空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
PM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
9 x$ V" w& V; K$ h( c) o) y/ M* }( bPM10，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
，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
" D3 T% f, _0 l- S$ b1 e* t。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
6 X  `* B9 f. s! N- i  lPM2.5 与其他污染物的关系
( i, i% s3 ]8 X2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
2 G, U9 ?$ \0 ~- R. r% o13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
( `$ K' \& r, F，1 月和2 月份是浓度的高
，而且，高压开关厂和广运
1 _' \# Y+ U7 u3 P! b# ~，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
，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
* e' G. B# c1 J( b；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
、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
& ]: A/ U( s) C。首
8 h( Y5 q6 y3 Q7 }4 C，且相
: z" }' [/ z8 [1 S9 ?" v还会
; c6 \% r- v) m. O$ ~# S4 e，
首先，
的时
! z# @0 A3 [/ Q" t& H浓
。
- 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
' p# D3 z2 G; A- b  o, c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 {8 t1 S# V& P0 ]8 }4 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
) J8 r+ b$ t1 {* \. \% O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
" T( I2 `' s% ~, a" R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；
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
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
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
6 b. [: e0 k* ]: R, d6 x+ @% z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
2 z0 v2 {8 K8 A$ n1 U5 @" C7 ^# 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
  W* C$ }& J# O1 R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。
, |% F& s" `; `% d/ \, g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
于安全地带。
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
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
0 x8 K0 Y& G* {' l4 ^" 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
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
& y, A4 H# S/ u& k1 }6 U' R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
1 w1 i% [' `  w% {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
8 N+ l/ w+ D5 Y$ R# ~6 d! z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
了一份治理空气污染的建议。
  s* M: P" U/ D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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