（环境工程专业论文）武汉市酸雨地区分布规律的研究.pdf

摘要 酸雨是当今_ f = 界普遍关注的环境公害之一，控制酸雨是人类走向持续发展进程中必 须解决的一个重大环境问题。 目前，我国酸雨正呈现急剧蔓延之势，是继欧美之后世界第三大重酸雨区。而华中 酸雨隧现已成为全国酸雨撮严重的地区，其中心区年降水d h 值低于4 0 ，酸雨频率高于 9 0 。武汉市正处于华中地区酸雨污染十分严重的地区之内，对其酸雨的分布状况的了 解可以知道我市的人气污染状况，从而对市内环境的治理提供一定的依据。 本文综合了近几年的武汉市的酸雨以及大气环境的监测结果，对武汉市的酸雨污染 现状进行了分析。1 9 9 1 年到1 9 9 8 年武汉市酸雨量比例是明显的下降趋势。同时，武汉 市的降水p h 值年度均值从1 9 9 4 开始就有一定程度的升高。 在2 0 0 2 年2 0 0 3 年的降雨中，p h 值最低的是江汉区，其次是洪山区，接下来依次 为汉刖区、研口区、江岸区、武昌区和青山区。由于人气稳定度的影响，武汉市的酸雨 多出现在冬季。 武汉市酸雨的地区分布，主要受2 个网素的影响，一是本地酸性污染物的排放；二 是大气扩散。洪山的降雨酸性大，主要就是第一个原因的影响；而江汉区的酸雨大莓 山现，则是因为地处青山区的f 风方向，青山区的酸性污染物漂移至该地区所致。 由于武汉市所处的江汉平原及鄂东沿江城市地形开阔，风速人，逆温出现的频率小， 因此，武汉市受外地污染物的影响不火，酸雨的形成主要是应为本地源的排放。 根据在2 0 0 3 年2 、3 月份在武汉理“r ：大学进行的降雨监测实验，发现武汉理工人学 内监测的降雨也为硫酸型的酸雨。本次实验结果与洪山区的监测结果相比，规律相同， 结论基本一致。 关键词：酸阿，地分布，_ 二氧化硫，气象条t a b s t r a c t s n o w a d a y s ，t h ea c i dr a i ni s o n eo ft h ee n v i r o n m e n th a z a r d so ft h ew o r l d w i d e s p r e a dc o n c e r n s c o n t r o l l i n gt h ea c i d r a i ni sa l l i m p o r t a n t e n v i r o n m e n t p r o b l e mt h a tm u s t b e r e s o l v e di nt h eh u m a nc o n t i n u a ld e v e l o p m e n tc o u r s e n o w ，t h ea c i dr a i ni no u rc o u n t r yi sp r e s e n t i n gt h er a d i c a lp r o p a g a t i o n c h i n a i st h et h i r da n dh e a v ya c i dr a i na r e ao fw o r l da f t e re u r o p ea n da m e r i c a b u tt h e a c i dr a i na r e a si nt h em i d d l eo fc h i n ah a v eb e c o m et h em o s ts e r o u sa c i dr a i n r e g i o ni nt h ec o u n t y t h ep h o ft h er a i na m o n gt h ec e n t e ra r e ai sl o w e rt h a n4 0 ， m a dt h ef r e q u e n c yo ft h ea c i dr a i ni sh i g h e rt h a n9 0 w u h a nc i t yi sl o c a t e di n t h em i d d l eo fc h i n aw h i c hi st h es e r i o u sa c i dr a i n p o l l u t i o nr e g i o n t h e r e s e a r c h i n ga b o u tt h e d i s t r i b u t i o nr e g u l a t i o no ft h ea c i dr a i nc a nh e l pi i st o a c q u a i n tt h ea t m o s p h e r ep o l l u t i o nc o n d i t i o no fm ym u n i c i p a l ，f r o mt h a tw ec a n o f f e rs o m ee v i d e n c e st ot h em u n i c i p a le n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t t h i st e x t s y n t h e s i z e d t h e m o n i t o r i n g