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
; N. T6 s2 v$ X) }PM10，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
5 r( d- I1 y0 l2 {" b" w* F9 z，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
# h! J( [8 J$ G3 @# A。同时对模型的
。
' c3 \: s. ]: ?% q2 rSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
! b  ^$ ]3 i. I4 ^& N  YPM2.5 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
) @& E4 u& ?% N6 Y3 J# N3 P" \5 D( R。对于第一个子问题，
& Y$ A. P2 K' s8 M+ q13 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
* D5 _+ [9 S& o9 a  D: e，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
! Q1 {- J) k6 P: [) x. ?；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
4 ^- {# ^) E: N9 GPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
，且相
9 {. N* _# w9 B7 d- J还会
: w3 H. J' ~* ]" J2 D1 Q$ B，
7 [! ^3 J' M2 F首先，
8 [' s, z' U3 J: g2 v的时
浓
。
( [0 p9 E) Q/ D4 K" i# o- 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
1 Z; t/ i9 U  f7 U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
: k6 U, ?9 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；
! U/ Q$ o* b. ?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
1 }7 i4 o: K, E# \3 t域，空气质量指数类别为优。
( a- a( N- ^" Z3 e7 ]/ D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
9 W1 M* F; t! r# r' 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
1 V# P" x" Y3 ~& |3 I10 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
3 x7 d$ |, e4 K$ d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
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
8 r0 Q$ a* F4 c* q% F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
% s$ P7 S0 O/ g# @9 @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
$ Z  \! g. B" P( C, m7 Z' V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
9 }6 R) c4 ?5 w' \3 `& h6 s6 F  B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。
6 ?5 x& w& @0 l7 e, ~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
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
) ^9 ?. `8 @$ p6 B& ~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
% A  b3 w6 N( H1 ^, S* M1 }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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