国际标准酸沉降监测系统

国际标准的酸沉降监测系统

何毅李静敏汤大钢

何毅先生，中国环境科学研究院工程师;李静敏女士，助理研究员；汤大钢先生，大气环境科学研究所所长。

关键词：SCD自动投药控制系统检测仪表

酸雨问题是世界重大环境问题之一。继欧洲和美国之后，中国目前已成为世界上第三大酸雨区。酸性降水出现的区域大，频率高。通常，酸雨对环境的影响主要表现在如下方面：(1)对于某些敏感的水体、河流因酸度的上升而使得多种鱼类的产量明显减少；(2)酸雨会使森林土壤中原有的营养物质遭到严重破坏，导致森林退化；(3)酸雨能腐蚀损坏建筑物的结构和所涂涂料，酸化合物干沉降还对汽车等金属构造物进行腐蚀并导致维修费用大大增加；(4)二氧化硫的排放导致大气中硫酸盐粒子的形成，造成能见度下降，其形成的硫酸盐气溶胶会危害公众健康，增加哮喘和支气管炎等疾病的发病率和严重程度。当前中国最主要的酸雨区是中部和南部，严重的酸雨污染造成了巨大的经济损失。控制酸雨及其有害影响已成为国家的紧迫任务。

酸沉降科学研究和认识以及问题的解决方法需要长期、综合性的监测。欧美等国经过30多年长期研究后，在不断总结经验基础上，开发设计出一种国际标准的酸沉降监测方法，并已在许多地区应用。由于亚洲地区经济发展，酸沉降问题日益严重。为将国际标准的酸沉降监测技术应用于中国和其他亚洲国家的酸雨控制，本文对国际标准的酸沉降监测系统作一介绍。

一系统介绍

1. 国际标准的酸雨监测项目及采样频率

国际标准的酸雨监测项目包括图1所示的两大部分。一部分为必测项目，另一部分为选测项目。

2. 国际标准的酸雨监测的主要仪器设备

a. 气象监测

气象测量包括风速、风向、温度、相对湿度等。(1)最常用的测温方法是利用铂电阻随温度变化的原理。通常使用Pt100温度计，适用于空气和土壤的长期

监测。(2)测量相对湿度一般使用的被动式湿度计有两类，即毛发湿度计和湿敏电容。精确度应控制在±3%以内。其耗电量都比较低，且一般与Pt100温度探头一起使用。(3)用风向标和风速仪测量水平方向的风向和风速。通常使用螺旋桨翼片或风杯来测量风速。

b. 采样设备

(1)全沉降采样器

全沉降采样器(见图2a)是一种由挪威大气研究所(NILU)制造的专门用于同时采集干湿沉降混和样品的设备。采样器由雨水收集器、钢圈、2.5l瓶子、盖子、滤网、O型圈、篮子和支架组成。收集器部分是由高密度聚氯乙烯制成，而支架则由不锈钢制成。

(2)湿沉降采样器

湿沉降采样器(见图2b)是一种由瑞典斯德哥尔摩大学气象科学系制造的专门用于采集湿沉降样品的设备。采样器由降水收集器(容量为5l的瓶子)、自动感应盖和漏斗组成。采样器盖子会在传感器感应到有水时自动打开。雨停后采样器会通过内置加热装置烘干传感器；这样感应盖就会自动关闭。采样器可由太阳能作为能源。感应器应经常用蘸有酒精的棉纸清洁。

(3)冲击式采样器(NILU-EK)

EK型冲击式采样器用滤膜组收集空气中的气溶胶和气体。采样头里装有气溶胶过滤器，还安有一个或多个浸透膜，这是该设备的部件之一。采样器在两个通道安有采样头，由控制器、泵、干空气流量计和流量控制器组成。泵按照事先预置时间通过滤膜抽取空气。

(4)PM2.5/PM10颗粒物采样器(NILU-EK)

