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标题: 空气中 PM2.5 问题的研究1 [打印本页]
作者: 杨利霞    时间: 2019-10-7 12:12
标题: 空气中 PM2.5 问题的研究1
空气中 PM2.5 问题的研究1

2 O7 p" Y1 o. ]2 f
& _  e$ Z/ A' Y; B. v
. G9 t0 y8 \4 v9 P0 j本文主要研究空气污染中的/ z9 a  S; \8 H8 T2 w. ~& ^; E) T
PM2.5 与 SO2，NO2，CO，PM108 D0 ~( H$ Y3 f
建立一维的反应扩散方程，预测了
* @+ e6 v' s, t: X( i( l市的空气污染状况；接着建立高斯烟羽模型
! p) p0 Y0 A) ~情形，预测了污染物扩散的范围
; M" m$ K8 `) t0 S- i, r建立了规划模型，得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案" z1 G6 P4 |0 n1 V  J+ h
检验，结果得到模型是合理的* Q# [( b7 G: Y
问题一主要探讨 PM2.5 与9 j1 ~  P/ v/ S& C
先使用相关分析，结果表明，- U. }7 ^% I! R  N% z; X) V
关性逐步减弱，PM2.5 与 O3 呈负相关1 k* {  t: i2 U) f/ y3 M5 Z6 ?
与季节、降雨有关。然后，使用线性回归方程分析
" O% D) m( C; O2 `) m3 e结果得到
  R: G" T. o# x' h$ L+ P& X. x2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +7 H! e4 X- P: }8 S; B
问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理" U% W/ E9 t& S: S4 M
通过空气质量分指数时序图和# t) Z; T0 L5 e  G4 Y3 @
空分布规律是：PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
% z  V$ ?9 B' k7 r) f峰期，随后转入低谷区，13 个分区的变化趋势一致
" i; [2 S, L5 Q4 R/ A6 u8 ~潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域' q, |4 r$ {  X
度较低的区域。接着分区进行污染评估
/ {- f7 W) `6 T2 g% m相对较优，在该部分有小寨、
* ?; r/ a# _7 Q区或者写字楼，因此污染相对较少
2 v/ N( j" m6 E/ P. j; b# [% \心，PM2.5 的浓度较高，而且持续时间也较长
1 {5 E9 F- s  U: n& V4 u' @+ b对于第二个子问题，在考虑风力( Z8 i% C. r8 p# X' |) z' Q$ R. l
应扩散方程，研究下风向方向的
: V, ^' \1 H4 v% i6 A- 1 -: h- f" S+ \1 G0 k3 Y( ]+ j) i
参赛密码
: n2 L, j, M! ]3 p4 q3 Z+ k, T（由组委会填写）
7 f8 s0 D7 d; G杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛3 o% ~2 ]# h. T3 c; a% r: }6 f; Y$ L
空气中 PM2.5 问题的研究) p+ _; q& ~, a2 I9 s$ \# h* C$ y
摘 要：5 W  w. V4 J! v2 H: O
本文主要研究空气污染中的 PM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了2 {( J$ N$ [) j" ^- O
PM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
0 E# {* s" y: ]1 L5 e1 `  z+ i- _预测了 PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安9 d5 T* W+ ?9 m) K' t# @
接着建立高斯烟羽模型，拟合了持续高浓度 PM2.58 n3 l! q- J6 }+ @/ o
预测了污染物扩散的范围，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
$ F6 m; |4 x0 [# S4 [得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案。同时对模型的8 U4 d# x  e9 Y1 N' |" a# E3 I3 w- E2 P
结果得到模型是合理的。9 _- m8 L' y( F* c. {' I8 K+ D
与 SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
9 s: ^8 j2 K# E  {" Z+ G，PM2.5 与 PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
8 g$ F# u6 }) ]# [; _呈负相关，同时通过相关资料，发现了 PM2.5  ~' C# @: `+ k6 w4 D, g
使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系
9 T6 v3 R& u! h5 u' L2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +/ Z6 M1 {% h9 D7 S& n
的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题，  }2 Y+ |; u+ j' }$ |
空气质量分指数时序图和 13 个分区的 PM2.5 空间分布图，得到 PM2.5, g" M+ F  [0 N3 d% X& C$ e
浓度随时间的推移呈下降趋势，1 月和 2 月份是浓度的高
' R  l7 B4 @: G. ?- p$ J个分区的变化趋势一致，而且，高压开关厂和广运
; Y7 Z- w9 o  M! t: T3 {浓度较高的两个区域，小寨、高新西区和曲江文化集团是 PM2.5
1 D' f# g4 I$ H7 P5 m& F接着分区进行污染评估，结果发现，西安市的东南部的空气质量
5 |" L- C* \5 ~/ ]% M7 s、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
+ w: ]- Z7 m+ q% w% {因此污染相对较少；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
/ C7 x+ Z7 T7 k# \而且持续时间也较长，这应该是未来治理的重点
  c5 {6 U! K4 k' d在考虑风力、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
  C( n' X; v& F: p研究下风向方向的 PM2.5 扩散规律。得到 PM2.5 的发生与演变规