r e s u l to ft h ea c i dr a i na n dt h e a t m o s p h e r ee n v i r o n m e n to fw u h a nc i t yi nt h el a s tf e wy e a r s ，a n da n a l y z e dt h e p r e s e n t c o n d i t i o nt ot h ea c i dr a i ni nw u h a nc i t y f r o m1 9 9 1t o1 9 9 8 ，t h ea m o u n t o ft h ea c i dr a i ni nw u h a nc i t yi st oa no b v i o u sd e s c e n tt r e n d a tt h es a l n et i m e ， t h ep ho f t h er a i ni sg o u p p i n g t oac e r t a i nd e g r e ef r o m1 9 9 4 i nt h er a i n f a l lf r o m2 0 0 2 - 2 0 0 3 ，t h el o w e s tp hi si nj i a n g h a nd i s t r i c t ，a n dt h e n e x ti no r d e ri sh o n g s h a nd i s t r i c t ，a n dc o n n e c td o w n o n e b y o n ei no r d e rf o rt h e h a n y a n gd i s t r i c t ，q i a o k o ud i s t r i c t ，j i a n g a nd i s t r i c t ，w u c h a n gd i s t r i c tw i t ht h e q i n g s h a nd i s t r i c t b e c a u s eo f t h ei n f l u e n c eo ft h ea t m o s p h e r es t a b i l i t y ，t h ea c i d r a i no fw u h a n c i t ym o s t l yh a p p e n s i nw i n t e r t h e r e g i o nd i s t r i b u t i o no f t h e a c i dr a i ni r aw u h a n c i t yi sp r i m a r i l yi n f l u e n c e d i nt w of a c t o r s o n ei st h ea c i d i t yp o l l u t a n te x h i b i t i n g ；t h eo t h e ri st h ea t m o s p h e r e d i f f u s i o n t h er a i n f a l la c i d i t yo fh o n g s h a nd i s t r i c ti si n t e n s i t y ，a n dp r i m a r i l yi s t h ei n f l u e n c eo ft h ef i r s tr e a s o n b u tt h el a r g eq u a n t i t ye m e r g e n c eo f t h ea c i dr a i n o fj i a n g h a nd i s t r i c ti sb e c a u s ei ts i t u a t e s t h e l a y w i n dd i r e c t i o no fq i n g s h a n d i s t r i c ta n dt h ea c i d i t y p o l l u t a n tq i n g s h a n d i s t r i c tm o v e st ot h er e g i o n w u h a nc i t yi sl o c a t e di nj i a n g h a np l a i na n dt h ee a s to fh u b e ia l o n gt h e c h a n g j i a n gr i v e r t h ew i n dv e l o c i t yi sb i g t h e r e f o r e ，t h ei n f l u e n c ea b o u tt h e p o l l u t a n to f t h e o t h e rp a r t st ow u h a n c i t y i sn o ts e r i o u s t h ef o m a a t i o no f t h ea c i d r a i ni sp r i m a r i l yb e c a u s eo f t h ep o l l u t a n tt r a n s p i r ei nn