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1、装 订 线西北工业大学明德学院数学建模竞赛暨全国大学生数学建模竞赛选拔赛题目C 题密封号2014 年 7 月 14 日剪 切 线密封号2014 年 7 月 14 日西北工业大学明德 学院 第 J 9005 队队员 1队员 2队员 3姓名杨琳张阳田列敏班级121202121202121202西北工业大学明德学院数学建模竞赛摘 要研究城市防治问题，本文针对深圳市宝安区垃圾处理厂污染环境问题采用大气污染经典高斯扩散模型进行分析研究。深圳市宝安区白鸽湖垃圾焚烧处理厂位于深圳市宝安区观澜街镇与龙岗区平湖街镇之间，观天路南侧山凹原白鸽湖采石场内，隶属于白鸽湖环境园。根据国家标准，网上查阅资料和材料所给数据
2、，分析该厂所产生的大气污染物 SO2、NO(X)、颗粒物扩散程度，划分该地区大气污染等级，从而做出环境监测点和居民补偿方案。首先，针对问题一，我们利用高斯模式的有关假定计算出各种污染气体的浓度和扩散距离的关系，在处理时，我们假设分析污染物扩散时，温度变化不会影响污染物的扩散，不考虑海拔对污染物浓度的影响。分别做颗粒物的扩散与污染气体的扩散处理，得出相关浓度信息，进而实现对垃圾焚烧厂烟气排放及相关环境影响状况的动态监控。从而确定经济补偿方案。针对问题二，主要考虑对故障发生概率 p，由于实际排烟率受故障发生的影响。作出了修正模型，增加监测点。在以前模型基础上进行同比例补偿，在根据公平原则起见，添加
3、了对居民进行风险承担补偿。进一步讨论了动态监测体系及补偿新方案。 关键词 ：大气污染，监测体系，高斯模型，补偿机制西北工业大学明德学院数学建模竞赛目 录一、问题重述.1二、问题分析.2三、模型的假设.3四、符号说明.4五、模型的建立与求解.55.1 构建高斯模型.55.1.1 模型的假设.65.1.2 公式推导.65.2 模型的求解.105.2.1 首先求解公式中各参数.105.2.2 烟气抬升高度的计算.135.2.3 污染地面最大浓度计算.155.3 影响污染物扩散的气象因素.155.4 建立环境指标监测方法.195.5 建立环境污染补偿机制.205.5.1 构造补偿等级.205.6 修正
4、监测方法和补偿机制.225.6.1 修正检测方法.225.6.2 修正补偿机制.22六、模型的评价.23参考文献.24附 录.25西北工业大学明德学院数学建模竞赛1一、问题重述深圳市某地点计划建立一个中型的垃圾焚烧厂，计划处理垃圾量 1950 吨/天。从构建环境动态监控体系、并根据潜在污染风险对周围居民进行合理经济补偿的需求出发，我们综合考虑垃圾焚烧厂对周围带来环境污染以及其他危害的多种因素（例如，焚烧炉的污染物排放量、居住点离开垃圾焚烧厂的距离、风力和风向及降雨等气象条件、地形地貌以及建筑物的遮挡程度等等） ，在进行科学定量分析的基础上，确立一套可行的垃圾焚烧厂环境影响动态监控评估方法，并针
5、对潜在环境风险制定出合理的经济补偿方案。本题给予了我们焚烧厂选址处的风向、风速资料，风向按照焚烧厂地点为中心分为八个方向来风给出：东、东南、南、西南、西、西北、北、东北，风速为十分钟平均风速，单位为米/秒。需要我们考虑在假定焚烧炉的排放符合国家新的污染物排放标准时，根据垃圾焚烧厂周边环境设计一种环境指标监测方法，实现对垃圾焚烧厂烟气排放及相关环境影响状况的动态监控。并以设计的环境动态监控体系实际监控结果为依据，设计合理的周围居民风险承担经济补偿方案。另外，由于各种因素焚烧炉的除尘装置（如袋式除尘器）损坏或出现其他故障导致污染物的排放增加，致使相关各项指标将严重超标（如：烟尘浓度、二氧化硫、氮氧
