中国降水供水安全性分析

用水量是指分配给用户的总用水量，包括水的损失，按农业、工业、生活三类用水量统计。农业用水包括农田灌溉用水和林、牧、渔业用水；生活用水包括城市居民生活用水、公共用水和农村居民生活用水、牲畜用水；工业用水是新使用的水，不包括企业内部的回用。

受季风气候影响，我国降雨时空分布极不均匀。中国年平均降雨量从东南向西北递减，从东南的1600mm到西北的不足200mm(附图1)。中国人口分布东南多西北少，可以从黑龙江省黑河市到云南省腾冲县画一条线。这条线的东南部人口密集，仅占全国总面积的43%，但人口却占全国总人口的94%；西北地区地广人稀，面积占全国的57%，人口仅占全国的6%。

根据中国气候降水量和中国人口分布情况，将中国多年人均降水量分布图划分为五个区域(附图2)，分区情况如下:

Ⅰ.降水利用充分的地区。包括新疆大部、甘肃西北部、内蒙古西部、青海西北部。该地区幅员辽阔，位于边疆和内陆，有许多山脉、高原和沙漠。属于资源匮乏地区，水资源“先天”不足，分布极不均匀，“后天”水资源利用效率低。该地区以沙漠为主，缺乏平地，自然环境恶劣，气候极端，雨量不足。年平均降水量不足200毫米，这给发展农业带来了困难。该地区生产和生活用水主要储存在水坑中。该地区地处偏远，交通不便，开发历史短，经济基础薄弱，人口少，因此该地区人均用水量以降雨为主。

Ⅱ.降水利用充分的地区。包括西藏、青海中部、甘肃中部和内蒙古。藏北高原海拔4700 ~ 5500 m，高原寒区季风干旱气候，最暖月平均气温低于6℃，年降水量100 ~ 150 mm，是一片广阔的天然牧场。6月10至次年4月，西藏高原上空为西风急流，地面受冷高压控制，干旱大风，气温低，雨雪少，降水量仅占全年降水量的10% ~ 20%。如拉萨6月10至次年4月降水量仅占全年降水量的3%，故称干(旱)季或风季。内蒙古全境以高原为主，大部分地区海拔在1000米以上。主要山脉有大兴安岭、贺兰、乌拉、大青山。东部草原辽阔，西部沙漠分布广泛。该地区属于温带大陆性季风气候。由于地域辽阔，各地区差异很大。大部分地区四季分明，夏短冬长，比较干燥寒冷。年平均气温为-1℃~ 10℃；年降水量约50 ~ 450毫米，受地形、距离和海洋距离的影响，降水量自东向西由500毫米减少到50毫米左右。相反，蒸发量从3000毫米到1000毫米由西向东递减。该地区的地表水比降水利用充分的地区丰富。

Ⅲ.中度降水利用区。包括西南地区和长江中下游以北的大部分地区。四川地处亚热带，受复杂地形和不同季风环流的交替影响，气候复杂多样。东部盆地属亚热带湿润气候，年降水量900 ~ 1200mm。长江中下游气候大部分属于北亚热带，小部分属于中亚热带北缘。年降水量1000 ~ 1400 mm，集中在春、夏季。该地区水系发达，地下水资源丰富，人口密集。

Ⅳ.雨水利用不足的地区。包括川西北、黄土高原、华北、东北。中国东北地区位于中国温带湿润和半湿润季风气候区。冬天寒冷干燥，夏天温暖多雨。中国东北横跨三个温度带(暖温带、中温带和寒温带)和两个干温带(湿润和半湿润带)。华北属于暖温带半湿润大陆性季风气候:春季干燥多风；夏天炎热多雨；秋天天气凉爽多雨；冬天寒冷多雪。该地区地下水和地表水丰富，人口少于长江中下游地区。

ⅴ.降水利用不足的地区。包括华南和长江中下游以南地区。华南大部分地区年降水量1400 ~ 2000 mm，属热带-南亚热带地区，高温多雨。这里植物生长茂盛，有多种地带性植被，如热带雨林、季雨林、亚热带季风常绿阔叶林等。植被多为热带灌木、亚热带草坡和小次生林。热带森林动物丰富多样，有许多典型的东洋动物种类。华南人口6543.8+690亿。如果加上港澳台，达到2亿。长江中下游以南地区地势平坦，水热资源丰富，开发历史悠久，工农业发达，交通便利，城市众多，因此人口密度较高。地表水系统发达，地下水资源丰富，该地区降雨利用不足。

