（环境工程专业论文）湖南省酸雨的成因、危害和防治措施的初步研究.pdf

摘要 审3 9 8 s 6 8 进入2 0 世纪9 0 年代以后，中国的酸雨问题愈演愈烈，而地处中 南的湖南则更是酸雨的重污染区。1 本文对酸雨污染研究的历史和现状进 行了简要的阐述，并指出了酸雨污染方面需要进步研究的问题。在此 基础上，对湖南省酸雨的监测数据进行了系统的研究，同时结合湖南省 的自然和社会状况，对湖南省酸雨的成因进行了分析：之后，又结合湖 南省的农业、林业、渔业以及其他方面的具体状况，对湖南省酸雨污染 可能或已经造成的危害进行了阐述，指出湖南省进行酸雨污染防治刻不 容缓。基于对湖南省酸雨的成因和危害的分析，本文提出了解决湖南省 酸雨污染的参考性措旅：以区域总量控制作为防治酸雨的原则性对策， 逐步改善能源结构，研制开发并推广成本较低的脱硫技术和设备，加强 环境管理和对环保设施的管理等等。本文的研究对于湖南省酸雨污染的 控制具有一定的参考意义。+ t 关键词酸雨。二氧化硫，污染防治 a b s t r a c t a c i dr a i n p r o b l e mb e c o m e sm o r e a n dm o r es e r i o u si nc h i n as i n c e 1 9 9 0 s ，e s p e c i a l l yi nh u n a np r o v i n c et h a ti ss i t u a t e di nc e n t r a l - s o u t hc h i n a t h e h i s t o r ya n da c t u a l i t yo fa c i dr a i np o l l u t i o nw a si n t r o d u c e ds i m p l ya n d t h ep r o b l e m st h a ts h o u l db ef u r t h e rs t u d i e dw e r ea l s oi n d i c a t e d b a s e do n t h e s e ，t h ed a t af r o mt h ee n v i r o n m e n t a lm o n i t o rs t a t i o no fh u n a np r o v i n c e w a s s y s t e m i c a l l ya n a l y z e d a tt h es a m et i m e ，t h ef o r m i n gr e a s o n so f a c i d r a i no fh u n a n p r o v i n c ew e r es u m m a r i z e dw i t h t h el i n ko fn a t u r a la n ds o c i a l s i t u a t i o no fh u n a np r o v i n c e ；t h e n ，t h ee f f e c t so rp o s s i b l ee f f e c t sc a u s e db y a c i dr a i np o l l u t i o nw e r ep r e s e n t e dw i t ht h ec o n n e c t i o no f a g r i c u l t u r e ，f o r e s t c u l t u r e ，f i s hc u l t u r ea n do t h e rs i t u a t i o n so fh u n a np r o v i n c e ，a n dt h ep a p e r i n d i c a t e dt h a t c o n t r o l l i n g a c i dr a i n p o l l u t i o n o fh u n a np r o v i n c ew a s i m p e r a t i v e u n d e rt h es i t u a t i o n g r o u n do nt h e a n a l y s i s o ft h e f o r m i n g r e a s o n sa n de f f e c t s ，t h ec o n s u l tm e a s u r e sw e r e p u tf o r w a r d i nt h i sp a p e r ：t h e f u n d a m e n t a lc o u n t e r m e a s u r et op r e v e n ta c i dr a i ni st h er e g i o ng r o s sc o n t r o l ， c h a n g e dt h es t r u c t u r eo fe n e r g ya n dr e s o u r c eg r a d u a l l y , d e v e l o p ，e x