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1、赛区评阅编号（由赛区组委会填写）：2015高教社杯全国大学生数学建模竞赛承 诺 书我们仔细阅读了全国大学生数学建模竞赛章程和全国大学生数学建模竞赛参赛规则（以下简称为“竞赛章程和参赛规则”，可从全国大学生数学建模竞赛网站下载）。我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛章程和参赛规则的，如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛章程和参赛规则，以保证竞赛的公
2、正、公平性。如有违反竞赛章程和参赛规则的行为，我们将受到严肃处理。我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等）。我们参赛选择的题号（从A/B/C/D中选择一项填写）： C 我们的报名参赛队号（12位数字全国统一编号）： 参赛学校（完整的学校全称，不含院系名）： 温州医科大学 参赛队员 (打印并签名) ：1. 章成俊 2. 杨超 3. 谢锦 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 日期： 年 月 日赛区评阅编号（由赛区组委会填写）：2015高教社杯全国大学生数学建模竞赛编 号 专 用 页赛区评阅
3、记录（可供赛区评阅时使用）：评阅人备注送全国评阅统一编号（由赛区组委会填写）：全国评阅随机编号（由全国组委会填写）：对垃圾处理厂污染的动态监控及居民补偿摘 要城市垃圾处理问题是一个世界性难题。目前垃圾焚烧正逐步成为中国垃圾处理的主要手段之一。本论文构根据题目设置的垃圾处理厂规模，建立了环境动态监控体系，并根据潜在污染风险对周围居民进行了合理经济补偿的设计。对于问题（1），为了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，本论文在高斯烟羽模型的基础上进行改进，引入温度、降雨对污染物扩散的影响，建立了新的污染物扩散模型。本论文创新性的提出了风雨影响指数,用来衡量风向、降雨对颗粒物扩散的影响
4、。本论文将抽象的污染物含量形象化，利用空气污染指数API描述具体的污染程度及其给周围居民带来的影响。并且从不同角度给出了模型检验，验证了所建模型的准确性。对于问题（1）具体赔偿方案的制定，在综合考虑了不同方位风向频率、受污染时间、受污染程度的基础上，本论文使用了层次分析法，并且进行了一致性检验，使得赔偿方案具有说服力。通过MATLAB编程，计算出当政府和垃圾处理厂共支付风险赔偿金为时，得出居住地的每位居民应得的赔偿金额计算公式。对于监测点的设置，经计算共需21个，具体布置情况见后文。对于问题（2），在题目所述的发生事故的情况下，对污染物的具体含量进行了合理的预测与假设。模拟出酸性物质与颗粒物的
5、影响范围，并根据具体的污染程度设置不同的污染区。对每个污染区的不同情况设置更改监测点的设置，并且在问题（1）的基础上对居民的经济补偿进行合理修改。关键词：高斯烟羽模型，层次分析法，空气污染指数，烟气抬升公式一、 问题重述“垃圾围城”是世界性难题，在今天的中国显得尤为突出。数据显示，目前全国三分之二以上的城市面临“垃圾围城”问题，垃圾堆放累计侵占土地75万亩。因此，垃圾焚烧正逐步成为中国垃圾处理的主要手段之一。然而，由于政府监管不力、投资者目光短浅等多方面的原因，致使前些年各地建设的垃圾焚烧电厂在运营中出现了环境污染问题，给垃圾焚烧技术在我国的推广造成了很大阻力，许多城市的新建垃圾焚烧厂选址都出
6、现因居民反对而难以落地的局面。在垃圾焚烧厂运行监管方面，目前主要是在垃圾焚烧厂内进行测量监控，缺少从周边环境视角出发的外围动态监控，因而难以形成为民众所信服的全方位垃圾焚烧厂环境监控体系。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（设置三台可处理垃圾650吨/天的焚烧炉，排烟口高度80米，每天24小时运转）。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，有关部门希望能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
7、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，并针对潜在环境风险制定出合理的经济补偿方案。请你在收集相关资料的基础上考虑以下问题：(1) 假定焚烧炉的排放符合国家新的污染物排放标准（参见附件1），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。以你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。(2) 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、氮氧化物、一氧化碳、二恶英类
