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空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学10564001队

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杨利霞        

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    [LV.4]偶尔看看III

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    自我介绍
    本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。

    群组2018美赛大象算法课程

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    发表于 2019-10-8 11:03 |只看该作者 |倒序浏览
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    空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学

    ) P6 r% x1 h; J5 B& e/ _0 c6 ?* X7 s  f, H5 j, m

    4 p( M1 }' a8 f+ O2 J5 V- ^本文主要研究空气污染中的
    * k4 c# Z" @* @, R, s# Q- Z& iPM2.5 与 SO2,NO2,CO,PM10
    6 `: l  Z/ m0 ^3 @- |9 S建立一维的反应扩散方程,预测了2 B) [4 h  P* t! ?* Y* r
    市的空气污染状况;接着建立高斯烟羽模型' {( Q  p1 _' ~$ G9 T1 Q3 p
    情形,预测了污染物扩散的范围: J/ o- {+ h0 d5 e% ^& i
    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
      N9 _4 X" ^0 v0 ~! J* ]检验,结果得到模型是合理的- v; h% c& V+ d
    问题一主要探讨 PM2.5 与, ~5 h6 u9 X6 T2 f2 T
    先使用相关分析,结果表明,
    8 t, P/ U3 e/ f1 o- o" f, r9 D关性逐步减弱,PM2.5 与 O3 呈负相关/ w5 G% l. P" p
    与季节、降雨有关。然后,使用线性回归方程分析
    ! O* K% `  m) M; }0 Z  e# v& Y结果得到
    1 E4 g/ ]" H0 S$ p# B/ ~8 U2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +: z5 J" F. d- ?. o
    问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理
    ! Q" Z* K4 A2 X, Q( U9 n: M通过空气质量分指数时序图和
    & ?2 ?% t2 C: S# Q/ ?! s空分布规律是:PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
    9 Z) M/ s2 r9 ?9 D$ f8 d峰期,随后转入低谷区,13 个分区的变化趋势一致1 K, Q- {' Z8 N2 {% B" _+ N" G
    潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域  R& _% i3 |/ J' c) T
    度较低的区域。接着分区进行污染评估* x1 L& G" F1 b8 l/ C  N6 \. r
    相对较优,在该部分有小寨、
    6 R: y3 X! `' z  j: c+ O) `区或者写字楼,因此污染相对较少, A/ W* o9 A# R# W  s
    心,PM2.5 的浓度较高,而且持续时间也较长( H, q" V) z3 G+ ~2 u
    对于第二个子问题,在考虑风力( Q, O2 C& a; i) c: s/ L! a, v7 Q4 T1 c
    应扩散方程,研究下风向方向的
    " u4 P; h: U  F: k0 i4 o- 1 -
    6 e7 S. w! {" T  ^; e参赛密码$ p' a+ n* G  T$ u0 Q5 R9 s6 Y! u
    (由组委会填写)
    ; j; Y6 J' w/ ~4 z杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛' w' ]5 t+ _+ B' M  V9 y
    空气中 PM2.5 问题的研究
    , @7 P# W: V9 g& y' }6 j# t+ c) |. }摘 要:  M. R8 U( M+ M6 V/ g
    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5 H( s8 ?) e! K- p1 W6 ~$ B
    PM10,O3 的相关性,并建立了回归方程;然后通过2 Z3 r8 [. Z) J$ ]* F+ ^; [1 }5 |
    预测了 PM2.5 的浓度变化,定量与定性分析了西安) g: T3 w; k0 O5 [& T0 W
    接着建立高斯烟羽模型,拟合了持续高浓度 PM2.5" q" R% s9 o. X* R) D8 k5 ^
    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
    # d- V  i6 W: L, V+ r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+ a8 c# u3 @* ?, L9 F* L3 B
    结果得到模型是合理的。! X) y7 D' A; S, g' ?+ J6 C+ }
    与 SO2,NO2,CO,PM10,O3 的相关性和关系
    3 W3 s+ @2 A4 H9 P5 l2 W* T2 M4 u" w,PM2.5 与 PM10,CO,SO2,NO2 呈正相关/ A; v8 e" B* k& g
    呈负相关,同时通过相关资料,发现了 PM2.59 C5 \* \: Q" W1 Q2 b
    使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系
    # s: P0 B4 ]. R0 s: c! a  L( K2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
    2 N8 F1 v+ `) v6 r) J的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题,  F$ L! N8 ]- O7 Z, D
    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- \' _; S  v  w' C
    浓度随时间的推移呈下降趋势,1 月和 2 月份是浓度的高# v: J: Z+ v4 d8 X/ ]+ b
    个分区的变化趋势一致,而且,高压开关厂和广运, ~( V" _! m& A& c$ T; L3 t
    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
    9 N8 I6 ?4 \# y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
    ' s8 u8 T- z& X! l" {、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区,这些都是生活
