空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
) n" V3 Z: K) F& S. w0 uPM2.5 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
  o! p* |# @; w* q6 Y# C4 X，拟合了持续高浓度PM2.5
8 O  w2 Q! b5 l- o6 y- N+ n2 i; q，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
3 B" w& w7 G: o4 Q8 l' [。
! N8 O( h  [5 H$ b3 [7 O! H5 j- jSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
1 v, j; S0 C" U) x, p+ S，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 与其他污染物的关系
& L7 a7 J. o+ i9 @( w2 I/ v4 j2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
9 y5 P  K$ ]% X' g。对于第一个子问题，
0 A+ I# D. [: d% M/ n" @" X2 i13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
, X  `9 @  n3 G+ q' i3 f，1 月和2 月份是浓度的高
4 z7 R( g/ G4 |# e，而且，高压开关厂和广运
$ E: z. W. G4 n% h，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
" Q4 a: c5 {2 t9 ?; e5 x，结果发现，西安市的东南部的空气质量
' U& W$ a1 o2 j6 G" Z纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
& r1 a9 r; Z  [；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
5 @+ i; Q$ ?8 S、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
. A. G4 L" j0 t$ RPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
, G: R. ?6 a0 q，且相
还会
，
首先，
, i4 h6 i6 m; W, a" L的时
浓
* p1 ?4 S5 M) z2 \: p' `) ?4 d。
- 2 -
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
# q. T% |5 u" r' J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
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；
9 q6 R/ v6 j# t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。
5 j+ j+ x$ A( L5 X* e. ^' e' |1 ]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
  {3 p* u! X* d* l" B3 V10 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
3 T0 A& N9 B5 x4 Y. ?8 ~+ N# f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
* x1 n/ W2 F3 T9 G1 B5 Y% \+ J: `于安全地带。
/ O' f* Z7 }0 @) g/ p7 B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
) L0 y1 t! I# q4 l, ], j- f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
# X& q) N# D% V% C& Y地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
) G! D# y* q& i. \* K% M' S  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
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
: {) [4 O3 y# `  v% P. s( y4 e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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