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![2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)](https://static.zsdocx.com/FlexPaper/FileRoot/2019-6/13/14/1d66ae4a-2e8d-4337-86a4-2151ab6bb00b/1d66ae4a-2e8d-4337-86a4-2151ab6bb00b1.gif)
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1、<p> 2015年第十二屆五一數(shù)學(xué)建模聯(lián)賽</p><p><b> 承 諾 書(shū)</b></p><p> 我們仔細(xì)閱讀了五一數(shù)學(xué)建模聯(lián)賽的競(jìng)賽規(guī)則。</p><p> 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(wèn)題。<
2、/p><p> 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。</p><p> 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?cè)敢獬袚?dān)由此引起的一切后果。</p><p> 我們授權(quán)五一數(shù)學(xué)建模聯(lián)賽賽組
3、委會(huì),可將我們的論文以任何形式進(jìn)行公開(kāi)展示(包括進(jìn)行網(wǎng)上公示,在書(shū)籍、期刊和其他媒體進(jìn)行正式或非正式發(fā)表等)。</p><p> 我們參賽選擇的題號(hào)為(從A/B/C中選擇一項(xiàng)填寫(xiě)): B </p><p> 我們的參賽報(bào)名號(hào)為: 1238 &
4、lt;/p><p> 參賽組別(研究生或本科或?qū)?疲?本科 </p><p> 所屬學(xué)校(請(qǐng)?zhí)顚?xiě)完整的全名) 徐州工程學(xué)院 </p><p> 參賽隊(duì)員 (打印并簽名) :1.
5、 唐惠 </p><p> 2. 李俊 </p><p> 3. 王媛媛
6、 </p><p> 日期: 2015 年 5 月 3 日</p><p> 獲獎(jiǎng)證書(shū)郵寄地址: 徐州工程學(xué)院中心校區(qū)敬知樓514室 郵政編碼: 221018 </p><p> 收件人姓名: 數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì) 聯(lián)系電話: 831
7、05225 </p><p> 2015年第十二屆五一數(shù)學(xué)建模聯(lián)賽</p><p><b> 編 號(hào) 專 用 頁(yè)</b></p><p> 競(jìng)賽評(píng)閱編號(hào)(由競(jìng)賽評(píng)委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)):</p><p><b> 評(píng)閱記錄</b></p><p> 裁剪
8、線 裁剪線 裁剪線 </p><p> 競(jìng)賽評(píng)閱編號(hào)(由競(jìng)賽評(píng)委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)):</p><p> 參賽隊(duì)伍的參賽號(hào)碼:(請(qǐng)各參賽隊(duì)提前填寫(xiě)好):</p><p> 2015第十二屆五一數(shù)學(xué)建模聯(lián)賽</p><p> 題
9、 目 空氣污染問(wèn)題研究 </p><p><b> 摘 要</b></p><p> 本文通過(guò)建立高斯模型對(duì)空氣污染物及其擴(kuò)散進(jìn)行研究,求出空氣污染的濃度變化和對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量等級(jí)。</p><p> 針對(duì)問(wèn)題一,為了解決衡量空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣程度等級(jí)問(wèn)題,參考美標(biāo)和國(guó)標(biāo)下的污染物濃度限值,引用空氣質(zhì)量分指數(shù)公式,建立空氣質(zhì)量指數(shù)模型。求出不