    7 }& l1 e0 \6 y( C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7 {' o" k- y3 G" S  ?+ E8 v0 B: a
    而且持续时间也较长,这应该是未来治理的重点# w. ~6 k0 n$ B0 Y' H; Y* H! l
    在考虑风力、气温、压强的自然条件下,建立一维的反
    3 k# S2 Y. h  W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
    5 j! n1 g) V$ Q2 C
    8 e0 K7 S9 c0 e& \赛赛( f5 I4 Z; W% |4 f7 Q" N
    首先使用相关分析探讨了. \* B* B. {: ~: v$ N
    然后通过$ [% x( a/ e. U$ t( j$ b( ?
    定量与定性分析了西安9 ^; ^2 F# z" I: I% U
    PM2.5 扩散的5 H+ {  }# F3 x  {; \! P, O- E
    最后通过
    9 u* q8 i! k* w! T. N0 m8 n同时对模型的
    5 j: l/ v; A8 |4 z9 A的相关性和关系。首
    ! K0 p1 T  J. V+ y9 i5 g. M' G呈正相关,且相; V" W% ^! X# S: x! l1 i
    PM2.5 还会
    8 w, ]/ a( P1 n6 \! Q与其他污染物的关系,+ U+ ^- |3 G0 c4 c3 D/ q
    129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x5 E' J: J5 N2 {* Y+ q7 T# l
    ,首先,
    ' j/ Q5 c0 ~: IPM2.5 的时0 r3 N3 e' P& R" @; W
    月份是浓度的高2 i+ p4 z# `# J
    高压开关厂和广运
    / I! w5 m7 i: y1 }/ u) `PM2.5 浓
    / i! g7 A6 Q# l/ j( ?2 N西安市的东南部的空气质量0 B- Y2 n5 g- a& a
    这些都是生活# \' E5 W9 `8 d  k
    而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
    ( O5 H8 x- w- I# L/ A这应该是未来治理的重点。
    8 g/ @0 I' h7 J" t, g  a. j7 l建立一维的反2 p2 z& t, T3 D5 K
    的发生与演变规- 2 -3 t. Y$ C9 ^1 w4 P! _
    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2 Q6 w) Y3 j8 G
    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# Y8 k& ~% f2 W" 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( u$ G: H5 {8 ^' F7 v7 e
    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1 C5 s; p, P# E5 ~
    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
    ( H9 S) [, ^1 `/ \7 t6 z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;
    & d# L' A. ^0 U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
    6 @$ ~1 U5 E0 l域,空气质量指数类别为优。
    - g1 p0 w' ^1 `. X0 K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 g6 k( {3 ]4 [' d, Q6 e2 K% d
    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! n6 H% v" N4 L* G& @
    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9 o% d! R) u" Q, a# ~( B) y, l
    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- i6 |& c/ p9 U' D& ^
    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6 m" {5 ~; x9 A9 `7 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。% N- c# {0 d/ k) X' ]6 {( i
    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# q4 l- d' R* i. q( X: }! ]+ `
    于安全地带。. G( I: }1 s) c
    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
    6 M! q# o& ]8 H) b% v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' p8 }3 d4 {6 C4 K: X2 O0 q( E% U
    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+ K: R) W6 L$ u
    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
    , M* e4 J6 M2 D* q& ^地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
    8 V1 P$ a( i3 e' t5 Z: 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
    - ^& \# l7 H/ k- @3 j7 Z0 pmg m/ 降到 35
    0 d" T9 C2 F: g3 a0 G6 ~3
    ( Z: _2 e' L5 D6 \mg m/ 的治理计划:逐步提升空气质量指数级别法,总投入经费
    6 Z4 t# r- q# u! A  _# }- [$ f# {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
    " s- A1 H! X* c( P7 K; }! o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6 U5 @$ g& ^# w& t4 f
    法所需经费最少,该方案是:每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
    8 {8 f9 B, }3 N5 R3
    ; o! E4 |1 p' L  Emg m/ ,五年需
    * p+ ^% \1 P, m$ n" {, Z3 ?+ w9 h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
    * B( \  q8 U0 p/ ^! }了一份治理空气污染的建议。
    7 N; E7 d0 \9 d/ b$ Q4 q2 J4 A3 h+ c6 `: [& G" F) R
    ' Q0 M" l' H$ M2 p

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