p l o i t u r e a n d p o p u l a r i z el o w e r - e x p e n s e d e s u l f u r a t i o n t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t ， s t r e n g t h e ne n v i r o n m e n t a la n de s t a b l i s h m e n tm a n a g ee r e t h er e s e a r c hi s s i g n i f i c a t i v ei ns o m ee x t e n tf o rc o n t r o l l i n ga c i dr a i np o l l u t i o no fh u n a n p r o v i n c e k e y w o r d s a c i dr a i n ，s u l f u rd i o x i d e ，p o l l u t i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o l 湖南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 湖南省的自然、社会和经济概况 1 1 1 湖南省自然环境概况 湖南西起东经1 0 8 4 7 ( 新晃侗族自治县的韭菜塘) ，东至东经1 1 4 1 5 ( 浏阳 县的高车岭) ：南起北纬2 4 3 9 ( 江华瑶族自治县的姑婆山) ，北至北纬3 0 0 8 ( 石门县的壶瓶山) 。属中亚热带常绿阔叶林地带，年平均气温在1 6 1 8 2 。1 月平均气温在4 7 c ，7 月平均气温2 6 3 0 c 。无霜期2 7 0 3 1 0 天。年平均降 水量1 2 0 0 1 7 0 0 毫米，是全国多雨省份之一。但季节雨量分配不均，春末夏初有 暴雨，造成洪涝灾害。夏秋降雨较少，常出现干旱。 湖南地质构造复杂，区域地球化学条件良好，给外生矿床和内生矿床的生成 提供了必要的地质条件。湖南有“有色金属之乡”和“非金属之乡”之称，矿藏 丰富，矿种齐全，质量优良。到1 9 8 8 年末，在全国己发现的1 4 0 多个矿种中，湖 南找到1 3 4 种，已探明储量的有8 3 种，成为全国矿种较多的省份之一。锑、钨、 铋、雄黄、海泡石、重晶石、独居石的储量居全国第一位。锰、钒、铼、芒硝、 砷、高岭石居全国第二位。 湖南毗邻六省一市，北以滨湖平原与湖北接壤，南枕南岭与广东、广西为邻， 东以幂阜、武功诸山系界江西西以云贵高原东缘连贵州省境，西北则以武陵山 脉界i l 东、渝东和鄂西。湖南的地貌轮廓是东、南、西三面山地围绕，中部岗丘 起伏，北部平原湖泊，呈现为向北东敞口的马蹄形盆地：西部地势高亢，有雪峰一一 武陵山脉，海拔1 5 0 0 米左右，至湘鄂交界处石门县境内的壶瓶山，海拔2 0 9 9 米， 是全省最高点：到湘中大部分骤降为5 0 0 2 0 0 米的丘陵盆地：往东至湘赣边境， 有幂阜一一罗霄山脉，海拔1 0 0 0 米以上，鄙县境内的斗笠项，海拔2 0 5 2 米，是 全省第二高峰；南部五岭山脉逶迤，海拔1 0 0 0 米以上，湘桂边境都庞岭的韭菜岭， 海拔2 0 0 9 米：往东北逐级降低，至滨湖平原。大部分地面海拔5 0 米以下。临湘 县的谷花洲，海拔仅2 3 米，是全省地面最低点由于东、南、西部地势高而北部 低，洞庭湖为全省凹性的低洼中心 湖南境内有全国第二大淡水湖一一洞庭湖，紊有“八百里洞庭”之称，有湘、 塑堕盔堂堡主堂焦堡兰 资、芫、澧四水和长度在5 公里以上的大小河川5 3 4 1 条，总长度8 6 0 7 1 公里这 些大小河川。除湘南的一部分属珠江水系，湘东一部分属赣江水系外，其余均经 四水注入洞窿湖于岳阳城陵矾注入长江，形成一个非常完整的向心状水系全省 有水域面积2 0 3 0 6 4 万亩，可供养殖的面积5 2 0 万亩，已放养面积4 3 6 8 7 万亩 全省水能蕴藏量有1 5 3 2 万千瓦，占全国的2 3 ，为南方九省之冠全省可开发 的水力资源为1 0 8 4 万千瓦，占蕴藏量的7 0 7 地下水资源也很丰富，蕴藏量 为4 4 5 0 4 亿立方米。此外还发现热水点1 6 5 处，其中4 0 6 0 c 的中温热3 5 处， 8 0 i 0 0 的高温水2 处。 湖南全省面积达2 1 1 8 万平方公里( 合3 1 7 7 4 3 5 万亩) ，占全国面积的2 2 ， 居第十一位。按地形分。山地1 6 2 7 0 8 0 万亩，占总面积的5 1 2 ；盆地4 4 1 1 7 3 万亩，占1 3 9 ：平原4 1 6 7 9 万亩。占1 3 1 ；丘陵4 8 9 3 2 8 万亩，占1 5 4 ： 水面2 0 3 0 6 4 万亩，占6 4 。总面积中有耕地4 9 4 3 9 1 万亩，宜林牧荒山5 0 2 6 7 5 万亩。 1 1 2 湖南省国民经济与社会发展概况 湖南是内陆大省，也是农业大省。