10、同標(biāo)準(zhǔn)下的空氣質(zhì)量指數(shù),再由美標(biāo)和國(guó)標(biāo)下的空氣質(zhì)量等級(jí),判斷出同一污染物濃度在不同標(biāo)準(zhǔn)下的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣程度。</p><p> 針對(duì)問(wèn)題二,運(yùn)用因子分析法,根據(jù)變量共同度,求出京津冀地區(qū)的主要污染參數(shù)為、、和。由主要污染參數(shù)得出主要污染源為煤炭和石油的燃燒源、排放污染氣體的化學(xué)工業(yè)、重工業(yè)。通過(guò)應(yīng)用分析,按其化學(xué)性質(zhì)可將主要污染源劃分為:還原型污染源和氧化型污染源;按其能源性質(zhì)可將主要污染源劃分為四個(gè)種類:煤炭
11、型、石油型、混合型、特殊型。</p><p> 針對(duì)問(wèn)題三的單污染源空氣污染擴(kuò)散問(wèn)題,建立高斯煙羽模型:</p><p> 利用編程求出公里范圍內(nèi)的沿地面軸線的污染物濃度(具體數(shù)據(jù)見(jiàn)正文表),并結(jié)合污染物限值表中的限值,求出在這范圍內(nèi)不同時(shí)刻的空氣質(zhì)量等級(jí)(具體數(shù)據(jù)見(jiàn)正文表)。</p><p> 針對(duì)問(wèn)題四中多污染源空氣污染擴(kuò)散的問(wèn)題,建立高斯線源模型:<
12、;/p><p> 利用編程得出三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各處污染物濃度梯度變化情況(具體數(shù)據(jù)見(jiàn)正文表)。分析可知:二環(huán)和四環(huán)之間的平均距離為4.9km<5km,四環(huán)和六環(huán)平均距離達(dá)16.22>6km公里,因此將二環(huán)和四環(huán)的汽車尾氣疊加,六環(huán)線路作獨(dú)立線源分析。將處理后的三個(gè)環(huán)路段的濃度與美標(biāo)和國(guó)標(biāo)下空氣質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng),得出各個(gè)環(huán)路在各時(shí)刻的空氣質(zhì)量等級(jí)(具體數(shù)據(jù)見(jiàn)正文表)。</p><p>
13、關(guān)鍵詞 空氣質(zhì)量指數(shù) 因子分析法 高斯煙羽模型 高斯線源模型</p><p><b> 一、問(wèn)題背景與重述</b></p><p><b> 1.1 問(wèn)題背景</b></p><p> 空氣污染,又稱大氣污染,按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義,空氣污染通常是指由于人類活動(dòng)或自然過(guò)程引起某些物質(zhì)
14、進(jìn)入大氣中,呈現(xiàn)出足夠的濃度,達(dá)到足夠的時(shí)間,并因此危害了人類的舒適、健康和福利或環(huán)境的現(xiàn)象。隨著我國(guó)改革開(kāi)放帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,城市人口規(guī)模擴(kuò)大、數(shù)量增加,也帶來(lái)了一些空氣污染,為了強(qiáng)化科技支撐大氣污染防治工作,科技部與環(huán)境保護(hù)部編制了《大氣污染防治先進(jìn)技術(shù)匯編》[1],其中提到要對(duì)電站鍋爐煙氣排放、工業(yè)鍋爐及煤窯鍋爐排放、典型有毒有害工業(yè)廢氣凈化、機(jī)動(dòng)車尾氣排放、居室及公共場(chǎng)所典型空氣污染物凈化、無(wú)組織排放源等進(jìn)行控制,給予大氣復(fù)合
15、污染檢測(cè)模擬與決策支持、擴(kuò)大清潔生產(chǎn)等八個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p> 近十年來(lái),我國(guó)持續(xù)快速增長(zhǎng),但經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式相對(duì)傳統(tǒng)落后,對(duì)生態(tài)平衡和自然環(huán)境造成一定的破壞,空氣污染的弊病日益突出,特別是日益加重的霧霾天氣已經(jīng)干擾到社會(huì)的出行秩序和生活質(zhì)量。國(guó)家能源委員會(huì)《新能源產(chǎn)業(yè)振興和發(fā)展規(guī)劃》等“國(guó)家新能源發(fā)展戰(zhàn)略”政策的出臺(tái),說(shuō)明國(guó)家已經(jīng)把能源環(huán)境問(wèn)題上升到國(guó)家安全級(jí)別,經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型、節(jié)能減排、能源利用新途
