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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

' L( V( ^9 g) @% H. j  a$ z& o2 G# Q  H* \! }

" @9 [5 \/ P0 D7 b本文主要研究空气污染中的
' h! H, I1 u' b1 |2 o* f2 V1 m! XPM2.5 与 SO2，NO2，CO，PM10
' P( n: h0 B2 _$ g建立一维的反应扩散方程，预测了. i& f" }" v  B
市的空气污染状况；接着建立高斯烟羽模型
; C: I# [2 K3 e+ h) c9 C+ g情形，预测了污染物扩散的范围3 W$ J- X4 m; _& U
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! f) n5 D$ b7 }3 D$ f$ G; B
检验，结果得到模型是合理的
: ^& ?( i& z- w6 g# ]问题一主要探讨 PM2.5 与4 }8 R# t3 Y" G: \, P
先使用相关分析，结果表明，& Z; B$ G( J1 Q7 g
关性逐步减弱，PM2.5 与 O3 呈负相关8 B8 H( D$ @9 P* {5 A
与季节、降雨有关。然后，使用线性回归方程分析
! C$ X/ I4 q* f; h5 V结果得到
9 Y9 u2 y- {. j! y1 y! Z2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
6 w& @! c/ e  f( }, m问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理2 n1 A8 X" ~( l+ Q. A9 C
通过空气质量分指数时序图和
$ _, q# _, `  T, }# U空分布规律是：PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势9 B3 [" K9 i# u2 i( \
峰期，随后转入低谷区，13 个分区的变化趋势一致
5 t( y- h8 X% w* j9 L6 t潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域, K' ~' {9 t: ?: V2 Y
度较低的区域。接着分区进行污染评估
6 p$ N5 o$ n( ?4 y相对较优，在该部分有小寨、
. D2 R/ g  @0 J6 J. N0 n1 k区或者写字楼，因此污染相对较少  t+ h+ E0 o9 L* _2 ?
心，PM2.5 的浓度较高，而且持续时间也较长
1 ^; U( M0 H& M# M& M, r( s对于第二个子问题，在考虑风力
; p9 x8 H# W% H" o1 V应扩散方程，研究下风向方向的" ~5 G1 y# W- K6 K
- 1 -1 h, B: F' h- `. U, n
参赛密码6 [" e+ y) w* S4 J
（由组委会填写）
6 L( l" m7 B6 q- }杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛
7 i$ p# Z& y8 j4 l( Q空气中 PM2.5 问题的研究* S" T, ]$ u9 K  K$ C4 I
摘 要：& p& o+ E4 q' P8 Y
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
& ^' T5 Z# G2 \; l# J5 zPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过+ v' E3 y& D8 F$ x' x  s/ @8 ^& T
预测了 PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安+ s, V4 R; q7 Z7 _
接着建立高斯烟羽模型，拟合了持续高浓度 PM2.5/ ]% K0 F  M  q
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
% M  X% Z! C% b# B8 E3 z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
9 n1 z/ Q8 e+ m结果得到模型是合理的。
  o8 H$ j- Z. W# o3 R0 g与 SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
# i6 O1 A( `, I. z2 C! \3 N1 n5 k，PM2.5 与 PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关6 z& Z1 ?1 R) z! q
呈负相关，同时通过相关资料，发现了 PM2.5- d& R" d" N0 v3 M$ S) t0 \
使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系9 h' i5 B# T0 ~! k5 a8 g6 X8 V0 W
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 = - + + + +
3 U) u: g7 M; [的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题，
8 D; A& I) c$ H: Q. R% ^% 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
  h/ [; E- C8 {4 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  J( ]; r0 |9 @9 l; _
个分区的变化趋势一致，而且，高压开关厂和广运0 }( n! i. j. @* _" g
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
5 U. c( ^; w' U8 n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
/ N4 r  T3 c$ Y0 e  d、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
+ d" p, Q" K6 \3 d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) f8 w' s0 r: [
而且持续时间也较长，这应该是未来治理的重点- ]+ {, _! ]' i9 L- ~! J( {
在考虑风力、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
3 y) E3 r: u/ y+ d0 z: ]0 E- t: i% @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