全省人口约6 5 0 0 万人其中城镇人口约 1 7 7 8 万人。1 9 9 9 年全省国内生产总值3 4 0 6 7 5 亿元，比上年增长8 3 。其中， 第一产业7 7 1 0 3 亿元，增长3 3 ；第二产业1 4 0 6 4 4 亿元，增长9 7 ；第三产 业1 2 2 9 2 8 亿元，增长1 0 2 。工业生产保持适度增长。1 9 9 9 年全省工业总产 值4 5 5 6 3 4 亿元，增长1 1 5 ：工业增加值1 2 0 5 2 6 亿元，增长9 5 。其中，国 有工业产值8 6 0 8 7 亿元，增长6 7 ；集体工业产值2 7 0 1 7 亿元，增长7 9 ：其 它经济类型工业产值3 3 9 1 1 亿元，增长2 4 0 。受投资需求扩大的影响。重工业 快速增长。全年重工业产值9 1 7 2 5 亿元，增长1 3 3 ；轻工业产值5 5 2 8 2 亿元， 增长6 6 。 在工业方面，黑色和有色冶金、化工、建材、煤炭、机械电子、轻工、纺织、 烟草、食品加工等行业已形成规模。1 9 9 9 年，湖南全省工业战线实施了以兼并、 破产、债转股、建立现代企业制度等为重点内容的一系列改革。工业结构调整取 得新进展。为适应市场需求变化，主要工业产品产量有增有减。全年水泥产量 2 2 7 3 8 5 万吨。增长1 5 8 ；钢3 0 6 5 万吨，增长1 3 3 生铁3 2 4 9 3 万吨，增 长1 6 1 ；成品钢材2 8 8 7 9 万吨，增长1 4 6 ；十种有色金属6 6 5 7 万吨，增长 2 湖南大学硕士学位论文 1 4 0 ；发电量3 3 2 5 1 亿千瓦时。增长0 1 ：卷烟2 2 9 3 9 万箱，减少1 3 ；化 肥、化学农药分别增长4 6 和2 3 在农业方面已建立起一批屯粮田基地、良种猪基地、水果蔬菜基地1 9 9 9 年，农业生产继续平稳发展全省农业总产值1 2 0 0 9 4 亿元，增长3 5 全年粮 食总产量2 8 9 2 3 万吨，增长2 6 ；油料1 3 0 2 万吨增长7 8 ：棉花1 7 7 万吨， 减少8 1 ；烤烟1 2 4 万吨，减少1 3 5 ；茶叶5 6 万吨，减少3 8 ；水果1 7 3 万 吨，增长5 8 6 。全年出栏肉猪5 8 1 1 8 7 万头，下降2 6 1 9 9 9 年全年农村水利 建设投入资金3 7 2 亿元，投工6 5 亿个，完成土石方6 0 6 亿立方米完成工程 5 4 万处，整修堤防8 1 7 公里。 科教卫生、能源通讯、商业贸易等各项事业继续蓬勃发展。1 9 9 9 年湖南全省 全社会固定资产投资9 5 7 4 7 亿元，增长1 2 8 。其中国有及其他经济完成投资 6 0 4 5 6 亿元，增长1 4 2 ；集体和个人投资3 4 5 8 4 亿元，增长8 3 。在国有及 其他经济投资中，基本建设投资3 9 0 1 4 亿元，增长1 3 7 ：更新改造投资1 4 4 0 6 亿元，增长2 4 7 。重点工程进展顺利。全省在建重点项目3 3 个，完成投资2 0 2 亿元，完成年计划的1 0 2 ，增加2 7 亿元。长常高速公路益常段和长沙绕城西北 段高速公路建成通车；邮电“7 1 8 工程”新建程控电话主线4 0 万线，新增载频2 5 0 0 个，国家贮备粮库新增仓容1 2 7 万吨；洞庭湖治理及城市防洪、电网建设、京珠 高速公路、益阳电厂等项目进展顺利。全年主要新增生产能力：大中型发电机组 容量5 0 2 万千瓦，变电设备2 0 1 8 5 万千伏安，长途光缆2 5 4 万皮长公里，市内 电话程控交换机1 2 8 1 4 万门。新建公路4 7 1 8 7 公里，其中高速公路1 0 8 1 6 公里。 由上可以看出，湖南省的国民经济的发展基本上处于良性发展之中。但是， 伴随着经济和工业的飞速发展，也产生了许多环境污染方面的问题，而酸雨问题 则是其中较为严重的问题之一。如何防治和控制酸雨污染，使国民经济能持续稳 定的发展已成为湖南省经济发展进程中必须解决的重大问题。 1 2 酸雨研究综述 1 2 1 引言 在2 0 世纪5 0 年代，欧洲发现了降水酸性逐渐增强的趋势，尤其在欧洲随后 在北美发现这种降水对湖泊、土壤、森林等有严重危害后，酸雨问题受到了普遍 3 湖南大学硕士学位论文 的重视，进而成为世界上继煤烟污染和光化学烟雾污染后众所瞩目的新型污染问 题】。各国相继大力开展酸雨的研究，纷纷建立酸雨的监测网站，制定长期研究 计划。开展国际间的合作，近十几年来的发展尤为迅速现今，酸雨、全球气温 变暖和臭氧层遭破坏已经成为世界上的三大环境问题因此，加强对酸雨问题的 研究以采取有效的措施或步骤对其进行控制，必然有着十分重要的意义 1 2 2 酸雨的定义及判别 酸雨是指p h 值小于5 6 0 的雨雪或者其他方式形成的大气降水。是一种大气 污染现象。最早引起人们注意的是酸性降雨，所以习惯上统称为酸雨【1 ) j 。近年来- 随着研究的深入，过去被大量引用的“酸雨”( a c i dr a i n ，a c i dp r e c i p i t a t i o n ) 的 提法己逐渐被“酸沉降”( a c i dd e p o s i t i o n ) 所取代。