空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
% |7 ]1 |& f" J/ ZPM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
# j7 T& U% F0 LPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
) s! I, t/ O6 w" K: ]PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
* y% U5 z1 E# G2 [* k0 W; _7 {7 p，拟合了持续高浓度PM2.5
: N# ~/ h2 G" B  o4 g. N，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
5 G2 n1 T8 @$ N/ J8 x: d。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
& O- @- C- j; V，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
6 x' P0 V1 n8 }6 K/ }，1 月和2 月份是浓度的高
9 e* y8 ]4 D# `，而且，高压开关厂和广运
$ [- h6 |1 ^4 f5 D. X: z，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
( B$ t: Z# O! t, t纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
0 A7 v7 O/ J0 Z) w+ a' S；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
! |& q$ Q4 s4 b: z; U5 O( V0 L，这应该是未来治理的重点
. D3 i; U' S: p) B2 |、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
+ \# \& i3 A$ }PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
，且相
还会
2 Y5 w# l/ ^( L, O，
7 w! g0 }; ]2 g4 h" w首先，
1 ?' @( s$ J4 k7 l9 n( W6 Q的时
浓
* M/ s) A9 R: h; n- Z。
- 2 -
7 r& K8 J6 n0 x& `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
% s4 K, R. u9 A4 C, @3 B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
3 q2 b: l+ Q5 p$ u. 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 Y: V. z' @/ h, ?3 o3 I. z6 P! 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
$ H7 m; g/ x" V0 U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
4 x; k0 b1 b5 s" T1 m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
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
/ c0 O. Q, ?# k/ U- w! J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
" S" O. q  q0 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。
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。
# X4 {  M4 [7 ?8 X; \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
* J8 {* s, }$ s6 I6 W* d5 p! o& R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
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
% _! G. n! {9 l% [) L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
( k& Q5 B) q. @2 j; H3 u$ wm 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
4 Q0 O" f5 O" [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
9 D0 X2 z' O+ Z  d9 ]5 Z* A: ^4 m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
: J) z* P; g/ h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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