16、徑和發(fā)展新能源等方面的問(wèn)題亟待解決。</p><p> 環(huán)保部中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站2013年逐月發(fā)布了《城市空氣質(zhì)量狀況報(bào)告》[2],報(bào)告空氣質(zhì)量綜合指數(shù)排名“空氣質(zhì)量綜合指數(shù)最差前十名”中,包含了河北省的六個(gè)市,其中有五個(gè)市并列第一,且每月上榜,另一個(gè)市排第六,上榜十次;天津市排名第九,上榜六次,而北京市作為中國(guó)首都,排名第二十,由此可見(jiàn),研究并改善京津冀地區(qū)的空氣質(zhì)量狀況具有十分重大的意義。</p>
17、<p><b> 1.2 問(wèn)題重述</b></p><p> 一般認(rèn)為影響空氣質(zhì)量的主要影響因素有、、、、、、硫化氫、碳?xì)浠衔锖蜔焿m等,以京津冀地區(qū)為研究對(duì)象解決以下問(wèn)題:</p><p> 1、參考現(xiàn)有國(guó)標(biāo)和美標(biāo),建立衡量空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣程度等級(jí)的數(shù)學(xué)模型。</p><p> 2、查找分析數(shù)據(jù),得出京津冀地區(qū)主要污染物,推
18、測(cè)主要污染參數(shù)及列出其污染源,分析影響空氣質(zhì)量的主要污染源的性質(zhì)和種類。</p><p> 3、現(xiàn)知河北境內(nèi)某一工廠廢氣排放煙囪高50m,主要排放物為氮氧化物。早上9點(diǎn)至下午3點(diǎn)期間的排放濃度為406.92,排放速度為1200;晚上10點(diǎn)-凌晨4點(diǎn)期間的排放濃度為1160,排放速度為5700;通過(guò)你的擴(kuò)散模型求解該工廠方圓51公里分別在早上8點(diǎn)、中午12點(diǎn)、晚上9點(diǎn)空氣污染濃度分布和空氣質(zhì)量等級(jí)。建立單污染源空
19、氣污染擴(kuò)散模型,描述其對(duì)周圍空氣污染的動(dòng)態(tài)影響規(guī)律。</p><p> 4、以汽車尾氣污染源為例求解分析:北京在2015年1月15日已經(jīng)連續(xù)三天發(fā)生重污染,假設(shè)從16日開(kāi)始北京啟動(dòng)汽車單雙號(hào)限行交通管制措施。由單污染源空氣污染擴(kuò)散模型推廣到多污染源空氣污染擴(kuò)散模型,求解北京市二環(huán)、四環(huán)、六環(huán)路在16日早上8點(diǎn)、中午12點(diǎn)、晚上9點(diǎn)時(shí)空氣污染濃度梯度變化及空氣質(zhì)量等級(jí)。</p><p>
20、 5、根據(jù)建立的模型和求解結(jié)果,分析總結(jié)影響空氣質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù),為京津冀地區(qū)環(huán)保部門(mén)撰寫(xiě)一份建議報(bào)告,給出實(shí)現(xiàn)“”藍(lán)天的可行性措施和建議。</p><p><b> 二、問(wèn)題分析</b></p><p> 2.1 對(duì)問(wèn)題一的分析</p><p> 李新在《建筑材料對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響及其評(píng)價(jià)》[3]中,通過(guò)對(duì)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的研究,根據(jù)質(zhì)量平
21、衡的原理,建立了室內(nèi)空氣質(zhì)量的基本數(shù)學(xué)模型,求出各污染物的濃度并依據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合室內(nèi)空氣污染特點(diǎn),判斷出室內(nèi)空氣質(zhì)量的優(yōu)劣與等級(jí)。 此建立模型的思路便于解決本問(wèn)題,因此我們采用其思路解決本問(wèn)題。</p><p> 在本問(wèn)題中中也要通過(guò)分析主要污染物、依據(jù)空氣質(zhì)量分指數(shù)公式原理,參考美標(biāo)和國(guó)標(biāo)建立衡量空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣程度的數(shù)學(xué)模型。因?yàn)榭諝赓|(zhì)量指數(shù)是在各空氣質(zhì)量分指數(shù)中的最大值,而空氣質(zhì)量分指數(shù)是根據(jù)、、、