酸沉降又分为湿沉降和干沉 降两种：湿沉降( w e td e p o s i t i o n ) 是指大气中的酸通过降水，如雨、雾、雪等迁 移到地表；干沉降( d r yd e p o s i t i o n ) 是指大气中的酸在含酸气团气流的作用下直 接迁移到地表。虽然在早期的研究中也曾一再提出过酸的干沉降与湿沉降同样重 要，但是一段时间内注意力几乎全部集中于湿沉降即酸雨的研究【4 6 】。直到在酸雨 的研究中发现干沉降的作用不可低估。引起环境效应的往往是干、湿沉降综合的 结果后。对于干沉降的研究才被重视。 事实上，对酸雨p h 值的定义多年来一直有许多争议。通常认为雨水的“天 然”酸度为p h 5 6 ，此值来自如下考虑：影响天然降水p h 值的因素仅仅是大气中 存在的c o ，根据c o ，的全球大气浓度3 3 0 p p m 与纯水的平衡，可以计算出p h 值约为5 6 。多年来国际上一直将此值看作未受污染的天然雨水的背景值。p h 值 小于5 6 的雨水被认为是酸雨，其酸性增加来自人为污染，因此p h 值是否小于 5 6 实际上已被国际上用作判别雨水是否受到人为污染的界限。 近年来，通过对降水的多年观测，已经对p h 5 6 能否作为酸性降水的界限以 及判别人为污染的界限提出了异议。主要论点为： 1 在高清洁的大气中除了c 0 ，外，还存在各种酸、碱性气态和气溶胶物质， 它们通过成云过程和降水冲刷过程进入雨水，降水酸度是降水中各种酸、碱性物 质综合作用的结果，其p h 值不一定正好等于5 6 。 2 作为对降水p h 值有决定影响的强酸，尤其是硫酸和硝酸。并不都是来自 人为源。以硫为例由生物过程产生的h 2 s 、c h 3 s c h 3 ，由火山爆发放出的s 0 2 4 湖南大学硕士学位论文 和海盐中的s 讶一等都对雨水有贡献c h a r l s o n 和r o d h e l 7 1 在1 9 8 2 年通过计算指 出，如果没有碱性物质如n h 3 和c a c 0 3 等的存在，单由天然硫化合物的存在所产 生的p h 值为4 5 5 6 ，其平均值为5 0 s t e n s l a n d 等( 1 9 8 2 ) 在分析了美国东部 1 9 5 5 1 9 5 6 年的降水数据后指出p h 值的背景值约为5 0 p j 3 降水p h 值大于5 6 的地区井不都意味着没有人为污染有的地区空气中酸 性污染严重，但碱性尘粒或其他碱性气体如n h 3 含量很高，降水冲刷的结果使p h 值大于5 6 。我国北方一些城市就属此类情况，如东北某城市降水年平均值为6 4 1 ， 不属酸雨污染区，但降水中叫一却高达1 9 9 n n o l l ，h ：+ c a 2 + 达到 2 0 3 t m o l ，f 。 4h + 浓度不是一个守恒量，它不能表示降水受污染的程度。同一酸度的降水。 污染离子s 研一，n o ；等的含量可以相差很大。在偏远地区。降水的p h 值低并 不一定表明污染严重，城市附近的降水有时p h 值并不低，而其他离子含量很 高，降水实际上已经受到了污染。 因此d h 值5 6 不是一个判别降水是否酸化和人为污染的合理界限。于是提出 了降水p h 的背景值和降水污染与否的判别标准问题。通过对全球背景点降水组 成和p h 值的多年研究，g a l l o w a y 等认为全球降水p h 值的背景值似乎应 5 0 【1 , 9 - 1 1 1 。 s e i n f e l d 在他1 9 8 6 年出版的“空气污染中的大气化学和物理”一书中总结了 各种观点，指出p h 值大于5 6 的降水未受到人类的干扰，即使有人类的干扰，这 种雨水也有足够的缓冲容量，不会使雨水酸化：p h 值在5 0 5 6 之间的雨水有可 能受到人为活动的影响，但没有超过天然本底硫的影响范围，或者说人为影响即 使存在也被天然缓冲作用所调节了，因为雨水与天然本底硫平衡时的p h 值即为 5 o ；如果雨水p h 小于5 0 ，就可以确信人为影响是存在的。他认为降水口h 值小 于5 0 为酸雨【“l 。 综上所述，降水是否酸化的判别与降水p h 背景值紧密相关。近年来，我国 已开始重视降水p h 值背景值的问题，1 9 8 5 1 9 8 6 年间已在我国选择了一些地点 作为背景点进行降水的研究 1 2 3 酸雨研究概况 现代酸雨的研究是从早期的降水化学发展而来的降水的组成及化学性质早 湖南大学硕士学位论文 就引起了人们的注意。m a r g g r a f 早在1 7 6 1 1 7 6 7 年就实施了雨和雪的降水化学 测定。进入1 9 世纪后英国科学家r a s m i t h 进行了卓有成效的工作，1 8 7 2 年 他发表了对曼彻斯特附近的雨水的分析结果，指出有三种类型的降水：离城远处 降水含碳酸铵，郊区降水含硫酸铵而城镇降水则含硫酸或酸性硫酸盐在他1 8 7 2 年发表的“空气和雨一一化学气象学的开端”一书中首次运用了“酸雨”这一名 词，并对影响降水的许多因素进行了讨论。诸如煤燃烧、降水量和降水频率等 他最早提出了降水化学的空间可变性。