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标题: PM2.5 演变评估模型及治理方案研究 国防科学技术大学90002047队 [打印本页]
作者: 杨利霞    时间: 2019-10-8 11:46
标题: PM2.5 演变评估模型及治理方案研究 国防科学技术大学90002047队
PM2.5 演变评估模型及治理方案研究 国防科学技术大学90002047队

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, p% Y7 P1 `: j! }5 a8 T  s# F本文针对日益严重的 PM2.5 大气污染问题，基于现有数据与相关研究，采
. s0 g3 x& }: d! ]. \8 w/ R用相关分析、逐步回归和有限元等方法，对 AQI 指标之间的相关性进行了定量
+ H  {, e* C+ T9 f8 P8 V6 c9 k2 g分析，针对 PM2.5 成因、时空分布、演变规律和应急处理建立了数学模型，结
( S( o5 S4 p2 p0 F/ h合气象理论知识，进行了计算结果的定性与定量分析，并以武汉市为例给出了合$ ?- `$ U7 |" M9 B- h/ `
理的 PM2.5 五年治理方案。
( D/ e# U3 m, U, z  |! b4 _# F问题一：基于武汉与西安市现有的空气质量监测 AQI 指标数据，应用相关
6 T  O* \! @$ _0 V8 y; r分析，分别求得两城市的 6 个 AQI 主要指标的相关矩阵，对两组数据中 PM2.5; x8 G5 A* u8 T- p+ E& P  {# o# k
与另5个AQI指标的相关性进行了定性与定量分析，得出了一致的结论，即PM2.5
) q$ U3 K/ v! ~- i% Q0 g& S; p与另 5 个主要指标具有相关性，并与 SO2、NO2、PM10 及 CO 显著线性相关（相" L% l6 v% o& T6 \
关系数均明显大于 0.7）。5 |  K( ^6 N1 C3 X7 Q8 _% X
问题二：首先应用回归分析方法，针对 2013 年仅有的 AQI 完整数据，完成
2 o: p7 x- r: Y. u4 L了 PM2.5 关于 API 中前 3 个指标数据的二次模型拟合，拟合统计量表明该拟合6 n: X6 c$ K; O" x/ Q- E
是高度显著的。并基于大量 API 历史数据，计算每组 API 数据对应的 PM2.5 估 算值。而后，利用 PM2.5 实测数据分析 PM2.5 浓度的时空分布特征，进而结合6 X: V& B; n' D
环境保护部新修订《环境空气质量标准》，对该地区分区进行了污染评估。综合6 R" O6 ?2 C6 \3 y) l
多种气象因素，基于多元回归建立关于 PM2.5 演变规律的数学模型。结果表明，! A5 @. L6 \& ?/ F5 [: S
模型估计值与实测数据差值较小，模型参数与实际情况基本一致，验证了模型的
( l# f$ P+ Q. O- [# ?) g+ H合理性和有效性。针对浓度扩散问题，本文在适当简化实际问题的基础上，建立7 ?: a+ v* R4 t7 P% _3 p+ w
了描述 PM2.5 浓度扩散现象的偏微分方程，通过采用商用有限元软件 Comsol
1 i* O- M9 b$ J8 GMultiphysics，建立了针对该问题的扩散预测与评估计算平台，并对 PM2.5 扩散
  C8 Y2 T; M1 W+ ]现象进行了分析研究，得到了浓度突增等突发事件对 PM2.5 分布影响的几个重6 q: I* c1 n6 P3 \: q, P" S
要规律。主要包括速度和扩散系数的取值对扩散趋势的影响。并在此基础上，基 于有限元仿真平台，运用自行推导的近似公式得到了扩散系数的估计值，对测点! B- N; p' X3 h% R- J; \; m% p
浓度突增现象进行了仿真计算，得到了 PM2.5 污染预测和评估结果。最后，从
6 o9 V1 ^! `8 z. u模型假设条件和模型主要结论两方面，分析了模型的合理性，并在前文研究的基6 R7 W8 N0 P1 B8 N9 h9 `5 l$ X
础上对 PM2.5 的成因和演变规律进行了较系统的分析和探究。
5 z$ b( c9 z# ~+ F9 I( w- E问题三：首先应用逐步回归分析方法获得了 PM2.5 与 3 个既与综合治理又
# v3 {2 l) [" K+ a3 x4 k与专项治理有关的因素 SO2、NO2、PM10 的最优二次回归方程，在将治理基准
# S9 {, _9 ~: ?$ K, {, D/ ~年与五年后目标的 PM2.5 浓度折算为对应的 AQI 指标之后，结合数据分析计算
# \/ V) m/ R4 c' E) E出了基准年的 PM2.5、SO2、NO2、PM10 这 4 个基准指标值。然后按照每年这 49 O) B/ D8 y* W& L7 B4 s) A9 j4 H
个指标变化最小但仍能满足治理结果约束的原则，建立了非线性规划模型，并通
, u3 A; C/ p3 V. J! U3 C过将非线性约束条件简化为线性约束，将模型转化为标准的非线性规划问题，进8 `& _7 E- K  D8 i6 b9 {- g/ [
而求出了可行的每年全年年终平均治理指标。最后，结合 PM2.5 综合治理与专
% ^5 {5 d. ]" x. G项治理的费用经验公式，按照五年治理投入总经费最小的原则建立了一个标准的( p# `% D8 X4 C4 k
非线性规划模型，并求解出了最少的五年总投入经费及每年经费投入。对于指导
! Y& z+ G' z" d; ]# _9 s" w  u8 EPM2.5 的治理工作具有一定的实际意义。
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