基于GIS 的銅陵市銅雕腐蝕程度研究*

孫 微，郎旺旺，蘇耀成

（1.銅陵學(xué)院 建筑工程學(xué)院 地理信息科學(xué)專業(yè)，安徽 銅陵 244000；2.速度中國有限公司，江蘇 南京 210042；3.華東冶金地質(zhì)勘查局八一二地質(zhì)隊(duì)，安徽 銅陵 244000）

在推動(dòng)我國城市化進(jìn)程中，城市規(guī)模擴(kuò)展所帶來的負(fù)面環(huán)境影響已經(jīng)成為了城市體系良性發(fā)展的重要制約因素?？諝赓|(zhì)量惡化成為首要問題。用科學(xué)的理論和方法去分析我國各地區(qū)城市空氣污染的情況，進(jìn)而制定出科學(xué)的管理策略，這就是我們深入研究城市空氣污染問題的一個(gè)核心課題。對(duì)于我國城市大氣中污染物濃度的空間分布特征的探究，是當(dāng)前大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)估的重要核心之一，也成為目前我國大氣環(huán)境質(zhì)量研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。GIS 技術(shù)十分適用于對(duì)環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域有關(guān)問題的研究。例如，GIS 在我國地區(qū)大氣環(huán)境規(guī)劃評(píng)估中的應(yīng)用和GIS 在我國地區(qū)大氣環(huán)境污染情況的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究中的應(yīng)用等。而通過GIS 技術(shù)來研究以大氣污染為參照的銅雕腐蝕程度，會(huì)使研究的科學(xué)性更加可靠。銅陵市作為中國的銅都，銅文化經(jīng)久流傳，目前在銅陵的各地也都有標(biāo)志性的銅雕建筑。由于大氣污染的廣泛性和地區(qū)性，本研究的范圍涵蓋了銅陵市的大部分地區(qū)，以大氣污染物中的腐蝕性氣體SO2和NO2為主要研究對(duì)象。由于銅陵特殊的工業(yè)結(jié)構(gòu)、自然地理?xiàng)l件，使其成為目前全國大氣環(huán)境質(zhì)量堪憂的城市。大氣環(huán)境質(zhì)量對(duì)未來銅陵市實(shí)現(xiàn)社會(huì)與環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。科學(xué)準(zhǔn)確描述大氣污染物在銅陵市的空間分布特征，進(jìn)而為城市環(huán)境規(guī)劃與管理部門提供強(qiáng)有力的支持，是銅陵市城市環(huán)境治理的迫切要求。也是銅陵市保護(hù)自身文化屬性和特色產(chǎn)業(yè)的當(dāng)前需求。本研究通過對(duì)銅陵市空氣監(jiān)測(cè)站SO2和NO2濃度的研究，預(yù)估銅陵市銅雕受到的腐蝕程度。

1 銅陵市大氣污染特征及銅雕概況

銅陵位于安徽省南部，長(zhǎng)江中下游南岸，是最早的產(chǎn)銅地之一，向來享有中國古銅都的美譽(yù)。銅陵市是以有色冶煉、化工、水泥、電力為主的綜合性重工業(yè)城市，銅陵的工業(yè)結(jié)構(gòu)和城市特點(diǎn)，決定了銅陵的環(huán)境污染形勢(shì)不容樂觀。銅陵地區(qū)全年雨量豐沛，濕度較大，日照充足。由于降雨量比較豐沛，空氣中由工業(yè)和其他因素所產(chǎn)生的腐蝕性氣體（SO2和NO2）會(huì)混合在雨水中再次降落形成酸雨，對(duì)銅雕產(chǎn)生腐蝕效果。銅陵市屬于北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候特征，雨量充沛，常年平均氣溫17.4℃，相對(duì)濕度75%～81%。降水豐富，多年平均降水量1370mm，降水主要集中在春夏季。該區(qū)域常年風(fēng)向規(guī)律明顯，冬季東北風(fēng)，夏季西南風(fēng)，風(fēng)速1.9~2.8m/s。銅陵市城區(qū)坐落在東部長(zhǎng)江流域中下游的平原和西部皖南山區(qū)山脈相連接處。以海拔400m 左右地區(qū)為主，地勢(shì)坡度在28°左右，山體相對(duì)比較完整。

銅陵市銅雕大多數(shù)為銅陵市地標(biāo)性建筑，分布范圍遍布銅陵市各地，通過現(xiàn)場(chǎng)勘察，使用GPS 標(biāo)定銅雕的坐標(biāo)位置，共記錄112 處雕塑（見圖1）。

圖1 銅陵市主要銅雕分布圖

2 過程與方法

本文通過探究銅陵市的污染狀況與污染分布情況的關(guān)系，針對(duì)SO2和NO2這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，提取出每天2 時(shí)、8 時(shí)、13 時(shí)、21 時(shí)四個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分為春夏秋冬四個(gè)季節(jié)，對(duì)其求平均數(shù)據(jù)值。由此作為判斷一整年中四個(gè)時(shí)間段空氣中SO2和NO2含量的依據(jù)。使用ArcGIS 的空間分析功能——核密度分析、克里金插值，在地圖中顯示污染物的檢測(cè)分析情況，從而得到銅陵市大氣污染特征與大氣污染源分布，通過對(duì)用ArcGIS 所產(chǎn)出的專題圖進(jìn)行仔細(xì)分析，研究銅陵市春夏秋冬四個(gè)季節(jié)中每個(gè)季節(jié)受到大氣污染物SO2和NO2影響的測(cè)點(diǎn)周邊地區(qū)，以及其中的含量高低情況。再通過實(shí)地調(diào)查得到銅陵市區(qū)周邊所有的銅雕信息，包括地理坐標(biāo)、名稱以及現(xiàn)狀樣貌并且保存。使用ArcGIS 在專題圖展現(xiàn)出銅陵市各地點(diǎn)銅雕的詳細(xì)位置，通過專題地圖上詳細(xì)的點(diǎn)面特征，可以直觀了解銅雕在大氣污染物SO2和NO2腐蝕下所受到的影響程度，再根據(jù)實(shí)地調(diào)查的圖片結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，就可以得到污染物影響銅雕的詳細(xì)情況。通過實(shí)驗(yàn)得到SO2和NO2的核密度檢測(cè)分析專題圖，如圖2 所示。