这种采样器与图3中所描述的冲击式采样器十分相似。颗粒物采样时先用一个冲击器切割大于10μm的颗粒物，见图4；然后用第一层滤膜吸收掉2.5～10μm的大颗粒物，即只让小于2.5μm的颗粒物能通过这个滤膜而被第二层滤膜吸收。这种采样器用于加强观测。建议每年选择一个月做加强观测，并需每日监测，如需要可延长时间。要切割大于10μm的颗粒物，前提是必须保证流量为10L/min，也就是每天14.4m3。需用凡士林膏密封冲击器内部的层面，见图4。

(5)穿透水收集器

挪威林业研究所设计的地表植被穿透水收集器(图5)和林冠穿透水收集器(图6) 。原设计为2l的聚乙烯塑料瓶、一个漏斗(d=11.5cm)、一个带有尼龙过滤网的接口、一个固定样瓶的装置。地表植被穿透水收集器的漏斗口距地表

10cm，它们被放置在PVC管内(d=12cm)。将3个地表植被穿透水收集器放置在加强样地以及土壤溶液水样收集点的地表植被下。林冠穿透水收集器漏斗口距地面1m，在每个加强样地内系统地安置4个林冠穿透水收集器。

(6)土壤水收集器

现有两种不同原理的土壤水收集器：过滤式土壤溶液收集器和陶杯式土壤水收集器。两者区别在于是否在使用过程中抽真空(即小于0.5Psig)。

过滤式土壤水收集器为挪威奥斯陆大学制造的由30cm×30cm大小的塑料盘、尼龙网和有机玻璃管组成(图7)。过滤式土壤水收集器通过管子连接到一个5L的聚丙烯容器，将土壤水导入此容器中。容器上的刻度用于测量已收集到溶液的体积。

陶杯式土壤水收集器(图8)是将一根特氟隆(Teflon)管插入一个PVC瓶。特氟隆管将土壤溶液导进一个放置在土壤表面的瓶子中，瓶子需在使用前抽真空(约为0.5Psig)。

(7)枯落物收集器

枯落物收集器是放置在林冠穿透水收集器旁边的一种采集枯枝落叶的采样装置。枯落物收集器制作简单，制作方法基于挪威林业研究所的设计(图9)。改进后的枯落物收集器是一个0.45m×0.45m的钢圈，然后安上一个褐色或绿色针织物制作的收集袋。枯落物收集器顶端距离地面1m，并固定在木桩上。考虑到每次取样时要更换收集袋，必须准备另外一套收集袋。

c. 监测及实时监测设备

(1)连续二氧化氮采样器(NILU SS2000型)

连续二氧化氮采样器装备了8个采样管(见图10)，流速为0.5L/min(大约每24h为0.7m3)。空气流量计安装在电磁阀和泵之间，用于测定穿过采样管空气的流速。

(2)土壤温度感应器

由Geonor出品的热电偶是带有延长电路的热敏电阻。感应器用于测量土壤温度。用手持数字温度计读取土壤温度(Geonor C9003)。感应器通常安装在与土壤溶液收集器相同深度的土层内，温度单位用摄氏度。

(3)土壤湿度计

土壤湿度计(Watermark)由Eijkelkamp出品。土壤湿度计(Eijkelkamp

14.27.05)安装在未受干扰的土壤中，靠近土壤温度计。土壤凭借土壤水势能可留住水使其不流失，土壤湿度计就是用来测量土壤水势能大小。

d. 水坝及水流量计

水坝建于小流域溪流的出口。水坝用于测量水的流量，在小流域计算时须先确定它。坝由一个V型堰、一个流量计(Limigraph)及放置流量计的小房子组成。

3. 国际标准的酸沉降监测的综合分析

采集到的样品需经过样品处理、化学分析和结果计算3个步骤。

(1)气象学数据

气象是对生态系统影响最大的，研究风向、风速、温度、相对湿度等气象变量的量级和变化，是为区分人为干扰和自然现象。

(2)大气化学