22、、、等各項(xiàng)污染物的實(shí)測(cè)濃度值分別計(jì)算出的,所以只要查閱相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)合各項(xiàng)污染物的分級(jí)濃度限值和對(duì)應(yīng)的濃度數(shù)據(jù)求出各污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù),就可以確定總的空氣質(zhì)量指數(shù),進(jìn)而判斷空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣程度。</p><p> 2.2 對(duì)問(wèn)題二的分析</p><p> 針對(duì)主要污染源的確定及分析其性質(zhì)和種類的問(wèn)題,張新在論文[3]中也提到基于室內(nèi)空氣質(zhì)量的基本數(shù)學(xué)模型的理論研究,通過(guò)應(yīng)用分析,確定主要
23、污染物及污染源并分析出主要污染源的性質(zhì)與種類。其解決的問(wèn)題與本問(wèn)題相近,因此我們可以采用其應(yīng)用分析的思路解決主要污染源的性質(zhì)與種類問(wèn)題。</p><p> 為了求出京津冀地區(qū)主要污染源和污染參數(shù),并分析影響空氣質(zhì)量的主要污染源的性質(zhì)和種類,對(duì)影響空氣質(zhì)量的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。京津冀地區(qū)包括北京市、天津市以及河北省的保定、廊坊、滄州、秦皇島、唐山、承德、張家口、衡水、邢臺(tái)、邯鄲和石家莊。在這里,我們選取河北省的
24、省會(huì)石家莊和北京市、天津市進(jìn)行具體分析。對(duì)各項(xiàng)空氣污染物進(jìn)行分析,找出對(duì)空氣質(zhì)量影響較大的因素,即污染參數(shù),并由主要污染物和具體影響因素的大小確定主要污染源。通過(guò)應(yīng)用分析,再根據(jù)各污染物的性質(zhì)推出主要污染源的性質(zhì)和所屬種類。</p><p> 2.3 對(duì)問(wèn)題三的分析</p><p> 針對(duì)大氣污染擴(kuò)散的研究,孫志寬在《高斯煙羽擴(kuò)散模型再研究》論文中對(duì)以往的高斯煙羽模型進(jìn)行修正,通過(guò)邊界
25、層污染氣象觀測(cè)、煙羽對(duì)比觀測(cè)和對(duì)比計(jì)算證明后,新的高斯煙羽模型更接近實(shí)際[4],因此本文采用此類模型。</p><p> 問(wèn)題中要求建立單污染源空氣擴(kuò)散模型,描述其對(duì)周圍空氣污染的動(dòng)態(tài)影響規(guī)律??蓪?duì)單污染源中的一種情形進(jìn)行具體分析,在這里,我們通過(guò)定性分析河北省境內(nèi)某一工廠廢氣排放模型來(lái)研究污染物在空氣中的擴(kuò)散問(wèn)題。采用修正后的高斯煙羽模型來(lái)分析工廠廢氣向周圍擴(kuò)散的過(guò)程,進(jìn)而得出在不同時(shí)間段空氣中污染物濃度分布
26、情況以及對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量等級(jí)。</p><p> 2.4 對(duì)問(wèn)題四的分析</p><p> 劉永紅等人在《一種線性擴(kuò)散模型的建立及算法的實(shí)現(xiàn)》中,根據(jù)線源擴(kuò)散的特點(diǎn),在高斯擴(kuò)散理論的基礎(chǔ)上,建立了一種可用于城市開(kāi)闊路、高架橋上層路的機(jī)動(dòng)車尾氣擴(kuò)散模型[5],此模型可用于風(fēng)向與線源成任意角度時(shí)線源在大氣中擴(kuò)散計(jì)算上,同時(shí)計(jì)算較簡(jiǎn)便,結(jié)果偏差較小。因此在模型的建立中,我們采用高斯線源擴(kuò)散模型
27、。</p><p> 問(wèn)題中要建立多污染源擴(kuò)散模型,描述在污染源頭不單一的情況下,污染源對(duì)周圍空氣污染的規(guī)律,可對(duì)多污染源中的一種情形具體分析,以北京市汽車尾氣污染源為研究對(duì)象分析多污染源向周圍環(huán)境擴(kuò)散的過(guò)程。汽車在行駛時(shí)尾氣的擴(kuò)散現(xiàn)象嚴(yán)格地說(shuō)是隨機(jī)流動(dòng)點(diǎn)源,但是在研究公路兩側(cè)空間污染物分布時(shí),通常將車輛排放源當(dāng)作車道上連續(xù)線源處理,因此我們建立高斯線源模型??紤]到相鄰環(huán)路距離不一,所以我們要考慮相鄰兩環(huán)路上汽
