空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
' V! y6 j+ k* mPM2.5 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
. q$ i5 j8 C+ a% [: tPM2.5 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
，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
8 {- |/ S$ R! g' X8 A。同时对模型的
。
1 I' `) @1 J2 _  NSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
' Z. f8 }" P$ n3 c& s( n' M，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 与其他污染物的关系
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。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 M7 |" O, C) }+ n% u1 U$ Z- d，1 月和2 月份是浓度的高
# @" Z# n* |; A$ Q7 l6 T2 ^" y，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
/ ~* |" V. v* Y1 R，结果发现，西安市的东南部的空气质量
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
2 ]" q! P* @9 |0 N: F、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
& y6 B( |. M5 z3 F, O, r! `。首
，且相
' q$ u+ M# H, l( q. q还会
/ Q: H7 g- U1 r# O% ^6 @- I，
首先，
的时
* s! b% ?7 X/ h, c9 n浓
。
% I9 L$ f6 g! x$ r- 2 -
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
% A" w4 g. G( \5 D: ^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；
  P" n; x3 g- Z/ z% C9 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
域，空气质量指数类别为优。
) F- l3 _" y( M, Y% _" X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 |: S, m( n: C( \8 v1 [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
) r$ V9 x' Q7 K" O6 U, a/ j. Q10 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
$ f2 R2 m; b% R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
2 C, J6 X7 Z' @; b! ~5 @8 N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。
3 K4 J* B! V  I" e0 Y% I7 e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 \* E1 ^" T/ K. T! r于安全地带。
: h  X" P$ n9 s( i# C( X( Y& r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
( r$ f. ]( I! |0 W, n9 p3 T" `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
9 }8 j: s1 `: I3 w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
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
) ^0 }) h7 }% U6 L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
8 d* |: N# {# D. J2 Y. c5 Am 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
% C, G' [" X1 V' K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
1 l! x8 Y) ~# t9 P. K$ w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
7 l/ D* Y- G5 r/ n8 n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
9 J* t0 S# e* C0 _7 J& s6 _# D了一份治理空气污染的建议。
. D+ f! M! i, |% z2 I" @9 C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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