空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
  V7 i) [; M- m1 @7 zPM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
PM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
) ^( X, k4 o' }: ]/ [* APM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
- r; \( A7 [3 s& J& B5 k，拟合了持续高浓度PM2.5
) r  p. o) B$ p; l5 e% S，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
0 t* j* v+ R5 c/ t+ OPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
$ U, S" V  C, }4 c/ ePM2.5 与其他污染物的关系
  u) @4 z( i3 B* s2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
' Z0 M5 M4 y' _/ c1 a。对于第一个子问题，
13 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
5 b4 j) a# R+ b7 v9 a2 ~，而且，高压开关厂和广运
- A' p6 i4 I. \# k1 x，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
* M( c' z$ \3 Q. m( P0 \纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
! {- G4 ?* M! o0 Q  a+ A  l1 U- n；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
. ]+ I$ d- O& C& K% `、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
$ B+ m2 `# s8 S2 x+ qPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
# R: l9 o* |1 v  \" i。首
# @6 F8 |7 F7 \，且相
3 g; `, M+ a% T0 ~* V5 q: O' z! U: J还会
，
首先，
; V8 T2 k' A( ^! L0 V的时
浓
. b. x5 U2 B* N' j" `* ]。
- 2 -
" I! \! t7 U+ i% p7 d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 V! i  X# X! F  k+ g% u6 G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
! q6 U& N) n; o- \7 w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
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；
1 k1 R, c! B6 |3 E1 e- 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
" n8 y2 e; h) t; z" a: [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
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
: b, E0 R5 \( z) u( ~9 H10 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
6 r- U$ w/ {5 ^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
2 c. O7 d& ?- E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。
1 Z' i& s* u0 U8 P. R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 P/ R: ]1 A- }6 Q# Z% G( y于安全地带。
7 S- T1 ]$ j0 w, q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
0 Z2 n3 v$ |5 @# ~1 R; U- e3 S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
7 X- c( O" g; J, ?4 ]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
4 f' |: i- |& Y+ o5 q& L3 M' `! n! h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
$ s+ h! f# M* n$ F2 C1 M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
3 O2 T% g$ Z7 x! S' J* Bm 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
' M8 E2 l( `$ Q5 e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
, R% E# o$ `3 h! t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
$ R8 Z; I! Y/ q: V% p' |# R5 @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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