空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
( O. [6 c* n( e4 uPM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
PM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
，拟合了持续高浓度PM2.5
6 L) c3 @- f4 [2 a( A，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
* s% K( g0 b! _7 f9 ~* }4 o。同时对模型的
1 P, [2 ^0 M& m( k4 t8 d1 Z。
0 w# x  j" J: }SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
5 _3 g/ m3 a' \7 M* qPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 与其他污染物的关系
( ?* E( p$ a7 b2 N* d' [" q2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
# `. @+ P( P( M8 ]8 R3 A。对于第一个子问题，
13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
，1 月和2 月份是浓度的高
，而且，高压开关厂和广运
，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
1 n$ Q7 L+ H6 I/ k  F; U，结果发现，西安市的东南部的空气质量
! |5 O+ s& F9 r( V  F' @5 _/ W纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
，这应该是未来治理的重点
" x2 X7 n1 L6 d" W0 s' h2 k! q、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
7 K9 p# `( P' |0 ]PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
1 |5 E& q6 b) y, e" H; S$ _扩散的
8 n! g0 S3 h- E7 X& i- `+ ]/ r。首
, ^$ m( _: j' V. ]4 V0 z. v，且相
# ~0 N; S" t6 S( F9 V0 W+ ?- j! C还会
，
. c; G/ i2 k! ^  w首先，
的时
浓
。
- 2 -
! b6 L' p  r5 o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
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
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
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
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
2 T9 O# y6 J1 P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；
; f6 ]7 T9 k6 |; X' ^- T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
域，空气质量指数类别为优。
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
6 \# C) s1 ?0 _" \; W" R+ DPM2.5 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
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
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
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
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。
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
. _  d, w9 r9 C7 [于安全地带。
) M2 v: d" R7 P* _9 i3 H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
" ~9 K3 x  W: e. b: N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
+ q  M. B9 p. k2 b! j5 F( t$ 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
. r) o' N; @& U( i! 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
地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
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
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
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
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
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
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
  @; t4 s+ N0 D6 K, N了一份治理空气污染的建议。
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

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