模擬數(shù)學(xué)建模

2014河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)數(shù)學(xué)建模競賽承諾書我們仔細(xì)閱讀了河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)數(shù)學(xué)建模競賽的規(guī)則。我們完全明白，在競賽開始后參賽隊(duì)員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網(wǎng)上咨詢等）與本隊(duì)以外的任何人（包括指導(dǎo)教師）研究、討論與賽題有關(guān)的問題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競賽規(guī)則的，如果引用別人的成果或其它公開的資料（包括網(wǎng)上查到的資料），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)格遵守競賽規(guī)則，以保證競賽的公正、公平性。如有違反競賽規(guī)則的行為，我們愿意承擔(dān)由此引起的一切后果。我們授權(quán)浙江中醫(yī)藥大學(xué)數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì)，可將我們的論文以任何形式進(jìn)行公開展示（包括進(jìn)行網(wǎng)上公示，在書籍、期刊和其他媒體進(jìn)行正式或非正式發(fā)表等）。我們參賽選擇的題號(hào)為（從A/B/C中選擇一項(xiàng)填寫）：我們的參賽隊(duì)名為：參賽組別（研究生或本科或?qū)？疲核鶎賹W(xué)院（請(qǐng)?zhí)顚懲暾娜﹨①愱?duì)員（打印并簽名）：1.2.3.日期：年月日獲獎(jiǎng)證書郵寄地址：郵政編碼2014河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)數(shù)學(xué)建模競賽編號(hào)專用頁競賽評(píng)閱編號(hào)（由競賽評(píng)委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：評(píng)閱記錄評(píng)閱人nnnnn1評(píng)分□nnnn□一備注一□nnnn□裁剪線裁剪線裁剪線競賽評(píng)閱編號(hào)（由競賽評(píng)委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：參賽隊(duì)伍的隊(duì)名：（請(qǐng)各參賽隊(duì)提前填寫好）：垃圾焚燒廠的環(huán)境監(jiān)測及補(bǔ)償方案【摘要】為有效解決“垃圾圍城”的嚴(yán)峻問題，垃圾焚燒法已成為城市垃圾處理的主要方法之一。將垃圾用焚燒法處理后，垃圾能減量并節(jié)省用地，實(shí)現(xiàn)垃圾能源發(fā)電，將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒物，但近幾年來，其弊病突出表現(xiàn)在其潛伏性污染嚴(yán)重、耗費(fèi)昂貴、操作復(fù)雜和浪費(fèi)資源等方面，垃圾焚燒法并未得到廣大民眾的廣泛接受。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測垃圾焚燒廠周邊環(huán)境的影響，同時(shí)解決垃圾焚燒而帶來的賠償問題，本文進(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煙氣排放及相關(guān)環(huán)境影響動(dòng)態(tài)監(jiān)控評(píng)估方法，并針對(duì)潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)制定出合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案。問題一：根據(jù)題目，采用高斯煙羽模型公式，對(duì)深圳氣象、地形數(shù)據(jù)分析定參數(shù)，完善高斯模型；采用熵權(quán)法將污染物濃度賦權(quán)重，利用權(quán)重將濃度等級(jí)分為四類；運(yùn)用MATLAB以及高斯煙羽公式，輸入各級(jí)濃度畫出相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散下風(fēng)向污染物濃度等高線圖，根據(jù)圖像定監(jiān)測點(diǎn)C、C、C以及三個(gè)補(bǔ)償區(qū)域，將焚燒廠所得政府補(bǔ)貼以及垃圾處理利潤總額根據(jù)補(bǔ)償區(qū)域賠償123比例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)賠償。