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
4 }) ^  ]* W: p  g( p: L5 CPM10，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
) ^! b3 b0 ]$ H! {，拟合了持续高浓度PM2.5
! H8 b/ `1 i- K. Q# ]4 x- |2 G% L，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
% u% h! x+ W# R2 E。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
! J7 m5 ^2 n) N: B' X3 J( M) {PM2.5 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
0 u/ @- Z0 Y6 u6 c5 I( Z2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
1 f' J! {7 l+ D) A( ]0 n。对于第一个子问题，
9 d; D. x3 y. k$ E2 [% O13 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
，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
6 m4 D9 j( [" X8 v$ ]1 q，结果发现，西安市的东南部的空气质量
9 J& L0 Y7 O% P1 k纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
# q9 m# G0 U/ p2 Q+ O；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
4 q+ v) x3 Y0 K( ^，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
: X- A( l& Z/ s7 ~- fPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
& e% W* p1 ~1 k" `* u+ S扩散的
。首
，且相
- P' {$ I/ c) k. o: j# [还会
，
首先，
+ B) K# V/ l. o+ L, [+ a的时
& d% Y3 U; z, d, q  h: J浓
0 p! p+ R2 m0 D* r。
- 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
: R3 H, ]8 _2 _) s5 f3 Q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
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
; h$ k5 R7 e( h! Y/ D; {2 [7 B2 C; j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
' N. Y# P* K" T0 Y, Q9 }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
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
7 V) ^; T5 i$ V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 @  w; Z9 D0 L& p3 {/ ]+ x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
# N& `! K& c" i; E! l: a  O; O于安全地带。
- M! _9 }+ s4 }5 o& a) o2 h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
9 L6 |' _* b, ^: }& t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
8 J- P( ]1 s# F# O7 u地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
% E; W) d( `  l/ {* s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
6 d+ _5 z; A' r# h2 [+ om 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
4 ]. ], D4 H. ]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
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
3 t6 ^5 n5 x/ x" E# ~4 X  l了一份治理空气污染的建议。
* c& V3 O! U* p( x; k0 l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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