a t i v es o u r c e a c c o r d i n gt o t h er a i n f a l l e x p e r i m e n ti n w u h a ns c i e n c ea n de n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo nt h ef e b r u a r ya n dm a r c hi n2 0 0 3 ，t h ea c i dr a i nm o n i t o r i n gi n t h e r e g i o n i ss u l f u r i ca c i dt y p e ，t h er e s u ro ft h i se x p e r i m e n t ，c o m p a r i n gt o t h e m o n i t o r i n gr e s u ri nh o n g s h a nd i s t r i c t ，t h er e g u l a t i o n i ss a m ea l i k e ，a n dt h e c o n c l u s i o ni sb a s i cc o n s i s t e n c e k e y w o r d s ：a c i dr a i n ，r e g i o n d i s t r i b u t i o n ，c a r b o nd i o x i d e ，m e t e o r o l o g i c a l c o n d i t i o n s 武汉理工人学硕士学位论文 1 1 目的及意义 第1 章引言 “酸雨”一词最早见之于1 8 7 2 年英国人r a s m i t h 的空气和降阿： 化学气候的开端一书中。当时酸雨现象已经遍及全球范围，成为当前五大 世界环境问题之一。 酸雨是指p h 值低于5 6 的降水，是空气中的s 0 2 等酸性气体与空气中 的水相结合，降落地面造成危害，包括酸性雪、酸性雨、酸性雾和酸性露。 酸雨中含有各种致病致癌因素，能破坏人体皮肤、粘膜和肺部组织，诱发 各种疾病和癌症，严重危害人体健康。酸雨还危害农作物、破坏森林和水 域生态系统，危害生物多样性。降落到各种建筑物设施的酸雨，破坏性也 很大。 酸雨最早出现于工业化的欧洲，现在几乎遍及全球。欧洲、北美和中 国顺次是世界第一、二、三大酸雨区。在西北欧和中欧，酸在大气中的沉 积超出地区临界极限的6 0 ，中欧排放的酸量超出生态系统规定临界极限 的2 0 倍。据估算，欧洲每年因酸雨而造成的经济损失就达4 0 0 亿元以上。 中国目前的酸雨区范围，超过国土面积的4 0 ，主要位于长江以南的四川、 贵州、湖南、湖北、江西以及沿海的福建、广东等省，年经济损失约超过 5 0 亿元。”1 如无有力措施，不久又可能成为世界这一类型污染面积最大的 地区。 目前，我国酸雨正呈现急剧蔓延之势，是继欧美之后世界第三大重酸雨 区。到上世纪9 0 年代中期，全围的酸雨己发展到长江以南、青藏高原以东及 四川盆地的广大地区，酸雨面积比8 0 年代扩大了近1 0 0 多万平方公里。而华 中酸雨区现已成为全国酸雨最严重的地区，其中心区年降水p h 值低于4 0 ， 酸雨频率高于9 0 ，己到了逢雨必酸的程度。全国降水h + 浓度等值线标明： 湖北襄樊、荆1 3 及河南南阳盆地属p h 5 6 等值线范围区；武汉以西的长江沿 武汉理工大学硕士学位论文 岸及以南、鄂西靠近四川盆地以东的地区属p h 4 5 和p h 5 等值线范围区1 。 可见，武汉市正处于华中地区酸雨污染十分严重的地区之内，因此对武 汉市酸雨的地区分布规律之分析是十分必要的。这可以使我们了解到我市 大气污染的具体状况，从而在治理、控制时采取一种显著而又低成本地减 少酸性污染物质排放的方法，用以减少其对社会带来的不良影响。 1 2 酸雨的危害 酸阿对生态系统的危害和影响，已成为举世瞩目的重大环境问题，酸 雨被喻为“空中死神”。我国政府对酸雨的危害十分关注，自8 0 年代初出 现重庆马尾松和川东地区松林大面积衰亡的现象之后，就组成了由多部门 配合、多学科交叉的综合研究课题组，开展酸雨的危害研究，取得了显著 的成果。 酸雨的危害主要表现在以下几方面： 1 2 1 酸雨对森林的影响 酸雨对树木的伤害首先反应在叶片上，而树木不同器官的受害程度为 根 叶，茎。不同种类的灌木对酸雨的敏感性和抗性差异大，研究结果发现： 水杉等1 2 种表现极为敏感，马尾松等1 4 种表现敏感，抗性较强的有火力 楠等9 种，塔柏等1 5 种表现出很强的抗性，从而筛选出我国西南地区抗酸 雨的乔灌木树种，如火力楠、罗汉松、塔柏、樟树等。 酸雨对成熟林生长和生产力也产生不利的影响，通过贵州、四川i 的马 尾松和杉木的调查资料表明，降水p h 4 5 以下的林区，树林叶子普遍受害， 导致林分的胸径、树高降低、林业生长量f 降，林木生长过早衰退。我国 的西南地区、四川盆地受酸雨危害的森林面积最大，约为2 7 5 6 万m 2 ，占 林地面积的3 1 9 。四川盆地由于酸雨造成了森林生长量下降，木材的经 济损失每年达1 4 亿元，贵州的木材经济损失为0 ，5 亿元。 