垃圾焚燒問(wèn)題論文

1、.2014 電子科技大學(xué)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽練習(xí)承諾書(shū)我們仔細(xì)閱讀了中國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽的競(jìng)賽規(guī)則.我們完全明白， 在競(jìng)賽開(kāi)始后參賽隊(duì)員不能以任何方式 （包括電話、 電子郵件、網(wǎng)上咨詢等）與隊(duì)外的任何人（包括指導(dǎo)教師）研究、討論與賽題有關(guān)的問(wèn)題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競(jìng)賽規(guī)則的 , 如果引用別人的成果或其它公開(kāi)的數(shù)據(jù)（包括網(wǎng)上查到的數(shù)據(jù)） ，必須按照規(guī)定的參考文獻(xiàn)的表述方式在正文引用處和參考文獻(xiàn)中明確列出。我們鄭重承諾，嚴(yán)格遵守競(jìng)賽規(guī)則，以保證競(jìng)賽的公正、公平性。如有違反競(jìng)賽規(guī)則的行為，我們將受到嚴(yán)肅處理。我們參賽選擇的題號(hào)是（從A/B/C/D 中選擇一項(xiàng)填寫(xiě)）：我們的參賽報(bào)名號(hào)為（如

2、果賽區(qū)設(shè)置報(bào)名號(hào)的話）：所屬學(xué)校（請(qǐng)?zhí)顚?xiě)完整的全名） ：參賽隊(duì)員 ( 打印并簽名 ) ： 1.2.3.指導(dǎo)教師或指導(dǎo)教師組負(fù)責(zé)人( 打印并簽名 ) ：日期：2014年7月16日賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：.2014 大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽編號(hào)專(zhuān)用頁(yè)賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：賽區(qū)評(píng)閱記錄（可供賽區(qū)評(píng)閱時(shí)使用） ：評(píng)閱人評(píng)分備注全國(guó)統(tǒng)一編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)送交全國(guó)前編號(hào)）：全國(guó)評(píng)閱編號(hào)（由全國(guó)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：.垃圾焚燒廠的動(dòng)態(tài)監(jiān)控方法和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案摘要本文主要針對(duì)焚燒廠周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償問(wèn)題做出一定探討， 并且根據(jù)焚燒爐裝置發(fā)生故障的情況對(duì)設(shè)計(jì)方法做出

3、修正。結(jié)合風(fēng)力、降雨等外界因素對(duì)環(huán)境污染物含量的影響， 建立改進(jìn)的高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模型， 對(duì)焚燒廠周邊地區(qū)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)地的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。 距離污染源越遠(yuǎn)，各污染因素的含量越小， 由于受到季節(jié)性降雨和風(fēng)力的影響， 各地略有不同。在此基礎(chǔ)上，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境等級(jí)的劃分， 結(jié)合風(fēng)向頻率，給出焚燒廠周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案。 同一環(huán)境等級(jí)的區(qū)域呈現(xiàn)圍繞污染源展開(kāi)的趨勢(shì)，而風(fēng)向頻率的不同，使同一等級(jí)內(nèi)的地區(qū)受污染程度不同。而就焚燒爐裝置發(fā)生故障的情況而言， 根據(jù)故障發(fā)生的概率大小， 修正焚燒廠周邊各地污染物含量的大小， 重新計(jì)算各污染因子的權(quán)重值， 并最終修改和完善所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)方法和補(bǔ)償

4、方案。 較正常運(yùn)行相比， 周邊地區(qū)同一環(huán)境等級(jí)的區(qū)域范圍增大，需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)姆秶灿兴鶖U(kuò)大。關(guān)鍵詞高斯擴(kuò)散模型模糊綜合評(píng)價(jià)法動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)補(bǔ)償.一、問(wèn)題重述城市垃圾經(jīng)過(guò)分類(lèi)處理， 剔除可回收垃圾和有害垃圾后， 將剩余垃圾在焚燒爐中焚燒處理， 既可避免垃圾填埋侵占大量的土地， 又可利用垃圾焚燒產(chǎn)生的能量進(jìn)行發(fā)電等獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 因此當(dāng) “垃圾圍城” 在今天的中國(guó)逐步突出時(shí)，垃圾焚燒也成為中國(guó)垃圾處理的主要手段之一。但由于政府監(jiān)管不力、 投資者目光短淺等多方面的原因， 前些年各地建設(shè)的垃圾焚燒電廠， 在運(yùn)行中出現(xiàn)了環(huán)境污染問(wèn)題， 給垃圾焚燒計(jì)數(shù)在我國(guó)的推廣造成了很大阻力。而事實(shí)上垃圾焚燒廠對(duì)環(huán)

5、境的污染風(fēng)險(xiǎn)與建設(shè)投資規(guī)模、 運(yùn)行監(jiān)管力度有直接關(guān)系。在建設(shè)投資規(guī)模方面， 小型垃圾焚燒廠沒(méi)有規(guī)模效應(yīng)， 在污染治理方面的投入也受到影響， 致使其污染物排放比較嚴(yán)重， 對(duì)環(huán)境的危害較大。 目前國(guó)內(nèi)各大城市均傾向于采用新型大型焚燒爐取代分散的小型焚燒爐， 但考慮到諸多成本問(wèn)題，對(duì)于不同城市來(lái)說(shuō)，把大型焚燒廠的建設(shè)規(guī)?？刂圃谑裁此剑?還有待研究。在垃圾焚燒廠的運(yùn)行監(jiān)管方面， 由于目前主要是在垃圾焚燒廠內(nèi)進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控，缺少?gòu)闹苓叚h(huán)境視角出發(fā)的外圍動(dòng)態(tài)監(jiān)控， 因而難以形成為民眾所信服的全方位垃圾焚燒廠環(huán)境監(jiān)控體系。現(xiàn)計(jì)劃在深圳市某地點(diǎn)建立一個(gè)中型的垃圾焚燒廠， 處理垃圾量為 1950 噸/天（設(shè)置三

