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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

    网络挑战赛参赛者

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    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。

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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
    6 F4 v* k( Y6 [" q8 z
    # H4 U/ c3 c- X+ Y
    8 R. h# f9 m7 C4 R/ Y) [4 U3 E6 @
    本文主要研究空气污染中的& n0 R/ Y+ f: u5 _
    PM2.5 与 SO2,NO2,CO,PM107 L. B+ P- c2 g: ~
    建立一维的反应扩散方程,预测了/ @4 c1 f9 M* f$ }8 o( R- N& w
    市的空气污染状况;接着建立高斯烟羽模型
    - N- j( i: K" B* G6 R情形,预测了污染物扩散的范围
    & Q2 i) {6 `% b3 X, S, X- T1 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' A6 ~" I# z! ]5 @  i% r8 Z2 P/ @6 I
    检验,结果得到模型是合理的/ @' T. F  v$ R& S2 [) E
    问题一主要探讨 PM2.5 与- C: n0 c6 W( t; D  ?4 G7 A5 o+ j5 A
    先使用相关分析,结果表明,
    & n1 O- M5 H4 ^3 c" T; F关性逐步减弱,PM2.5 与 O3 呈负相关
    # c8 U, L+ K  u, Y+ I8 X' U2 K与季节、降雨有关。然后,使用线性回归方程分析
    ; v, {1 O. ~. {$ W+ ?结果得到
    ' B9 [7 U% E; |  v2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +4 Z' V0 z' s' a, o) [9 N6 f
    问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理; f/ E6 x$ j$ _* l2 W4 f
    通过空气质量分指数时序图和  j5 j" C5 r$ Q, C! N8 g7 p
    空分布规律是:PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
    % ?6 C6 ~5 F  Z峰期,随后转入低谷区,13 个分区的变化趋势一致
    3 b  N1 n/ q7 M! D+ g潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域6 g  \/ E. K/ ~8 l
    度较低的区域。接着分区进行污染评估4 C' {4 A, c7 T+ _* z; z; b+ {
    相对较优,在该部分有小寨、
    - M  r  {; ?; K: z2 U5 V区或者写字楼,因此污染相对较少3 e; Z# E7 E# X
    心,PM2.5 的浓度较高,而且持续时间也较长
    " T7 q/ E$ K0 L3 `# z对于第二个子问题,在考虑风力# o- ]2 T& h4 `# n  U* s
    应扩散方程,研究下风向方向的" O0 H) W( _! p$ [. ^' J
    - 1 -
    " U9 o2 L/ Y5 X: q3 }6 m: k参赛密码8 z, a1 ]- K5 W# N7 u
    (由组委会填写)
    5 F4 V5 s7 R( u. ^. V  Q7 s杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛  E7 b" X; L% O& n% W, ?+ {) x" z
    空气中 PM2.5 问题的研究
    $ E  W7 ?- J! C* D& ?+ U  G1 s, v8 Y摘 要:
    $ p2 H9 ^2 e$ U. |9 @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% M$ N2 v7 g) R* Q
    PM10,O3 的相关性,并建立了回归方程;然后通过- Q* I, e3 X6 ~$ V
    预测了 PM2.5 的浓度变化,定量与定性分析了西安/ l( {3 c# i- X" ]6 s2 y- C
    接着建立高斯烟羽模型,拟合了持续高浓度 PM2.5
    5 q. A: Q; d8 U! A, d7 r( v2 k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
    0 C0 r/ C3 J2 w7 Z- _* o& O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+ z) H2 G! }& v( y* g, T
    结果得到模型是合理的。) c4 R/ M8 o7 o" \, }) P( F
    与 SO2,NO2,CO,PM10,O3 的相关性和关系1 z( r& c! d) E6 p% s7 T' o- [
    ,PM2.5 与 PM10,CO,SO2,NO2 呈正相关/ D; _1 |; v  z; ^
    呈负相关,同时通过相关资料,发现了 PM2.5# j3 J6 ^; r$ }  Z3 Z- I& f$ W
    使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系/ ^' n# Q8 f5 y& r( 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 = - + + + +
    - i& K+ g2 y1 d+ a/ P. P( _3 m$ V的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题,* g: h! t( s1 ~; F1 j8 l9 J
    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
    * `7 O0 ]4 S# r8 o" G浓度随时间的推移呈下降趋势,1 月和 2 月份是浓度的高7 i2 z( k! v3 w$ T
    个分区的变化趋势一致,而且,高压开关厂和广运
    - K) i0 |& _) ^, z0 S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
    8 b+ z8 S- e1 y" ^5 V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
      i+ k; x3 U, A8 F; c9 Y/ A  F、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区,这些都是生活% T* L$ R* l) W, H
    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3 w4 [4 f* M* Y" S
    而且持续时间也较长,这应该是未来治理的重点% U' d# l- a) Y; e2 |
    在考虑风力、气温、压强的自然条件下,建立一维的反