2 武汉理t 大学硕士学位论文 1 2 2 酸雨对作物的影响 不同农作物类别对酸雨的敏感性差异大，水稻对酸雨的抗性较强，只 有在较强酸雨的影响下才会危害其生长；大豆、烟叶对酸雨也不敏感；而 油菜、小麦、大麦、番茄、芹菜、茄子、豇豆、黄瓜、春茭白易受酸雨的 影响造成减产，抗性较强的有青椒、甘蓝、小白菜、菠菜、胡萝b 等。毕 玉蓉等又研究发现m e f l u i d i d e 能对由于酸雨造成的菜豆叶片叶绿素含量及 表观光合速率的降低起着阻碍作用，从而对菜豆起到显著的保护效应。 1 2 3 酸雨对土壤的影响 酸雨可使土壤的物理化学性质发生变化，加速土壤矿物如s i 、m g 的 风化、释放，使植物营养元素特别是k 、n a 、c a 、m g 等产生流失，降低 土壤的阳离子交换量和盐基饱和度，导致植物营养不良。酸雨还可以使土 壤中的有毒有害元素活化，特别是富铝化土壤，在酸雨作用下会释放出大 量的活性铝，造成植物铝中毒。同时酸性淋洗可导致土壤有机质含量轻微 下降。 1 2 4 酸雨对土壤微生物的影响 受酸雨的影响，土壤中微生物总量明显减少，其中细菌数量减少最显 著，放线菌数量略有下降，而真菌数量则明显增加( 主要是喜酸性的青霉、 木霉) 。特别是固氮菌、芽孢杆菌等参与土壤氮素转化和循环的微生物减少， 使硝化作用和固氮作用强度下降，其中固氮作用强度降低8 0 ，氨化作用 强度减弱3 0 5 0 ，从而使土壤中氮素的转化与平衡遭到一定的破坏。 1 2 5 酸雨对水体的影响 湖泊的酸化是酸雨在北欧和北美造成的重要生态危害，它使鱼致畸并 导致鱼类死亡。然而我困西南地区大部分水体对酸沉降是不太敏感的，没 武汉理t - 人学硕士学位论文 有发现大面积已酸化水体，但酸沉降对水体酸化的潜在危害仍然存在，水 体酸化趋势值得关注。在目前的酸沉降条件下，西南地区大部分的小面积 水体( 包括湖泊、江河、水库、溪流等) 对酸沉降并不太敏感，近期内虽 不大可能被酸化，但少数山地小面积水体，特别是山顶对酸沉降是极为敏 感的，极易被酸化，所以应加以重视。1 。 1 2 5 酸雨对人体的危害 酸雨中的s o z 对呼吸道有刺激作用，轻者会引起咳嗽、声音嘶哑，重者 使人感到呼吸急促、胸痛等；若长期吸入s 0 2 ，可发生肺气肿和肺心病。 调查发现与清洁区相比较，酸雨污染区儿童的血压有下降趋势，红细胞及 血红蛋白偏低，而白血细胞数则较高。酸雨除了危害人体的呼吸系统外， 对人体的免疫系统也有危害。研究证明：酸雨对呼吸道中起主要防御功能 的肺巨噬细胞有破坏作用，其后果将会使呼吸道出现感染，肺肿瘤等发生 机会大大增加。德国报刊报道：酸雨可导致结肠癌、肾病、眼疾和先天性 缺陷患者大量增加。由于酸雨可使土壤中镉的含量增加，因此，人类吃了 含镉土壤生长的粮食，自身的健康也会受到影响。酸雨还可导致老年性痴 呆症的发生。研究发现，在老年性痴呆患者的大脑组织中，铝元素含量很 高，而在土壤、水和食物中，铝元素含量较高的地区，老年性痴呆的发病 率也较高。在自然状态下难溶于水的铝元素在酸性水质中可被激活，从而 呈现出可溶性，并能被人体吸收，从而导致老年性痴呆。 1 2 6 酸雨对社会环境的影响 酸雨对社会环境的影响首当其冲的就是对建筑物的腐蚀。由于建筑物 的建筑材料主要以c a 为主，而酸雨中的酸性物质会破坏其化学成分，从 而对建筑物造成腐蚀。例如酸雨的始作俑者一英国，在伦敦的圣保罗大 教堂始建于公元6 0 4 年，在二战中依然安然无恙，却未能抵挡住酸雨的攻 击。在过去2 5 0 年间栏杆每年腐蚀o 0 8 毫米，而在1 9 8 0 1 9 8 5 年间每年 增加为o 1 4 毫米。在我国，单以受酸雨危害最早、最烈的重庆市为例，江 武汉理工大学硕士学位论文 边山崖上的元代石刻佛像，在酸雨的腐蚀下，颜面无存，佛头早变成了石 疙瘩。 酸雨对金属材料的破坏也是十分严重的。仍以重庆市为例，市内公共 汽车的铁外壳因锈蚀更换频繁，已不得不改用铝板。1 9 8 0 年新建的嘉陵江 大桥，其不锈钢底座1 9 8 3 年就己锈蚀，每半年就要除锈一次，连同钢梁部 分每年除锈的损失至1 9 8 4 年就已达1 7 万元，从长远来看还会危及大桥安 今“。 1 3 国内外针对酸雨的研究现状 1 3 1 国外对酸雨的研究 酸雨的研究在国外开始地较早。2 0 世纪6 0 年代，瑞典土壤学家s 奥 丹对湖泊学、农学和大气化学进行综合性研究，发现酸性降水是欧洲大范 围的现象。随后由北欧扩展到中欧和东欧，直至覆盖整个欧洲。到2 0 世纪 8 0 年代初，整个欧洲的降水p h 值在4 ，0 5 0 之间，雨水中的硫酸盐含量 明显升高。于1 8 5 0 年左右在英国罗撒姆斯丹建立的第一个降水监测站，连 续5 0 年测定了降水化学的数据。1 9 5 4 年以后建立了国际协作降水监测网， 包括了斯堪的那维亚各国和英、法、德、苏等国许多欧洲的科学家，利用 该监测网的数据，对降水情况进行广泛的研究，肯定了酸性降水和大气污 染有直接关系，并指出：酸雨是一种广域范围、跨越国界的大气污染现象。 1 9 7 2 年欧洲经济合作与发展组织( o e c d ) 制定了空气污染物长距离 输送合作研究计划( l r t a p ) ，该研究计划证实，在欧洲确实存在硫化物的 长距离传输。