28、車尾氣疊加的情形。</p><p><b> 三、模型假設(shè)</b></p><p> 結(jié)合本題的實(shí)際,為了確保模型求解的準(zhǔn)確性和合理性,我們排除了一些未知因素的干擾,提出以下幾點(diǎn)假設(shè):</p><p> 1、實(shí)時(shí)濃度按24小時(shí)平均濃度計(jì)算出值;</p><p> 2、污染物的濃度在、軸上的分布是高斯分布(正態(tài)分布
29、)的;</p><p> 3、污染源的源強(qiáng)是連續(xù)且均勻的,初始時(shí)刻云團(tuán)內(nèi)部的濃度、溫度呈均勻分布;</p><p> 4、污染氣體是理想氣體,遵守理想氣體狀態(tài)方程;</p><p> 5、地面對(duì)污染氣體起全反射作用,不發(fā)生吸收、吸附、沉降、分解,不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)等;</p><p> 6、在建立高斯擴(kuò)散模型時(shí),道路兩側(cè)不存在高層建筑
30、。</p><p><b> 四、符號(hào)說(shuō)明</b></p><p> 為了便于問(wèn)題的求解,我們給出以下符號(hào)說(shuō)明(未在此說(shuō)明的符號(hào)已在文中作出說(shuō)明):</p><p> 五、模型的建立與求解</p><p> 經(jīng)過(guò)以上的分析和準(zhǔn)備,我們將逐步建立以下數(shù)學(xué)模型,進(jìn)一步闡述模型的實(shí)際建立過(guò)程。</p>&
31、lt;p> 5.1問(wèn)題一模型的建立與求解</p><p> 為了衡量空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣程度等級(jí),應(yīng)了解對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量指數(shù)。參考國(guó)標(biāo)和美標(biāo),引用空氣質(zhì)量分指數(shù)公式,建立空氣質(zhì)量指數(shù)模型。</p><p> 在已知各分污染物濃度值的前提下,要計(jì)算,應(yīng)確定各種污染物在不同空氣質(zhì)量水平下的濃度限值。在此,我們主要研究各項(xiàng)污染物24小時(shí)平均濃度限值,其中臭氧濃度限值為8小時(shí)平均濃度限值。通過(guò)查
32、閱相關(guān)資料,美國(guó)環(huán)保局對(duì)空氣污染物的限值定義如下:</p><p> 表1 美國(guó)空氣污染物限值表</p><p> 對(duì)照美國(guó)各項(xiàng)污染物的分級(jí)濃度限值和各污染物的濃度,計(jì)算出各項(xiàng)空氣質(zhì)量分指數(shù):</p><p> 已知空氣質(zhì)量指數(shù)()是取各項(xiàng)污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù)()中的最大值,因此為:</p><p> 同理,研究各污染物在中國(guó)空氣污
33、染物限值表(見(jiàn)附錄)的求得的空氣質(zhì)量分指數(shù)和空氣質(zhì)量指數(shù)。</p><p> 根據(jù)兩表空氣污染物濃度限值,將空氣中污染物的濃度帶入公式可求得在兩國(guó)制定的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下各空氣污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù),最后取它們中的最大值即為我們所要研究的在國(guó)標(biāo)和美標(biāo)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下的空氣質(zhì)量指數(shù)。</p><p> 經(jīng)過(guò)查閱資料可知如下表所示的美國(guó)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):</p>&l
34、t;p> 表2 美國(guó)和中國(guó)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)</p><p> 將所求得的空氣質(zhì)量指數(shù)和上表對(duì)照,即可得到在美標(biāo)和國(guó)標(biāo)兩種不同標(biāo)準(zhǔn)下,我們所研究的空氣的質(zhì)量?jī)?yōu)劣程度。</p><p> 應(yīng)當(dāng)注意的是,當(dāng)污染物濃度超出500時(shí),因?yàn)樵谶@之上的指數(shù)是不存在的,所以這種情況下,稱為“爆表”或“”[6],也就是用空氣質(zhì)量指數(shù)已經(jīng)無(wú)法描述這極壞的空氣質(zhì)量。</p><p&g