8、及重金属等排放超标，附件2给出了一台可处理垃圾350吨/天的焚烧炉正常运作时的在线排放监测记录）。请在考虑故障发生概率的情况下修正你设计的监测方法和补偿方案。二、模型假设（1）.假设污染物在所建的坐标轴的、风向上分布为正态分布；（2）.假设全部高度风速均匀稳定；（3）.假设污染物在扩散中不会相互转化；（4）.假设源强是连续均匀稳定的；（5）.假设附件4所给风速距地面10米处所测得风速；三、符号约定任意点的污染物浓度，单位：mg/ m3；源强，单位时间内污染物排放量，单位：mg/s；侧向扩散系数；竖向扩散系数；排放口的平均风速，单位：m/s；烟囱的有效高度；污染源排放点至下风向上任一点的距离，单
9、位：m；污染物的中心轴在直角水平方向上到任一点的距离，单位：m；从地表到任一点的高度，单位：m；烟囱的几何高度，单位：m；污染物的抬升高度，单位：m；大气压力，单位：；烟气热释放率，单位：KJ/s；实际排烟率，单位： m3/s；排气筒出口处污染物排出速度，单位：m/s； 烟气出口温度，单位：K；烟气出口温度与环境温度差，单位：K；。：表示第月的风向为（代表风向分别从正北方向沿顺时针依次到到西北方向）风雨影响指数；四、模型建立与求解4.1问题一：4.1.1问题一分析根据垃圾焚烧厂周边环境设计一种环境指标监测方法，以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，这首先需要调查出各类污染源对
10、这片地区的污染影响。而在高斯烟羽扩散模型上进行改进，即可模拟出污染源对周边空气影响的大致范围及污染程度。而后，根据具体的污染程度及污染物类型，选取合适的位置设置监控点，并制定相应的周围居民风险承担经济补偿方案。高斯烟羽模型计算各个方位、颗粒物的浓度计算相应的空气污染指数计算不同风向频率确定赔偿方法确定检测方案图1.对于问题一的分析流程图4.1.2.模型建立（1）.高斯烟羽模型基本形式的数学表达式为： 公式（1）公式（2）其中为任意点的污染物浓度，为单位时间内污染物排放量，为排放口的平均风速，为烟囱的有效高度，为烟囱的几何高度，为污染物的抬升高度，与参数。污染物在排放出来时，具有初始动量，且受空
11、气浮力，所以污染物会有抬升高度。根据烟气抬升公式，烟气抬升高度为：公式（3）公式（4）公式（5）公式（6）公式（7）以上公式中，为烟气热释放率，为实际排烟率，为排气筒出口处污染物排出速度，为烟气出口温度，为烟气出口温度与环境温度差，、分别为参数，具体值见下表：、的选取（单位：KJ/s）地表状况（平原）2100农村或城市远郊区1.4271/32/3城市及近郊区1.3031/32/32100240m时，按240m计算。P为风速高度指数，依赖于大气稳定度和地面粗糙度。应根据观测结果，利用统计学方法求出。根据具体的观测数据，也可采用风速随高度变化的对数律或其它半经验分式。无实测数据时，P值可按下表选取
12、。由附件5推测，此垃圾焚烧厂在深圳市的乡村。地区各稳定等级下的P值ABCDE或F城市0.10.150.20.250.3乡村0.070.070.10.150.25表2.各稳定度等级下的P值在本文中，根据广东沿海地区大气稳定度的分类方法探讨，估算出深圳市大气稳定度等级频率，具体数值如下表：稳定度等级ABCDEF频率1.833.8624.2748.6315.245.55表3.深圳市大气稳定等级频率对于参数与的取值参考下表得出：大气稳定度A0.22/(1+0.0001)0.2B0.16/(1+0.0001)0.12C0.11/(1+0.0001)0.08/(1+0.0002)D0.08/(1+0.00
13、01)0.06/(1+0.0015)E0.06/(1+0.0001)0.03/(1+0.0003)F0.04/(1+0.0001)0.016/(1+0.0003)表4.参数与的取值当污染热释放率大于或等于2100KJ/s，且污染物温度与环境温度的差值大于或等于35K时，污染物抬升高度采用公式（3）、（4）计算；当1700KJ/s2100KJ/s时，污染物抬升高度采用公式（5）、（6）计算；当1700KJ/s或35K时，污染物抬升高度采用公式（7）计算。此模型具体的坐标系建立如下图：图2.高斯烟羽模型坐标系的建立示意图利用高斯烟羽扩散模型可以表示出下风向任意一点处污染物浓度。因此，在题目中给定的八个方向分别建立坐标轴，然后分片区计算污染程度。即八个方向因焚烧炉的排污在324
