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
: d# J4 }" {- }9 O! j& ~8 qPM10，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
，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' u1 f# C% m。同时对模型的
。
# U4 k/ D& L9 P, \! T# xSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
$ G" R5 ]) T0 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
  H7 x  i2 q! Q' L& [4 l2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
3 U& B  l$ c$ f" e) e8 y* N5 V13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
1 y, G1 e+ \0 c4 s; E7 n，1 月和2 月份是浓度的高
，而且，高压开关厂和广运
. t: W% |$ e( X9 k，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
4 W: v, h* n3 @& ?0 _，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
: \, x) p. N6 f8 H; V  y；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
) ]" K1 J' M) `" iPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
，且相
3 R& Y2 W- ]/ |( H. H+ Y! Z还会
+ g7 j2 \$ X8 W% z，
首先，
的时
浓
。
- 2 -
- B* [1 X9 p+ q. q9 e/ \) B3 |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
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
) O" M' w  |/ n; r; ?/ z7 X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
1 d: S' R1 a- F- G- D+ 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
4 {. B9 i+ Y# O) U) \0 }3 X  ?域，空气质量指数类别为优。
3 i$ G3 B& \  g" ?2 T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
, W% D! z7 k+ z$ e5 O" Z8 KPM2.5 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
- h& Y8 ]4 S4 D- K1 L) M" V10 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
  x  {0 a" }/ x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
. ^9 k4 k5 o* i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。
$ v( u- P* S- x  U, u( Z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  q6 U' Z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
' V0 q7 s0 q' v/ N! z& V% I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
5 o" {* U* s$ e6 s/ 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
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
+ S5 Q( L( C# a2 s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
% V8 M% z2 q: u7 B8 q. c3 V' M0 q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
7 d: g" y" B- d7 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
了一份治理空气污染的建议。
- B$ U. b$ p$ W% I) J. g$ f  O0 x$ s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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