并提出降水采集后应对组成作分析和实验 研究，他还指出了酸雨对植物和材料的危害遗憾的是他的工作一直没有引起应 有的重视，童到2 0 世纪8 0 年代才给予了应有的评价 降水的第一个监测网于18 5 0 年左右在英国的罗撒姆丹建立，它连续提供了 5 0 年以上降水化学组成的测定数据。在m i l l e r1 9 0 5 年提出的报告中，对各地区 n o ；、s 研一、c 一的浓度作了比较，确证了这些组分的浓度和沉降量在全球范 围内有很大的变化。 p o r e r ( 1 9 3 0 ) 最早采用“p h ”来表示雨水、饮用水和工业用水的测定结果。 他对英格兰地区测定的结果是这些水的口h 在5 o 7 6 范围，最高值为饮用水”“。 为了提供有关酸性降水自源到受体的全面情况，e g n e r 于1 9 4 7 年创建了斯堪 的那维亚降水监测网。该网最初位于瑞典东南部的2 8 个站组成，每月收集一次样 品，结果表明南斯堪的那维亚酸性偏高，尤其在冬天化石燃料燃烧量大的时期。 1 9 5 4 年乡村斯堪的那维亚网扩展到包括不列颠岛和斯堪的那维亚的全部，它是酸 性降水监测首次国际协助的标志。该网后来又扩大到包括法国、德国和前苏联的 一些网站。许多欧洲的科学工作者利用该网站提供的数据。对降水化学作了广泛 的研究。该网的工作确证了北欧的“酸雨”问题是比较严重的，尤其在挪威和瑞 典，自2 0 世纪5 0 年代以来雨水酸性逐渐增强。 在此期间，o d e n 在从事地表水的研究中发现：酸沉降在欧洲是一个大尺度的 区域性现象；降水和地表水越来越酸：含硫、含氮化合物在欧洲可以传输1 0 0 2 0 0 0k m ：主要离子和酸性的沉降具有明显的季节性趋势 g o r h a m 早在1 9 5 5 年就指出：工业区附近降水的酸性是由矿物燃料燃烧排放 造成的；湖泊酸化是由酸性降水造成的；土壤酸性是由降水中硫酸造成的。这就 为现代酸雨研究奠定了基础。 1 9 7 7 年左右，欧洲经济合作和发展组织( o e c d ) 实行了欧洲国家间的合作 6 湖南大学硕士学位论文 计划，研究空气污染物的长距离输送和各国对邻国造成的影响 北美对酸沉降的个别研究始于1 9 2 3 年2 0 世纪5 0 年代到7 0 年代，美国东 北部和加拿大降水p h 变酸的趋势十分明显。北美的湖泊酸化十分严重这涉及 到了两国之间酸的污染来自何方的争议1 9 7 8 年美国加拿大政府建立了“关于空 气污染物长距离输送”的双边研究顾问组，1 9 8 0 年签署了空气污染物跨越边界双 边协议的备忘录。在此情况下，两国酸雨研究发展十分迅速，建立了各自的和共 同的长期监测网，大力开展对酸沉降来源、形成过程、化学转化机制以及效应的 研究。美国从1 9 8 0 年起制定了酸雨的十年研究计划一一“国家酸雨评价计划” ( n a p a p ) ，除了进行来源、形成过程、输送、生态、材料效应的研究外。还包 括了经济效益、控制对策的研究。 日本对酸雨研究起步较晚。1 9 7 3 1 9 7 6 年间日本关东等地区居民曾在降毛毛 雨时感到眼睛及皮肤有刺激感，怀疑来自酸雨，但未发现有生态效应。1 9 8 3 年日 本环境厅组织酸雨委员会进行降水化学组成的监测和湖泊水质调查，几年结果初 步表明：p h 的年均值处于4 3 5 6 范围：在工业区和城市中：一和n o ；的含 量在降水中较高；酸雨问题不如欧洲和北美严重。湖泊水质调查表明p h 小于5 5 的湖泊可能主要受火山和矿物的影响。但是研究尚不充分，还不能下结论，有些 研究者对日本硫的排放量及沉降量作了估计，认为排放量低于沉降量，尚有部分 沉降的硫来源不明。 由于各国研究对空气污染物长距离输送和跨越国界现象的肯定i l ，酸雨问题 己不再是区域性污染问题，而是全球性的环境问题。 我国的酸雨研究始于2 0 世纪7 0 年代，在北京、南京、上海、重庆和贵阳等 城市开展了局部研究，发现这些地区不同程度地存在着酸雨问题。西南地区则很 严重。1 9 8 2 1 9 8 4 年在国家环保局领导下开展了酸雨的调查为了弄清我国降水 酸度及其化学组成在全国的时空分布情况，1 9 8 5 1 9 8 6 年在全国范围内布设了 1 8 9 个监测站，5 2 3 个降水采样点，对降水数据进行了全面、系统的分析。结果表 明降水年平均p h 小于5 6 的地区，主要分布在秦岭淮河以南，秦岭淮河以北仅有 个别地区。降水平均p h 小于5 0 的地区则主要在西南、华南以及东南沿海一带。 但是，到了“八五”期间，我国的酸雨污染已由西南等少数地区，扩展到长江以 南、青臧高原以东的大部分地区及四川盆地，1 9 9 5 年。年均降水p h 值小于5 6 7 湖南大学硕士学位论文 的区域已占到国土面积的4 0 左右，硫沉降量超临界负荷的面积为2 1 0 万翩。， 占国土面积的2 1 9 严重的酸性降水和脆弱的生态系统使我国的经济损失严重， 1 9 9 5 年酸雨污染仅给森林和农作物造成的直接经济损失已达到几百亿元我国酸 雨的主要致酸物是硫酸盐，我国1 9 9 5 年全国的二氧化硫排放量达2 3 7 0 万吨，居 世界第一位【h 】二氧化硫排放量的迅猛增加必然会使我国的酸雨污染越来越严 重，因此，控制二氧化硫的排放量，加强酸雨污染的研究和控制工作是当前一 件十分重要的工作。 