空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
PM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
4 K, P( [4 d! E, l( p3 wPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
5 N! [) W$ m  m/ N5 b5 H2 OPM2.5 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
: i# @. g$ E3 o. e9 N) I。同时对模型的
7 {: m  c. l( L: s, b3 r$ s" ^。
5 ~" Q& \0 m4 z4 Y7 F. t6 V! lSO2，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
3 H3 i; |( N& r1 a- C4 i* ^- v2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
- p# F% @& w9 N。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
4 o5 k% H4 v, ]9 F，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
( H1 @( ]* c& o( t) H+ u# g! e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
/ w  E3 O( J3 nPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
& P* d/ a" M7 {* {5 b扩散的
) \  d4 W8 N$ O4 Z: g。首
，且相
' V: {  _. j; R6 R1 T还会
1 ?) P0 g0 @, H% P% }  B，
首先，
的时
浓
  v; S  f5 i5 d1 ?4 U1 C3 I1 a. K。
. H/ Y6 W0 w1 U0 g3 F- 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
) s4 p- R& n3 Q6 l. t* q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
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；
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
* b# w3 L! q! ~5 N) }# c  {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
: u) o! N' n, B& N6 c10 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
+ v8 u' B3 x* i. Y  q) Z于安全地带。
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
) q/ H" n3 i6 |6 K9 Y/ |: Z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
- g; S( j3 O7 S5 Z3 d7 u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
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
" M  K' T  }9 b. 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
  ~* j5 `/ N$ U3 j9 H1 I2 b( {2 ?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
3 d  G3 P# `% K* D( Q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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