数学建模社区-数学中国

标题: 空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学10564001队 [打印本页]
作者: 杨利霞    时间: 2019-10-8 11:03
标题: 空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学10564001队
空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学
- M4 n8 W: _% u  y- X. T+ E

. G( q  Z; x* z4 h
1 K2 b: X$ w) |. o; M+ b! t4 ~" x5 Y: B本文主要研究空气污染中的
" R7 ^% i9 T2 A5 _PM2.5 与 SO2，NO2，CO，PM108 K; p+ g9 }! ]! m; D
建立一维的反应扩散方程，预测了% L& n5 h# e# Y! D# X6 m
市的空气污染状况；接着建立高斯烟羽模型
/ U) R1 w1 L! I% q4 r情形，预测了污染物扩散的范围$ L% K$ U" g7 A
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5 y7 q8 s9 k3 w. v
检验，结果得到模型是合理的
0 h$ ~; N% w2 h. C2 o问题一主要探讨 PM2.5 与
; C1 y! J" o' V  T# G/ i+ D# l* R: G先使用相关分析，结果表明，
5 q- b0 q! b: z' n* ~) @( E$ E关性逐步减弱，PM2.5 与 O3 呈负相关8 {) J- G; k6 L2 S. ^
与季节、降雨有关。然后，使用线性回归方程分析3 s! B6 G0 M0 \2 J8 T5 ]' n, ?
结果得到/ W( p. u& I0 o2 s9 m
2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +! {5 T- s6 t) r9 F5 Y
问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理0 S4 ]; j/ U+ [+ _
通过空气质量分指数时序图和
( N% ~$ N3 e! k# D+ C5 \空分布规律是：PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势  s7 z1 }! [. V. Q- d
峰期，随后转入低谷区，13 个分区的变化趋势一致5 w: d/ {! N- n5 F
潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域
# V. r1 o( Z/ r9 ~度较低的区域。接着分区进行污染评估! P9 Y! Y1 y  R) U/ ?% G
相对较优，在该部分有小寨、0 \) n" s' a/ t% C: J: g$ M& k
区或者写字楼，因此污染相对较少1 B2 P6 p$ e( V% d3 {
心，PM2.5 的浓度较高，而且持续时间也较长( J: l% S$ \. s
对于第二个子问题，在考虑风力
8 s$ ^) S- y! h2 \3 V应扩散方程，研究下风向方向的
% @) c1 I! M$ }, _5 I/ x- 1 -2 _! {4 i0 E# x# e* J
参赛密码
5 ?- Y+ E6 @+ y/ i（由组委会填写）
! D" P% b1 M1 o  u6 B2 Y杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛
6 D# W5 o# J& i! H空气中 PM2.5 问题的研究. K! V: T1 @& A  Y7 I& C3 J
摘 要：
7 B+ `9 a; X1 W# l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
% N0 X# w7 Q: ~- |$ I! ^PM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
( _* J( ^5 n9 `# M. w* e/ m1 {预测了 PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安" D$ ~: K% w% r5 y; X3 O8 ^& `
接着建立高斯烟羽模型，拟合了持续高浓度 PM2.5/ m4 H$ {1 q* s
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
' l7 w- z! `- @8 F+ I  G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
) L2 C" t0 ^. q  B# g/ l& @% R结果得到模型是合理的。( r) j0 v2 g6 m0 l5 K( L. i
与 SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系& [  I) O- M. D
，PM2.5 与 PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
4 E* t. U+ y6 @  ^* a6 Z1 c呈负相关，同时通过相关资料，发现了 PM2.5# n8 J+ L) s7 e, E9 \' q+ n# ~
使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系5 m) z& d" d, V  ~# T$ z
2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
. W/ v$ O% ^- ?. V" u: y  O0 \的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题，1 h  D7 }) O6 a6 a
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
5 ~1 y2 h* {( A4 Y6 ^浓度随时间的推移呈下降趋势，1 月和 2 月份是浓度的高
  k: J9 M. z; N0 V6 n. Q9 Q个分区的变化趋势一致，而且，高压开关厂和广运
$ k- C/ o  K9 w  _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
  j1 S# b& h) S* R+ m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; k& r: B# ^- Q  @
、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
- c1 K$ E8 U6 Q! [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
. K4 ^' e  J5 n6 g6 Y而且持续时间也较长，这应该是未来治理的重点
4 C$ ~# M/ C; g5 H" w+ i' S在考虑风力、气温、压强的自然条件下，建立一维的反9 T  Y# t& d9 B" a4 G
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& f/ M8 h$ k% a" p