1 2 4 酸雨研究中需要进一步研究的问题 1 2 4 1对局部区域酸雨成因的研究 一般来讲，酸雨主要是由二氧化硫和氮氧化物在大气或水滴中转化为硫酸 ( 或硫酸盐) 和硝酸( 或硝酸盐) 所致因为这两种酸通常占总酸量的9 0 以上。 雨水中除酸性物质外，还有从空气洗涤进来的碱性物质( 主要是壤粒子、工业 粉尘和天然来源的氮) 。碱性物质会和酸发生中和反应。雨水酸度实际上是酸碱物 质相平衡后的结果【“”这些。各方面的学者都有共识。但是，天气形式、降水 特点以及远距离输送等多方面因素也影响酸雨的形成，因此，对某一地区而言， 酸雨的形成又有其特殊性。所以，就某一地域的酸雨成因进行研究，以做到有的 放矢，更好地控制酸雨的发生是当前许多学者正在做的工作，也是需要进一步 研究的工作。 1 2 4 2 对酸雨危害的研究 酸雨危害的程度，除与降水的酸度有关外。还与土壤、生态系统和水体等的 敏感度有很大的关系，也就是说与不同的地域有关l l ”。在不同的地域对酸雨的 危害进行适当的评估，以对地域内的规划提供参考也是酸雨研究的一项十分重 要的工作。当前，对酸雨危害的评估，更多的是采用酸化模型。通常这种酸化模 型用于解决如下问题：( 1 ) 进行综合研究，验证当前对环境酸化理论的认识；( 2 ) 对酸沉降长期影响和不同酸沉降负荷下地表水酸化做出预测性评价。其中，水作 为酸性湿沉降的载体、酸碱反应的溶剂和酸沉降的归宿而在天然水体和土壤酸化 过程中具有特殊重要性。因此。几乎所有的酸化模型都涉及水体( 包括地表水、 土壤水和地下水) 的酸化过程 1 9 , 2 0 】 酸化模型是一个以定量形式表示的概念或概念的组合模型开发者通常将自 8 湖南大学硕士学位论文 己的意图渗透到开发的模型中，因此常带有个人主观因素许多以研究为目的的 模型侧重于研究土壤过程，这样的模型十分复杂；而预测模型在结构上通常较为 简单并且通常具有经验性酸化模型的输入、输出参数差别很大，从简单的p h 值或酸中和容量到湖泊流域内的所有主要元素的浓度和其他有关指标值 酸化模型是酸雨水化学中的一个庞大的体系，根据不周的划分标准。可以进 行不同的分类。这些模型的具体应用有不同的范围如指标评价模型可以评估某 个河流的酸化敏感度，即：根据河流流经的基岩类型可以预测水体的酸中和容量 大小；m a g i c 模型可以用于区域分析和单个点位的预测分析以及土壤和地表水 酸化临界负荷的确定”当前，对这些酸化模型的优劣没有很好的方法能进行评 估都要根据实际情况而定而且，不同的酸化模型都在不断的发展变化之中 因此，无论用何种酸化模型对水体、土壤或生态系统等的酸化状况或者抗酸敏感 度进行评估或者预测，都有一定的局限性。因此，加强这方面的研究，使酸化模 型有更好的实用性。是酸雨研究方面一个非常重要的方向。 1 2 4 3 对酸雨的防治和控制研究。 研究酸雨的目的是为了更好的控制酸雨污染的发生。对酸雨污染的控制，其 根本的解决途径是减少二氧化硫等酸性气体的排放量，这就需要从两个方面着手： 一是严格排放标准，迫使工厂、企业等在环境治理方面投入更多的资金：二是加 强处理工艺的研究，降低处理工艺的成本或者改进生产工艺使生产过程中避免 或减少致酸性气体或粉尘的产生。作为前者，属于政府行为，需要政府根据实际 情况，在政策、法规方面进行倾斜；作为后者，就是需要政府、工厂或企业等增 加相关方面研究的投入，研制开发并推广成本较低的环保技术和设备，以先进的 工艺或治理工艺减少致酸性物质的产生，这也是酸雨污染控制方面需要进一步做 的工作1 2 u 。 1 3 论文研究的目的、内容和布局 改革开放以来，中国的经济获得了巨大的发展，但与此同时，环境污染也达 到了前所未有的程度，在这当中，酸雨问题尤其突出鉴于中国酸雨污染的现状， 已经对环境构成了巨大的威胁。因此，深入研究酸雨污染的成因和危害。进而采 取有效的措施进行综合防治，是当前一件及其紧要的工作在本论文里我们将 9 塑塑奎堂堡圭堂垡堡奎 一一 结合有关数据，在对湖南省酸雨的成因和危害进行初步分析研究的基础上，提出 湖南省酸雨综合防治的参考性对策和措施希望能对湖南省的酸雨治理工作有一 定的推动作用，也希望能为其他地区酸雨的综合治理提供一定的参考这是本论 文研究的目的。也是本论文研究的意义之所在 由上所述，本论文研究的主要内容如下： 1 结合湖南省近几年来关于酸雨方面的监测数据在系统分析的基础上，探 讨湖南省酸雨的成因； 2 结合湖南省酸雨污染的现状以及自然、社会和经济方面的有关状况，对酸 雨的危害以及潜在危害进行阐述； 3 在基于对湖南省酸雨成因和危害系统分析的基础上。对湖南省酸雨污染控 制的现状以及存在的问题进行探讨，同时提出控制湖南省酸雨污染的参考措施和 对镱。 论文的具体布局如下t l 绪论部分 在这一部分里，本论文对湖南省的自然、社会和经济发展方面的状况作了简 单的说明，对国内外在酸雨研究方面的历史和现状作了简单的回顾，并提出在酸 雨研究方面需要进一步研究的问题，在此基础上，对论文研究的目的作了说明。 