圖2 銅陵市2016 年SO2 及NO2 濃度核密度分析

3 結(jié)果分析

3.1 二氧化硫

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，六個(gè)測(cè)站點(diǎn)在四個(gè)季節(jié)中，五個(gè)測(cè)站點(diǎn)都是在冬季測(cè)得SO2濃度達(dá)到最高值，車站新區(qū)測(cè)點(diǎn)在夏季時(shí)SO2濃度最高。春季市教職基地測(cè)站點(diǎn)SO2濃度最高，市公路局測(cè)站點(diǎn)SO2濃度最低，兩者相差大約12 個(gè)點(diǎn)；夏季市公路局測(cè)站點(diǎn)SO2濃度最高，市新民污水廠測(cè)站點(diǎn)SO2濃度最低，兩者相差20個(gè)點(diǎn)；秋季市第九中學(xué)測(cè)站點(diǎn)SO2濃度最高，車站新區(qū)測(cè)站點(diǎn)SO2濃度最低，兩者相差22 個(gè)點(diǎn)；冬季市第四中學(xué)測(cè)站點(diǎn)SO2濃度最高，車站新區(qū)測(cè)站點(diǎn)SO2濃度最低，兩者相差26 個(gè)點(diǎn)。

結(jié)合專題圖可知冬季為銅陵市SO2排放量最大的時(shí)候，結(jié)合實(shí)際情況，冬季能源消耗增大，城市供暖設(shè)施大量啟動(dòng)，燃煤量大幅度增長(zhǎng)，城市工業(yè)區(qū)產(chǎn)能并沒有減少，導(dǎo)致銅陵市SO2排放量并沒有減少，導(dǎo)致城市SO2污染相對(duì)嚴(yán)重。然而2016 年冬季，銅陵市降水量卻相對(duì)較少（69mm），但是對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)降水量，也屬于較高水平，因此酸雨的腐蝕性也較強(qiáng)，對(duì)銅雕的腐蝕程度較大。從季節(jié)來看春季、秋季和夏季的SO2濃度雖然沒有冬季濃度高，但是根據(jù)調(diào)查，由于銅陵是多雨的氣候，2016 年春季、夏季和冬季的平均降雨量大約分別為200mm、300mm 和200mm。降雨量相對(duì)來說偏大，形成酸雨量也偏高，其中夏季最為嚴(yán)重，強(qiáng)降雨加上高溫，銅雕腐蝕程度加深。

3.2 二氧化氮

結(jié)合2016 年月降水量可知銅陵市由NO2引起的酸雨量較大，由于在四個(gè)季節(jié)中NO2濃度都比較偏高，所以對(duì)銅雕腐蝕程度危害性較大。五個(gè)測(cè)站點(diǎn)都是在四個(gè)季節(jié)中的冬季測(cè)得NO2濃度達(dá)到最高值，只有市第九中學(xué)測(cè)站點(diǎn)在春季時(shí)NO2濃度最高，從而得出規(guī)律，在冬季時(shí)銅陵市空氣中NO2濃度達(dá)到最高值。春季市第九中學(xué)測(cè)站點(diǎn)NO2濃度最高，市教職基地測(cè)站點(diǎn)NO2濃度最低，兩者相差大約19 個(gè)點(diǎn)；夏季市車站新區(qū)測(cè)站點(diǎn)NO2濃度最高，市第四中學(xué)測(cè)站點(diǎn)NO2濃度最低，兩者相差16 個(gè)點(diǎn)；秋季市公路局測(cè)站點(diǎn)NO2濃度最高，市第九中學(xué)測(cè)站點(diǎn)NO2濃度最低，兩者相差12 個(gè)點(diǎn)；冬季市公路局測(cè)站點(diǎn)NO2濃度最高，市第九中學(xué)測(cè)站點(diǎn)NO2濃度最低，兩者相差25 個(gè)點(diǎn)。

4 不足及展望

4.1 結(jié)論

從季節(jié)上看，銅陵市在冬季SO2和NO2的污染程度最高，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)銅雕的維護(hù)；從地區(qū)上看，銅山鎮(zhèn)、掃把溝街道、西湖鎮(zhèn)地區(qū)污染情況最為嚴(yán)重，因此其周邊的銅雕受腐蝕程度最為嚴(yán)重，應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)頻率。

4.2 不足

首先，本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅為單一年份數(shù)據(jù)，缺乏其他年份數(shù)據(jù)作縱向?qū)Ρ取Ｆ浯?，由于時(shí)間及經(jīng)費(fèi)等原因，對(duì)銅陵市的銅雕采集有遺漏。

4.3 展望

銅雕塑作為反映銅文化的重要載體之一，是展示銅陵市特色文化的重要窗口，因此保持其美觀的外表是市政工程的重要工作內(nèi)容之一。除了加強(qiáng)維護(hù)頻率以外，還應(yīng)從根本上控制和減少SO2和NO2的排放，避免“以罰代管”，積極促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，縮短產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的時(shí)間。