13年研究生数学建模D题

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1、参赛密码（由组委会填写）第十届华为杯全国研究生数学建模竞赛河海大学学校10294006参赛队号1.单彬彬队员姓名2.胡腾飞3.付修庆-1-参赛密码（由组委会填写）第十届华为杯全国研究生数学建模竞赛题目空气中PM2.5问题研究摘要：本文从PM2.5的相关因素分析、PM2.5的分布与演变及应急处理及PM2.5的空气含量控制管理三个方面对PM2.5进行了相关研究。在相关性分析中，PM2.5的浓度含量与CO的浓度含量高度相关；与SO2、NO2、PM10三者中度相关；与O3低度相关。在PM2.5的分布与演变及应急处理中，考虑天气和季节等影响因素，利用灰箱模型和点源模型，

2、建立多元时空模型，分别对PM2.5的分布与演变及应急情况进行分析，并给出污染评估。在空气中PM2.5的含量控制管理中，考虑到每年年终平均治理浓度与当年的PM2.5浓度有关，及实际的污染排放情况，建立PM2.5治理模型，并给出每年的的年终平均治理指标分别为：135.25、124.50、84.27、59.22、41.779(单位3gm/)。最后根据每年治理指标，采用多元优化模型指定治理计划，使经费投入较为合理，给出五年总投入经费221.5159百万元及-2-逐年经费投入分别为：85.25、74.5、35.5072、17.535、8.7237（单位百万元），并进行

3、方案合理性分析。关键词：PM2.5相关性扩散预测评估治理指标经费-2-一、问题的重述1.1问题由来2012年2月29日，环境部发布与实施新空气质量监测标准。在新标准中，首次将产生灰霾的主要因素——对人类健康危害极大的细颗粒物PM2.5的浓度指标作为空气质量监测指标。由于细颗粒物PM2.5进入公众视线的时间较短，在学术界也是新课题，尤其是对细颗粒物PM2.5及相关因素的统计数据还很少，对细颗粒物PM2.5的客观规律也了解得很不够。但我们不能因此放慢前进的脚步，我们要千方百计的利用现有的数据开展PM2.5相关问题的研究。1.2问题要求（1）依据附附件中的数据或自行

4、采集的数据进行分析。（2）定量分析AQI中的基本监测指标的相关性。（3）合理考虑风力、湿度等天气和季节因素的影响。（4）突发状况为全地区PM2.5浓度最高点处浓度增至2倍，持续2小时。3（4）治理指标达到最终年终平均浓度统计指标35gm/。（5）治理计划既能达到减排指标，又能使经费投入较为合理。1.3问题的提出（1）利用或建立适当模型，对AQI中的6个基本监测指标的相关与独立性进行定量分析，尤其是对其中PM2.5（含量）与其它5项分指标及其对应的污染物（含量）之间的相关性进行分析。（2）描述该地区内PM2.5的时空分布及其规律，并结合环保部新修订的《环境空气

5、质量标准》分区进行污染评估。（3）建立能刻画该地区PM2.5的发生和演变规律的数学模型，并利用该地区的数据进行定量与定性分析。（4）建立针对突发情况的污染扩散预测和评估的方法，并利用模型针对突发状况进行预测评估，给出重度污染和可能安全区域。（5）采用适当方法检验模型和方法的合理性，并根据已有成果探索PM2.5的成因、演变等一般性规律。（6）给出合理的治理计划，即给出每年年终平均治理指标。（7）给出五年投入总经费和逐年投入预算计划，并讨论该方案的合理性。二、问题的假设31、武汉市年PM2.5治理当年的年排放量为60gm/，在治理过程中每年减少3排放量10gm

6、/，考虑到排放量不能取幅值，在此只是一个简单的简化。2、在治理过程中，每年治理的平均浓度与当年的浓度呈正比。3、将每年的排放量放到年初计算。4、在突发情况时，假设浓度增大的监测点是一个连续的点源。5、在突发情况时，假设这个点源是一个地面连续点源。-3-三、符号说明IAQI污染物项目P的空气质量分指数；PC污染物项目P的质量浓度值；PCBP文献[2]中表1中与P相近的污染物浓度限值的最高值；HiCBP文献[2]中表1中与P相近的污染物浓度限值的最低值；LoBPIAQI文献[2]中表1中与Hi对应的空气质量分指数；HiBPIAQI文献[2]中表1中与Lo对应的空气

7、质量分指数；Lo:气体污染物沿i方向上的湍流系数iu:气体沿i方向上的速度iQ：污染源强度：气体沿i方向的扩散系数ixs、第i年PM2.5综合治理和年终平均治理指标ii四、问题的分析4.1对问题1的分析鉴于西安市环境监测数据系列的不完整性，可能不能全面、客观的反映该地区的环境质量时空分布状况，于是我们从武汉环保中心网站下载相关环境监测数据（部分监测数据见附件1），并根据这些数据进行相关性及独立性定量分析。监测数据中给出的都是各监测指标的分指数，首先需要对数据进行处理，将各指标的分指数转换成浓度，然后再进行PM2.5与其他指标的相关性分析。4.2对问题2的分

8、析描述武汉地区PM2.5的时空分布即给