6、臺(tái)可處理垃圾 650 噸/天的焚燒爐，排煙口高度 80 米，每天 24 小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)）。我們需要綜合考慮垃圾焚燒廠對(duì)周?chē)鷰?lái)環(huán)境污染以及其他危害的多種因素（例如，焚燒爐的污染物排放量、居住點(diǎn)離開(kāi)垃圾焚燒廠的距離、風(fēng)力和風(fēng)向及降雨等氣象條件、地形地貌以及建筑物的遮擋程度等等） ，在進(jìn)行科學(xué)定量分析的基礎(chǔ)上，確立一套可行的垃圾焚燒廠環(huán)境影響動(dòng)態(tài)監(jiān)控評(píng)估方法， 并針對(duì)潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)制定出合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案?，F(xiàn)我們的目標(biāo)是，在收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上考慮以下問(wèn)題：(1) 假定焚燒爐的排放符合國(guó)家新的污染物排放標(biāo)準(zhǔn) （參見(jiàn)附件 1），根據(jù)垃圾焚燒廠周邊環(huán)境設(shè)計(jì)一種環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)方法， 實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾焚燒廠煙氣排放及相關(guān)

7、環(huán)境影響狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。 并以設(shè)計(jì)的環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系實(shí)際監(jiān)控結(jié)果為依據(jù)，設(shè)計(jì)合理的周?chē)用耧L(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案。(2) 由于各種因素焚燒爐的除塵裝置（如袋式除塵器）損壞或出現(xiàn)其他故障導(dǎo)致污染物的排放增加，致使相關(guān)各項(xiàng)指標(biāo)將嚴(yán)重超標(biāo)（如：煙塵濃度、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二惡英類(lèi)及重金屬等排放超標(biāo)，附件 2 給出了一臺(tái)可處理垃圾 350 噸 /天的焚燒爐正常運(yùn)作時(shí)的在線排放監(jiān)測(cè)記錄） 。在考慮故障發(fā)生概率的情況下修正設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)方法和補(bǔ)償方案。二、問(wèn)題分析環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系， 是指在考慮到焚燒爐污染物排放量、 氣象條件等諸多因素基礎(chǔ)上的監(jiān)控方法， 實(shí)時(shí)實(shí)地計(jì)算焚燒廠煙氣的排放量， 將其反饋給

8、垃圾焚.燒廠，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。外界因素不同程度的影響， 致使同一時(shí)間點(diǎn)下， 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的煙氣含量各不相同，首先可以考慮結(jié)合風(fēng)力、風(fēng)向、溫度因素的影響，完成對(duì)焚燒廠周邊各地?zé)煔夂康臋z測(cè)。 而由于降雨對(duì)污染物具有吸附作用， 直接影響各地區(qū)的煙氣含量，所以應(yīng)結(jié)合各季度降雨量的大小， 實(shí)時(shí)實(shí)地計(jì)算出焚燒廠周邊地區(qū)各污染因素的含量，實(shí)現(xiàn)對(duì)焚燒廠周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。居民承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的大小，與當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染程度密切相關(guān)，而污染程度的評(píng)估，又由空氣中顆粒物、 HCL、SO2 等污染物的含量所決定，因此可以結(jié)合國(guó)內(nèi)的環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在模糊綜合評(píng)價(jià)法的基礎(chǔ)上， 衡量出各污染物對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量影響的相對(duì)重要程度，再

9、分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境的隸屬環(huán)境等級(jí)，進(jìn)行相應(yīng)的區(qū)域劃分。最后結(jié)合不同風(fēng)向的頻率大小， 分析得出各地居民承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的大小， 實(shí)現(xiàn)合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。但當(dāng)焚燒爐的裝置發(fā)生故障時(shí)， 各地的煙氣含量會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化， 我們應(yīng)根據(jù)不同故障發(fā)生的概率大小， 修正焚燒廠周邊各地污染物含量的大小， 重新計(jì)算各污染因子的權(quán)重值，并最終修改和完善所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)方法和補(bǔ)償方案。三、模型假設(shè)1、污染物濃度在與監(jiān)測(cè)點(diǎn)和污染源直線成直角的方向上、高度方向上的分布均符合正態(tài)分布；2、在實(shí)際分析空間中風(fēng)速是均勻的、穩(wěn)定的；3、焚燒廠排放的煙氣是連續(xù)均勻的；4、在擴(kuò)散過(guò)程中污染物質(zhì)量是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）；5、在風(fēng)向、風(fēng)力、溫度等外界因素

