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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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7 n9 w/ g G% a# nPM2.5 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" T3 k( m8 d; n
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2 K7 s' b; P$ b" _1 B# \
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:6 e& S, l2 t7 Z6 h* a
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 3 e7 w$ h, _+ Q" P0 Y/ e0 |
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
- B: L X }) m6 t3 p3 x# n+ h6 C) R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
, k. Z' L7 |) R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,
o8 t8 E) v6 U# k& n* s& O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
$ O, J- e9 j# [- H* j型,并利用附件中的数据对回归模型的合理性进行了验证。
R: k0 ~7 w* b, v$ C2 y9 e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 A0 _& x) T: F* g' |* b
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* F% W h0 c$ s; e/ E/ z" I4 ~
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
; k: B# b+ H! d% v" h+ z* v nPM2.5 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8 W+ u+ m, k) ] n( P# h
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
+ i8 G6 R5 K d U5 V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。: _% W8 l3 u6 V
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
- N( @7 g. K. V2 X% \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 h+ b8 d6 J1 i6 I8 G9 e
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 b) X. j- }; f x
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。" Y, x# ]) j# _% L
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; p0 R, l$ e* v# T' y
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- A8 v3 l( Y, D6 {1 {
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+ W) S/ J8 X- d2 k0 e6 Y
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P5 b k: _/ I9 m, f9 l6 T! e) N- O. [0 e
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 $ J& g @7 n) i" g9 x1 E
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,
8 T8 ~% A- x4 i给出了重度污染和可能安全区域。
7 {- M/ n C6 J9 |8 W# J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; m r% d/ L! U4 U6 D
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,( e( {! _8 i& s) L
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
5 z7 V) H* d: o( K2 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
5 x d$ t z$ I/ k1 y了探索。
4 j7 {! ?. m! w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、
/ h/ a. P# f) q6 |1 A0 C, d& g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 14 u& u" j r5 P: W4 {& O4 v
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,
6 N: I; Q* p" P5 M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7 R/ I5 e0 ~: ~( S
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
" g2 y% j' Y* }4 D- i2 ?3 L- r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/ Y( ~2 G8 W) X! z$ f2 E$ p \
均治理指标。% Q. @+ O! w0 k5 i2 ^* d5 k Q( ?
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3 t0 f+ b. H- _5 Y: l/ W
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
+ Y, I4 N- p6 W. H% T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
' b: Y' ~, C, X% r% Z# T: a2 ?8 V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& Y% j$ }4 T8 r5 A e7 w; b$ z
费投入的预算,并对专项治理方案的合理性进行了说明。# n9 m7 q4 o1 W( h
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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