空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
6 p% W" g. L" Q% B2 S$ G" kPM2.5 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
+ f: ]- L8 [& {" M9 R6 ^7 aPM2.5 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
: R# P+ {) P8 a2 q% S。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 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
# L+ _) F& J) x- ~5 N2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
- A* r! x# D( X- G8 W! a* c。对于第一个子问题，
4 K+ B1 Z. `0 G+ `9 {6 A13 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 i8 m+ M2 ~! Z0 h，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
1 @8 i6 B3 i# Q% t  X5 r& b: d- U) k；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
# l% q" A  N! R7 [3 b! V、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
) E7 s7 ?" h8 g8 U/ U1 @PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
' t8 a) [& y) ]3 ~4 C，且相
$ I$ A0 T- [, q0 s6 g9 [还会
/ r$ T) \+ ]+ {, Z0 i，
" m. g- d, ?, v) X4 @. \" v% i首先，
的时
* y& D1 o3 l; }3 }% B6 S- a4 d浓
。
+ ^" ^! Y/ b* M( H. ]5 i- ^) R- 2 -
8 w( u4 j- i) g( i8 r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
; i0 j# U. i% `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
3 ]' F7 n/ h" t5 k5 u  q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
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
% W+ v9 u$ e. ~+ l: TPM2.5 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
  O4 o9 f% G/ |$ @% r+ A10 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
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
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
$ {2 L8 @4 w1 {# U! }3 Y! v于安全地带。
4 I; A& i5 z: D: `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
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
, Q1 y0 }1 V% M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
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
+ y3 J. H7 X# U" G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
2 b6 [; m) g+ l7 s; [: ^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
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
! m" f* O3 F+ t' O( ~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
! Z+ a( s0 G: t6 M2 a! q, N! 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
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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