）; _0 F2 v0 d5 \9 x  ?
赛赛: M9 a  F0 T: `* s  X( X
首先使用相关分析探讨了; \: j( Z0 E- N, l1 j8 V+ L
然后通过0 u& [' q  V% f+ F& h6 G
定量与定性分析了西安
! b; G9 f3 E% o; MPM2.5 扩散的- p; l( \# O' f. a' U
最后通过' ~* m7 _0 o8 V% @4 \. r
同时对模型的) U, l4 w8 C: ]$ n
的相关性和关系。首' E1 k, Q4 w- ?  D: X& d
呈正相关，且相) i: |; Z# f: r7 M5 u
PM2.5 还会
! O9 n' V) a: Z6 z5 h与其他污染物的关系，
+ I7 R& P6 }. E1 M129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
/ q( y" K, p# e, U，首先，
7 u- U4 H( g# X9 X, J& I% w/ VPM2.5 的时; C0 A9 x! o$ {3 P+ j' D& F8 F
月份是浓度的高. p% o1 J1 M% d% s# G5 f& m" z
高压开关厂和广运
5 P7 e. U& v, WPM2.5 浓
) ^* x5 _7 D) E6 h& I" v西安市的东南部的空气质量9 }( K: O' C1 n0 c& p& {
这些都是生活8 m9 U, l( x1 t, T
而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中, q: `2 O% W; R( p
这应该是未来治理的重点。, \) n7 H/ J4 [( C* B- Q9 t
建立一维的反
1 k/ T. y% e6 O的发生与演变规- 2 -' H8 C0 g8 s: @& G$ V: @8 X+ G& j. U
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
* Z' d% @# m( ]- P7 U0 a% B; D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: ?" Z# Y  z! J% T
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+ Q$ w/ a' ^: }* v( I% r, V: L
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. N: @1 z+ N/ t, {
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" K( j/ M! w5 T8 E
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；
. B1 W% A8 ?! o: V/ H+ i- `' E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9 H: V( D& ?% r! M# P
域，空气质量指数类别为优。
! n6 M) S, N- _0 O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2 E( K% w6 _. V
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
' w( i2 i, X+ z( H" ^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& @, G" `  r; S- x8 d% v
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
% [+ e: N- \% y3 G/ w9 _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$ u5 Z5 q3 b, w# u, 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。/ O; t% N1 I( w: i& ?) Z: x( Z- V
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7 P4 ?( F! j7 b
于安全地带。; W3 R6 w# Q$ z4 y9 E1 U' i" o2 {" Y
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$ f- Y( E3 G9 v" {3 e) |) x5 n  c' X
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
/ L" o0 P9 ]8 I2 a! [/ j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& d! s- k& m: V( }
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
' Y0 l% ~; \, o8 {地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
+ [7 ~2 N# ^! G$ ]0 m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 - b% t6 P3 L# ?" I
mg m/ 降到 35 7 \& G% Q" y& `, x( k! u, M& s; @# j
3
; W/ L: V4 G5 l/ G3 y+ F8 h% Qmg m/ 的治理计划：逐步提升空气质量指数级别法，总投入经费1 S% t  k3 s9 u: U# O$ x
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- i# r3 q' s  z! b2 u
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; m3 K1 G7 I2 [
法所需经费最少，该方案是：每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49 7 m" f  Q+ ^9 V4 ]* F$ J
3
0 V5 A" y1 |) `2 _4 ~( [3 S6 Cmg m/ ，五年需, I* b+ a+ u$ O0 }
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
! m" y$ L7 z* Y了一份治理空气污染的建议。
, s3 F# H1 [/ u# o* P! d+ p+ s) Z( c% `+ b' ?3 K

2 m/ `- g+ ]: L1 J3 r* i

D题华南农业大学10564001队.pdf

780.87 KB, 下载次数: 0, 下载积分: 体力 -2 点

售价: 2 点体力  [记录]  [购买]





欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/) Powered by Discuz! X2.5