空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学10564001队

杨利霞

空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学

4 i" r0 z8 V+ x

本文主要研究空气污染中的
PM2.5 与 SO2，NO2，CO，PM10
建立一维的反应扩散方程，预测了
市的空气污染状况；接着建立高斯烟羽模型
- r3 ^8 C9 i7 W' }情形，预测了污染物扩散的范围
建立了规划模型，得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案
- d1 b: h1 c3 c6 ]7 [7 ?2 _6 E( t+ h检验，结果得到模型是合理的
问题一主要探讨 PM2.5 与
' k$ D( P0 {8 X; H先使用相关分析，结果表明，
关性逐步减弱，PM2.5 与 O3 呈负相关
: w) ^, w( o: h/ B# q与季节、降雨有关。然后，使用线性回归方程分析
% d3 ^; n* E, n0 F7 V结果得到
! s% m, ^7 b) h5 l6 o" i5 M2 f2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理
通过空气质量分指数时序图和
空分布规律是：PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
峰期，随后转入低谷区，13 个分区的变化趋势一致
潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域
度较低的区域。接着分区进行污染评估
+ w' e8 c$ m/ W0 Z0 A相对较优，在该部分有小寨、
区或者写字楼，因此污染相对较少
- M$ L5 Q( A$ A/ e7 a心，PM2.5 的浓度较高，而且持续时间也较长
对于第二个子问题，在考虑风力
应扩散方程，研究下风向方向的
- 1 -
" {9 W, L( I0 f! k4 h7 s. R参赛密码
2 V, D0 w0 N( {) D/ l（由组委会填写）
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: o5 ^) V) r1 }/ D) T空气中 PM2.5 问题的研究
摘 要：
本文主要研究空气污染中的 PM2.5 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
预测了 PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
8 U8 o4 a0 C" S接着建立高斯烟羽模型，拟合了持续高浓度 PM2.5
预测了污染物扩散的范围，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
' l/ J7 K4 j8 }6 |/ Y- N% @得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案。同时对模型的
结果得到模型是合理的。
* g  G$ H# A* S0 Z. O与 SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
，PM2.5 与 PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
4 ~/ K6 G" L& _5 e+ x呈负相关，同时通过相关资料，发现了 PM2.5
使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系
2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题，
( U" V+ w3 X# }+ w6 U) b& T空气质量分指数时序图和 13 个分区的 PM2.5 空间分布图，得到 PM2.5
$ h% m# t" V8 \$ y' `+ q+ t8 W浓度随时间的推移呈下降趋势，1 月和 2 月份是浓度的高
: [# F& `& C5 A4 P. D( O个分区的变化趋势一致，而且，高压开关厂和广运
浓度较高的两个区域，小寨、高新西区和曲江文化集团是 PM2.5
接着分区进行污染评估，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
) v; ]) v+ `, h  J因此污染相对较少；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
" ]7 G2 L! {4 @! t而且持续时间也较长，这应该是未来治理的重点
! ?! J4 N7 @4 S8 ~4 ]" b在考虑风力、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
研究下风向方向的 PM2.5 扩散规律。得到 PM2.5 的发生与演变规
）
0 X0 f4 Q. W3 _8 h9 x' \赛赛
6 V( Y% o/ c# u/ L* z首先使用相关分析探讨了
- ^+ f' F. r. ~然后通过
定量与定性分析了西安
9 P. [4 `7 `% g8 a9 m) UPM2.5 扩散的
最后通过
同时对模型的
的相关性和关系。首
呈正相关，且相
PM2.5 还会
与其他污染物的关系，
129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
# E2 I4 Q" d' p) X% f8 n，首先，
PM2.5 的时
月份是浓度的高
  _& m9 e6 F" \: J4 C$ b高压开关厂和广运
PM2.5 浓
, u: [$ M  W! Q! {; @- t5 q西安市的东南部的空气质量
8 D& d! H/ \- A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。
' g% ]9 q% C3 u( a1 m  F建立一维的反
  i* l, W4 b, @* F的发生与演变规- 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
7 c3 b- i. ~) O: D( K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
6 R: f' D3 p9 v/ B. {! H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；
/ d3 @) q& o) g. G7 ]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
( @- S: z3 Z; K. y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
10 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
* b" d( \* T; X! t& c. p  U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
. A. Y% H/ N1 X- G; G# K- C9 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
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
. F2 d# j  W) q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
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
* e! ]& Y) ~/ \. }1 ]. 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 2803
& M( {# _' ?+ {2 d% [1 }mg m/ 降到 35
3
mg m/ 的治理计划：逐步提升空气质量指数级别法，总投入经费
2 r( t* p- p( X7 H/ m5 f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
7 g) s; I, i! `& `. D6 A+ ^4 V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 49
3
, f( q. \* B1 \1 Nmg m/ ，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
! g5 m' U" E( ]- ~/ e! ^了一份治理空气污染的建议。