$ t, J2 D; z$ @0 `/ V! M$ G）
6 w# c; P2 s  a$ n+ Q赛赛% h9 Z5 D  d. t& V$ U
首先使用相关分析探讨了+ L0 ^% |4 ^0 k
然后通过- |+ l7 p! m' G
定量与定性分析了西安
0 {: r1 W2 B" V) M  S& R; D0 WPM2.5 扩散的: o6 x! _0 b* f
最后通过
) _* Q. o! P7 T0 L6 n8 C; A同时对模型的
3 v1 f) }+ n& W8 z/ n4 u的相关性和关系。首
) C9 P/ K" ^2 b0 R; Z呈正相关，且相
* c/ n+ ~( j' ]6 k6 L$ rPM2.5 还会6 `& [; T* Q$ B8 H* L" A4 Y
与其他污染物的关系，
' \5 ]2 n1 n$ c9 l7 b129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
5 z0 x/ ^* J; `* Q( I- d，首先，
8 x/ s/ N& A0 @. {3 APM2.5 的时
$ B& e( J4 h" ^& n月份是浓度的高7 ~8 ?+ G% W5 _# |7 G
高压开关厂和广运
( ]9 E+ r# O/ n; l' D! SPM2.5 浓' t' N& _, k( ?8 r7 f$ S
西安市的东南部的空气质量
3 X5 f# ]* [! I1 ~% M. x, ]' F4 B这些都是生活
' r4 q6 P( i9 ^& i/ s而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
: S' x$ d' i' J4 y' E* A这应该是未来治理的重点。4 j) l) X  r0 k2 X  ^3 J) T/ N5 @7 B
建立一维的反
3 ^( ~2 k. t/ W$ ?& o的发生与演变规- 2 -
. b8 G/ r9 R" `, d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3 Q5 Y0 P! f2 W3 F; u
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
# t: f1 x1 V  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$ F! Q) b/ m# U3 [% h  a5 s
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9 s/ ~+ x0 ^9 `! G+ C
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6 w& ?  r% B5 f: I" Q& p) F
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；) k7 m4 Q# w& f+ ~2 M
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 {& g$ N4 R( m, F域，空气质量指数类别为优。
) q% R- y2 z& l) B8 ^8 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
: i2 M$ y3 M" z* k) g- i9 jPM2.5 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$ _3 y- ~( |6 T3 p: U8 K( X
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
3 ]% M8 z: e& A" Z$ P/ N: x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. P8 e# `6 q2 w+ z1 ^( `/ r% p- E
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
  @# O# L  P' q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。
6 C1 o8 s+ ^' U* S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5 a1 f2 n* y4 K' b) w
于安全地带。& t% ^# \3 X: k- ]: X! ^, W( E
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 l) n, k2 m% t9 B. K5 z8 B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
. I- s1 M5 P" g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
. R6 _: S# K, z) n& W4 o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5 E4 D% }9 S, Z
地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。) h5 y; X& p6 z- ?/ C, x
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
  D, F3 f5 w# U/ h- `+ mmg m/ 降到 35
, {# s% `( I& F, c( M  j1 _( l3
8 C/ z3 M  C, d7 fmg m/ 的治理计划：逐步提升空气质量指数级别法，总投入经费+ c4 Z$ \, l9 l0 {5 o) o1 `
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' T* V/ [( a/ ~  ?# P' J. X/ {
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
& Y. M& R& v- H+ f9 L法所需经费最少，该方案是：每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
3 {% g- Q. R5 x5 t& ]0 W3
4 z: |2 D! K) C- cmg m/ ，五年需
; N4 o+ ^* o, `# u6 Y' 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
! H+ U+ _- ]* e% V. _了一份治理空气污染的建议。
' X. P0 w8 W: w# @: {0 Y. h# e1 Z6 Q

: [: T( L/ d/ L9 j1 f

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