空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
& C+ r& ~" b2 t; Q: ?; MPM2.5 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
( h! A3 \  s: V, lPM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
2 t* [7 i: M' N- j% G，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
3 p# \5 O3 z& n  `3 W。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
% w( o' p; |& Y0 l) {% R8 g9 p，同时通过相关资料，发现了PM2.5
- p. _# l4 w+ }/ uPM2.5 与其他污染物的关系
0 X3 A9 m9 c( V6 J  l& P+ G2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
0 N; |' I. @/ `# C7 i, x! z) {! h。对于第一个子问题，
& z9 S- u' h% Q: h13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
4 p1 c+ b7 S& a, m' L2 g，1 月和2 月份是浓度的高
，而且，高压开关厂和广运
- p8 b5 C' f3 m5 c，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
3 {, O9 i% \0 l; s4 q! ]，结果发现，西安市的东南部的空气质量
# r& w; c6 W( z' H纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
+ @8 Q, H3 f# K# @8 A1 q1 ]；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
7 W  r- G4 {* e9 D" p，这应该是未来治理的重点
" r2 E' g3 a0 O" ]1 I、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
* I0 J" x) a. t$ A1 ^+ ?5 D, X9 gPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
( o7 e8 S) t1 B0 o8 q; o$ Z扩散的
。首
. i" \) [1 |0 O, L* L+ N/ B，且相
2 t$ e: v4 o, k) c还会
. k8 i4 ]- j! b; S& j; g4 I，
4 ~$ z9 G. P6 v2 i% n, n7 \  Z- Q首先，
8 J9 d( L8 h" k' m5 Q4 {的时
浓
$ U9 z8 \' S1 T( y3 d2 I( C。
- 2 -
8 n7 Q# j+ C9 J7 v4 l4 p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
) \" B+ a) B- L8 X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
6 L6 }- A' ^* b. E2 L7 w6 ^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
) V7 P- D  B9 v4 \& ^6 ]- `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；
7 z; D& ^9 t1 H5 D# v! h4 i" ]3 m, 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
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
$ }  g! B3 m1 O  a. Q' i2 _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
6 B0 x' q! ?/ }$ r/ r( H3 {) Y10 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
: q& ], [2 R0 V' U& q5 G) r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
于安全地带。
4 A- _  {: {3 g2 [# |6 c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
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
地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
' D- q4 p9 B0 d  K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
) n$ f8 ~+ P0 C( T( H& A3 X2 Um 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
) c. I4 h) u- t+ G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
6 N3 \9 k5 Z. _, r+ ]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