空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
* a( U7 [7 Z) n) j  ^" `+ pPM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
/ [, C+ E; F/ |& R: O1 GPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
1 Q2 M: G7 {4 uPM2.5 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
。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
% [! j; p1 `5 J  xPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 与其他污染物的关系
, _8 i2 M1 H# ~+ |9 P2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
# ^3 @6 v+ ]; S7 }。对于第一个子问题，
  N: l' o2 s+ ?; h. F1 L3 Y13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
，1 月和2 月份是浓度的高
，而且，高压开关厂和广运
) b  j& h+ ?- j* _，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
. \% w0 R, b* j% {6 M; n；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
。首
5 Y* c' H6 [) V  A: b" b，且相
还会
，
首先，
的时
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
; r1 D( X$ D3 n  a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
$ S/ P/ F' @2 B/ I/ q4 a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 L& N5 l7 o- C0 m2 g! a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
) T0 r* J, v2 z- x: T& 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
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
0 v8 j) u3 S: [: y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
( _  q: @- a" D10 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
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
' N; B  ~/ G# K9 y6 Y! \( {' W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。
7 h6 K8 p, }2 M; {( c' |7 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
7 J  }) _- _8 w. y& K' o4 a( N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
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
2 h. P4 n/ H, ~; h* {) z+ d" W地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
. U0 K1 i# T3 L# b3 w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
2 m( w8 {1 J0 u- C. Z' Ym 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
" z4 V# {- n0 k  h- G1 h0 g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
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
" e9 I/ V9 M5 t3 `, x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
  d& C( e' j  y+ {) D7 v/ V; `- {3 |6 H了一份治理空气污染的建议。
& D- y# G! x" T6 ^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
; {& S& w* M& b/ h0 q  L, V
) Y3 E8 `, D( B3 \& `