問題二：根據(jù)題目，對(duì)第二題進(jìn)行修改。由第一題模型可得，高斯模型中源強(qiáng)改變，等高線圖所示的區(qū)域劃分隨之改變，第一題所定的監(jiān)測點(diǎn)濃度也相應(yīng)改變；對(duì)于經(jīng)濟(jì)賠償方案，對(duì)3月的污染物濃度數(shù)據(jù)，后幾組數(shù)據(jù)明顯發(fā)生改變，將未發(fā)生故障與發(fā)生故障的污染物濃度進(jìn)行T檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有明顯差異；將未發(fā)生故障濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，將預(yù)測數(shù)值分析均值以及方差，確定污染物濃度標(biāo)準(zhǔn)變化范圍，將其與實(shí)際值做差值分析，累加超出范圍的數(shù)據(jù)作為該月多釋放的污染物濃度，得出焚燒廠該月應(yīng)多賠償?shù)慕痤~，結(jié)合第一問的賠償方案，則為發(fā)生故障的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案。關(guān)鍵詞：垃圾焚燒高斯煙羽模型回歸分析法T檢驗(yàn)設(shè)備故障率比例法一、問題重述垃圾是人類活動(dòng)的廢棄品，城市發(fā)展的附屬物，城市和人的運(yùn)轉(zhuǎn)，每年產(chǎn)生上億噸的垃圾，一邊是不斷增長的城市垃圾，一邊是無法忍受的垃圾惡臭，成為城市垃圾處理中的棘手問題，高速發(fā)展中的中國城市，正在遭遇“垃圾圍城”之痛。數(shù)據(jù)顯示，目前中國2/3以上的城市面臨“垃圾圍城”問題，垃圾堆放累計(jì)侵占土地75萬畝。因此，垃圾焚燒正逐步成為中國垃圾處理的主要手段之一。然而，由于政府監(jiān)管不力、投資者目光短淺、管理制度不暢等多方面的原因，致使前些年各地建設(shè)的垃圾焚燒電廠在運(yùn)營中出現(xiàn)了環(huán)境污染問題，給垃圾焚燒技術(shù)在我國的推廣造成了很大阻力，許多城市的新建垃圾焚燒廠選址都出現(xiàn)因居民反對(duì)而難以落地的局面。事實(shí)上垃圾焚燒廠對(duì)環(huán)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。小型垃圾焚燒廠由于沒有規(guī)模效應(yīng)，在污染治理方面的投入也會(huì)受到影響，致使其污染物排放比較嚴(yán)重，難以達(dá)到國家新的排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境的危害較大。在垃圾焚燒廠運(yùn)行監(jiān)管方面，目前主要是在垃圾焚燒廠內(nèi)進(jìn)行測量監(jiān)控，缺少從周邊環(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。深圳市某地點(diǎn)計(jì)劃建立一個(gè)中型的垃圾焚燒廠，計(jì)劃處理垃圾量1950噸/天（設(shè)置三臺(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)）。從構(gòu)建環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系、并根據(jù)潛在污染風(fēng)險(xiǎn)對(duì)周圍居民進(jìn)行合理經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)男枨蟪霭l(fā)，有關(guān)部門希望能綜合考慮垃圾焚燒廠對(duì)周圍帶來環(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。根據(jù)題目所給信息，收集相關(guān)資料考慮以下問題：（1）假定焚燒爐的排放符合國家新的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（參見附件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)測方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾焚燒廠煙氣排放及相關(guān)環(huán)境影響狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。以你

