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空气中 PM2.5 问题的研究 海军工程大学 90038016队
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% @6 Z# x6 w' K' q9 z8 gPM2.5 是空气质量指数 AQI 中的重要监测指标,是产生灰霾的主要因素,对人类
0 x+ s; d/ [+ H. J1 \健康危害极大。由于 PM2.5 进入公众视线的时间还很短,与它相关的统计数据比较缺# t: V6 x7 f4 y; e5 r4 M
乏,从而限制了对其客观规律的了解。对此,本文着重进行了以下几个方面的工作:- |- P+ T+ ~+ u( e, |
一、PM2.5 的相关因素分析。结合附件 1 中的数据,利用 Pearson 相关分析法计
- h' G9 L& N8 H2 I算 AQI 中 PM2.5、SO2、NO2、PM10、CO 以及 O3 等 6 个监测分指标的指标值及其污$ m7 w* C9 B' K4 G6 g
染物含量相互间的相关系数,定量地分析了 6 个指标之间相关性的强弱,发现 PM2.54 ^/ V0 g+ Y* _% a3 H4 a2 [# [! \
与 SO2、NO2、PM10、CO 具有很强的正相关性,而与 O3 呈较弱负相关。在此基础上,
; G, K- P2 R, c建立了 PM2.5(含量)与其它 5 个分指标及其对应污染物(含量)的多元线性回归模
5 J4 n o+ P& e- ^" v型,并利用附件中的数据对回归模型的合理性进行了验证。
0 V5 |7 R9 l5 K! { K# V8 i二、PM2.5 的分布与演变及应急处理。利用附件 2 中 SO2、NO2、PM10、PM2.57 H8 L2 g$ h5 M0 n
的 2013 年数据建立了 PM2.5 的 3 元线性回归模型,利用回归方程拟合 2010 年 ~ 2012% v* b4 c9 i4 k: H# k
年间缺失的 PM2.5 数据,并以此绘制 2010 年 ~ 2013 年间西安市 13 个区域对应的
* }3 W2 y# E! N0 u J d2 y8 |' |& }PM2.5 拟合值曲线,对不同区域和时间段的分布情况进行分析,发现 PM2.5 具有季节
3 x8 A o8 d6 i" t! N, x P$ w5 h# e性、区域性的分布特点。同时,计算附件 2 中各区域 2010 年 ~ 2013 年间每个季节空
; G* e- j' w/ X. D3 w8 m9 i气质量指数的平均值,取其相应的污染等级对各区域做出了污染评估。. [0 Y. i; }. n3 l; s
在合理假设的前提下,根据扩散理论建立了简化的 PM2.5 连续点源扩散模型,定
9 X8 Q3 f" @9 u; \( m6 E* c量地分析了 PM2.5 与风力之间的相关性,并利用附件 2 中的数据对 PM2.5 与湿度之2 @" F+ Q/ N g
间的相关性进行了定性分析;再提取附件2中的两组数据分别建立其PM2.5扩散模型,
* B, a& }4 m. A" M% F' C绘制其正下风向的扩散分布图,从而对 PM2.5 扩散模型进行了定量与定性分析。
7 ], L) b/ Q) p3 T% X1 r2 V7 M当污染源的 PM2.5 浓度值急剧升高时(作为新污染源),周边区域的 PM2.5 浓度/ W! F3 ~+ n1 P( F9 p! Z
在短时间内不会发生突变,继而建立新污染源的短暂连续点源扩散模型,并提出了污
: x$ f3 m& j$ U# m& @* v0 g! p染扩散预测与评估方法:对污染源下风向 处的区域,分析在 时刻该处的 PM2.5 浓
4 F" G# q+ C' G7 {% @/ D- X( l度是受新污染源影响还是受初始污染源影响,再利用相应的污染源扩散方程预测该处P( h( u' W M: A# N, I- v
的 PM2.5 浓度,并换算其对应的空气质量指数,继而做出污染评估。进一步,结合附 M$ _1 ]7 p, K: b o9 j
件 2 中的数据,利用该扩散模型进行预测评估,通过统计下风向不同区域的污染等级,
6 i) ]4 J( k' b. u0 g给出了重度污染和可能安全区域。
$ V; g- b) J9 G: u0 [( ?为分析文中扩散模型的合理性,在附件 2 中选用小寨、纺织城、兴庆小区、市人
' u8 E' B5 x2 Q民体育场等 4 个监测点数据进行比对分析:利用后三个监测点建立 PM2.5 扩散模型,% z1 t9 }9 M1 f8 b/ z; C$ @
并对小寨的 PM2.5 浓度值进行估计,将该值与真实测量值进行比较,继而分析扩散模& r1 l0 o# z6 F8 G
型的合理性。同时,结合已有的研究成果,对 PM2.5 的成因、演变等一般性规律进行" Q3 s$ V+ @: ` L
了探索。
/ r# Z6 o5 D2 W U三、空气质量的控制管理。在分析 PM2.5 的污染成因后,总体上依据“先源头、
& ~1 r2 E; ]' E" h' b6 ~8 u后时段”两次分配的思路,确定阶段治污目标并制定相应的治污方案。在分析附件 1
( _9 \1 A- g$ V" q! A/ S$ n所在地区 PM2.5 的主要来源类别及其贡献率的基础上,按照“源头治理,贡献率越大,
; D4 J7 L4 C/ G8 b0 e# D要求完成的治理指标越高”的基本原则,按比例分配给 PM2.5 主要来源不同的治理指$ b t. W' q8 u8 H! x8 g6 Q
标。针对不同的 PM2.5 来源,根据其治理措施的有效性、周期性等特点,分别设计每
/ a5 P$ Y( ^5 C- H# {( d0 }年的治理指标,继而确定该区域 5 年内的污染治理计划,并给出了每年的全年年终平
) Q* m! B1 A g$ X& X6 ?均治理指标。
" q7 H# m) r, V8 M采用综合治理、专项治理相结合制定治污方案的思路,将 PM2.5 治理指标按比例
8 d+ c6 X% C5 f/ A% }, a2 F/ _6 D分配给该两种治污方式来完成,继而得到每年投入经费与 5 年投入总经费的数学表
5 E2 T, z. w: a Y# N) J- n x: H3 l达式;在完成预订治理目标的前提下,以总经费尽可能低、每年投入经费适度均衡为
$ ]' n* T1 ~) W: P8 s) f, M: b9 ]优化目标,建立优化模型对专项治理计划进行优化,给出了五年投入总经费和逐年经5 N! C( I. A4 h3 E
费投入的预算,并对专项治理方案的合理性进行了说明。
+ ^) }# s1 |5 r最后,我们分析了本文工作的优缺点,并提出了改进方向。
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