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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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PM2.5 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
/ M. R) c. Z5 D& T% }( E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* g% n! U1 A" {8 |" Q
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:
: j- j& ~) A6 ^/ U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
T' ^) F! v' a" q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3 g N; |& d7 z* ?0 P' [9 q
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 PM2.5; q9 i# F/ L7 p6 `) Q
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,
5 s/ z' \1 S! q& S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
1 c" _0 r. U' T, d' r7 Q型,并利用附件中的数据对回归模型的合理性进行了验证。) m9 e! S7 |. e6 _; a) G2 K1 {
二、PM2.5 的分布与演变及应急处理。利用附件 2 中 SO2、NO2、PM10、PM2.5
( ~0 W/ X) U/ O# W: h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 [: J, s' d# S( t" f
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
$ U" S2 U0 g1 V2 p4 a! w" QPM2.5 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 H0 g6 `8 n* u( E# t
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
! J: d/ ^1 p, u1 d7 P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。' X% ]& ], t$ q$ i
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' j4 w9 q3 o" R3 I6 N
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
* r. B! q, D) [7 q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,
" ^4 s; ?% V* C; @$ W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。
, B/ n0 v6 s5 g5 R0 m9 o1 G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
' v6 O: p' w, W1 K: Q: I# t z- j3 J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
5 X# u- U' E+ W' {% `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0 g/ C5 {. Z& n, W
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
' x) b# J' p2 L. b0 N0 j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 & a! F/ e& a* G$ a" j' K" K2 O3 J5 ~
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 S0 h2 ]1 @4 s' j! J+ d. c# [% y# e# l
给出了重度污染和可能安全区域。
8 k0 j+ J& d( K- _8 {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
{: a1 R) _' X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,. T- o% c% B, ~5 P! K3 u
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- v2 G5 L: b: B; C* p
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3 Y- [5 d: H! J- z6 {3 v; G
了探索。% [/ S* }3 L* A: n
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、) k5 }* g6 {3 F& f2 T8 K1 R
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
2 C+ R2 X+ p) H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,
- @# r6 H8 A: B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
3 E; k+ \& h. W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
( x- P# v9 V B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! w, ^# t4 e9 M1 ~
均治理指标。
2 _9 B- c) l0 @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 D# a8 s) v* v1 G% ?1 s" ]3 I
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% ^% C$ @& P' M5 V4 |$ [3 D
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
* U' H2 [3 m3 h( h: ]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 l& h/ C" Z1 J
费投入的预算,并对专项治理方案的合理性进行了说明。% U- w! |+ {5 T8 m# H7 I. w
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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