2 湖南省酸雨污染的现状 在这一部分里，本论文根据湖南省多年的酸雨监测数据，对湖南省酸雨污染 现状作了简单的分析，同时对产生酸雨的主要致酸气体二氧化硫的分布状况也作 了说明。 3 湖南省酸雨的成因 酸雨的成因具有普遍性，但对于某一地区而言，又有其特殊性。本论文这 部分在对湖南省的酸雨监测数据进行系统分析的基础上，结合湖南省的气候、地 形以及社会等方面的具体情况，对湖南省酸雨的成因进行了归纳。 4 湖南省酸雨的危害 对酸雨的危害。目前还难以定量的进行评估。在这一部分里，本论文在结合 湖南省的农业、渔业以及其他方面的社会状况的基础上对酸雨污染可能造成的 危害及潜在危害进行了简要的阐述 1 0 湖南大学硕士学位论文 5 湖南省酸雨的防治措施 在这一部分里，本论文在对湖南省能源消耗和致酸污染物排放量进行初步预 测的基础上，结合湖南省当前的具体状况，提出了控制湖南省酸雨污染的参考性 对策和措施。并提出了在酸雨污染研究方面应当重视的问题 6 结论部分 这一部分是论文的总结部分在这一部分里。笔者对全文的工作进行了简要 的总结，并提出了一些建设性的结论和意见。 塑童盔兰堡主堂垡丝苎 一一 2 1 引言 第二章湖南省酸雨污染现状 酸雨或酸沉降导致的环境酸化是本世纪全球最大的环境问题之一伴随着 人口的剧烈增长和迅速工业化酸雨和环境酸化问题一直呈发展趋势，控制酸雨 和全球酸化是人类走向持续发展进程中必须解决的问题中国的酸雨也一直呈发 展趋势，尤其是进入2 0 世纪9 0 年代后。中国主要酸雨区迅速由西南扩展到华南、 江南、华中以及东南等广大地域【”j 而位于中南地带的湖南省自然是酸雨最严重 的区域之一，城市降水酸性强度居高不下，酸性降水地域仍在缓慢扩张，持续不 断的酸雨每年直接或间接地造成了巨大的经济损失。因而在今后相当长的时期内， 湖南省酸沉降的存在形式和发展趋势都将是环境保护部门密切关注的焦点之一。 如何抑制环境酸化已成为湖南省面临的重大的环境问题之一。 酸雨源于大气污染物的积累作用，是化石燃料为能源的工业化产物。中国 酸雨污染的主要污染物是大气中的二氧化硫和氮氧化物这是中国能源长期依赖 和大量消耗燃煤以及石油密切相关湖南省也不例外，每年燃煤消耗量占总能耗 的7 0 以上。因此，湖南的酸雨呈现典型的煤烟型污染形态 2 2 湖南省酸雨分布状况 从2 0 世纪8 0 年代中期开始，湖南开始建立酸性降水监测网络，各主要大城 市开始了酸性降水常规监测工作。多数测点设立在市区，少数城市设立了郊区对 照测点。从1 9 9 0 年开始，该方面工作逐年得到加强至今，湖南省对酸雨进行连 续监测的城市有：长沙、湘潭、衡阳、邵阳、岳阳、常德、永州、洪江及株洲、 怀化、吉首等1 2 市县，一般在郊区都设立了对照测点 通过对湖南省1 9 9 0 1 9 9 9 年连续l o 年的酸雨情况进行系统研究，将所得监 测数据汇总得表2 1 。 1 2 塑妻奎兰堡主兰堡垒茎 表2 1 湖南省出现酸雨的主要城市的酸雨频率( ) 和降水p h 值( 1 9 9 0 1 9 9 9 ) 城项目 1 9 9 01 9 9 i1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 9 市 长酸雨频率( ) 9 4 89 729 3 48 9 79 2 91 0 01 0 09 7 36 6 46 9 5 沙p h 均值 39 l3 7 83 8 23 9 73 ，8 13 5 33 4 33 6 5 4 5 044 3 ；h 最低值 3 3 43 ，0 53 1 03 1 02 9 02 9 22 6 53 t 0 0 3 7 73 5 2 株酸雨频率( ) 6 6 24 2 94 485 2 55 6 35 734 965 4 15 2 4 5 68 洲p h 均值 4 9 04 3 74 5 946 64 4 746 14 6 34 2 639 444 4 ；h 最低值 、3 5 03 5 03 2 62 9 43 5 03 5 03 0 23 2 23 2 0 衡酸雨频率( ) 7 7 47 7 46 667 1 87 l57 979 8 68 2 98 4 85 i9 阳d h 均值 39 14 5 24 4 94 5 74 5 04 3 74 4 74 5 046 347 6 p h 最低值 3 0 03 0 63 5 13 6 03 2 53 7 83 5 23 3 03 5 2 常 酸雨频率( ) 6 2 54 8 66 1 86 8 88 3 39 2 i1 0 09 1 48 887 00 德d h 均值 46 84 7 945 24 5 04 0 443 l41 64 1 644 648 0 p h 最低值 33 l41 53 2 13 7 83 2 23 8 03 7 93 4 63 6 73 8 7 邵酸雨频率( )3 041 5 5 6 12 66 1 6 , 25 71 7 i3 3 61 0 499 阳p h 均值 5 5 25 6 05 8 95 0 95 5 56l l5 6 65 3 74 9 249 