35、t; 5.2問(wèn)題二模型的建立與求解</p><p><b> 5.2.1模型建立</b></p><p> 為了研究京津冀地區(qū)主要污染源及污染參數(shù),運(yùn)用因子分析法,以各污染物為變量,求出變量共同度,若變量共同度大于0.4,則為主要污染物。</p><p> 先應(yīng)對(duì)影響這些地區(qū)空氣質(zhì)量的污染物數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,通過(guò)畫(huà)出三市原數(shù)據(jù)(具體北京、
36、天津和石家莊三市空氣污染數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄)的直方圖與正態(tài)分布曲線,推測(cè)原數(shù)據(jù)是否呈正態(tài)分布,具體如下:</p><p> 圖1 北京市 圖2 天津市 圖3石家莊</p><p> 由圖可知,三市的直方圖的變化趨勢(shì)與正態(tài)分布曲線的走勢(shì)大致相同,可推測(cè)出三市的空氣污染數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布。接下來(lái)研究三市相關(guān)數(shù)據(jù)偏、峰度數(shù),具體說(shuō)明原數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布。<
37、/p><p> 運(yùn)用分析的出三市相關(guān)數(shù)據(jù)偏、峰度數(shù)值如下:</p><p> 表3 三市相關(guān)數(shù)據(jù)偏、峰度</p><p> 由表可知:北京、天津、石家莊的偏斜度都為0.427,峰度都為0.833,因?yàn)?.427<1.96,0.833<1.96,所以與推測(cè)一樣原數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布,說(shuō)明數(shù)據(jù)可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理(具體數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄),進(jìn)而可以進(jìn)行因子分析。</p
38、><p><b> 5.2.2模型求解</b></p><p> 經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的預(yù)處理后,以污染物、、、、、為變量,對(duì)其進(jìn)行因子分析。</p><p> 變量共同度就是變量方差,是每個(gè)原始變量在每個(gè)共同因子的負(fù)荷量的平方和,也就是指原始變量方差中由共同因子所決定的比率。共同度表明了原始變量方差中能被共同因子解釋的部分,共同度越大,變量能被因子說(shuō)明
39、的程度越高,原始變量的信息被保留的程度越大。一般認(rèn)為,變量共同度大于0.4即可接受,大于0.5則比較好。</p><p> 下表為三市空氣污染物對(duì)空氣質(zhì)量指數(shù)的變量共同度: </p><p> 表4 三市空氣污染物對(duì)空氣質(zhì)量指數(shù)的變量共同度</p><p> 根據(jù)上表將各污染物對(duì)空氣質(zhì)量指數(shù)的變量共同度的大小排序:</p><p>
40、對(duì)于北京市來(lái)說(shuō):>>>>>0.5>0.4>;</p><p> 對(duì)于天津市來(lái)說(shuō):>>>>0.5>0.4>>;</p><p> 對(duì)于石家莊來(lái)說(shuō):>>>>>0.5>0.4>。</p><p> 總的來(lái)說(shuō):>0.5、>0.5、&
41、gt;0.5、>0.5、<0.4,所以京津冀地區(qū)的主要污染物即污染參數(shù)為、、和。</p><p> 通過(guò)查閱資料和結(jié)合污染參數(shù)的變量共同度,分析出各污染物的主要污染源如下:</p><p> 1、的主要污染源:燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣、揚(yáng)塵、二次粒子、生物質(zhì)燃燒、有機(jī)物、海鹽粒子等,且各來(lái)源的貢獻(xiàn) 率因所在功能區(qū)不同而異[7]。北京市中燃煤、揚(yáng)塵、有機(jī)物及二次硫酸鹽和硝酸 鹽貢獻(xiàn)率