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)合理的周圍居民風(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)測記錄）。請(qǐng)?jiān)诳紤]故障發(fā)生概率的情況下修正你設(shè)計(jì)的監(jiān)測方法和補(bǔ)償方案。二、問題分析為了推動(dòng)垃圾焚燒廠的建立，本文綜合考慮垃圾焚燒廠對(duì)周圍帶來環(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。問題一：為了建立對(duì)垃圾焚燒廠周邊的環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，需要建立一個(gè)污染物在大氣中的擴(kuò)散模型。在考慮污染物擴(kuò)散時(shí)的環(huán)境影響因素（例如：焚燒爐的污染物排放量、居住點(diǎn)離開垃圾焚燒廠的距離、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）的基礎(chǔ)上，對(duì)污染物擴(kuò)散模型做了修正，達(dá)到監(jiān)測各居住點(diǎn)污染物排放濃度的目的。由于垃圾焚燒后排放的污染物種類繁多，因此本文采用了附件2中的三項(xiàng)煙塵顆粒濃度、SO2濃度和NO濃度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。利用建立的高斯煙雨模型，計(jì)算可得各居住點(diǎn)的三項(xiàng)濃度。運(yùn)用熵x值法賦權(quán)重分析計(jì)算所得的四個(gè)等級(jí)的污染物濃度，運(yùn)用MATLAB畫出氣體擴(kuò)散下風(fēng)向濃度等高線圖，將焚燒廠分為四個(gè)區(qū)域。在曲線圖上選定三個(gè)個(gè)監(jiān)測點(diǎn)來對(duì)焚燒廠周圍的環(huán)境變化進(jìn)行檢測。查閱文獻(xiàn)計(jì)算得到垃圾焚燒廠補(bǔ)貼總量，再根據(jù)設(shè)計(jì)的監(jiān)測方案，將居民區(qū)分為三個(gè)區(qū)域進(jìn)行不同等級(jí)的賠償，根據(jù)等級(jí)劃分各區(qū)域不同的賠償比例。而居民個(gè)人所得賠償金額則為：居民個(gè)人賠償金額所得=各區(qū)域賠償金額問題二：題目要求在考慮故障發(fā)生概率的情況下修正設(shè)計(jì)的監(jiān)測方法和補(bǔ)償方案。我們對(duì)附件2中給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各污染物排放量隨時(shí)間變化的趨勢圖。通過MATLAB對(duì)幾種污染物進(jìn)行擬合得到污染物數(shù)值變化的預(yù)測圖。根據(jù)實(shí)際趨勢圖和預(yù)測圖我們得出機(jī)器發(fā)生故障的天數(shù)，根據(jù)公式設(shè)備故障率=據(jù)公式設(shè)備故障率=故障時(shí)間計(jì)劃使用總時(shí)間100%計(jì)算得到設(shè)備故障率。通過spss的T檢驗(yàn)，我們驗(yàn)證上述故障的正確性。00在考慮機(jī)器故障概率的情況下，根據(jù)新的源強(qiáng)公式，用MATLAB繪出新的氣體擴(kuò)散下風(fēng)向濃度等高線圖。對(duì)重新劃分的三個(gè)區(qū)域以原先的監(jiān)測點(diǎn)來對(duì)焚燒廠周圍的環(huán)境變化進(jìn)行檢測。而未發(fā)生故障的情況下，仍按照先前擬定的監(jiān)測方案進(jìn)行檢測。首先根據(jù)新的監(jiān)測方案劃分新的賠償?shù)燃?jí)區(qū)域。在考慮機(jī)器故障概率的情況下，計(jì)算得到so2排放量實(shí)際檢測值和標(biāo)準(zhǔn)排放范圍的差值。我們按照每增加Img/m3的SO多補(bǔ)償1000元的標(biāo)準(zhǔn)2重新計(jì)算垃圾焚燒廠補(bǔ)貼總量，再根據(jù)新的各區(qū)域賠償?shù)燃?jí)比例計(jì)算得到故障時(shí)不同區(qū)域的賠償金額。而未發(fā)生故障的情況下，仍按照先前擬定的賠償方案進(jìn)行賠償。三、模型假設(shè)題目給出的各組數(shù)據(jù)真實(shí)可信，不考慮人為因素，具有監(jiān)測意義；污染物的濃度在y、z軸上的分布是高斯分布(正態(tài)分布)的；泄漏氣體是理想氣體，遵守理想氣體狀態(tài)方程，在水平方向，大氣擴(kuò)散系數(shù)呈各向同性，同時(shí)地面對(duì)污染氣體起全反射作用，不發(fā)生吸收或吸附作用。取x軸為平均風(fēng)速方向，整個(gè)擴(kuò)散過程風(fēng)速大小、方向均保持不變，不隨地點(diǎn)、時(shí)間變化而變化；污染源的源強(qiáng)是連續(xù)均勻的，大氣基本保持穩(wěn)定，初始時(shí)刻云團(tuán)內(nèi)部的濃度、溫度均勻分布,且整個(gè)過程中，泄露氣體不發(fā)生沉降、分解，不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)等。強(qiáng)進(jìn)行修正。四、符號(hào)說明y污染氣體在y方向的擴(kuò)散系數(shù)z污染氣體在z方向的擴(kuò)散系數(shù)C任一點(diǎn)處污染物的濃度，單位為mg/m3x下風(fēng)向的距離，單位為my橫向的距離，單位為mz地面上方的距離，單位為mu平均風(fēng)速，單位為m/sQ源強(qiáng)(即源釋放速率)，單位為mg/sH煙囪咼度，單位為mW1政府對(duì)垃圾焚燒廠每天的補(bǔ)貼費(fèi)用W2發(fā)電對(duì)垃圾焚燒廠每天的補(bǔ)貼費(fèi)用W亠未發(fā)生故障未發(fā)生故障時(shí)垃圾焚燒廠每天焚燒垃圾的補(bǔ)貼總量W發(fā)生故障發(fā)生故障時(shí)垃圾焚燒廠焚燒垃圾的補(bǔ)貼總量P設(shè)備故障率C、C、C123監(jiān)測點(diǎn)五、模型的建立與求解5.1問題一：設(shè)計(jì)一種環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾焚燒廠煙氣排放及相關(guān)環(huán)境影響狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。以設(shè)計(jì)的實(shí)際監(jiān)控結(jié)果為依據(jù)，設(shè)計(jì)合理的周圍居民風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償方案。5.1.1高斯煙羽模型建立模型的推導(dǎo)高斯煙羽模型的坐標(biāo)系如圖4-4所示，原點(diǎn)為排放點(diǎn)，x軸正向?yàn)轱L(fēng)速方向，y軸在水平面上

