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空气中 PM2.5 问题的研究 海军工程大学 90038016队
: v. c% w( r. S% E7 c0 b- |* e9 ^3 ^ w
: A2 P1 S2 x6 O
PM2.5 是空气质量指数 AQI 中的重要监测指标，是产生灰霾的主要因素，对人类' ]3 K1 g4 |. A1 v2 `$ f
健康危害极大。由于 PM2.5 进入公众视线的时间还很短，与它相关的统计数据比较缺5 G- L+ F$ b6 u& i6 n
乏，从而限制了对其客观规律的了解。对此，本文着重进行了以下几个方面的工作：
* K; l' _+ c8 ?' I一、PM2.5 的相关因素分析。结合附件 1 中的数据，利用 Pearson 相关分析法计 ' Y: `3 E! a' y$ \. O
算 AQI 中 PM2.5、SO2、NO2、PM10、CO 以及 O3 等 6 个监测分指标的指标值及其污( X) ?* S4 U, j) ]6 S7 r
染物含量相互间的相关系数，定量地分析了 6 个指标之间相关性的强弱，发现 PM2.5! M) X$ M) ^& |0 U0 Y5 O
与 SO2、NO2、PM10、CO 具有很强的正相关性，而与 O3 呈较弱负相关。在此基础上，
! |7 X% W6 s' Y! a6 r建立了 PM2.5（含量）与其它 5 个分指标及其对应污染物（含量）的多元线性回归模
# _/ v# w1 @6 c+ T7 s4 |型，并利用附件中的数据对回归模型的合理性进行了验证。
* y: l% U: P, ?! {2 c2 z1 v9 w二、PM2.5 的分布与演变及应急处理。利用附件 2 中 SO2、NO2、PM10、PM2.5! p+ C' T2 u" S) i5 C8 X9 r
的 2013 年数据建立了 PM2.5 的 3 元线性回归模型，利用回归方程拟合 2010 年 ~ 2012
7 j: V x" Y+ n9 m% p2 L2 a7 x* j: F年间缺失的 PM2.5 数据，并以此绘制 2010 年 ~ 2013 年间西安市 13 个区域对应的
% @+ v4 \% P: pPM2.5 拟合值曲线，对不同区域和时间段的分布情况进行分析，发现 PM2.5 具有季节
6 Z; {7 p7 U `7 Q2 O5 }* e性、区域性的分布特点。同时，计算附件 2 中各区域 2010 年 ~ 2013 年间每个季节空
2 m H: r) Y& w% S. |2 Q# ]% y气质量指数的平均值，取其相应的污染等级对各区域做出了污染评估。( ]% `7 j& t/ [, h
在合理假设的前提下，根据扩散理论建立了简化的 PM2.5 连续点源扩散模型，定
H' H' T$ w( H量地分析了 PM2.5 与风力之间的相关性，并利用附件 2 中的数据对 PM2.5 与湿度之. \ o% }4 `( @1 E/ F4 {
间的相关性进行了定性分析；再提取附件2中的两组数据分别建立其PM2.5扩散模型，5 S) q. P% ]. m0 U
绘制其正下风向的扩散分布图，从而对 PM2.5 扩散模型进行了定量与定性分析。
# e; A5 i! s8 e2 l; N; u* y$ _当污染源的 PM2.5 浓度值急剧升高时（作为新污染源），周边区域的 PM2.5 浓度
, {; H4 W. `- s3 Y5 F, b在短时间内不会发生突变，继而建立新污染源的短暂连续点源扩散模型，并提出了污
0 f/ ~0 N) _' J4 f' O染扩散预测与评估方法：对污染源下风向 处的区域，分析在 时刻该处的 PM2.5 浓- W6 _6 r! T- |, B; I. }
度是受新污染源影响还是受初始污染源影响，再利用相应的污染源扩散方程预测该处P
9 z6 ^1 A& b& R的 PM2.5 浓度，并换算其对应的空气质量指数，继而做出污染评估。进一步，结合附 $ v, T: N3 T9 R. K Y; X! l+ Y
件 2 中的数据，利用该扩散模型进行预测评估，通过统计下风向不同区域的污染等级，7 t. ?) b1 F; ~* u% u* D8 b. I! Y
给出了重度污染和可能安全区域。
. t* y( l1 ~( Q, a; { G为分析文中扩散模型的合理性，在附件 2 中选用小寨、纺织城、兴庆小区、市人" f2 C, D7 R7 e( n3 k# M
民体育场等 4 个监测点数据进行比对分析：利用后三个监测点建立 PM2.5 扩散模型，
/ q# D% A: I- g# p并对小寨的 PM2.5 浓度值进行估计，将该值与真实测量值进行比较，继而分析扩散模! D& [' E; [3 @6 `( G. O
型的合理性。同时，结合已有的研究成果，对 PM2.5 的成因、演变等一般性规律进行
: h1 B4 H) l5 y! g4 ~了探索。
, Z9 T/ `# @. v5 q5 N7 q三、空气质量的控制管理。在分析 PM2.5 的污染成因后，总体上依据“先源头、
/ i; U" v4 W) Y+ r后时段”两次分配的思路，确定阶段治污目标并制定相应的治污方案。在分析附件 1' N1 M# M, d; ~; l. Y
所在地区 PM2.5 的主要来源类别及其贡献率的基础上，按照“源头治理，贡献率越大，
1 G n0 T- K H* v' b. \要求完成的治理指标越高”的基本原则，按比例分配给 PM2.5 主要来源不同的治理指9 r, g) g# \- ^3 P* M |
标。针对不同的 PM2.5 来源，根据其治理措施的有效性、周期性等特点，分别设计每
8 W3 r" g1 p7 J* C/ V9 u5 ]2 Q% d年的治理指标，继而确定该区域 5 年内的污染治理计划，并给出了每年的全年年终平3 J2 [$ J: \" ~5 K, Y. p
均治理指标。
1 \! o0 [8 [2 o0 C! m采用综合治理、专项治理相结合制定治污方案的思路，将 PM2.5 治理指标按比例2 v- B+ Q8 L' C, t
分配给该两种治污方式来完成，继而得到每年投入经费与 5 年投入总经费的数学表) G M9 P& Y/ _1 E8 ]1 q
达式；在完成预订治理目标的前提下，以总经费尽可能低、每年投入经费适度均衡为
( g# S2 @6 _9 G1 k; Z* w. d( n& o w优化目标，建立优化模型对专项治理计划进行优化，给出了五年投入总经费和逐年经$ x/ g! x# v R; c; `
费投入的预算，并对专项治理方案的合理性进行了说明。' T, m N. J* N3 S) {
最后，我们分析了本文工作的优缺点，并提出了改进方向。 , J: g D; |. c2 G
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发表于 2019-10-8 11:22
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