42、較大[8];天津市的熱力供應(yīng)、工業(yè)燃煤及居民生活源是主要貢獻(xiàn)來(lái)源[9];河北省的以煤為主的得能源結(jié)構(gòu)是主要貢獻(xiàn)來(lái)源[10]。</p><p> 2、的主要污染源:含硫能源(如 煤炭、石油)的燃燒、金屬的熔煉和其他含硫原材料的生產(chǎn)加工等過(guò)程[11]。其中,北京市的采暖源和一般工業(yè)鍋爐源行業(yè)為主要貢獻(xiàn)行業(yè)[12];天津市從季節(jié)來(lái)看二氧化硫季節(jié)性污染特征明顯,采暖期均高于非采暖期,說(shuō)明煤燃燒是主要貢獻(xiàn)來(lái)源[13];河
43、北省石家莊在2013年每月連續(xù)排于空氣質(zhì)量最差前十,且大多數(shù)原因是重工業(yè)尤其是鋼鐵企業(yè)[2],由此看來(lái),重工業(yè)是的主要貢獻(xiàn)來(lái)源。</p><p> 3、的主要來(lái)源:燃料的燃燒、城市汽車尾氣的排放以及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生,此外,閃電時(shí)由于空氣中電廠極強(qiáng),空氣分子被撕裂而導(dǎo)致雷電電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生大量的熱,使已經(jīng)呈游離狀態(tài)的空氣成分和結(jié)合成;北京、天津、石家莊,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),城市來(lái)往車輛多,因而城市汽車尾氣的排放為主要貢
44、獻(xiàn)來(lái)源,若為采暖期,則燃料的燃燒也為主要貢獻(xiàn)來(lái)源;因?yàn)槭仪f受重工業(yè)的影響,所以工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生也是主要貢獻(xiàn)來(lái)源。</p><p> 4、的來(lái)源:含碳物質(zhì)的不完全燃燒和汽車尾氣的排放,同,北京、天津、石家莊的城市汽車尾氣的排放為主要貢獻(xiàn)來(lái)源,若為采暖期,則燃料的燃燒也為主要貢獻(xiàn)來(lái)源。</p><p> 總結(jié)以上各污染物的主要污染源分析可得:大多數(shù)主要污染源都是煤炭、石油的燃燒源、排放
45、污染氣體的化學(xué)工業(yè)、重工業(yè)企業(yè)、工廠。因此可概括出主要污染源的性質(zhì)和種類:</p><p> 按化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)和大氣污染物的組成和反應(yīng)可劃為兩種性質(zhì)[14]:還原型空氣污染源、氧化型空氣污染源。</p><p> 1、還原型空氣污染源:指以煤、石油等為燃料的采暖源、一般企業(yè)、工業(yè)鍋爐源和排放一些化學(xué)物質(zhì)或具有污染性的氣體的企業(yè)污染源。</p><p> 2、氧化
46、型空氣污染:指以石油為燃料的石油化工廠和汽車的尾氣排放源。</p><p> 按能源性質(zhì)和大氣污染物的組成和反應(yīng)可劃分為四種種類[14]:煤炭型空氣污染源、石油型空氣污染源、混合型空氣污染源、特殊性空氣污染源。</p><p> 1、煤炭型空氣污染源:指一次污染物是煙氣、粉塵和二氧化硫,二次污染物是硫酸及其鹽類所構(gòu)成的氣溶膠的采暖源、一般企業(yè)鍋爐源。</p><p&
47、gt; 2、石油型空氣污染源:指一次污染物是烯烴、二氧化氮以及烷、醇、羰基化合物等,二次污染物主要是臭氧、氫氧基、過(guò)氧化氫基等自由基以及醛、酮和的石油化工廠和汽車的尾氣排放源。</p><p> 3、混合型空氣污染源:指以煤炭和石油為主的排放一些化學(xué)物質(zhì)的工業(yè)、企業(yè)污染源。</p><p> 4、特殊性空氣污染源:指排放一些特殊氣體,如氯氣、金屬蒸汽或硫化氫、氟化氫等氣體所造成的污染
48、的某些工礦企業(yè)排放源。</p><p> 5.3問(wèn)題三模型的建立與求解</p><p> 5.3.1模型的建立</p><p> 為了研究單污染源空氣污染擴(kuò)散的問(wèn)題,建立專門(mén)解決物質(zhì)擴(kuò)散問(wèn)題的高斯煙羽模型。具體以河北省境內(nèi)某一工廠廢氣排放為例,以該廠煙囪正下方的地面為坐標(biāo)原點(diǎn),風(fēng)向?yàn)檩S,且指定下風(fēng)向?yàn)榈恼S,鉛直方向?yàn)檩S,且向上的方向?yàn)檎较?,水平垂直于風(fēng)向軸
49、(軸)的為軸,建立空間坐標(biāo)系(如下圖示),設(shè)空氣污染物排放點(diǎn)距規(guī)定水平地面的高度為,則易得排放點(diǎn)位置坐標(biāo)為。</p><p> 圖4 煙囪排放污染物濃度的空間坐標(biāo)系示意圖</p><p> 設(shè)空間任意一點(diǎn)的空氣污染物濃度為,它代表下風(fēng)向米、橫向米、地面上方米處的擴(kuò)散的氣體濃度,單位為;在假設(shè)中已提到污染物的濃度在軸上的分布是高斯分布即正態(tài)分布,因此可以導(dǎo)出下風(fēng)向上任意一點(diǎn)處泄漏氣體的濃