10、影響下，區(qū)域環(huán)境中各污染因素的含量間的比值不變；6、假設(shè)污染源為點(diǎn)源；四、定義符號(hào)說(shuō)明1、名詞解釋有效源高：排放煙氣的煙囪有效高度，為煙囪幾何高度和抬升高度之和；擴(kuò)散參數(shù)：污染物濃度正態(tài)分布公式中的標(biāo)準(zhǔn)差；2、符號(hào)說(shuō)明序號(hào)變量12123 (x,y, z,H)4 q變量說(shuō)明任意點(diǎn) P (x,y,z) 的實(shí)源污染物濃度任意點(diǎn) P (x,y,z) 的像源污染物濃度任意點(diǎn) P (x,y,z) 的實(shí)際污染物濃度源強(qiáng)，即單位時(shí)間內(nèi)污染物的排放量單位mg/m 3mg/s.5y6z7H8C09C1側(cè)向擴(kuò)散系數(shù)豎向擴(kuò)散系數(shù)煙囪的有效高度，即有效源高排放符合標(biāo)準(zhǔn)中， 不考慮降雨影響， 高價(jià)連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式中某點(diǎn)的

11、污染物濃度排放符合標(biāo)準(zhǔn)中， 考慮降雨影響下， 改進(jìn)的高價(jià)連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式中某點(diǎn)的污染物濃度mmg/m 310降雨系數(shù)11I降雨強(qiáng)度mm/ 天12ai判定環(huán)境等級(jí)時(shí)，第 i 種污染因素的權(quán)重13p每臺(tái)焚燒爐發(fā)生故障的概率14c沒(méi)有發(fā)生故障時(shí)煙塵濃度mg/m 315c發(fā)生故障時(shí)的煙塵濃度16cc修正后的煙塵濃度五、模型的建立與求解1、排放符合標(biāo)準(zhǔn)下的動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案1.1、動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系焚燒廠周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系， 是指在考慮污染物排放量、 氣象條件等諸多因素的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)實(shí)地計(jì)算空氣中各污染因子含量的體系。1.1.1、 模型前準(zhǔn)備（ 1）有效源高的確立有效源高是排放煙氣的煙囪有效高度，

12、 為煙囪幾何高度和抬升高度之和， 而抬升高度又由大氣穩(wěn)定度、風(fēng)速和煙源型別大小共同決定。首先，大氣穩(wěn)定度是影響污染物在大氣中擴(kuò)散的極重要因素， 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有法規(guī)中推薦的修訂帕斯奎爾分類(lèi)法，將大氣穩(wěn)定度分為強(qiáng)不穩(wěn)定、弱不穩(wěn)定、中性、較穩(wěn)定和穩(wěn)定六級(jí)， 根據(jù)焚燒廠建設(shè)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際溫度、 風(fēng)力的風(fēng)向的數(shù)據(jù)， 結(jié)合 97 年中山大學(xué)的調(diào)查 1 ，我們發(fā)現(xiàn)各季度廣東沿海地區(qū)的大分部的地面、垂直大氣穩(wěn)定度均處于 D 等級(jí)，即為中性。接下來(lái)，將各季度的風(fēng)向、 風(fēng)速進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)， 我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在風(fēng)速差異相對(duì)較大的現(xiàn)象，例如 2011 年 6 月 22 日、 23 日的風(fēng)速分別達(dá)到 7.2m/s 和9.7m/s

13、，當(dāng)月其它天數(shù)的風(fēng)速卻僅為 3m/s 左右。而根據(jù)風(fēng)級(jí)、風(fēng)向和征象對(duì)照表 （附件 1） 中的規(guī)定， 我們分析后認(rèn)為這是合理范圍內(nèi)的現(xiàn)象，因此可得到各季度的風(fēng)向、風(fēng)速均值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，具體如表 5-1 所示：.表 5-1 各季度風(fēng)向、風(fēng)速均值統(tǒng)計(jì)表單位： m/s第一季度報(bào)告第四季度報(bào)告風(fēng)向SPD十分鐘平均風(fēng)速均值風(fēng)向SPD十分鐘平均風(fēng)速均值南5.667北.000西3.444南3.546西北3.220西3.279西南3.254西南2.924總計(jì)3.414總計(jì)3.042第二季度報(bào)告第三季度報(bào)告風(fēng)向SPD十分鐘平均風(fēng)速均值風(fēng)向SPD十分鐘平均風(fēng)速均值北2.243北1.500東1.680東1.367東北1

14、.770東北1.908東南2.067東南1.491南2.000南1.640西2.624西2.571西北2.871西北1.863西南1.964西南2.744總計(jì)2.280總計(jì)2.079繪制對(duì)應(yīng)的各季度風(fēng)速、風(fēng)向均值圖，如圖5-1 所示：圖 5-1各季度風(fēng)向、風(fēng)速均值統(tǒng)計(jì)圖.經(jīng)過(guò)上述圖表分析， 我們發(fā)現(xiàn)各季度平均風(fēng)速均值為3m/s 左右。依據(jù) GB3840-83 文件中提出的抬升公式， 91 年北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所的計(jì)算結(jié)果 2 顯示：在 D 等級(jí)穩(wěn)定度下，風(fēng)速為 3m/s 的中型煙源的煙氣抬升距離為 h0 為 39.5 米。最后根據(jù)題目中設(shè)計(jì)的排煙口高度 h 為 80 米，我們計(jì)算得到有效源