5 E1 z# b% Z; U）/ y4 P' d6 D+ }$ f; B
赛赛
; x& d5 Q: p& q. n' H首先使用相关分析探讨了
. U, |$ n$ N- ~% s& I+ v8 b# V- s- z然后通过
) U( x% R- o" ?$ ?1 [6 t0 D定量与定性分析了西安# z3 c/ R  x% A) ~6 U; t. X& |7 d+ ^4 ~
PM2.5 扩散的- ]$ \+ ^" C. r5 Y; }* M
最后通过4 n, C1 G& K% y" _' j' U
同时对模型的5 h4 J& s4 m2 W0 @: \# _0 O: Z5 B. ^
的相关性和关系。首
0 M( b$ }1 P0 w2 r" V呈正相关，且相
  m& ^; l# D# v" j, }4 pPM2.5 还会
3 S) \  [0 m. V+ K5 |% P* T: J, I与其他污染物的关系，4 P$ o  t3 u4 o# Y: Y
129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x! u) G- ^2 ~2 g5 k3 E' P2 g' P" E
，首先，
+ ~! D% E/ k% C& mPM2.5 的时- \; `5 Z# J7 l
月份是浓度的高1 ]! X9 b* e, _: B. Z
高压开关厂和广运: L! `( l7 G1 ]9 u( w; l
PM2.5 浓
# v- w* q. `5 W7 L8 v7 Z% @西安市的东南部的空气质量, x6 K) D$ ]9 q
这些都是生活7 O" Z; ]" F& v, A. ]7 b: F
而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中; H: w! U7 ?+ q
这应该是未来治理的重点。
# r+ O: a# M) q8 P0 T1 o7 [6 E建立一维的反2 y0 u* D" j- w6 \! Z1 s
的发生与演变规- 2 -- Q0 Z1 l+ |3 n7 D* e+ G9 [
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
) N; ~3 [4 x( b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. M. {. C! a7 u6 R% x
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% e/ I3 l6 z8 ~9 X& V3 w
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) h( X% i% x* H' h, U
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
3 Z0 t, ?" B$ o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；
% h+ P9 z: T) w" f. U  w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5 ^* a0 Z+ h# \& F/ t
域，空气质量指数类别为优。3 v. c4 K4 K: v1 F, l. R$ `" @. z
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7 ?1 a7 e2 U, ?% k8 g( k
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
/ z$ W. u/ U8 J  f+ t10 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
. {% r' Q- k& s7 V% y8 g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, k6 \- K1 J$ n$ ?2 B
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
+ r" F0 q  V' S( J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。" J( B4 Z# t) I: A
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% V" v* Y. }& Q. D
于安全地带。! _( H6 U1 N1 ~- `3 ]
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2 g9 h! K2 x: _+ K* p
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+ K1 ?- O$ B" Q- t  L
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
5 U$ Q2 J7 I3 q4 ^% R; K5 I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4 A+ U8 X2 j% e9 @* h7 J! F7 G( V6 B
地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
6 I5 i7 U6 {! n5 e" q7 q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 2803 " P4 b* p* s; ]
mg m/ 降到 35 3 o3 P' @( L& V/ x) k7 @
3   n7 \/ b: f8 R# p$ ]
mg m/ 的治理计划：逐步提升空气质量指数级别法，总投入经费
, _+ q5 F- S6 Q  u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; [( e& d! V+ b2 A* s
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
$ I: E6 R8 W- s: ~6 P0 p法所需经费最少，该方案是：每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49 # w& v! g+ q: J9 U' S0 J+ Y
3 2 E' M% f( x5 y! c" t2 Y# b" v
mg m/ ，五年需9 A- R7 Z+ h% H1 [: y% H, O
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
5 M, ^9 }; O3 M: D4 @6 X( O' [+ k了一份治理空气污染的建议。5 d1 ?" u9 @6 ?: Q: d5 h
: f; M1 {2 Y0 Y9 B5 I& X% E3 S5 P
7 y4 M& T7 O4 }

D题华南农业大学10564001队.pdf

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