經濟可持續發展視角下的空氣污染問題研究

王嬌嬌　趙靜敏　左克文

[摘要]文章針對徐州市空氣污染問題進行研究，對原有的點源連續排放擴散模型和高斯擴散模型進行改進，選取徐州的某一工廠煙囪廢氣排放進行研究，分析污染源擴散模式，以多污染源擴散模型為基礎，建立偏微分方程組，運用Matlab對濃度分布函數進行求解，可以得到污染源方圓51千米處污染濃度分布以及任意一點的濃度值。這一結論對徐州市空氣污染防控有重要意義，為徐州市的產業轉型升級提供合理化建議。

[關鍵詞]偏微分方程；點源連續排放擴散模型；改進的高斯擴散模型；產業轉型升級

[DOI]10.13939/i.cnki.zgsc.2018.20.037

1 引言

2014年3月，國務院總理李克強在十二屆全國人大二次會議上宣布，“我們要像對貧困宣戰一樣，堅決向污染宣戰。”此后，中國采取了有效的行動，進行空氣污染治理。今年1月中國環保部公布的數據顯示，在中國的338個地級以上城市，PM2.5的濃度同比減少了6.5%。隨著城市化的不斷建設和人民生活的不斷改善，人們希望有一個好的生態環境，因此，空氣污染研究顯得尤為重要。徐州為積極響應全國的空氣污染治理號召，開始實施產業轉型升級來降低空氣污染，發展低排放產業。

2 大氣環境下點源連續排放擴散模型

2.1 邊界條件確定

2.2 擴散系數的確定

3 大氣環境下線源擴散模型

4 大氣環境下面源擴散模型

求解面源污染物對預測點的影響，將面源劃分為若干個面單元，求解每個面單元對預測點的影響。取邊長為0.5km和1.Okm兩種小方格，則每一個小方格的源強即方格內所有小點源和線源源強的總和。

5 改進的高斯擴散模型

對于上述形式的非齊次拋物型方程，要求的解析解異常煩瑣，而且MATLAB的PDE工具箱中的擴散條件不足，使求解困難，因此在一次脈沖模型中作三點假設。

（1） 假設污染源在極短的時間內釋放出Q克的污染物，不考慮其他擴散因素。

（2） 擴散僅僅由于梯度所引起的，假設空氣對于污染物沒有吸收。

（3） 假設在第一時刻傳播到R1所在圓，第二時刻傳播到R2所在圓，第三時刻傳播到R3所在圓。

根據以上假設，得出結論，在考慮僅由梯度所造成的穩定污染源的排放，其空間內任意一點的濃度是不變的。

根據對簡單煙留擴散問題的研究，知道在穩定排放源，僅有濃度差所造成的擴散中，空間內任意一點的濃度是不變的。基于此，對定常連續點源，做出如下假設：

（1） 流動式穩定的，且占主導方向；

（2） 污染源在大氣中只有物理作用，沒有發生化學和生物變化；

（3） 在所要檢測的范圍內沒有其他同類污染源。

6 可持續發展的空氣污染防控研究

7 結論

本文對原有的空氣擴散模型進行研究，對點源連續排放擴散模型和高斯模型進行改進。以多污染源的擴散模型作為基礎，以徐州市某工廠的廢氣擴散為例，運用Matlab軟件繪制出污染源方圓51公里處的污染濃度。多污染源的擴散模型，修正后的空氣污染擴散模型可適用于大多數氣體擴散的研究問題。對空氣污染的研究有助于促進徐州市的產業轉型升級，政府應大力扶持和發展高附加值、低能耗、低排放產業的同時對徐州市的空氣污染采取相關防控措施。

[基金項目]江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：201711998063X）。

[作者簡介]王嬌嬌（1996—），女，江蘇淮安人，研究方向：數量統計學；趙靜敏（1971—），女，江蘇徐州人，徐州工程學院經濟學院副教授，研究方向：金融發展與國際貿易；左克文（1997—），男，江蘇鹽城人，研究方向：高效信息流整合開發。