15、高 H 為 H=h+h0 =119.5 米。（ 2）側(cè)向、豎向擴(kuò)散參數(shù)的確定擴(kuò)散參數(shù)是指污染物濃度正態(tài)分布公式中的標(biāo)準(zhǔn)差， 而濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)差表征大氣污染物圍繞污染源的離散程度，標(biāo)志著大氣擴(kuò)散稀釋污染物的能力。根據(jù)布里格斯擴(kuò)散系數(shù)表3 可知，在城市中，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與污染源之間的水平距離范圍為102 10 4米時(shí)，有 D 等級(jí)穩(wěn)定度下的側(cè)向、豎向擴(kuò)散參數(shù)的定義為： = 0.16x(1 + 0.0004x) -21y1，= 0.14x(1 + 0.0002x) -z2其中， (m) 為側(cè)向擴(kuò)散系數(shù)， 是污染物在 y 方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差； (m)yz為豎向擴(kuò)散系數(shù)，是污染物在 z 方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

16、x (m) 為監(jiān)測(cè)點(diǎn)與污染源之間的水平距離。（ 3）降雨強(qiáng)度由于降雨對(duì)污染物具有吸附作用， 直接影響各地區(qū)的煙氣含量， 在計(jì)算焚燒廠周邊地區(qū)各污染因素的含量時(shí)， 應(yīng)結(jié)合對(duì)降雨影響的分析。 現(xiàn)給出深圳市 2014 年各季雨量預(yù)測(cè)與 30 年平均值對(duì)比表：表 5-2深圳市 2014 年各季雨量預(yù)測(cè)與 30 年平均值對(duì)比表季度2014 年雨量（ mm）30 年平均雨量（ mm）一130 150144.2二650 750737.9三800 900928.1四100 120125.5（ 4）源強(qiáng)的確定根據(jù)公式，源強(qiáng) q = 1950 V ,24 × 3600若 1t 垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣體積為3

17、V（m），排煙口的污染因子濃度為 ，假設(shè)垃圾焚燒的速度為定值，則一天焚燒1950t 垃圾所產(chǎn)生的污染物的源強(qiáng)為 q =1950 V24 × 3600 。其中 為污染因子的濃度， V 為 1t 垃圾焚燒產(chǎn)生的體積，根據(jù)生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn) 4，現(xiàn)取為 7000 m3，由題目附件一所給數(shù)據(jù)，得到源強(qiáng)的數(shù)據(jù)如下：.表 5-3 各污染因子的源強(qiáng)數(shù)據(jù)污染顆粒物HCL g/sSO2 g/sNOx g/s汞 g/s鉛 g/s二惡因因子g/smg/s源強(qiáng)3.06497.662312.259738.31160.01530.15320.01531.1.2、模型建立（ 1）高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式對(duì)于地面

18、開(kāi)闊平坦的地區(qū)， 在均一的大氣條件及點(diǎn)源的擴(kuò)散模式下， 可以利用高斯擴(kuò)散模型，分析污染源周邊各地的實(shí)際污染情況。而實(shí)際的污染物排放源多位于地面或接近地面的大氣邊界層內(nèi)， 污染物在大氣中的擴(kuò)散必然會(huì)受到地面的影響， 即為有界大氣擴(kuò)散。 所以在建立大氣擴(kuò)散模式時(shí)，必須考慮地面的影響，于是可推導(dǎo)出高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式。首先，根據(jù) 97 年華東工業(yè)大學(xué)關(guān)于建筑物對(duì)空氣污染物擴(kuò)散影響的研究5中提出的，如果在下風(fēng)向兩倍建筑物高度的距離處，有效源高 H 大于建筑物高度的 2.5 倍，或大于建筑物高度與 1.5 倍的建筑物寬度之和， 則可不考慮建筑物的影響，否則煙流就要受到建筑物的影響。通過(guò)對(duì)深圳市谷歌地圖（

19、附件 2）相應(yīng)地區(qū)的測(cè)量， 我們發(fā)現(xiàn)焚燒廠周邊地區(qū)的建筑物高度均在 30 米內(nèi)，所以可不考慮建筑物對(duì)污染物擴(kuò)散的影響。同時(shí)，通過(guò)對(duì)地圖中焚燒廠周邊地區(qū)地形的分析， 我們認(rèn)為該焚燒廠排放煙氣的問(wèn)題滿足高斯擴(kuò)散模型的前提假設(shè)， 即可用高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式進(jìn)行求解。首先，高斯模式的坐標(biāo)系如圖5-2 所示：圖 5-2高斯模型的坐標(biāo)系其中，坐標(biāo)系原點(diǎn)為排放點(diǎn)或高架源排放點(diǎn)在地面的投影點(diǎn)， x 軸正向?yàn)槠骄L(fēng)向， y 軸在水平面上垂直于 x 軸， z 軸垂直于水平面 xoy。接下來(lái)，在高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式中，將各地的污染物濃度分為實(shí)源貢獻(xiàn)、像源貢獻(xiàn)和實(shí)際濃度三個(gè)部分進(jìn)行求解，設(shè) P 點(diǎn)的坐標(biāo)為 (x,y,