垂直于x軸，正向在x軸的左側(cè)，z軸垂直于水平面xoy，向上為正向。在此坐標(biāo)系下煙流中心線或煙流中心線在xoy面的投影與x軸重合。zy(x,-y,z)(x,-y,0)

y(x,-y,z)(x,-y,0)圖5-2高斯煙羽模型坐標(biāo)系查閱文獻(xiàn)可知無界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模型公式為:C(x,y,z)=—exp(1)[1]2兀⑷7(1)[1]yz然而在實(shí)際中，由于地面的存在，煙羽的擴(kuò)散是有界的。因此根據(jù)假設(shè)可以把地面看做一面鏡面，對(duì)污染氣體起全反射作用，并采用像源法處理。得到高價(jià)續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯煙羽模型公式為：?expy2?V廠exp?expy2?V廠exp2721y丿(z2g2+exp(z+H)2]]2g2(2)式中，令，即可得到地面氣體濃度計(jì)算公式:C(x,y,0)C(x,y,0)=?exp272?exp■e27(3)式（3）中擴(kuò)散系數(shù)7、7的大小與大氣湍流結(jié)構(gòu)、離地高度、地面粗糙度、污染擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間、yz抽樣時(shí)間間隔、風(fēng)速以及離開泄漏源的距離等因素有關(guān)。大氣的湍流結(jié)構(gòu)和風(fēng)速在大氣穩(wěn)定度中考慮。大氣穩(wěn)定度由10米高度以上的風(fēng)速、白天的太陽輻射或夜間的云量等參數(shù)決定。模型系數(shù)的計(jì)算（1）風(fēng)向的判斷根據(jù)附件4中焚燒廠一年風(fēng)速的記錄值繪制如下圖表：繪出一年中各個(gè)風(fēng)向的風(fēng)頻雷達(dá)圖如下:風(fēng)頻雷達(dá)圖北圖5-3風(fēng)頻雷達(dá)圖由風(fēng)速圖可以看出，該地區(qū)一年內(nèi)的風(fēng)向風(fēng)速變化較小。觀察圖5-3,可看出8個(gè)風(fēng)向中，西南方向的曲線離原點(diǎn)最遠(yuǎn)，則得到一年中焚燒廠的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)。(2)日照角的計(jì)算日照角：即太陽直射角，太陽直射點(diǎn)是地球表面太陽光入射角度(即太陽高度)為90度的地點(diǎn)。它是地心與日心連線和地球球面的交點(diǎn)。設(shè)太陽直射點(diǎn)緯度=0，當(dāng)?shù)鼐暥?0'，太陽折射角=?當(dāng)太陽直射點(diǎn)緯度與當(dāng)?shù)鼐暥仍谕话肭颍瑒t°二90-|0-0*；[2]當(dāng)太陽直射點(diǎn)緯度與當(dāng)?shù)鼐暥炔辉谕话肭颍瑒t°二90-|0+0‘I；日期直射點(diǎn)緯度春分3月21日前后赤道（0°）夏至6月22日前后23°26'N秋分9月23日前后23°26'S冬至12月22日前后赤道（0°）圖表5-1各季度太陽直射點(diǎn)緯度本題中，焚燒廠的緯度是22°41'N,則計(jì)算可得：第一季度，即2012年1月~2012月3月，當(dāng)?shù)氐娜照战恰?67°19'；第二季度，即2011年4月~2011月6月，當(dāng)?shù)氐娜照战恰?89°15'；第三季度，即2011年7月~2011月9月，當(dāng)?shù)氐娜照战恰?43°53'；第四季度，即2011年10月~2011月12月，當(dāng)?shù)氐娜照战恰?67°19'；綜合以上4個(gè)季度，可得出焚燒廠所在地的日照角大于60°（3）大氣穩(wěn)定度的計(jì)算[3]按照Pasuquill的分類方法，隨著氣象條件穩(wěn)定性的增加，大氣穩(wěn)定度可以分為A、B、C、D、E、F六類。其中A、B、C三類表示氣象條件不穩(wěn)定，E、F兩類表示氣象條件穩(wěn)定，D類表示中性氣象條件，也就是說氣象條件的穩(wěn)定性在穩(wěn)定和不穩(wěn)定之間。A、B、C三種類型的穩(wěn)定度中，A類表示氣象條件極其不穩(wěn)定，B類表示氣象條件中等程度不穩(wěn)定，C類表示氣象條件弱不穩(wěn)定。E和F兩種類型的穩(wěn)定度中，E類表示氣象條件弱穩(wěn)定，F(xiàn)類表示氣象條件中等程度穩(wěn)定。大氣穩(wěn)定度具體分類方法見下表5-2，表5-3。地面風(fēng)速（m/s）白天日照夜間條件強(qiáng)中等弱陰天且云層薄，或低空云天空云里為3/8