二。中国酸雨区域分布图

酸雨是指pH值小于5.6的雨、冻雨、雪、冰雹、露水等大气降水。大量环境监测数据表明，由于大气中酸性物质的增加，地球大部分地区上空的云水正在变酸。如果不加以控制，酸雨区的面积将继续扩大，对人类的危害将与日俱增。

酸雨的形成有三个原因:

(1)酸性污染物。石油、煤炭等矿产的燃烧，化工厂、电厂、汽车等都会排出大量的氮氧化物、硫化物、氨等。这些气体在空气中达到一定浓度后，会与大气中的水蒸气结合，形成硫酸、硝酸等酸性物质，然后以雨、雪、雾的形式降落到地面。

(2)对酸性物质极其敏感的土壤。比如中国的西南地区，土壤多为酸性红壤，这里的空气中通常悬浮着很多酸性物质，所以这些地区容易出现酸雨。

(3)封闭地形。通风条件差的地区，风速低，空气流动性差，空气污染物不易扩散，导致酸雨频发。

2006年，我国酸雨区域分布基本稳定，年降水pH值小于5.6(酸雨)的城市主要分布在江南地区，包括江苏、上海、浙江、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、海南、贵州、四川、重庆、云南等省(区、市)；胶东半岛和图们江是两个局部地区。后两者的“酸雨”岛的形成，是因为附近有大城市(长春、吉林)，有很强的酸性物质来源。另一方面，它们靠近海洋(青岛)，海洋潮湿的气候为酸雨提供了温床。

中国酸雨区可分为四个区域(附图3)。分区情况如下:

Ⅰ.无酸雨区。降水中pH值大于5.6，其范围主要在北方大部分地区。中国北方没有酸雨主要有四个原因:

(1)土。土壤中碱金属离子的含量和pH值是影响酸雨形成的重要因素之一。我国降水中主要的碱性离子钙(Ca2+)、镁(Mg2+)和铵(NH4+)主要来源于土壤。中国北方的土壤是碱性的，pH值为7 ~ 8。南方偏酸性，pH值5 ~ 6。土壤中碱金属钠(Na)和钙(Ca)的含量由南向北逐渐增加，尤其是淮河流域和秦岭山区。由于空气中的颗粒物约有一半来自土壤，碱性土壤的氨挥发大于酸性土壤，所以我国北方大气中的碱性物质远高于南方，导致酸雨主要发生在碱性物质含量低、pH值低的南方。

(2)氨。氨(NH3)是大气中常见的气态碱，易溶于水，能中和大气或雨水中的酸性物质，从而降低雨水的酸度。例如，NH3可以在有水的情况下与二氧化硫(SO2)反应，生成硫酸铵和亚硫酸铵，从而中和酸性物质。一般酸雨区NH3含量一般比非酸雨区低一个数量级，说明氨在酸雨形成中起着重要作用。大气中的氨主要来源于有机物分解和农田施用的氮肥挥发。土壤中氨的挥发随着土壤pH值的升高而增加，我国北方土壤偏碱性偏酸性，氨含量北高南低，这是我国酸雨主要分布在南方而北方较少的重要原因。

(3)大气颗粒物。降水中的碱金属和碱土金属主要来源于大气颗粒物，大气颗粒物主要来源于陆地飞扬的尘埃。与国外相比，我国大气颗粒物浓度较大，尤其是粗颗粒物，南北差异显著。北方地区干燥，土壤裸露，大气颗粒物浓度高。大气中总悬浮颗粒物(TSP)的平均含量为426微克/立方米，约为南方的两倍。通过治理环境，大气颗粒物浓度不断降低，但南北大气颗粒物浓度相对水平保持不变。不仅北方颗粒物浓度高于南方，北方大气颗粒物中碱性物质与酸性物质的比例也高于南方。同样的降水量，北方大气颗粒物的缓冲能力远大于南方。这是因为大气颗粒物主要来源于陆地沙尘，其成分与土壤基本相同，颗粒物的酸碱性主要取决于土壤性质。由于北方土壤中碱性物质含量较高，北方大气颗粒物中碱性物质的浓度也高于酸性物质，这些大气颗粒物对降雨中的酸性降水有很大的中和缓冲能力；相反，南方大气颗粒物中碱性物质浓度较低，缓冲能力低于北方(如北京春季大气颗粒物的中和能力是柳州颗粒物的3倍)。所以雨水的酸化和碱性物质的中和之间的竞争导致北方大部分地区没有酸雨，而南方出现大面积的酸雨。