20、z,) ，則：.i實(shí)源貢獻(xiàn)：設(shè) P點(diǎn)在以實(shí)源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)為(z-H) ，不考慮地面的影響，實(shí)源在P 點(diǎn)形成的污染物濃度為：1qy2( z - H)21 =2u? exp - (2 +22)，y z2yzii像源貢獻(xiàn)：設(shè) P 點(diǎn)在以像源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)為(z+H) ，像源在 P 點(diǎn)形成的污染物濃度 為：22 =qy22 +( z + H)2)2u?yzexp (22，2yziii P 點(diǎn)實(shí)際的污染物濃度 (x,y, z,H) 為：()qy 2(z - H) 2(z + H) 2=2u?yzexp (-2y2 ) exp 2z2 + exp 2z2 x,y, z,H（5 -

21、1）()分別為在任意點(diǎn) P (x,y,z) 的實(shí)源污染物濃度、像其中， 、x, y,z,H12(mg/m 3 ) ；q (mg/s) 為源強(qiáng)，為單源污染物濃度和實(shí)際污染物濃度，單位均為位時(shí)間內(nèi)污染物的排放量； u? (m/s)為排放口出的平均風(fēng)速； 為側(cè)向擴(kuò)散y (m)系數(shù)；為豎向擴(kuò)散系數(shù)； H (m) 為煙囪的有效高度， 即有效源高； x (m) 為z (m)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與污染源之間的水平距離；y (m) 為煙氣的中心軸在直角水平方向上到任意點(diǎn)的距離； z (m) 為從地表到任意點(diǎn)的高度。取 z=0 代入公式（ 5-2），可得地面濃度模式為：qy 2H2(x, y,0, H) = u?yz exp

22、 (-2y2 ) exp ( -2z2 )（5 -2）（ 2）模型的改進(jìn)考慮到雨水對(duì)污染物有一定的吸附作用， 我們對(duì)現(xiàn)有的高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模型進(jìn)行了改進(jìn)，具體的污染物濃度的計(jì)算公式如下：C= C0 e- x（5- 3）= aI b其中， C0 (mg/m 3 ) 為不考慮降雨影響下，高價(jià)連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式中某點(diǎn)的污染物濃度； C(mg/m 3 ) 為考慮降雨影響下該點(diǎn)的污染物濃度； 為降雨系數(shù)，表示雨水對(duì)污染物物質(zhì)的吸附作用大?。籌 (mm/ 天)為降雨強(qiáng)度； a、b 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，分別取 a = 1.2 ×10 -5 ，。b = 0.51.1.3、動(dòng)態(tài)監(jiān)控模型的求解根據(jù)改進(jìn)的高架連續(xù)點(diǎn)

23、源擴(kuò)散模型， 可以求解得到焚燒廠周邊地區(qū)各污染物因子的濃度大小。首先， 我們分析了同一外界條件下，地面上和距離地面 30 米高處的污染物濃度， 在確定方向上隨距離變化的分布情況， 以第三季度西北方向.NOX 的濃度為例， 我們繪制了兩個(gè)高度的污染濃度分布對(duì)比圖：圖 5-3地面和高度 30 米處的污染濃度分布對(duì)比圖通過(guò)對(duì)谷歌地圖（附件 2）相應(yīng)地區(qū)的測(cè)量， 我們發(fā)現(xiàn)焚燒廠周邊，居民區(qū)與污染源的最近距離在 1000 米左右。而根據(jù)圖 5-3 顯示，當(dāng)水平距離超過(guò) 1000 米，地面和高度 30 米處污染物濃度分布幾乎相同，所以可以忽略高度對(duì)污染物濃度的影響。依據(jù)地面濃度模式， 求解得到各地污染物的

24、濃度大小?，F(xiàn)以第三季度西北方向 NOX 的濃度為例， 繪制地面上污染物濃度隨監(jiān)測(cè)點(diǎn)到污染源距離變化的三維分布圖：圖 5-4第三季度西北方向NOX 的濃度隨距離變化的分布圖將其轉(zhuǎn)化成第三季度西北方向 NOX 的濃度，在某一確定方向上，隨距離變化的分布，可得圖 5-5 ：.圖 5-5第三季度西北方向NOX 的濃度在確定方向隨距離變化的分布圖根據(jù)上圖，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)到污染源距離大于 5000 米時(shí)， NOX 的濃度變化很小，現(xiàn)修改距離范圍為 05000 米，得到對(duì)應(yīng)的分布圖 5-6 為：圖 5-6修改距離范圍的濃度分布圖對(duì)比圖 5-5 和圖 5-6，我們認(rèn)為當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)到污染源距離大于 5000 米

25、時(shí)， NOX 的濃度不再變化，從而對(duì)模型求解結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)化。類(lèi)似地，我們可以求解四個(gè)季度的不同方向下， 各污染因素濃度隨距離變化的分布情況，并進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化， 即完成了實(shí)時(shí)實(shí)地計(jì)算空氣中各污染因子含量的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)焚燒廠周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系的模型建立與求解。.1.2 、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案居民承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的大小， 與所居住地的環(huán)境污染程度密切相關(guān)， 而環(huán)境污染的評(píng)估，又由空氣中顆粒物、 HCL、SO2 等污染因素的含量所決定，因此可以結(jié)合國(guó)內(nèi)的環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)， 在模糊綜合評(píng)價(jià)法的基礎(chǔ)上， 衡量各污染物對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量影響的相對(duì)重要程度， 再分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境的環(huán)境等級(jí)， 進(jìn)行相應(yīng)的區(qū)域劃分。最后結(jié)合不同風(fēng)向