量為4/8<2AA-BB2~3A-BBCEF3?4BB-CCDE4?6CC-DDDD>6CDDDD圖表5-2Pasuquill大氣穩(wěn)定度的確定天空云層的情況日照角>60°日照角〈60°且〉35°日照角>15°且<35°天空云量為，或咼空有薄云4/8強(qiáng)中等弱天空云量為5/87/8,云層咼度為2134-4877m中等弱弱天空云量為5/87/8,云層咼度為<2134m弱弱弱圖表5-3日照強(qiáng)度的設(shè)定查閱可得深圳2011年3月至2012年4月的日云量，將數(shù)據(jù)整理繪制成圖5-4云量雷達(dá)圖。

云量指云遮蔽天空視野的成數(shù)。將地平以上全部天空劃分為10份，為云所遮蔽的份數(shù)即為云量。觀察云量雷達(dá)圖，可知焚燒廠所在地的云量大部分天數(shù)云所遮蔽的份數(shù)為5,則焚燒廠的云量為5,；10。根據(jù)計(jì)算所得的云量和日照角，可得到焚燒廠所在地的日照強(qiáng)度為強(qiáng)。從深圳氣象局調(diào)查數(shù)據(jù)以及附件4中的風(fēng)速記錄值可知，焚燒廠平均風(fēng)速為2.7ms，代入表4-2中，可得焚燒廠所在地的大氣穩(wěn)定度為A-B。（4）系數(shù)的計(jì)算調(diào)查文獻(xiàn)可知，擴(kuò)散系數(shù)G、◎的大小可根據(jù)下表5-4計(jì)算得到。[4]yz大氣穩(wěn)定度yazA0.22x/'(l+0.0001x)°-50.2xB0.16x/(1+0.0001x)0-50.12xC0.11x/(1+0.0001x)°-50.03x/(1+0.0003x)0.08x/(1+0.0002x》.5D0.08x/(1+0.0001x)°-50.06x/(1+0.0015xh5

E0.06x/(1+0.0001x)°-5F0.04x/(1+0.0001xh50.016x/(1+0.0003x)圖表5-4擴(kuò)散系數(shù)確定表由于計(jì)算所得焚燒廠所在地的大氣穩(wěn)定度為A-B，根據(jù)表4-4擴(kuò)散性系數(shù)確定表可得:b=0.16xz0.19xb=0.16xz(1+O.OOOlx刃模型的求解將劃分的四個(gè)指標(biāo)無污染、輕度污染、中度污染、重污染分為四個(gè)等級(jí)I、II、III、W，將這四個(gè)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和各指標(biāo)中對(duì)污染物一一煙塵、SONO的濃度的標(biāo)準(zhǔn)情況如下表：TOC\o"1-5"\h\z2x「1050200「R=208025080260400用熵權(quán)法確定權(quán)重系數(shù)把原始數(shù)據(jù)通過歸一化公式進(jìn)行歸一，得到矩陣P：0.0910.1280.225P=0.1820.2050.3250.7270.6670.450Pj為第j個(gè)因素的第i個(gè)評(píng)價(jià)值的比重:Pij計(jì)算第j個(gè)因素的熵值e:i1i=1e=一k￡P(guān)InPk=，則0<e<1