(4)中国北方的太阳强度随着纬度的升高而降低，中国的大气湿度也自南向北降低。因此，在其他条件相同的情况下，中国南方的SO2可以比中国北方更快地转化为硫酸，酸化当地的大气环境，通过降水侵蚀形成酸雨。所以中国酸雨区主要分布在南方，北方相对较轻。

Ⅱ.弱酸雨区。pH为5.0 ~ 5.6，主要范围包括四川、贵州、福建、广东、广西、海南等省(区)。四川省21城市中，除德阳、都江堰、马尔康外，其他城市均出现酸雨。其中，酸雨频率大于40%的城市有6个。这21城市的酸雨五年平均频率为28.5%，酸雨量占总降雨量的37.7%。酸雨频发的主要原因是燃煤电厂的SO2。

“九五”期间，福建省酸雨控制区降水出现一定程度的酸化。降水的年平均pH值为5.20 ~ 5.35，低于5.6，酸雨频率为29.1% ~ 55.6%。福建省酸雨控制区内所有城市，除三明市、龙岩市外，空气中颗粒物浓度低，空气酸缓冲能力弱。此外，福建省的土壤主要是酸性较强的红壤，pH值为5.0 ~ 5.5，土壤粉尘不能为降水提供有效的酸化缓冲和中和机制。此外，该省亚热带湿润气候，太阳辐射强，气温高，空气湿度大，因此空气氧化气氛强，有利于酸性前体物SO2和氮氧化物(氮氧化合物)的转化。因此，该省空气中致酸物质含量虽少，但降水对致酸过程的缓冲和中和作用较弱，呈酸化趋势。

西南地区最显著的特点就是山势险峻(尤其是贵州)，城市被这些中低山包围，导致地形闭塞，气体不易扩散和对流。因此，无论是燃煤产生的SO2，还是随着机动车数量的增加排放的氮氧化合物，除了少数直接返回地面外，大部分都聚集在城市上空，然后在雨水的冲刷下返回地面，形成酸性降水；由于该地区土壤多为酸性土壤，大气中的颗粒物主要来源于陆地飞扬的沙尘，大气中的颗粒物也呈微酸性，因此沙尘暴沙尘的缓冲能力较低，降水的酸度自然增加；该地区广泛分布的森林植被覆盖面积大，也使污染物难以扩散，成为强酸性降雨区；气候条件与SO2的严重污染有着非常重要的关系。一是该地区气候温暖湿润，是SO2和氮氧化合物转化为酸的有利条件；二是山风较为明显，白天与夜间的山风、谷风交替，使得空气污染物在区域内波动，难以扩散，加剧了区域内的酸雨污染程度；第三，这个地区也是雷电多发区(广西柳州就是一个例子)，雷电可以增加氮氧化合物的浓度，加快SO2和氮氧化合物的氧化速度。

ⅲ.酸雨区:pH值为4.5 ~ 5.0，主要范围包括重庆、湖南、江西大部、浙江南部、台湾省等地区。1998期间重庆市36个降水监测点监测结果见表4-1。统计显示，重庆市降水平均pH值为4.88，酸雨平均pH值为4.59，酸雨频率为45.6%，酸雨量占总降水量的49.8%，酸雨强度和频率的变化趋势为远郊>城区>郊区，表现出酸雨的空间流动性。