6、化物、一氧化碳、二恶英类及重金属等排放超标，通过给出的一台可处理垃圾 350 吨/天的焚烧炉正常运作时的在线排放监测记录） 。考虑故障发生概率的情况下修正设计的监测方法和补偿方案。西北工业大学明德学院数学建模竞赛2二、问题分析要根据垃圾焚烧厂周边环境为该垃圾焚烧厂设计一套动态监控方案，需要实现对该垃圾焚烧厂进行烟气排放及相关环境影响状况的动态监控。焚烧厂的周边环境应综合考虑居住点离垃圾焚烧厂的距离、风力和风向及降雨等气象条件、地形地貌以及建筑物的遮挡程度等等。监控的结果需要能反映出焚烧厂对周围环境的影响。以设计的环境动态监控体系实际监控结果为依据，设计合理的周围居民风险承担经济补偿方案。模型的
7、难点在于要考虑焚烧厂所处的各种因素的综合影响。监控体系的核心就是选取合适的监控点，使得这些监控点的数据能反映整个焚烧厂周围区域的污染情况，在没有数据的情况下，选取参考点是非常难的。对居民的经济补偿不仅需要考虑焚烧厂对周围环境的污染风险问题，同时还要考虑到焚烧厂的收益，因此我们要综合考虑这些因素。对周围环境的动态监控可以采取在单位时间内查看污染物额排放量。再根据健康风险评估模型和最优化模型（使焚烧厂的经济效益达到最大）给出合理的居民风险承担经济补偿方案。有时会因为故障的原因导致焚烧厂的污染物排放量超出国家的标准排放量,因而会加大对周围环境的污染程度，根据近些年有关的焚烧厂的污染物排放量计算出排放
8、量超标的概率（环境风险概率） 。根据得出的概率制定相应的监测方法，对于不同污染下的概率给出相对应的补偿金额。当焚烧厂的污染物排放量超出国家的排放标准的时候就会加大对周围环境的污染，进而也会影响到周围居民的正常生活，所以针对这种情况要对居民做出合理的经济补偿方案。这就需要考虑事故的发生率。根据近些年有关的焚烧厂的污染物排放量计算出排放量超标的概率（环境风险概率） 。根据得出的概率制定相应的监测方法，对于不同污染下的概率给出相对应的补偿金额。西北工业大学明德学院数学建模竞赛3三、模型的假设1.分析污染物扩散时，假定温度变化不会影响污染物的扩散。2.忽略障碍物时，只考虑地面污染物浓度，而不考虑海拔对
9、污染物浓度的影响。3.污染物的浓度在 y、z 轴上的分布是高斯分布的。4.污染源的源强是连续且均匀的，初始时刻气体污染物内部的温度浓度的分布是均匀的。5.扩散过程中不考虑气体污染物内部温度的变化，忽略热对流，热辐射，热传递。6.气体污染物是理想气体，遵守理想气体方程。7.地面对气体污染物起全反射作用，不发生吸收或吸附作用。8.整个过程中气体不发生沉降分解以及相关的化学反应。 西北工业大学明德学院数学建模竞赛4四、符号说明符号解释符号解释C浓度T温度yY 轴标准差Z高度zZ 轴标准差K污染系数u平均风速f风向频率H烟囱高度m补偿力度 如：金额颗粒物扩散浓度M修正后补偿力度 如：金额iv重力沉降速度速度j监测点个数d颗粒物直径J修正后监测点个数气温垂直递减率d干绝热垂直递减率西北工业大学明德学院数学建模竞赛5五、模型的建立与求解5.1 构建高斯模型标准评价因子：（参考附录一 GB18485-2014） 。特征污染物：圾焚烧厂环境影响范围内预测因子为：颗粒物、HCL 、SO2 、NOx 、汞、铅和二恶英等。根据颗粒物扩散模式：颗粒物粒径15 微米，按气态污染物考虑；100微米，由于沉降快，不考虑该污染物。 本模型中为了简便运算，选