1 9 7 5 年赫尔辛基的全欧安全保障会议，提出了东西欧协作环 境问题提案，从此，大量的酸雨对策公约应运而生。分别于1 9 7 9 年、1 9 8 5 年、1 9 9 4 年和1 9 9 9 年签署了系列控制跨国污染物传输的协议，遏制了 欧洲酸雨的进一步加重。 北美大陆发现酸雨较欧洲晚，美国国会在1 9 8 0 年制定了全国酸性沉降 物评价计划( n a p a p ) 来研究酸性沉降物的原因和影响。该研究揭示了酸 武汉理上人学硕士学位论文 性沉降物广泛的环境和健康影响；并记录到造成酸性沉降的污染能蔓延数 百公里，可穿越州界和国界。根据此项评价计划的研究结果，在1 9 9 0 年美 国国会制定了酸雨计划，该计划的主要目的是减排造成酸雨的主要成分 s 0 2 和n o 。 1 9 7 8 年，美加两国组建的大气污染远距离传输咨询小组开始针对酸雨 问题进行联合研究，研究结果表明，在加拿大所有酸性沉降中至少有5 0 来自美国。迫于加拿大的压力，里根政府拿出2 5 亿美元发展清洁煤技术 ( c c t ) ，加拿大也花费巨资削减其s 0 2 排放量。在美国国内，国会于1 9 9 0 年1 1 月1 5 日通过了清洁大气法修正案，规定电厂到2 0 1 0 年应在1 9 8 0 年的基础上，将s 0 2 的排放量减少1 0 0 0 万吨，达到8 9 0 万吨，同时对一 些重点源实行排污许可证制度。”。 1 3 2 国内对酸雨的研究现状 我国对酸雨的监测是从1 9 7 4 年于北京西郊开始的，1 9 7 9 年后各省区陆 续开展了这方面的监测工作，1 9 7 9 年初在贵州省的松桃县和湖南省的长沙 市、凤凰县等地首先发现酸雨，此后又相继在重庆、上海、南京、常州等地 监测到酸雨。尤其在1 9 8 2 年夏季，重庆市连降酸雨，降水p h 值大都在4 0 以下，导致了大面积农作物受害及腐蚀了重庆市建筑物等严重危害后果。1 。 我国目前酸雨的现状是：酸雨区主要位于氏江以南，南方大多数城市和地区 普遍出现酸雨，以西南、华南地区较为突出，同时酸雨面积近年来大幅度扩 大。针对酸雨的发生与危害状况，我国已有许多环境科学及相关学科的工作 者从事了酸雨的形成、危害、治理等系统研究，取得了显著的成绩。 目前看来，我国酸沉降的影响因素从总体上来讲是十分复杂的，首先， 肯定与s 0 2 、n o 。排放量有关。西南、沪宁杭酸雨区是s 0 2 、n o 。的高排 放区”1 。但是，京津唐地区和邵阳市由于漂尘、气溶胶的雨刷作用，使得 降水得到中和，s 0 2 、n o 。的高排放量并不导致酸雨出现“。于是，一些 研究便认为，由于漂尘、气溶胶的成分与f 垫面性质有关，故下垫面性质 对酸雨形成有制约作用。 武汉理丁大学硕十学位论文 1 3 3 我国酸雨来源情况分析 我国大气中s 0 2 污染物主要是通过工厂的低烟囱点源和居民燃煤的面 源排放到大气之中，而且南北地区的地形、地貌、土壤性质、气象条件都 存在着较大差异，由此形成了我国酸雨的来源主要是局地云下降雨洗脱、 中长距离的传输以及两者的叠加。 1 3 3 1 局地云下降雨洗脱是南方一些重污染城市酸雨的主要来源之一 我国南方一些城市煤的含硫量很高，可达2 5 ，且城市区域内面源 密集，燃煤排放的大量s 0 2 等污染物可积聚在低层大气中，如果该城市大 气扩散条件较差，则常在局地形成高浓度大气污染。这时若发生降水，上 述高浓度大气污染物即可进入降水，从而造成降水的严重酸化。 盛裴轩等采用拉格朗日烟团模式，从污染物分布、稳定的逆温层结构， 进一步说明两广地区的酸沉降主要来自本地区域内的污染排放“。 1 3 3 2 中长距离传输是区域性酸雨的重要来源 如同早期挪威和瑞典的酸雨受英国排放的大气污染物影响一样，我国 酸雨不仅出现在南方城市和污染地区，在乡村和清洁地区也常观测到大面 积的酸雨发生，这些清洁区的酸雨是由外源污染物经过大气传输而造成的。 毛节泰用定常欧拉型酸沉降模式，对两广地区酸沉降计算结果得出，在低 空排放( 排放源在3 0 0 m 以下) 的条件下，城市污染源排放的硫污染物输 送范围约1 0 2 k m 量级”。同样，厦门的s 0 2 和n o 。排放强度很低，该地区 的酸雨也是以外源传输为主。 1 3 3 3 局地云f 降水洗脱和中长距离传输的叠加是我国南方大部分地区 酸雨的决定性来源 南方的城市和下业区燃煤的含硫量较高，因而大气污染较重，同时气 溶胶对酸化的缓冲能力小，加之气态n h 3 的含量低，因此大气常呈酸性气 氛，云水也常被酸化，所以局地云下降水洗脱作用易产生酸雨。而不同城 市和工业区排放的s 0 2 水平不同，由于大气环流的作用，又导致一定距离 武汉理l 人学硕士学位论文 内传输作用的酸雨产生。亦即在某时某地同时产生两种作用的叠加，从而 使酸雨的发生面扩大、出现的频率增高、强度增大。“1 1 4 对我国大气酸雨现象特点的认识 我国酸雨现象总结起来有如下特点： 1 4 1 区域性强 我国发现酸雨首先是在西南地区。8 0 年代初经定位检测表明，在贵阳、 重庆等地区发现p h 值低至4 0 ，频率8 0 以上的酸性降雨。此后，广州、 南宁、福州、厦门、南昌、长沙、上海、杭州、无锡、南京、广元、青岛 均发现不同程度的酸雨。但总的来说，酸雨分布于长江以南的地区，武汉、 合肥、南京酸雨频率较低，p h 值也较高。