jjjInmji=1定義權(quán)重為:eWj￡ejj=1由以上公式可以得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重：WT=(0.284,0.321,0.395)0.509環(huán)境指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)：F=RxWt=0.7561.374由以上指標(biāo)我們可以得到空氣等級(jí)綜合指標(biāo)表如下:污染等級(jí)無污染輕度污染中度污染重度污染指標(biāo)范圍0-0.5090.509-0.7560.756-1.374大于1.374圖表5-5空氣等級(jí)綜合指標(biāo)表運(yùn)用MATLAB將三種污染物濃度總和作為源強(qiáng)，根據(jù)表4-5中的空氣等級(jí)指標(biāo)繪出四種濃度等級(jí)的區(qū)域圖，如下：

氣體擴(kuò)散下鳳問濃度分布團(tuán)30002000ooOoOoO氣體擴(kuò)散下鳳問濃度分布團(tuán)30002000ooOoOoOE)MS叵ffiAOOO311.5_2X軸向距離(m)x104圖5-5氣體擴(kuò)散下風(fēng)向濃度等高線圖觀察圖5-5可得到，不同等級(jí)污染物濃度在焚燒廠附近擴(kuò)散的區(qū)域。根據(jù)圖中分得的四個(gè)區(qū)域,則分別在圖中C、C、C這三個(gè)點(diǎn)上設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測焚燒廠附近的環(huán)境變化。123區(qū)域C范圍之內(nèi)3C?C23C?C12C范圍之外1污染等級(jí)重度污染中度污染輕度污染無污染圖表5-6污染等級(jí)區(qū)域劃分表監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)C1x=10800y=0C2x=7300y=0C3x=6000y=o圖表5-7監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)5.1.2居民賠償方案通過查閱關(guān)于我國垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的政府補(bǔ)貼費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)的資料，我們了解到廣東省為處理每噸垃圾政府給與補(bǔ)貼60元-198元，其中深圳市對(duì)垃圾處理的補(bǔ)貼費(fèi)用較高，垃圾焚燒發(fā)電廠政府補(bǔ)貼為每噸198元。中國固廢網(wǎng)對(duì)上網(wǎng)電價(jià)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，上網(wǎng)電價(jià)為0.5元/千瓦時(shí)。題目中給出該垃圾焚燒廠計(jì)劃處理垃圾量為1950噸/天，按照深圳市垃圾焚燒發(fā)電廠政府補(bǔ)貼為198元/噸，可以計(jì)算出政府對(duì)該垃圾焚燒廠每天的補(bǔ)貼費(fèi)用為：W二198x1950二386100（元）1而后根據(jù)上網(wǎng)電價(jià)為0.5元/千瓦時(shí)，查閱相關(guān)資料了解到通常國內(nèi)垃圾焚燒廠焚燒垃圾發(fā)電量為367千瓦時(shí)/噸，由此可以計(jì)算出發(fā)電補(bǔ)償為：W二0.5x1950x367二357828（元）2所以垃圾焚燒廠每天焚燒垃圾的補(bǔ)貼總量為：W=W+W二386100+357828二743928（元）12根據(jù)設(shè)計(jì)的監(jiān)測方案，將居民區(qū)分為三個(gè)區(qū)域進(jìn)行不同等級(jí)的賠償，根據(jù)等級(jí)劃分不同的賠償比例，得到賠償金額如下表：區(qū)域各區(qū)賠償?shù)燃?jí)各區(qū)賠償比例賠償金額（元/天）C曲線范圍之內(nèi)313/6371,964C?c2322/6247,976C?c123I6123,988圖表5-8各區(qū)域賠償?shù)燃?jí)表據(jù)上表中將每天賠償?shù)慕痤~分發(fā)給各區(qū)域，區(qū)域中居民個(gè)人所得賠償金額如下:居民個(gè)人賠償金額所得=居民個(gè)人賠償金額所得=各區(qū)域賠償金額各區(qū)域居民人數(shù)5.2問題二：根據(jù)附件2,在考慮故障發(fā)生概率的情況下修正你設(shè)計(jì)的監(jiān)測方法和補(bǔ)償方案。5.2.1機(jī)器故障發(fā)生概率計(jì)算通過對(duì)附件2中給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各污染物排放量隨時(shí)間變化的趨勢圖如下：/d

