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空气中 PM2.5 问题的研究1

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杨利霞        

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    [LV.4]偶尔看看III

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    本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。

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    发表于 2019-10-7 12:12 |只看该作者 |倒序浏览
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    空气中 PM2.5 问题的研究1

    , ~1 P, s4 n1 F3 s3 E2 O" j- o& J8 f8 \- f

    9 W/ ?& \' R7 H+ O- L1 I: q) c  v本文主要研究空气污染中的5 h4 w% ]' R3 H- c' L# N6 J7 y1 e) }
    PM2.5 与 SO2,NO2,CO,PM109 L3 f, r0 W, L7 h; M0 _: F" q7 k3 j
    建立一维的反应扩散方程,预测了, U6 s! ?/ d2 I: q# y, j
    市的空气污染状况;接着建立高斯烟羽模型" x8 I. i0 [+ n
    情形,预测了污染物扩散的范围
    % o  R4 \- ^  K建立了规划模型,得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案: c- n5 E- U; D! e
    检验,结果得到模型是合理的! E; S" V" S  ?/ L& h
    问题一主要探讨 PM2.5 与
    8 k3 j9 v) j7 P# |先使用相关分析,结果表明,
    : L# s. A/ D$ y% n7 Z9 W: |3 l关性逐步减弱,PM2.5 与 O3 呈负相关
    & Z1 s$ @( W* |% N3 W* o8 q与季节、降雨有关。然后,使用线性回归方程分析
    4 |- f* ~  c4 v2 e0 i" ?结果得到
    5 r' |2 E' _3 l( L+ {' j6 u2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +0 ]) n: D2 x) \2 @6 M" u) D
    问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理7 Q) i; B0 j9 Y2 s: @- F
    通过空气质量分指数时序图和" V( b& |% Q( O; z- M
    空分布规律是:PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
    5 q5 q: a+ z% q8 x  _# k, O& J+ n8 h& |峰期,随后转入低谷区,13 个分区的变化趋势一致
    7 N5 v) h- N* V; V潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域" Y% p, S% Z* W0 v# {
    度较低的区域。接着分区进行污染评估
    2 z0 U9 P* X2 m/ m  v& m相对较优,在该部分有小寨、
    * X* |+ m& D5 M) B, u区或者写字楼,因此污染相对较少. |% W, I* ?( d9 h6 h+ H0 U
    心,PM2.5 的浓度较高,而且持续时间也较长
    0 D" n, o! o- @" `9 \1 b1 ]' O6 l对于第二个子问题,在考虑风力
    : \- Y$ D2 N- W6 m: J8 `! b' E应扩散方程,研究下风向方向的
    8 ?/ m! Y8 n9 @2 g' x- 1 -+ F- |* ?, D2 O6 b
    参赛密码
    : y8 Z0 x0 u8 ]- a(由组委会填写) ; W; U4 p7 v" u/ {% V
    杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛8 z( f( @$ \3 X& }
    空气中 PM2.5 问题的研究
    9 y! x" I) I1 ]$ M摘 要:
    , e- `) d5 r9 W% H. u* _4 k  u本文主要研究空气污染中的 PM2.5 扩散问题,首先使用相关分析探讨了
    5 W- ~1 H3 r9 }" mPM10,O3 的相关性,并建立了回归方程;然后通过3 {- ]1 o. H% X' b; Z7 b$ l) r
    预测了 PM2.5 的浓度变化,定量与定性分析了西安
    * U  _* j4 \* d$ Q接着建立高斯烟羽模型,拟合了持续高浓度 PM2.5/ W& H0 n( }# N; s+ F# g: K
    预测了污染物扩散的范围,得到了重度污染和可能安全的区域;最后通过1 I/ w0 i% t! ^4 k& `/ Y
    得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案。同时对模型的
    2 F* f/ T3 w( {" \8 f5 i7 y8 G# e结果得到模型是合理的。$ T. V% j8 b- v
    与 SO2,NO2,CO,PM10,O3 的相关性和关系# k, a- I: E2 `( ]: Y! Q  O
    ,PM2.5 与 PM10,CO,SO2,NO2 呈正相关% P1 r9 m$ N1 G. D% c. b
    呈负相关,同时通过相关资料,发现了 PM2.5) `: G6 |' T7 T- P6 ~# C: ^2 Z; D3 w
    使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系# L$ o) Z  H- V1 H; e. t0 w: M
    2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
    1 y/ d) i: c4 g& ?的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题,
    ! L3 g& h- ]7 o空气质量分指数时序图和 13 个分区的 PM2.5 空间分布图,得到 PM2.5
    ' I, G+ ?$ ]1 O! _浓度随时间的推移呈下降趋势,1 月和 2 月份是浓度的高
    . ~& Z5 i; k- P" U. s个分区的变化趋势一致,而且,高压开关厂和广运) P, m. P" V5 x
    浓度较高的两个区域,小寨、高新西区和曲江文化集团是 PM2.5
    * T, O( V0 U0 _. v6 O5 b: [接着分区进行污染评估,结果发现,西安市的东南部的空气质量' C& F5 ^+ R) R5 W( X  V1 s. P2 J
    、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区,这些都是生活
    # l$ _5 D: U# _因此污染相对较少;而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
    ) Q  \) _; Q' v/ \. z而且持续时间也较长,这应该是未来治理的重点5 c) T6 V) Z% y6 G8 p
    在考虑风力、气温、压强的自然条件下,建立一维的反
    2 `3 o6 N4 G% R$ I. Y研究下风向方向的 PM2.5 扩散规律。得到 PM2.5 的发生与演变规5 Y" `  X' g! z: j" H