26、的頻率大小， 可以分析得出各地居民承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的大小， 從而進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。1.2.1 、模型的建立首先，由于環(huán)境污染評(píng)價(jià)涉及到較多的復(fù)雜現(xiàn)象和各種因素的相互作用， 評(píng)價(jià)過(guò)程中存在大量的模糊現(xiàn)象和模糊概念， 因此在環(huán)境污染綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中， 我們引入模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行分析。模糊綜合評(píng)價(jià)是綜合考慮事物多種因素， 用模糊集理論來(lái)評(píng)定其優(yōu)劣的方法。其評(píng)價(jià)過(guò)程為： 先將評(píng)價(jià)目標(biāo)看成是由多種因素組成的模糊集合， 再設(shè)定這些因素所能選取的評(píng)審等級(jí)， 分別求出各單一因素對(duì)各個(gè)評(píng)審等級(jí)的歸屬程度， 然后根據(jù)各個(gè)因素在評(píng)價(jià)目標(biāo)中的權(quán)重分配，最后計(jì)算得出目標(biāo)的評(píng)審等級(jí)。污染因子的權(quán)重值衡量的， 是參加評(píng)價(jià)的各污染物

27、之間對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量影響的相對(duì)重要程度，所以，我們可以根據(jù)各因子對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)影響的大小，采用污染貢獻(xiàn)率的方法，計(jì)算得出各因子的權(quán)重，計(jì)算公式為：xi /d?i（5- 4ai = n?）i=1xi /d i?種污染物各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的平均值； xi 為第 i 種污染物實(shí)測(cè)值； ai其中， di 為第 i為第 i 種污染因素的權(quán)重。而在具體的分析中， 假設(shè)風(fēng)向、風(fēng)力等外界因素發(fā)生變化時(shí)， 區(qū)域環(huán)境中各污染因素間含量的比值不變， 則污染因子實(shí)測(cè)值與各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的平均值的比值越大，其權(quán)重越大，也越容易超標(biāo)。同時(shí)，在對(duì)單一因素的不同評(píng)審等級(jí)隸屬程度的分析過(guò)程中， 我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)評(píng)價(jià)目標(biāo)中，權(quán)重值之和大于 0.5

28、的污染因子均隸屬于同一評(píng)審等級(jí)時(shí)， 可判定該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境空氣質(zhì)量隸屬于對(duì)應(yīng)的等級(jí)區(qū)域。 因此可以將對(duì)目標(biāo)評(píng)審等級(jí)的判定，簡(jiǎn)化為對(duì)權(quán)重值大于 0.5 的污染因子等級(jí)的評(píng)定。最后，考慮到因?yàn)楦骷径蕊L(fēng)向頻率不同， 在同一環(huán)境評(píng)審等級(jí)的區(qū)域中， 各方向居民受污染影響的持續(xù)時(shí)間不同， 所以結(jié)合各季度風(fēng)向頻率的大小， 分析得出各地居民承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的大小，分段進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。1.2.2、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案的求解首先，我們選取 7 個(gè)因子（即 n=7）參加評(píng)價(jià)， 便構(gòu)成環(huán)境經(jīng)期質(zhì)量綜合評(píng).判因子集U = uTSP , uSO2 ,uNO x ,u二惡英 。假設(shè)風(fēng)向、風(fēng)力等外界因素發(fā)生變化時(shí)， 區(qū)域環(huán)境中各污染因素間

29、含量的比值不變，即可根據(jù)各污染因素的排放量，利用公式（ 5-4）計(jì)算得到各因子的權(quán)重，求解結(jié)果見(jiàn)表 5-4：表 5-4 各污染因素的權(quán)重值表污染因素顆粒物HCLSO2NOX汞鉛二惡英權(quán)重值0.00870.14070.07320.22870.18290.06100.3049然后，根據(jù) GB3095-2012大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 6，將區(qū)域環(huán)境劃分為兩個(gè)等級(jí)，有關(guān)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表5-5：表 5-5 評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值表序號(hào)污染物項(xiàng)目取值時(shí)間濃度限值單位二級(jí)一級(jí)1顆粒物日均1203002氯化氫（ HCL）日均15503二氧化硫（ SO2 ）日均5015034氮氧化物（ NOX）日均100 g/m5汞（ H

30、g）0.056鉛（ Pb）1.5pgTEQ/m37二惡英0.03本題中 NOX 和二惡英的權(quán)重值大于0.5 ，根據(jù)之前的分析，當(dāng)判定 NOX 和二惡英均隸屬于第一等級(jí)外時(shí)， 認(rèn)為該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境空氣質(zhì)量也位于第一等級(jí)外。并且由于二惡英污染因素的權(quán)重更大，其更容易歸屬于第一等級(jí)區(qū)域外。在高斯擴(kuò)散模型中， 各污染因子擴(kuò)散情況相同， 所以，排放的氣體濃度與標(biāo)準(zhǔn)的濃度之比越大就越容易超標(biāo)， 氣體的初始濃度與標(biāo)準(zhǔn)濃度的比值如下， 其中二惡英初始濃度的單位為 ng/m 3 , 其余成分的初始濃度單位為 g/m3 ，二惡英的標(biāo)準(zhǔn)濃度單位為 pg/m 3 , 其余成分的標(biāo)準(zhǔn)濃度單位為 g/m3 。表 5-6 初