時(shí)/d

時(shí)圖5-6顆粒物排放量隨時(shí)間變化圖觀察圖5-6可得到，顆粒物的排放量在最初和最后的時(shí)間內(nèi)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移,顆粒物的排放量呈上升趨勢。但在最后階段，顆粒物的排放量出現(xiàn)了突增突減的狀態(tài)，則可知18號(hào)前后，機(jī)器可能發(fā)生故障。

0.5一―I20.5一―I29一―I7一―I53一―I一―I一―I/dra/時(shí)圖5-7SO2排放量隨時(shí)間變化圖觀察圖5-7可得到，SO2的排放量在最初和最后的時(shí)間內(nèi)處于不穩(wěn)定狀態(tài)’隨著時(shí)間的推移,SO2的排放量呈上升趨勢。但在最后階段，SO2的排放量出現(xiàn)了突增突減的狀態(tài)’則可知18號(hào)前后，機(jī)器可能發(fā)生故障。NOx圖5-8NO排放量隨時(shí)間變化圖x觀察圖5-8可得到，NO的排放量在最初和最后的時(shí)間內(nèi)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移,xNO的排放量呈上升趨勢。但在最后階段，NO的排放量出現(xiàn)了突增突減的狀態(tài)，則可知18號(hào)前xx后，機(jī)器可能發(fā)生故障。獨(dú)立樣本檢驗(yàn)方差方程的Levene檢驗(yàn)均值方程的t檢驗(yàn)FSig.tdfSig.（雙側(cè)）均值差值標(biāo)準(zhǔn)誤差值差分的95%置信區(qū)間下限上限SO2假設(shè)方差15.895.000-3.70326.001-896.837242.179-1394.64-399.03相等9180562021假設(shè)方差-2.98910.398.013-896.837300.013-1561.85-231.81不相等9102726857NOx假設(shè)方差3.151.088-4.59326.000-1542.38335.835-2232.70-852.06相等56163564559假設(shè)方差-3.96812.789.002-1542.38388.750-2383.63-701.13不相等56134995128顆粒假設(shè)方差2.169.153-5.60526.000-796.566142.106-1088.66-504.46物相等2610952299假設(shè)方差-4.89113.217.000-796.566162.873-1147.84-445.28不相等2629549702圖表5-9三種污染物未故障與故障排放量顯著性差異比較綜合上述三種污染物隨時(shí)間的變化趨勢，顆粒物、SO和NO的排放趨勢均相似。則表明據(jù)2x則可推斷機(jī)器發(fā)生故障在18號(hào)前后。我們運(yùn)用spss對(duì)三組數(shù)據(jù)分為兩組（一組為未故障1-17日，一組為故障18-28日）進(jìn)行T檢

驗(yàn)，得到sig.（雙側(cè)）小于0.05，則數(shù)據(jù)表明三種污染物未故障時(shí)與故障時(shí)的排放量有顯著性差異,

由此可驗(yàn)證機(jī)器故障確實(shí)發(fā)生在18日前后。為了研究機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)三種污染物的排放趨勢，我們將18號(hào)以后不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)舍去，而第一天的排放量起伏較大，因此我們也將第一天的數(shù)據(jù)舍去，不考慮在研究范圍內(nèi)。運(yùn)用MATLAB對(duì)剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到污染物排放量的預(yù)測圖如下：圖5-9圖5-9顆粒物排放量隨時(shí)間變化擬合圖分析顆粒物排放量隨時(shí)間變化的趨勢，擬合得到的曲線與實(shí)際監(jiān)測到的數(shù)據(jù)基本一致，這樣,我們得到顆粒物排放量隨時(shí)間變化的擬合曲線方程為：f(t)=6.35&107—6.35氐lOcos(2.998l05t)—339Osin(2.99805t)擬合度:R一square擬合度:R一square:0.9602圖5-10SO2排放量隨時(shí)間變化擬合圖SO2排放量隨時(shí)間變化的擬合曲線不太與實(shí)際相符，由于數(shù)據(jù)比較零散，會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，而上圖是用MATLAB經(jīng)過擬合相對(duì)比較合理的，所以可以用此來進(jìn)行研究。同時(shí)，得到SO排放2量隨時(shí)間變化的擬合曲線為：f(t)=40.&0.159cos(0.4223g.69sin(0.4223t)0.3564cos(0.8446t)-0.8322(O.8446t)1.282cos(1.2669t0.2O56sin(1.2669t)擬合度：R一square:0.9353圖5-11NO排放量隨時(shí)間變化擬合圖xNO排放量隨時(shí)間變化的擬合曲線比較符合實(shí)際監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，誤差很小。NO排xx放量隨時(shí)間變化的擬合曲線為：f(t)=49.81+1.612cos(0.3197t)-6.088sin(0.3197t)—3.754cos(0.6394t)一1.769sin(0.6394t)擬合度：R-square:0.948垃圾焚燒使用的除塵裝置會(huì)由于各種因素而出現(xiàn)損壞，致使其中某些零件失去原有的精度或者性能，使得裝置不能正常運(yùn)行、技術(shù)性降低，最終設(shè)備中斷運(yùn)作或效率降低會(huì)影響生產(chǎn)。在垃圾焚燒過程中，分析附件二中的數(shù)據(jù)，我們會(huì)了解到當(dāng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)到某一時(shí)刻尚未發(fā)生故障時(shí)，在該時(shí)刻后，單位時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生故障，所以，在此需要計(jì)算該題中故障發(fā)生的概率，簡稱為故障率。