北方除长春市观测到一次p h 4 5 6 5 的酸性大暴雨外，兰州、北京、天津、大连等地均没有监测到酸雨，尽 管在局部的降水过程中发现有p h 值下降的现象。 同前己明确我国存在四个岛状的酸雨区，即，西南酸雨区( 贵阳、 重庆、柳州) ：南昌酸阿区( 南昌、长沙、黄石) ；福建酸雨区( 福建 沿海工业地区) ；青岛酸雨区。这与国外长距离输送、宽带状、面状的污 染不同。我国的这种酸雨污染的特点是局部地区工业集中，地形较为封闭 的结果”- 。 1 4 2 酸雨频率高、酸性强 西南、南昌、福厦等3 个酸雨区的酸雨频率在9 0 以巴，广州、贵阳、 厦门及庐山等地检测岛极端p h 值低至3 0 的酸雨。因此无论是酸雨的发生 频率，还是酸雨的酸度，我国酸雨区均可与北美、北欧地区相媲美，并且 越来越显得更重要。 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 3 酸雨呈硫酸型特征 在欧洲、北美地区的酸性降雨中，s 、n 的摩尔比在1 2 之间；而在 我国西南、福厦等地降水中，8 0 4 2 - n 0 3 摩尔比为6 1 0 ：1 ，s 0 4 2 n 0 3 1 重量比高达9 ：1 。因此，可以说我国酸雨呈硫酸型的特点必将加大其对农 田、水生生态系统的冲击力。 1 4 4 酸雨的起源与燃煤密切相关 在我国能源结构中，燃煤占7 9 | 2 ( 1 9 8 6 年) ，全国s 0 2 年排放量为 1 5 2 5 万吨，占全部大气污染排放的8 0 一9 0 。监测表明，冬季酸雨中的 s 0 4 2 含量高于其它季节。 1 4 5 酸性土壤性质的影响 酸雨分布地区多为酸性、强酸性土壤除青岛周围为p h 值稍高的棕壤 外，长江以南酸雨区广泛分稚着砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤等酸性和强 酸性土壤，其本身的酸度已对生态系统构成严重的威胁，酸雨对这些地区 的生态系统无疑是雪上加霜。 1 4 6 酸雨现象仍处在发展之中 据对西南酸雨区的统计，8 0 年代以来，降水p h 值不断下降，酸雨频 率不断升高。今年来，一些中小城市也不断报道检测到严重的酸雨现象“1 。 我国硫酸型酸雨的发展与能源消费带来的酸雨前体物排放量的增长存 在着f 相关。据预测，今后几十年内，煤仍是我国的主要能源，在目前的 技术条件fs 0 2 的去除率仅1 5 左右，到2 0 0 0 年，我国排放的s 0 2 将达 2 1 0 0 2 3 0 0 万吨，2 0 2 0 年排放的s 0 2 将达3 1 7 8 万吨。由此可知，我国s 0 2 排放量到2 0 2 0 年前将继续增长，而且由于n o 。更难控制其排放增长速度， 其排放量将会增大。到2 0 2 0 年s 0 2 和n o ，的年排放量预计将超过5 0 0 0 万 武汉理r 大学硕士学位论文 吨，这表明大气中酸雨前体物质含量呈显著增加趋势，即酸雨的发生可能 加重，区域面积将扩大，酸雨将向西、向北蔓延，降水酸性可能将继续升 高，长江以南将出现更多的降水p h 值小于4 的严重酸雨区。 我国近年来对酸雨的形成及其来源作了较系统的研究，基本摸清了酸 雨的形成机制及局地酸雨的来源。但就酸雨的总体研究还存在不足，如： 对酸雨的发生区、强度缺乏具有较高可信度的预测预报能力； 主要研究s 0 2 对酸雨的贡献，而对n o 。对我国酸雨形成的贡献率研 究不够，尤其是在我国汽车行业不断壮大，汽车用量逐渐增多的新形势下， n o ，的污染不可忽视。 1 5 研究内容 武汉市位于中国腹地的中心，湖北省东部，长江与汉水交汇处，是全国 交通的重要枢纽和特大城市，也是湖北省省会、华中地区和长江中游的经济、 科技、教育和文化中心。随着社会的发展和进步，人们的环保意识日益强化。 以武汉市为例，对于城内的酸雨污染，不仅领导层极为重视，而且广大市民 电都非常关心。 本研究主要针对武汉市本地降水的酸度情况进行了解，然后根据武汉市 的地形特点、气候条件、市内主要污染源的情况以及武汉市周边县市对武汉 市的影响等各个方面来分析武汉市酸雨在不同地点、不同季节和不同天气的 分布状况以及其酸雨的来源。 ( 1 ) 对武汉市酸雨的测试结果的分析，用以了解其大致的分布情况： ( 2 ) 对武汉市一年四季的气象条件( 包括大气稳定度、风向、风速、气温、 气压、湿度、日照时数等) 、地理条件( 包括位置、地形等) 和污染源的情况 ( 包括污染物排放强度、空问和时间分布、污染物本身的化学组成及其物理、 化学性质等) 进行分析，用来了解酸性物质的运动过程和酸雨的形成条件； ( 3 ) 了解湖北省内的酸雨分布情况，用来分析在武汉市周边是否有酸性物 质的来源。若有，则分析此来源是否会影响武汉市的酸雨形成。 时武汉市酸雨污染状况的研究，可以了解武汉市市内的酸性污染物的排 1 0 武汉理t 大学硕十学位论文 放情况，并可以以此作为依据，对武汉市的大气污染物的排放进行控制，从 而改善武汉市的大气环境。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章自然环境与社会环境背景资料分析 2 1 武汉市市区自然环境及气候背景 武汉市位于北纬2 9 。