数学建模社区-数学中国
标题:
空气中PM2.5 问题的研究
[打印本页]
作者:
madio
时间:
2014-8-30 18:40
标题:
空气中PM2.5 问题的研究
摘 要：
5 c8 N/ k+ D. _( ?$ Z, `" k
PM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
$ r! ]( U% o; w2 e( h1 p$ t
PM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
% g, X! z3 O! T% O4 ]$ X& h
PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
2 I X0 y, q2 I! a+ v- E$ p
，拟合了持续高浓度PM2.5
- l3 u3 C7 W4 D
，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
' r. N+ ^4 `' v% w0 E0 d' H* [- x: M; n
。同时对模型的
6 r! v5 y9 ] I
。
- Z3 i% D1 [* z: X. E$ C- a9 y3 j
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
K) U! y, P+ E% c' M: q J
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
, S( m k+ A x& D: k F
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
* M1 M% b( U* b
PM2.5 与其他污染物的关系
2 f. i. o+ f5 b0 K3 r# s% I; u
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
/ N( m, }1 Z# v+ d) Z7 Z9 O( y
。对于第一个子问题，
; B: y- K( G& M7 {/ K
13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
7 u: k) Q$ D" ]* u- l9 e
，1 月和2 月份是浓度的高
$ L: d$ u$ I; L0 r
，而且，高压开关厂和广运
8 E; r6 e$ U' ~) w/ X
，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
) y) Y: L t( ^' \
，结果发现，西安市的东南部的空气质量
7 ]5 N% ]6 a @' @" P. I" Y7 @
纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
( s- w9 E5 ?6 S# Y/ G; Z V
；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
+ @( K! ` ?) O$ H! d$ p( z6 ? ]7 {
，这应该是未来治理的重点
+ U, w5 f5 v. ~- j
、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
. B: a- D! z- h6 x! x$ D& q
PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
/ J7 R4 \; w& A
扩散的
8 K! ~/ a8 h, p4 ~) I# A
。首
) l X- } ~1 u+ i
，且相
% n3 w9 f' L& Z
还会
6 x, b$ n+ R% H' M1 G
，
$ z) M0 V. l/ c t' W3 ?. L
首先，
8 k) r6 g6 m/ W5 w4 |2 i
的时
/ [$ u+ t# G1 E2 a0 k+ v
浓
3 A& K! m n# N: R5 b/ s5 S' V7 l" L
。
( I/ U2 ]1 r6 n3 T2 x
- 2 -
* |+ t) @( e+ S" k+ o7 g
律是：在污染源中心的浓度并不是最高，而是在大约300 米处PM2.5 的浓度才
5 M; e0 }; N! `# }: C/ I, h+ T
达到最大值，随后开始衰减。通过该模型，可以对西安市的高压开关厂附近地区
$ i1 Q, N+ o8 X0 M3 H
的空气质量进行定量与定性分析，结果表明，在下风向方向，距离高压开关厂中
) b) m) E* y/ O( J+ R
心272 米处浓度达到峰值，在该厂1 公里之内PM2.5 的浓度很高，空气质量指
% s$ G- {) V! O
数类别属于重度污染；在该厂约1 公里到2 公里的地带，空气质量指数类别属于
& i7 [& Y \$ k0 m3 y) g
中度污染；在该厂约2 公里到3 公里的地带，空气质量指数类别属于轻度污染；
+ W) I+ I/ Z- F5 l
在该厂约3 公里到6 公里的地带，空气质量指数类别属于良；在6 公里以外的地
- y3 e4 @+ t& [, ?' N* d
域，空气质量指数类别为优。
# D5 P2 F0 G' v! _, H$ _
对于第三个子问题，在考虑污染源海拔的情况下，使用高斯烟羽模型，分析
# w6 |" M) z/ S
PM2.5 持续高浓度情况下的扩散规律，并对污染扩散进行预测。在2013 年2 月
8 F/ R# S/ `# c+ W
10 日，市人民体育场PM2.5 的浓度最高，模型的仿真结果表明，在PM2.5 的浓
8 `! c2 Q& _! v! [0 U. c7 e k
度值升高两倍后，西安市中心区几乎都处在重度污染(包括严重污染)的区域，这
# S o0 u1 |% P/ D6 i) J
时段几乎没有安全区域。两天后，PM2.5 的浓度得到降低，重度污染(包括严重
0 }' p" h9 p9 k* q, w
污染)的区域仅包括市体育场附近的街区，西安市的周边县城已处于安全区域。
' X! e4 B% z X$ l5 ?1 N9 r0 c2 q
五天后，市中心的重度污染区域已经消失，西安市的部分郊区及其外围地带也属
: y9 l- o) L. g. d* R& o" W
于安全地带。
* c& o( B$ `& E9 @9 |0 M( q
对于第四个子问题，通过与现实情况进行比对检验模型的合理性，上述两个
! k1 G$ U: ?+ ]9 p$ z
模型的预测结果和实际较为吻合，说明模型是合理的。根据以上两个模型的仿真
, B& F/ l+ r9 E) q
结果，可以得知PM2.5 的一般性规律为：在下风向方向，PM2.5 的浓度下降得
2 N8 i5 u' h* L, M
较快，在无持续风向的情况下呈辐射状扩散，若出现持续高浓度的污染物，周边
9 q* D+ D F' V; q1 K
地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
$ Z/ n! m5 O7 b% d" M) L
问题三探讨PM2.5 的治理方案。子问题一提出了三个使PM2.5 浓度从280
Q* j7 |- F# d. D. P. [
m g / m3降到35m g / m3的治理计划：逐步提升空气质量指数级别法，总投入经费
& K+ P- A* j7 S$ R% e# p
最优化法，等差下降PM2.5 浓度最优化法，并分析这三种方法的优劣性。在子
5 e$ F- T4 S: F1 i& W6 f. _ \
问题二中，在考虑经费的约束下，建立优化模型。结果表明，总投入经费最优化
. G( A2 a0 S0 [0 i9 @
法所需经费最少，该方案是：每年使PM2.5的浓度平均下降49m g / m3，五年需
7 ?& I# G$ c/ |- i( a% \+ x) U
要投入总经费为3.0503 亿元，每年投入经费约6 千万元。最后给相关部门提出
) Y' O( {. J: F& D' ?$ |8 ?
了一份治理空气污染的建议。
" Z3 i0 W0 S$ [+ F1 ]
关键词 空气污染 PM2.5 相关分析 反应扩散方程 高斯烟羽模型 优化模型
( n" p4 D4 a; ~. `7 U4 s9 d+ s
7 _# k1 j* V, G
D题华南农业大学10564001队.pdf
2014-8-30 18:37 上传
点击文件名下载附件
下载积分: 体力 -2 点
780.87 KB, 下载次数: 127, 下载积分: 体力 -2 点
欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/)
Powered by Discuz! X2.5