根据重庆市主城区1993 ~ 2007年降水pH值的监测数据，分析了15年以来重庆市酸雨的变化趋势。结果表明:①重庆主城区降水pH值较低，2002 ~ 2007年平均pH值在3.8 ~ 4.5之间。在6年的月变化中，降水酸度夏季高冬季低，酸雨频率夏季低冬季高。酸雨强度的变化主要受污染源排放等因素的影响。②重庆年降水pH值基本呈上升趋势。在各季节中，秋季pH的年际变化呈明显的波动趋势，其他三个季节呈弱波动状态，无明显波动趋势。③重庆酸雨(pH < 5.6)发生频率较高，各季节酸雨发生频率基本在80%以上，大部分年份酸雨发生频率在90%以上。年降水pH < 5的频率。重庆有6个，有升有降。重庆酸雨频率春季呈明显上升趋势，夏、冬季波动较弱，秋季波动较大，无明显上升和下降趋势。④酸雨频率(pH < 4。5)重庆市强烈度等级以上各年变化很大，从30%到80%不等。年降水pH < 4的频率。重庆5波动剧烈，变化趋势不明显。

表4-1 1998重庆市降水监测结果

酸雨是大气化学过程和大气物理过程的综合作用，其中致酸前驱物的排放和大气污染物的扩散条件是酸雨污染的主要原因。酸性前体物的排放是重庆酸雨形成的根本原因。长期以来，重庆的能源消费以原煤为主。2004年，全市* * *消耗290×108千克标准煤，其中180×108千克标准煤，占能源消费总量的62.4%。特别是重庆是我国高硫煤的主要产地。2004年煤炭年产量300×108kg，其中91%以上为硫含量超过3%的高硫煤。高硫煤的大量使用导致了大量以SO2为基础的硫化物排放。2005年，重庆市工业废气排放量为3650×108m3，其中SO2排放量为6.8×108kg。

在重庆主城区及其周边地区，有重庆电厂、九龙电厂、华能路硫磺电厂、重庆钢铁股份有限公司等产生大量氮氧化合物的重污染企业，但没有采取有效措施控制氮氧化合物排放。同时，随着社会经济的快速发展，近年来重庆市机动车保有量迅速增加。机动车保有量的快速增加导致氮氧化合物排放总量的增加。此外，劣质油的使用、主要服务于建筑工地的柴油工程机械、交通拥堵、CNG汽车供气问题难以有效解决等，都加剧了市区特别是城区的氮氧化合物污染。

在含有铁、铜、镁、钒等元素的大气颗粒物中，大量的SO2和氮氧化合物作为酸性催化剂发生反应。、或在闪电的氧化下等。，通过气相或液相氧化反应生成硫酸、亚硫酸、硝酸及其盐类，成为沉淀中的主要阴离子成分。

重庆特殊的地形是主城区酸雨污染严重的重要原因。重庆位于四川盆地东部，东部和东北部与大巴山接壤，南部和东南部与贵州高原接壤。这种特殊的地形条件导致重庆年静风频率高，年平均风速低，低洼河谷地区和盛行风背后的年平均风速在1m/s以下，大气稳定度以中性为主，市区逆温频率高、持续时间长，逆温强度大，混合层厚度大。逆温层下容易形成雾，使得近地面的污染物难以向外扩散。上述恶劣的大气扩散条件不利于污染物的平移扩散和垂直扩散。特别是对于主城区来说，长江、嘉陵江横贯其中，丘陵和山谷占76%，峰谷交错，盆丘交错，山风和谷风明显，白天和夜间山风和谷风交替，城市热岛效益显著，使得区域内空气污染物波动，难以扩散出去，加剧了重庆酸雨污染程度。

2004年，湖南省14个城市上报了降水pH值监测数据。其中pH≤5.6的酸雨样品占76.4%。单个降水样品的pH值为3.05 ~ 8.24。

Ⅳ.强酸雨区:降水pH值小于4.5，酸雨主要范围包括上海和浙江东北部。2002年至2005年，上海22个监测点年平均降水pH值和酸雨频率统计结果分别见表4-2和表4-3。

表4-2 2002-2005年上海22个监测点年平均降水pH值统计结果

表4-3 2002-2005年上海22个监测点酸雨频率统计结果

监测结果显示，2002-2005年，上海市pH值小于5.6的点位比例逐年增加，强酸雨(pH值小于5.0)和强酸雨(pH值小于4.5)现象逐年增加。酸雨的频率逐年增加。2004年和2005年，两个监测点和四个监测点的酸雨频率分别在75%以上。