31、始濃度與一級(jí)濃度限值的比值污染因子顆粒物HCLSO2NOx汞鉛二惡英比值0.16673.33331.60002.50002.00000.66673.3333表 5-7 初始濃度與二級(jí)濃度限值的比值污染因子顆粒物HCLSO2NOx汞鉛二惡英比值0.06671.00000.53332.50002.00000.66673.3333由表 5-6 可以看出，氮氧化物超標(biāo)， 則二惡英與 HCL一定超標(biāo)，而三者的權(quán)重之和大于 0.5 ，因此，可以將對(duì)焚燒廠周邊某地環(huán)境是否為第一等級(jí)外的判定，簡(jiǎn)化為判定該地 NOX 的含量是否為第一等級(jí)外。由于 NOX 兩個(gè)等級(jí)的濃度限量相等， 當(dāng)判定某地環(huán)境空氣質(zhì)量是否位于

32、第.二等級(jí)外時(shí)， 我們將判定方法修正為檢測(cè)HCL的含量是否位于第二等級(jí)外。最終，可以得出各季度下， 焚燒廠周邊地區(qū)的環(huán)境評(píng)審等級(jí)結(jié)果，如圖 5-7圖 5-10 所示：圖 5-7第一季度焚燒廠周邊地區(qū)的環(huán)境評(píng)審等級(jí)結(jié)果圖 5-8第二季度焚燒廠周邊地區(qū)的環(huán)境評(píng)審等級(jí)結(jié)果.圖 5-9第三季度焚燒廠周邊地區(qū)的環(huán)境評(píng)審等級(jí)結(jié)果圖 5-10第四季度焚燒廠周邊地區(qū)的環(huán)境評(píng)審等級(jí)結(jié)果注：圖 5-7圖 5-10 中，白色部分為環(huán)境空氣標(biāo)準(zhǔn)為第一級(jí)的區(qū)域；橙色部分為.= C13 p( 1 - p) 2 ； = C32 ( 1 - p) p2 ； = p3 ；.環(huán)境空氣標(biāo)準(zhǔn)為第二級(jí)的區(qū)域；紅色部分為環(huán)境空氣標(biāo)準(zhǔn)為第

33、三級(jí)的區(qū)域。因?yàn)楦骷径蕊L(fēng)向頻率不同， 所以同一環(huán)境評(píng)審等級(jí)的區(qū)域中，各方向居民受污染影響的持續(xù)時(shí)間各不相同，現(xiàn)統(tǒng)計(jì)各季度不同風(fēng)向的頻率如表5-8 所示：表 5-8 各季度不同風(fēng)向的頻率統(tǒng)計(jì)表第一季度報(bào)告第四季度報(bào)告風(fēng)向頻率（ %）風(fēng)向頻率（ %）南3.9北1.2西35.5南15.1西北6.6西16.3西南53.9西南67.4總計(jì)100.0總計(jì)100.0第二季度報(bào)告第三季度報(bào)告風(fēng)向頻率（ %）風(fēng)向頻率（ %）北17.7北8.0東6.3東6.9東北12.7東北14.9東南3.8東南12.6南6.3南5.7西21.5西24.1西北17.7西北9.2西南13.9西南18.4總計(jì)100.0總計(jì)100.0

34、最后結(jié)合不同風(fēng)向的頻率大小， 對(duì)各個(gè)環(huán)境評(píng)審等級(jí)下的居民承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分段大小，從而進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。2、排放出現(xiàn)異常的改進(jìn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案2.1、模型的建立假設(shè)該焚燒廠的焚燒爐發(fā)生故障的概率為 p，每臺(tái)焚燒爐發(fā)生故障的情況相互獨(dú)立，則三臺(tái)焚燒爐中：有一臺(tái)發(fā)生故障的概率為 p1 有兩臺(tái)發(fā)生故障的概率為 p2 三臺(tái)都發(fā)生故障的概率為 p3都不發(fā)生故障的概率為p0 = (1 - p) 3 。實(shí)際情況下，機(jī)器發(fā)生故障的概率p ? 1 ，p2 、p3 0 ，因此，可以不考慮兩臺(tái)及三臺(tái)焚燒爐同時(shí)發(fā)生故障的情況，進(jìn)而對(duì)p1 、 p 0 進(jìn)行修正：.p1=p 1， p0 =p 0 。p 0 +p

35、1p 0 +p 1以煙塵為例，假設(shè)沒(méi)有發(fā)生故障時(shí)煙塵濃度為c , 發(fā)生故障時(shí)的煙塵濃度為c ，則修正后的煙塵濃度 cc 為：cc = p0c + p12c + c （5- 5）3設(shè) k 為發(fā)生故障時(shí)煙塵濃度與正常煙塵濃度之比，即k =cc , 那么可將式（ 5-5 ）化簡(jiǎn)為：2 + k) ccc = (p 0+ p13其中設(shè) r = p0+ p12+k為濃度修正系數(shù)，將p1、 p0代入得到 r =1+p+pk，31+2p由于 p ?1，因此 r 1 + pk 。將修正的動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系模型的計(jì)算結(jié)果， 進(jìn)行相應(yīng)的污染物對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量影響相對(duì)重要程度的衡量， 再分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境的環(huán)境等級(jí)， 進(jìn)行相應(yīng)

