空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
! F- e2 d7 i# K, M& P  NPM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
6 b. a, E) u) o7 ~$ dPM10，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
# n) c+ D0 ?+ [- S，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
3 d3 j; w2 |& ^。同时对模型的
3 y- ]. S. _- `% O7 L; ]。
4 {+ c5 z; Z4 R7 `SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
, N5 T4 {# f7 l+ e9 J/ pPM2.5 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
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
% V/ X# @' i0 `$ p$ @7 I9 u5 }。对于第一个子问题，
6 U$ Z. p' T; B3 y' [13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
: E" U! s! u$ z: Y: \，1 月和2 月份是浓度的高
，而且，高压开关厂和广运
，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
2 m" b3 C) e* s+ m: B* v: h; {) H9 k；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
( |) o0 ~  P! @) t% J- H，这应该是未来治理的重点
1 V- U! O3 T% S3 ^/ m9 e: W. V、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
8 b( L, @" ]4 w( b8 Q8 XPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
/ y) ^: ]& a# M( V: k扩散的
1 r8 Z( d+ [5 Q/ P9 S: ^。首
，且相
还会
4 I6 ~: ]: F3 l  d. @  L6 H，
首先，
! Y. g! r% r8 @" F的时
0 ]$ q1 j: j6 ^: A8 F浓
# W" C1 a! U, ]) E* E. c4 D/ k。
+ D) a+ a4 a: y) J/ e& P9 U! L. P  \- 2 -
. ~; J# v7 z8 q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
& ~+ G& B% a( I9 G! i4 ]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
4 H4 I: i) |3 E3 M) Y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
% ^/ z; ]" |6 |+ w  n$ ]1 s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
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；
6 R+ d; A. v- W0 G" f6 V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
7 k" G6 B& P! h/ N! V- Y域，空气质量指数类别为优。
* s. `; ^8 v! g. j& J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
0 ]5 s5 \  [+ K& l% XPM2.5 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& x, ], O" Y- S# I1 Y  l10 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
' U/ ]; w" E5 B/ T$ ]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
" q- ~) q; P( E+ d( m5 j. }, E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。
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
  ^4 t+ j5 l2 v; a+ 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
( U' G2 X- o5 x- M: Z& m, x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
# A: I/ i8 l# r/ C+ h地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
& K$ `; C: X2 m2 @% }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
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
$ F) }- U. h4 C0 B: t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
: U% R3 O, k2 f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。
/ D0 z' j" S8 r' [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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