上海作为中国人口和经济发展的特大城市，单位GDP耗煤量持续下降，而耗煤量的绝对量仍然很大。近年来，上海的煤炭消费量一直在上升，二氧化硫排放量也迅速上升。同时，由于能源供应短缺，煤炭质量下降，煤炭含硫量增加，导致上海环境空气中SO2浓度上升，导致酸雨污染日益严重。上海的环境空气污染属于煤烟和石油并重的复合型污染，但以扬尘污染为主，呈酸性，对酸雨的缓冲能力较小。上海环境空气中粉尘的逐年增加加剧了酸雨污染的程度。同时，上海的土壤属于南方酸性土壤，酸性土壤颗粒通过二次扬尘进入空气，减缓了酸雨的缓冲能力，加剧了酸雨的污染程度。上海属于北亚热带季风气候，日照充足，雨量充沛，四季分明。上海主导风向为东-东南风，春夏为东南风，秋季为东北风，冬季为西北西风。从2002年到2004年，上海酸雨频率最大值出现在冬季，最小值出现在夏季。酸雨的季节变化与每个季度的污染状况和气象条件密切相关。通常冬季大气层结稳定，逆温频率明显增加，抑制污染物扩散，容易出现高浓度空气污染；夏季风速大，大气稳定度弱，有利于污染物扩散，污染水平相对较低。

浙江省环境监测站2002年浙江省酸雨监测数据显示，2002年杭州市酸雨频率为73.6%，降水平均pH值为4.68，临安市酸雨频率为97.5%，降水平均pH值为4.04，其他县(市)降水pH值均小于5.60。酸雨污染程度见表4-4。

表4-4酸雨污染等级

根据表4-4和降水监测结果分析，2002年杭州被酸雨覆盖。重酸雨区面积13625km2，占全市总面积的82.1%。这些地区是杭州市、桐庐县、淳安县、余杭区、临安市、建德市。酸雨重区(萧山)面积1163km2，占全市总面积的7%；阜阳是中度酸雨区，占全市总面积的10.9%。从1998到2002年，杭州和余杭降水中硫酸盐so42-与硝酸盐NO3-的质量浓度比呈下降趋势，so42-对降水酸度的贡献逐渐减小。主要原因是杭州市机动车保有量逐年增加(五年增长率为392.8%)，导致氮氧化合物排放量增加，降水中NO-3质量浓度逐渐升高。建德市SO2-4与NO-3的质量浓度比在缓慢上升。煤炭和石油是杭州的主要工业能源，占全市能源消费总量的31% ~ 37%。煤和石油燃烧产生的SO2是导致“九五”期间降水呈酸性的主要因素，被称为“酸雨前兆”。上海排入大气的SO2会不断向周边地区扩散，被称为“酸雨前体物的长距离输送”。冬春季节，主导风向由北至东北为下风向，对杭州等浙北地区酸雨的形成有叠加作用。外来的酸雨前兆可能是一个不可忽视的因素。与北方相比，杭州空气中总悬浮颗粒物浓度较低，其土壤以水稻土为主，表层土壤pH值约为5.74，土壤粉尘不能有效地缓冲降水的酸化过程。

三、全国大气降水安全分析图

根据全国多年人均利用降水量分布图和全国酸雨区域分布图，我国大气降水安全分为四个区(附图4)，分区情况如下:

Ⅰ.大气降水供水相对安全区。人均降雨量充足，没有酸雨。主要地区有新疆、西藏西部、甘肃西北部、青海西北部和内蒙古。

Ⅱ.大气降水供水安全区。人均降雨量中等，部分地区有酸雨，主要覆盖西藏东南部、四川、云南、广西西部、贵州、湖南、湖北、重庆、河南、安徽北部、江苏北部、陕西、甘肃东南部、山西、河北、山东、天津、北京、辽宁、吉林、黑龙江。

Ⅲ.整个地区的大气降水和供水相对不安全。人均降雨量不足，酸雨区pH为4.5 ~ 5.0，主要覆盖广西东部、广东、福建、江西、安徽南部、江苏南部、浙江南部、海南和台湾省。

Ⅳ.大气降水和供水都是不安全的区域。人均降雨量不足，强酸雨区pH值小于4.5，主要集中在上海和浙江东北部。