京津冀地区空气污染问题数学模型分析.docx

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京津冀地区空气污染问题数学模型分析

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摘要：近年来，京津冀地区空气污染的弊病日益突出，特别是日益加重的雾霾天气已经干扰到社会的出行秩序和生活质量，因此迫切需要对空气污染问题进行研究。本文采用ADMS-EIA模型对线污染源的扩散规律进行了探究。

关键词：京津冀、空气污染、ADMS－EIA模型

一、多污染源空气污染扩散模型

1、ADMS－EIA模型概况

ADMS（AtmosphericDispersionManagementSystem）是目前国际上主流大气扩散模式之一，但ADMS作为推荐模式，在道路交通污染源等线源的大气扩散模拟中是适用的。作为新一代稳态大气扩散模式，ADMS模式将必威体育精装版的大气边界层和大气扩散理论应用到空气污染物扩散模式中应用了现有的基于Monin-Obukhov长度和边界层高度描述边界层结构的必威体育精装版大气物理理论，与老一代模式相比有着质的进步，ADMS是三维高斯模型，以高斯分布公式为主计算污染物浓度⑤。

2、数据的整理

二环路处于北京道路路网的核心位置，围绕旧城而建，全长32.7公里。选取二、四、六环路的多个地方为监测点，监测出各环路的车流量情况和汽车尾气污染物成分浓度的小时值，对于车流量的监测做出汽车在不同时间段内二四六环路汽车车流量的折线图：

从车流量折线图可看出，对于北京市而言，外环汽车车流量要远比内环大，且在不同时间段内车流量也是不一样的，早上8时和中午12时正处于上下班时期，故在这之间汽车车流量增加，在10时达到高峰期；同理下午18时到2时也处于图车流量的高峰期时段。

3、模型的求解

（1）公式的建立:ADMS可以模拟宽度有限的线源，在模型中作为凸四边形进行处理。线源位置由线源中点的位置、两个端的高度和线源的宽度来确定，线源的端点假定在一个水平平面上。在模式计算过程中，将每个线源分解成一系列的单元源，如何分解则依据接受点所在的位置而定。单元源和每个接受点沿流线方向的距离差别不宜变化得太快，并取决于单元源的总数。模型对每一个单元源的贡献进行求和，计算出接受点的浓度。对于一个线源来说，每个单元源的贡献可近似为一系列的长度有限的侧风线源的贡献。浓度由有限长度的侧风线源公式得出如下：

式中，C(x，y，z)为输出点的系统平均浓度；Qs为源单位长度质量排放速率；σx为垂直扩散参数；U为10m高处的风速；Z为垂直高度；Zs为源高度；y为

侧风距离；Ls为单元源的侧风宽度；σy为水平扩散参数。

（2）扩散系数σx，σy的确定

利用帕斯圭尔法选择风速和辐射情况作为稳定度等级的指针，辐射强度由云量和日照强度来估计。根据所查数据确定日照强度和大气稳定度等级，大气稳定度等级确定之后，就可以进行扩散参数的确定：采用布里格斯内插公式法，在确定大气稳定度以后在下表中找到相应的内插公式就可以计算扩散参数。

（3）结果分析

从测得的数据可以看出北京2015年1月15日连续三天发生的重污染对于当地的空气质量状况有很大的影响。未进行汽车单双号限行交通管制措施之前就二氧化氮而言其浓度皆以处于中度污染等级，限行后其浓度处于轻度污染和二级良的状态，可见汽车单双号限行对于当地环境状况的改善是有明显帮助的。

下面就从时间和空间两方面分析限行后汽车尾气污染物的浓度梯度变化：第一，从时间变化梯度来讲，无论是氮氧化物，二氧化硫还是一氧化碳早上8点和中午12点的浓度相对来说都是比较高的，尤其是氮氧化物已经达到了中度污染的程度，晚上9点相对来说各汽车尾气污染物浓度有所降低。上述污染物浓度时间上的变化梯度和数据整理中北京二四六环路不同时间段内汽车车流量的折线变化图是十分吻合的。第二，从汽车污染物浓度空间变化梯度来讲，对于一个确定的时间段，二四六环路汽车污染物浓度呈梯形分布。以12时二氧化硫的浓度为例，限行后二四六环上SO2的浓度分别为0.568，0.385，0.227，可见，在内环上其污染浓度处于轻度污染的状态，越往外污染状况越轻，对应的日均浓度指数等级就越低，环境状况就越好。

二、对京津冀地区环保部门的建议

1.加强区域联动协作，完善利益补偿机制

京津冀地区应建立联防联控大气治污领导小组，不断完善京津冀地区空气污染治理协商制度，采取区域统一的空气污染防治法规、产业准入标准及污染监控网络等方式，形成联防联控合力。

2.积极发挥市场的基础性作用，引入有效的激励和约束手段

国家应适当放开市场准入机制，利用市场的优胜劣汰法则淘汰高能耗、高污染的企业。对于环保优先的企业，提供政策性的优惠待遇。鼓励企业淘汰落后污染产能和减少排放，最大限度地利用经济手段增强全社会节能减排的内生动力。

3.加快产业升级步伐，推动能源结构的优化

摒弃粗放式、高消耗的经济增长方式，使经济增长逐步过渡到依靠技术进步、产业结构升级的集约式发展方式上来，实施多污染物协同控制，大幅削