設(shè)備在其壽命周期內(nèi)，由于磨損或操作使用等方面的原因，使設(shè)備暫時(shí)喪失其規(guī)定功能的狀況在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的比率，被稱為設(shè)備故障率［15。即:設(shè)備故障率=故障時(shí)間設(shè)備故障率=故障時(shí)間計(jì)劃使用總時(shí)間xlOO%垃圾焚燒廠設(shè)備故障將導(dǎo)致污染物排放量激增，通過上面的趨勢圖我們可以很直觀地分析得出故障時(shí)間為11日，故設(shè)備故障率為：28x100%二393%即可以理解為有39.3%的把握認(rèn)為當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，以上擬合圖像及其方程才有意義。5.2.2改進(jìn)監(jiān)測方案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)。我們可以間接的看成是源強(qiáng)增強(qiáng)，對(duì)模型一的源強(qiáng)進(jìn)行修正。我們定義P為發(fā)生故障概率，ek是一個(gè)常數(shù)，k為發(fā)生故障后，源強(qiáng)變化系數(shù)，為一個(gè)常數(shù)。Q=Q*eAkp修正后源強(qiáng)：修正’Q*eAkp1y21(z-H)21(z+H)2TOC\o"1-5"\h\zC(x,y,z,Hp)=exp(—)x[exp(—)+exp(—)]2兀陽c2c22c22c2yzyzz同時(shí)AH會(huì)發(fā)生變化，修正后公式:

AH=nQn1Hn2U-1+LohL代表故障后抬升的高度，為一個(gè)常數(shù)。運(yùn)用MATLAB繪制出新的氣體擴(kuò)散下風(fēng)向濃度等高線圖。根據(jù)等高線圖所分的五個(gè)區(qū)域，重新劃分四個(gè)污染等級(jí)區(qū)域，在原有的監(jiān)測點(diǎn)上對(duì)焚燒廠周圍的環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測。而未發(fā)生故障的情況下，仍按照先前擬定的監(jiān)測方案進(jìn)行檢測。5.2.3改進(jìn)居民賠償方案機(jī)器發(fā)生故障的情況下，根據(jù)新的監(jiān)測方案，對(duì)居民區(qū)重新劃分三個(gè)不同等級(jí)的賠償區(qū)域。查

文獻(xiàn)可知SO對(duì)人體的危害最大，因此我們用SO的超標(biāo)濃度來進(jìn)行附加金額賠償。22

通過以上圖5-9、圖5-10和圖5-11中三種污染物的擬合曲線，將時(shí)間t代入，預(yù)測得到機(jī)器未發(fā)生故障時(shí)的SO2污染物濃度。時(shí)間（天）1819202122232425262728預(yù)測SO2（mgm3）43.2242.4141.5241.6241.6440.2037.9937.3038.9741.0941.32圖表5-10SO2濃度預(yù)測表計(jì)算可得預(yù)測SO濃度的均值X二40.6，標(biāo)準(zhǔn)偏差S二1.83。則我們擬定一個(gè)未故障時(shí)標(biāo)準(zhǔn)2SO2排放量范圍為38.77-42.43mgm3。觀察附件2中原始的濃度，與標(biāo)準(zhǔn)SO2濃度進(jìn)行比較，計(jì)算得到的差值可得下表:時(shí)間（天）1819202122232425262728原始SO2（mg''m3）49.3351.7350.638.