    , b* j0 y3 k! `; R" B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
    ! O. A6 m8 f1 @+ c1 t; l8 v( q; P6 f4 @
    赛赛+ U- |' b5 b& {5 s
    首先使用相关分析探讨了
    & B/ C! x: o3 u( N$ P" b然后通过
    8 i8 C$ V- f4 }* j- J& w# W# _定量与定性分析了西安
    % J; P* C  b, C1 l5 d& ?! C% `PM2.5 扩散的9 l/ u  p, I5 q# Y" h% V
    最后通过& N( ?6 ~: D: N: M: B9 n9 e! a/ A
    同时对模型的% x* m" V  ^) s' u# X' W
    的相关性和关系。首- g1 g) Z" o$ l! y* U5 V- H" N+ |
    呈正相关,且相
    0 e* F! o! _2 T7 E$ q* ]6 Z: gPM2.5 还会
    * z; C9 y: P# X/ a: b7 G3 c与其他污染物的关系,+ u- |& G* O3 q  M1 T/ W, j
    129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x/ [, I$ {3 j. ?' n5 Z/ K1 d
    ,首先,
    5 N& Q  k6 d* _; _& j1 TPM2.5 的时
    0 U5 m- Z" P, |8 ?月份是浓度的高
    ' {# ]6 N9 \$ [1 O' {高压开关厂和广运
    3 a) g: K& [( j, Z6 TPM2.5 浓3 n: j& {) ~7 ~& ]2 [4 \- I8 g/ r
    西安市的东南部的空气质量2 i( Y* a6 I0 V  @6 Y  F
    这些都是生活% B3 L/ P: d: o7 `9 ]+ d
    而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中" u3 P/ @" y4 l' ?* ^
    这应该是未来治理的重点。5 U6 s* b" Y9 v/ M3 U8 D
    建立一维的反0 ], @; U0 t, F& ?& Z# s
    的发生与演变规- 2 -
    * g' e( h3 D" W4 f4 r, C9 ]. y; }- z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
    , x* U/ _; L2 I0 {$ G% t2 }0 }& }3 T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
    - u  u# M4 N/ V% W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0 J- l& m2 ~8 f1 t+ u2 p2 j, C
    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 [5 k5 l! p7 M2 C, a6 _6 A0 Y
    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 U  R  n: h& t' C% }& Z& O
    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;
    " A. J6 J$ K0 x: r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! q$ f2 q( c9 `5 t
    域,空气质量指数类别为优。
    % @! A  ~, \0 y$ ~/ v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
    ; Q. S: O0 L, t1 I% W  O8 }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
    $ g& t: C; q% Z- K10 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- w; |0 i1 `. F7 U" C# A
    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
    4 U5 V1 c) h: g- ]( L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, q3 x0 p6 o4 w8 u; x+ U+ d3 K  B
    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。
    + u) `% U& B4 y+ i. B, A% l, z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
    # w# B3 X9 T3 ~- [! E  E  y% ~8 ?于安全地带。6 P; q1 [9 i3 a( N- _' {/ b- o
    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& [& m3 J+ v* n8 C9 |; s
    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
    : P; ^  O7 y9 y" y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
    ! T% D3 [+ d; U0 g/ b' 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
    & l4 S9 S; W' O: D  c地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
    / W" b* g* I: t; P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
    # n1 i) i: q( C& L$ bmg m/ 降到 35
    & |8 j# j, ?, w3 C1 E! P3 ' [" f! V2 X& i7 N, N# X, j% |
    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& R  P. G+ S- Z
    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
    ! K' v) O5 o2 q* a1 y& X* Y( e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
    ) Q0 _! M! z% R+ y" k法所需经费最少,该方案是:每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
    2 b. R& p6 p, C! p3
    " s. O3 u, V9 J1 l1 Ymg m/ ,五年需
    - T( o" e5 s+ D  d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" c  j' u7 @* n: T" I# ], u% g
    了一份治理空气污染的建议。
    4 ]" E0 T5 S& K0 o6 C
    : ^4 p. F7 G) L( m  P8 P4 Y; f0 X" F  m9 G% c9 u

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