空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
8 D3 p& K+ N3 K2 P! c3 o$ E0 w- VPM2.5 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
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
。同时对模型的
6 s5 u2 X3 }! k+ y& Z3 H。
0 o$ |+ g$ q! h% u4 L) s& S7 lSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
- G. j" g) h4 }$ D0 j* _PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
4 A' K, B# D$ l. S& I3 KPM2.5 与其他污染物的关系
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。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
. }7 T, f9 [8 w，而且，高压开关厂和广运
，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
；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
PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
5 `( a# q4 O% x" }* K扩散的
% r( D6 c3 M) f  f  p。首
) I8 z5 C# q' d* O3 J，且相
; A0 z4 W2 C8 ?! M" i还会
6 l- Y% J$ f* Q& m% u，
首先，
$ t  d& W0 E1 R# C的时
浓
。
- 2 -
1 B8 n: r1 w, d% z  {. c- _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
  X3 j" f# @9 P/ u- b. h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
: z  J# l* [- T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
4 X4 m/ G$ o$ Q' Q* s: N' B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；
8 n# ?- i8 d7 Z5 \( U+ v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
) w; l7 s( Z' R- U5 W$ \域，空气质量指数类别为优。
' |" O  p% L$ D" j' F# z: ?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
8 z1 x$ ~" D4 m& o  M+ z0 P10 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
$ I  q8 q: |: U  f+ w/ }( L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
5 m4 s2 t' {0 d5 O1 n) k# a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
( L; B  f: q% o1 t7 z9 G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
+ t4 j  q) U! `! f8 I% I于安全地带。
% j- \2 g' c, ^$ o7 @( E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 P% U3 A: N9 S) z/ L2 j3 o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
0 K# V: B; D( I+ h0 M! S: `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
+ S3 g9 Q1 L# `地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
. |; E% ^* b5 ?8 T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
, k- y( F+ b6 ?$ p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
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) \0 ]( v8 W; G- t: C$ ^- N了一份治理空气污染的建议。
$ F! A4 k6 C! i1 f5 m3 D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