:SO_4~(2-)(27.8%)>Cl~-(13.2%)>NO_3~-(6.9%),当量比分别为:SO_4~(2-)/Cl~`=2.1,SO_4~(2-)/NO_3~-=4.0。 降水离子的地理位置分布特征为:Na~+、Cl~-离子沿海地区明显高于西部内陆地区,非海洋源为主的离子如SO_4~(2-)、NO_3~-、Ca~(2+)离子工业发达地区高于工业相对不发达地区。 据定点多年跟踪测定表明降水的24小时雨量和相应的电导率、pH值均呈偏态分布, 偏度分别为2.890、1 .579、0.612,偏度大小依次是降雨量电导率pH值,偏度值都大 于O,为正偏态分布,峰度分别为10.353、3.138、一0.886,峰度大小依次是降雨量电 导率pH值,降雨量和电导率的峰度大于O,为强于正态分布的尖峰态分布,pH值为接 近于正态分布的宽态分布。 浙江各测点降水数据的正态分布统计发现,所有离子均为正偏的宽态分布。偏度和 峰度的大小依次为:嵋匀6付犷s氏2, Na+H+c扩十N。3一cl一,偏度分布和峰度 分布是一致的,a一、No3一、c犷+较接近正态分布,降水离子的浓度分布特征表明降水污 染有较大的空间变异性。 2、降水离子构成的化学特征 降水中各种离子的R值(标准差/均值浓度)显示离子浓度的变异度各种组分间差异 较大,s认2一、N03一、NH4+离子是相对均匀分布的组分。污染物的长距离(跨省界、 国界)迁移使大气中硫氧化物和氮氧化物的分布比较均匀,造成降水中相应的组分也具 有相对小的浓度梯度。各类离子中,氢离子的浓度梯度明显较高,而有较多海洋来源的 离子如钠离子、氯离子、镁离子以及钙离子的浓度梯度也较高,所有组分的浓度梯度均 较日本要高,显示出污染的局地性和分散性,表明当地的大气污染物对降水的污染贡献 占有相当高的比重。 降水中的硫酸根离子以非海盐组分为主,2/3降水的nss一s认2一/50扩一比大于0.98, 海盐组分较多的样品集中于海岛测点。 降水的pH值取决于降水中酸碱物质的平衡关系,对酸度中和指数正汽(正A= [H+]l([ nss一5042.1+[ No3一1))的研究表明:浙江降水的均值IFA为0.18,IFA与pH线性相 关(IFA=l .43一0.23PH,扩=0.26),数据点服从指数函数分布(IFA=15107.2 pH一2.42吟,相 关指数0.935。曲线显示pH越低,正A越高,当pH5.6时,正汽趋向于零,降水的IFA 说明沉降中的碱性物输入较多,而使降水的酸中和程度增加。输入总酸度 pAx归g([nss一s时’]+[No3’]))与pH的对应分布显示,相同的p^i,pH呈发散状 (P H4.oo一7.00),降水pH值主要取决于降水中氢离子的中和效率。因此同一地区的输入 总酸度相对稳定,降水的pH值主要取决于碱性物质的中和效果(正认),而不同地区的降 水pH差异则视输入的总酸度(PAi)而定。 降水离子之间的相关关系表现为:Mg2+、Na+、a一互相关,显示了三者之间的 同源性,即共同的海洋来源;0一同除Na+以外的50扩一、No3一、N玩+、c犷+离子没有 6 相关性,Na+离子同N03一、N场+、H十没有相关性。50扩一是降水组分中最重要的离子, 在各个月中,分别同No3一、el一、NH4十、eaZ+、MgZ+、Na+、K+、H+显著相关,5042 一伴随其它各种来源的离子同时出现,说明其有陆源的、海源的各种人为和自然的来源。 12个月中,s嘴一与N风十相关的月份有8个,显著性概率均达到99,9%,因此(N氏)2504 是降水中最重要的分子形态。N03一同NH4十有6个月


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