8 p h 最低值 37 04 0 741 64 0 24 5 44 8 8 4 4 54 3 94 3 83 9 8 湘酸雨频率( ) 0 08 04 1 8 9 0 99 8 69 673 376 524 80 沼 d h 均值 65 267 06 2 24 2 l42 3 4 9 54 ，7 950 244 546 0 d h 摄低值 5 8 06 0 15 3 831 03 3 04 2 03 , 9 03 7 035 835 5 岳酸雨频率( ) l6 i949 9921 4 21 2 7l5 01 455 473 67 阳 p h 均值 5 4 063 363 85 8 95 6 05 6 85 6 65 9 647 247 6 p h 最低值4 4 7 51 65 3 54 1 64 2 84 7 54 4 54 3 74 0 43 8 7 怀酸雨频率( ) 8 7 0 7 6 48 0 28 2 28 4 28 92 6 189 449 378 79 化d h 均值4 2 644 8 46 64 3 8 4 5 3 46 3 4 6 84 2 642 94 6 3 d h 最低值 3 2 93 4 131 832 l32 9 3 、1 93 6 33 0 235 0 吉酸雨频率( ) 8 l84 5 4 5 9 l6 33 6 2 37 4 65 505 596 l07 77 首d h 均值 50 94 7 04 5 647 7 4 4 346 14 3 44 1 247 047 i 口h 最低值 3 7 03 7 23 , 7 03 5 13 j 8 034 73 ，j 239 2 4 0 9 洪酸雨频率( ) 9 569 839 499 9 3 9 8 99 949 3 08 937 6 i8 37 江口h 均值4 1 84 0 l 4 1 i4 0 741 3 4 2 54 1 44 0 03 9 943 8 p h 最低值 32 33 2 4 、 3 1 03 1 22 6 826 732 63 0 2 水酸雨频率( ) 5 4 35 456 785 7 5 4 4 i4 0 93 975 6 82 984 2 l 州 口h 均值 4 6 247 74 6 94 8 449 85 1 4 5 1 84 8 243 644 0 口h 最低值 3 8 53 8 54 0 03 9 5 3 8 54 2 54 1 54 0 03 4 037 0 降水p h 值直接表现着降水的酸度。此值愈低酸性愈强，对照逐年的降水 p h 值年均值做出等值线图( 附录1 ) 。从而直观地反映出湖南省】0 年来的酸雨污 染分布状况。 2 2 1 酸雨的地理分布 由附录1 及表2 1 可以看出地域上，湖南省降水酸性强的地区主要分布在 东北部和西南部。东北部酸雨区覆盖了株洲、长沙、湘潭、益阳、常德等人1 3 密 集、工业发达的地域。西南部酸雨则主要包括怀化、洪江和吉首等地。在这2 个 强酸雨区内。长沙市降水的p h 年均值从1 9 9 0 至1 9 9 7 年来一直低于4 ，洪江市降 l3 湖南大学硕士学位论文 水p h 年均值一直在4 左右徘徊且城市市区降水酸度比郊区高( 表2 2 ) 表明 这种强酸性降水仍限于局部湖南省降水酸性最弱的地区在中部和东北角以及南 部。中部邵阳地区降水p h 年均值从1 9 9 0 - - 1 9 9 7 年都高于5 0 这意味着该地区 基本上不存在酸性降水，或者说降水酸性不强在参与降水监测的城市中。例外 的是岳阳市降水酸性特征表现为郊区重于城市，且市区降水p h 年均值在1 9 9 0 - - 1 9 9 7 年度均高于5 6 ，一直至1 9 9 8 年度降水p h 年均值才呈酸性 形成湖南明显的西南酸雨区和东北酸雨区大约在1 9 9 2 年，而在1 9 9 3 年这种 地理分布状况有了进一步发展，东北部酸雨区中株洲、长沙、湘潭三市酸雨明显 加重。1 9 9 4 年至1 9 9 5 年西南部酸雨区有所缓和而东北部酸雨区开始向西北方 向偏移，益阳和常德地区酸雨明显加重。1 9 9 7 年度西南部酸雨区再次扩张，1 9 9 8 年度以后则部分城市酸雨有所改善。 湖南省南部的郴州及永州地区酸雨污染程度较轻，郴州地区的酸性降水主要 出现在郴州市区和永兴县。而永州地区则以永州市区和江华县的酸雨较为突出。 湖南省各城市降水酸性强的季节为冬、春季，而在夏、秋季则各城市降水酸 性转弱。总体上，湖南西南部和东北部降水酸性在波动性地缓慢加深，中部和南 部城市降水酸性略有改善。 表2 2 湖南省部分城市市区和郊区降水情况比较( 1 9 9 6 1 9 9 9 年平均值) 项目地点长沙洪江岳甩怀化衡阳邵阳湘潭永州 降水平均市区 3 9 i40 75 0 84 3 84 5 34 8 54 6 346 3 p h 值 郊县 42 54 3 448 64 5 047 85 1 54 5 94 7 4 酸雨频率市区 8 s39 1 42 528 8 08 2 7j 0 7 35 905 4 6 ( )郊县 7 1 55 8 64 127 8 47 7 11 1 8 3