5 8 3 1 。2 2 ，东经1 1 3 。4 27 1 1 5 。0 47 ，江汉 平原东部，长江中下游与汉水交汇处。市区地势东高西低，境内湖泊众多， 这种特殊的地理地貌条件，是形成武汉市气候特征的重要因素之。 全市面积为8 4 6 7k m 2 ，其中城区面积3 9 6 3 6 k m 2 ，郊区面积7 3 6 5 1k m 2 ， 市辖县面积3 7 4 0k m 2 。在大地构造上，地势中间低平，大部分在海拔5 0 米 以上。海拔2 0 0 米以上山地丽积占全市面积的5 左右，其余均为沃野千里 的江汉平原。全市低山面积、丘陵面积、垄岗面积和平坦平原面积分别占全 市土地面积的5 8 、1 2 3 、4 2 6 和3 9 3 。 武汉市地处北亚热带季风气候区内，受季风环流的支配，冬夏季风交替 明显，为四季分明、阳光充足、雨量丰富、东干夏雨、雨热同季的典型北亚 热带季风气候。 表2 1 武汉市气候变化表 年平均年平均降年平均 年平均风大风日数一月七月风 年代气温雨量降雨日 ( )( m m )( 大) 速( m s )( 天)风向向 1 9 5 0 1 9 8 01 6 - 31 2 0 4 51 2 4 92 7 7 9n n ec ，s s w 1 9 8 1 1 9 9 01 6 41 3 7 6 21 2 771 93 1n n es 表2 2 季节气象要素表 季节气温( )降雨量( m r n )雨日( 天)大风日( 天)小风( 2 m s ) 曰( 天) 春 1 6 13 2 7 63 9 11 34 8 3 复 2 8l6 3 223 4 71 14 3 3 秋1 762 8 9 52 8 60 25 76 冬5 2 1 4 8 62 5 _ 3o 55 63 ，芷 1 6 413 7 6 21 2 773 i2 0 52 武汉理上人学硕士学位论文 由表2 1 、表2 - 2 可以看出，进入八十年代，武汉市区的气温升高、降水 增多、风速减小。其中城市建设和发展是影响气候变化的原因之一，气候变 化进而影向城市环境。随着武汉市现在和将来大规模的城市建设，由于气候 变化的影响，大气污染的形势将越来越严峻，如何防治大气污染，是一个摆 在我们面前的重大现实问题。 2 2 重要污染气象条件 2 2 1 风向与风速 秋冬季节污染浓度高，这是一个众所周知的事实，这一事实与风的演变 规律有关，因为风是影响大气污染浓度的主要气象条件，因此，研究和分析 武汉市的风状况，对武汉市的大气污染尤为重要。大气污染浓度变化与风速 变化成反比，风大时，污染轻；风小时，污染重。表2 3 即为1 9 9 7 1 9 9 9 年武汉市的风状况。 表2 3 武汉市风的月、季分布( 9 7 9 9 年) 月 1 2123456789l o1 1 平均风速( m s ) 0 90 81 21 312l31 11 1】31 2o 81o 小风f 数( 2 m s ) 2 93 02 52 62 62 72 82 72 62 62 82 8 平均风速 091 21 21 o 季冬春夏秋 小风日数8 47 9 8 l8 2 表2 3 中的资料反映了武汉市的平均风速小，全年的平均风速仅为 1 1 r n s 。其中小风( 2 m s ) 日数多达3 2 6 天，占总日数的8 9 9 ；静风( 3 0 0 v重污染 表4 5武汉市污染指数等级分布表 污染指数 主要污染物出现月数达空气质量级别月数 年度二氧化氮氧化 总悬浮 最小值 最大值 i 级i i 级 i i i 级 硫物颗粒物 1 9 9 97 2 1 8 257 84 2 0 0 0 7 71 5 3 1 21 ll 武汉市在1 9 9 9 年有4 2 的月份空气中首要污染物为氮氧化物。“九五” 期间，武汉市1 9 9 7 年1 9 9 9 年氮氧化物为首要污染物，是全省唯一以氮氧 化物为首要污染物的城市，说明武汉市空气已是煤烟型污染与机动车辆尾气 污染并重，机动车辆对城市空气环境的影响不可轻视。 氮氧化物和总悬浮颗粒物对于大气环境的影响是十分重要的。以江岸区 和青山区为例： 武汉理工大学硕士学位论文 图4 12 0 0 3 年江岸区降雨p h 值与s 0 4 2 、n 0 3 浓度关系图 江岸区在2 0 0 3 年第一季度的降雨p h 值是最低的，但是在同期降雨中的 s 0 42 。浓度刁；高，相反n 0 3 - 浓度很高；在第三季度，8 0 4 2 浓度高了许多，n 0 3 浓度比第一季度降低了一半以上，但是此季度的降雨p h 值却高于第一季度， 很明显，在江岸区的降雨中，影响较大的是n 0 3 - 浓度。也就是说，江岸区的 氮氧化物的排放影响着该地区的降雨酸性。 江岸区是武汉市的商业繁荣地区，该地区的车流量非常大，因此机动车 辆的尾气排放也十分严重。在机动车辆尾气处理并不完善的今天，汽车尾气 的大量排放所导致的结果就是氮氧化物的大量积累，从而导致降雨冲刷后， 雨水中进入大量的n 0 3 。n 此，江岸区的酸雨类型也不是单纯的硫酸型，而 是个过渡类型，硫酸型与机动车辆尾气污染并重。 3 7 武汉理工大学硕十学位论文 图4 - - 22 0 0 3 年青山区降雨p h 值与s 0 4 2 。