36、的區(qū)域劃分。最后結(jié)合不同風(fēng)向的頻率大小， 重新可以分析得出各地居民承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的大小，進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，即得到修正的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案。2.1、模型的求解對(duì)氮氧化物而言，在風(fēng)速為 3m/s 的情況下， r 取不同值，得到超標(biāo)時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)距污染源的距離如下：表 5-9 r 取不同值時(shí)氮氧化物的超標(biāo)距離r1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0x/m1510161017101810189019802070216022352310擬合得到的結(jié)果為： x = -147.4(r -1)2 + 1053( r -1) + 0.8392 + x0 ，其中， x0為未考慮故障的情況下，超標(biāo)時(shí)距污染源

37、的距離，x0 = 1405 ；x為 考 慮 故 障 的 情 況 下， 超 標(biāo) 時(shí) 距污 染 源的 距離 ， x -147.4 (r -1)2 +1053( r - 1) + 1405 。對(duì) HCL而言，在風(fēng)速為 2m/s 的情況下， r 取不同值，得到超出等級(jí)一限值時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)距污染源的距離如下：表 5-10 r 取不同值時(shí) HCL的超標(biāo)距離r1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0x/m965106011401215129013551425148515451605擬合得到的結(jié)果為 x = -233.7 (r - 1) 2+ 966()0，r - 1 + 11.08 + x其

38、中， x0 為未考慮故障的情況下，超標(biāo)時(shí)距污染源的距離， x0= 855 ，x 為考慮故障的情況下， 超標(biāo)時(shí)距污染源的距離， x -233.7 ( r - 1) 2 + 966( r - 1) +866 。.對(duì)題目所給附件2 中原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以NOX 的排放量分布情況為例：圖 5-11? 的排放量分布情況圖?由圖可以看出， ?的濃度為3以上的三個(gè)數(shù)據(jù)偏離正常排放量?70 ?/?過(guò)多，可以認(rèn)為是故障數(shù)據(jù)， 我們將這三個(gè)數(shù)據(jù)作為故障數(shù)據(jù)，并將其與其余正常數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析：正常數(shù)據(jù)的3?平均濃度為 52.97?/?，故障數(shù)據(jù)的?濃度為3 ；發(fā)生故障的頻率為。73.67 ?/?0.107現(xiàn)假設(shè)故障

39、概率?= 0.1 , 可計(jì)算得到三臺(tái)焚燒爐中有一臺(tái)發(fā)生故障的概率為 ? = 0.243 , 有兩臺(tái)發(fā)生故障的概率為? = 0.027 ，三臺(tái)都發(fā)生故障的概率為12?3 = 0.001 , 都不發(fā)生故障的概率為?0 = 0.729 。由于 ?、 ? 都是小概率事件， 為簡(jiǎn)化問(wèn)題可以認(rèn)為不發(fā)生，因此修正概率23?1=?0= 0.25，修正后的濃? =，? +?，得到的修正概率為 ?，? = 0.751? +?0100101度 cc = 54.70 mg/m 3 ，正常濃度 c = 52.97mg/m 3 。得到正常濃度、修正后的濃度、故障濃度的高斯擴(kuò)散圖形如下：圖 5-12正常濃度、修正后的濃度、

40、故障濃度的高斯擴(kuò)散圖形.六、模型的評(píng)價(jià)與改進(jìn)1、模型優(yōu)點(diǎn)1）本模型的假設(shè)是根據(jù)日常實(shí)際做出的，這些假設(shè)不但簡(jiǎn)化了問(wèn)題，便于模型的建立，而且又不失模型的科學(xué)性和結(jié)果的實(shí)際性。2）我們結(jié)合風(fēng)向、溫度、降雨等多種外界因素的影響，對(duì)焚燒廠排放氣體中各污染因素進(jìn)行了逐一地分析， 并綜合得到各地空氣環(huán)境的等級(jí)評(píng)審結(jié)果。 分析結(jié)果較為全面，且具有較強(qiáng)的規(guī)律性。3）在對(duì)焚燒廠周邊地區(qū)建立動(dòng)態(tài)監(jiān)控評(píng)估的過(guò)程中， 我們結(jié)合降雨量對(duì)大氣污染物的影響， 對(duì)現(xiàn)有的高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模型進(jìn)行了改進(jìn)， 使分析結(jié)果更符合實(shí)際。4）在設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)賠償方案的過(guò)程中， 我們采用模糊綜合評(píng)價(jià)的思想，綜合考慮多種污染因子的影響，做出合理的環(huán)境等級(jí)的評(píng)審和劃分。2、模型缺點(diǎn)1）本文中對(duì)焚燒爐發(fā)生故障情形下的模型修正，是基于一個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行的，與實(shí)際情況具有一定的差距。2）不同污染因子的擴(kuò)散情況不同，而本文中忽略了其擴(kuò)散差異。3、模型的改進(jìn)可以根據(jù)當(dāng)?shù)胤贌龔S周邊地區(qū)的人口分布、 年齡段分布情況等， 確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體位置、監(jiān)測(cè)頻率以及污染氣體的種類(lèi)， 依據(jù)焚燒廠的公司利潤(rùn)設(shè)計(jì)更具體、更合理的補(bǔ)償方案。七、參考文獻(xiàn)1 范紹佳 鮑若峪 羅