    , R! w/ F; N9 {5 S赛赛
    ( |3 e& k, j1 t/ N7 ^首先使用相关分析探讨了' o% q. k+ M! Q% p; a
    然后通过
    . b7 z/ t* C% F/ H4 U定量与定性分析了西安
    , a# s( R; A' t+ j4 [; QPM2.5 扩散的
    ( q3 {% v. e9 L3 r最后通过$ L$ q/ S  O  e, {
    同时对模型的; j; Q" x  |# s3 o* w
    的相关性和关系。首: H( r# H) \+ s- d! y% u. [2 {  X* B& T
    呈正相关,且相) E  |* g& B  k* E8 X
    PM2.5 还会
    5 n+ Y( I/ J& L2 r与其他污染物的关系,% p- C' `6 f* L  [* r4 x1 D
    129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x- @. W4 S6 K1 u) f
    ,首先,
    ; R5 E6 W# R* h" W4 VPM2.5 的时
    ; A: W1 a0 l: n" M6 G. ~月份是浓度的高# s3 H$ J5 e' P7 p& Y# [7 D# K- }
    高压开关厂和广运  r+ ^- s. e9 X5 R
    PM2.5 浓6 c6 w( z3 Q6 E/ S, e
    西安市的东南部的空气质量
    8 e( S4 }9 P  K6 J9 Y这些都是生活$ M' G$ r7 ^7 ]4 p5 H
    而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中1 {2 w* j* q* O" e9 Q5 r
    这应该是未来治理的重点。
    9 R4 x+ M' O0 x# B建立一维的反2 p5 }5 ]8 |: S" k4 ?: }; f5 ]$ M
    的发生与演变规- 2 -4 Y+ C. U2 u9 k0 N6 c# o
    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0 h* e1 d6 O/ ?8 [8 G& r* R& L4 l9 Q0 d: S
    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
    ( e4 J8 V2 Y5 _5 e; V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 m0 O% w$ Y& V. F
    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- y6 ]" k# R( |
    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
    4 d+ z, [1 Y  V! Q, Q4 Y  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;4 Z6 u7 @7 I9 P
    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' L+ ^9 l5 d. R) B0 K
    域,空气质量指数类别为优。
    " W5 h$ g4 x9 G5 C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
    2 @0 N3 C+ L$ s  p5 I% GPM2.5 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
    ! E  G$ A: y" F" B$ e10 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# ~$ p) p5 O6 l6 |& L# B1 O0 v' 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# y$ ]$ T) u+ E' R7 J
    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 {4 z; j/ b/ v! p/ @8 z% O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。6 I* N; ^' T/ Q3 {
    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
    0 g! Q! A- P4 U$ s4 X1 V于安全地带。
    ( z% ?; J5 t2 i4 \1 r) `% Z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; `/ j) t6 O2 ]; S' [( q
    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! J3 s. g: K9 v1 ]( Z; g, ^: a1 i
    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
    # V! S3 O5 J# {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
    7 e7 K: r! F& s1 P# M1 O地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。' x- L5 u. D3 g' j, o
    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 2803 4 V( }2 N' y7 H& |0 M* \: Q
    mg m/ 降到 35
    ( I( t5 ~; x6 j8 f3 : `. B. J7 D: V
    mg m/ 的治理计划:逐步提升空气质量指数级别法,总投入经费
    $ h, ?2 u& R, [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 O7 M" z: V8 K. Q! \6 X- g$ H) s
    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
    4 Q1 X3 H& s  a法所需经费最少,该方案是:每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
    * o. X2 w: V/ E& p2 I/ Z3
    4 z7 K6 s5 v$ Z" O1 @4 Q8 hmg m/ ,五年需0 Q9 W" Y$ Z, \: t# j) z
    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$ b" a# O: M* [- T2 C; `
    了一份治理空气污染的建议。  y4 p+ g# g1 q; T
    ' F) e- h4 w( \3 L: X. i1 H

    9 t! {6 N+ C. ?, k" ?& b  h& o' `7 M

    D题华南农业大学10564001队.pdf

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