、c a 2 + 浓度关系图 青山区是武汉市大气污染物排放非常严重的一个城区，由于大型工业主 要集中在此地区，因此每年都有大量的s 0 2 排放。在2 0 0 3 年的降雨监测中发 现，在一年四季中青山区的s 0 4 2 - 浓度都很高。在第一、二季度，降雨中的 s 0 4 2 一浓度基本相同，但第一季度的c a 2 + 浓度较高，降雨的p h 值也较高；在 第三、四季度，降雨中的s 0 4 2 - 浓度也基本相同，但第三季度的c d + 浓度明显 低于第四季度，而第三季度的降雨p h 值也是全年最低的。 由于武汉市的土壤成分大多数是弱碱性土壤，因此大气中的c a 2 + 含量会 比较高，也就会对降雨中的酸性离子进行中和，减小降雨的酸性。 通过以上分析可知，降雨的酸性不仅仅决定于大气中s 0 2 的量，n o 。和 悬浮颗粒物的影响也很重要。 4 2 气象条件的影响 在前述的武汉市气象条件可知，武汉市地处北亚热带季风气候区内，受 季风环流的支配，冬夏季风交替明显，全年除冬季盛行东北风外，其余季节 均以西南风为主导风向。仝年的平均风速小，小风和静风的情况占了绝大多 武汉理t 大学硕士学位论文 数时间。 在前述的武汉市降雨监测结果发现，大气污染物排放量大的青山区降雨 酸性反而比大气污染物排放量小的江汉区弱，可见武汉市的酸雨并不仅仅局 地云f 降雨洗脱。 冬季，在盛行风东北风的影响下，青山区大量排放的酸性污染物会 随着大气传输飘往别的城区，而位于下风向的江汉区便是首当其冲的“受害 者”。同时，由于武汉市的全年的平均风速小，小风和静风的情况占了绝大多 数时间，使得污染物质并不能漂移很远，这也就是为什么汉阳区同样位于下 风向，受到的危害却较小。而在夏季，西南风的影响使得市内的大气污染物 减少，降雨酸度也自然降低。 武汉市的冬季气温低，大气稳定度高，逆温出现频繁；夏季气温高，大 气稳定度弱，逆温出现频率低。 表4 6 武汉市1 9 9 9 年- - 2 0 0 0 年空气污染指数表 1 年度 1234567891 01 11 2 1 9 9 9 1 8 21 1 88 29 08 07 37 27 58 18 61 0 81 1 i 2 0 0 08 47 89 29 4 8 6 8 57 77 8 8 2 8 2 8 71 5 3 由上表中的数据可以看出，武汉市的空气质量较差的时间主要出现在冬 季，即每年的一月、二月、十一月和十二月。这主要是受气候因素的影响。 因为武汉市气候的特点是：春夏季气温高、降水多、风速达、大气稳定度弱； 但在秋冬季则气温低、降水少、风速小、大风情形少、大气稳定度强。秋末 冬初，武汉市上空的大气环境较为稳定，逆温层出现的几率大，而低层逆温 埘大气中污染物的扩散有明显的抑制作用，并且近地逆温的出现频率和强度、 厚度及高度都能程度不同的影响大气污染浓度。 武汉市逆温出现频繁，尤其在冬季，无论是夜间( 0 1 时) 、清晨( 0 7 时) 和白天( 1 1 时) 逆温频率均达1 0 0 。夏季因大气稳定性弱，加上降水多， 逆温形成少，逆温频率比冬季低。冬季多高浓度污染，夏季高浓度污染少， 逆温频率是其中重要影响原因之。 武汉理t 大学硕士学位论文 4 3 周边地区的影响 对于大气污染物，由于大气环流的影响，并不会在其扩散到大气中后就 立即沉降下来，而是会随着气象条件的影响到处漂移。因此，对本地酸雨的 分析并不能仅仅局限于本地源的分析，周边地区的污染也同样重要。 表4 72 0 0 0 年湖北省主要城市s 0 2 排放量、环境空气中s 0 2 含量和酸雨发 生量比率统计 abcde 武汉市 1 2 5 80 0 3 75 6 41 5 3 11 33 3 黄石市 5 1 400 2 76 4 84 7 42 6 l 十堰市2 9 90 ( ) 0 66 7 4o0 宜昌市 6 9 90 0 2 45 0 54 3 6 13 2 2 0 襄樊市 41 10 0 1 l57 63 8 07 7 6 鄂州市 1 ，5 60 0 2 76 ，2 l4 1 95 8 3 荆门市 6 5 2o0 1 86 3 75 4 23 5 3 孝感市 3 7 5o0 1 86 8 700 荆州市 3 8 90 0 3 05 8 71 6 3 12 68 5 潜江市 2 4 2o0 1 46 8 9oo 成宁市 1 1 00 0 2 l5 2 25 8 6 66 2 1 6 恩施市 08 8o1 3 94 4 04 43 04 1 0 7 随州市 l2 50 0 1 96 7 0oo 注：表。pa 项为监测点所在城市s o z 年排放量，单位：万吨：b 项为空气环境中s o 。含量 年均值，单1 i ) = ：m g m 3 ：c 项为降水p h 值年度加权平均值；d 项为酸雨最比率( ) ；e 项为酸雨出现额率( ) 。 上表为2 0 0 0 年湖北省主要城市s 0 2 排放量、环境空气中s 0 2 含量及酸雨 量在降水中的比率和酸雨出现频率。分析表4 7 可以看出，局部地区的降水 酸化程度与该地区主要酸性污染物s 0 2 的排放不存在线性相关。环境大气中 的s 0 2 含量与该地区的s 0 2 排放量也不存在线性相关。说明湖北省酸雨形成 的原因比较复杂。部分地区受云中成酸和大气输送影响较大。 地理环境和气象条件的差异形成