50、度函數(shù)為:</p><p><b> (1)</b></p><p> 我們可以根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)原理列出如下方差的表達(dá)式:</p><p><b> (2)</b></p><p> 假設(shè)可知如下所示的源強(qiáng)公式:</p><p><b> (3)</b&
51、gt;</p><p> 將(1)式代入(2)式,經(jīng)過(guò)積分得:</p><p><b> ?。?)</b></p><p> 再將(1)(4)兩式代入(3)式,經(jīng)過(guò)積分得:</p><p><b> (5)</b></p><p> 最后將公式(4)(5)代入(1)式
52、,經(jīng)過(guò)積分得出任意一點(diǎn)的污染物濃度公式:</p><p><b> ?。?)</b></p><p> 上式僅考慮在無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯煙羽模型,在實(shí)際中,不僅煙羽的擴(kuò)散是有界的,地面也會(huì)對(duì)排放到空氣中的污染物造成一定的反射。因此接下來(lái)我們采用像源法來(lái)處理地面對(duì)污染物的反射問(wèn)題,把任一點(diǎn)的濃度看做是兩部分的和:第一部分是假設(shè)不存在地面的情況下污染物在空氣中的擴(kuò)
53、散濃度;第二部分是由于地面反射作用增加的污染物濃度。簡(jiǎn)單形象地來(lái)說(shuō),空間中一點(diǎn)的污染物濃度是由若不存在地面時(shí)污染實(shí)源和存在地面反射時(shí)污染像源在該點(diǎn)疊加的濃度之和。</p><p> 圖5 像源法原理示意圖</p><p> 結(jié)合上述公式和原理示意圖我們可以求出實(shí)源和像源分別對(duì)某一點(diǎn)污染物濃度的貢獻(xiàn),具體公式如下:</p><p><b> 實(shí)源的貢獻(xiàn)
54、:</b></p><p><b> ?。?)</b></p><p><b> 像源的貢獻(xiàn): </b></p><p><b> ?。?)</b></p><p> 綜合上述兩種源頭,空間中任一點(diǎn)的污染物濃度為:</p><p>&l
55、t;b> ?。?)</b></p><p> 令y=z=0,即可得到地面軸線氣體濃度計(jì)算公式:</p><p><b> ?。?0)</b></p><p> 在上式中的指的是平均風(fēng)速,單位為;指的是空氣污染物的源強(qiáng)(即源釋放速率),單位為,</p><p> 已知空氣中污染物的源強(qiáng)計(jì)算公式為:&
56、lt;/p><p><b> ?。?1)</b></p><p> 其中為在排放口處污染物被排出的濃度,即污染物在排放口被排出的速度。</p><p> 即指污染物傳出口的有效原高,考慮到在實(shí)際情況中,這個(gè)高度不僅指廢氣排放口距離地面的高度,還應(yīng)包含受污染物初始速度、初始溫度、傳出口直徑、環(huán)境風(fēng)速、環(huán)境溫度及大氣穩(wěn)定度影響被抬升的高度,則有效源
57、高:</p><p><b> (12)</b></p><p> 其中,為傳出口的幾何架高,為污染物被抬升高度。</p><p> 實(shí)驗(yàn)表明,傳出口污染物被抬升高度可以用下面公式進(jìn)行近似計(jì)算:</p><p><b> (13)</b></p><p> 這樣就可
58、以計(jì)算出污染物在傳出口處的有效高度。</p><p> 對(duì)于(2)式中的方差表達(dá)式即(9)式中的污染物的擴(kuò)散系數(shù),為水平擴(kuò)散參數(shù),單位為;為垂直擴(kuò)散參數(shù),單位為;它們的選取與大氣的穩(wěn)定度有關(guān),具體如下表所示:</p><p> 表5 水平擴(kuò)散參數(shù)、垂直擴(kuò)散參數(shù)與大氣的穩(wěn)定度的關(guān)系</p><p> 因此要確定污染物在兩方向的標(biāo)準(zhǔn)差,就要確定對(duì)應(yīng)的大氣穩(wěn)定度。按
59、照的分類方法,大氣的穩(wěn)定度可以分為6類:,其中三類表示氣象條件不穩(wěn)定,類表示中性氣象條件,表示氣象條件穩(wěn)定。</p><p> 下表是大氣穩(wěn)定度的具體分類(強(qiáng):10:00-14:00;中:8:00-10:00/14:00-16:00;弱:6:00-8:00/16:00-18:00):</p><p> 表6 大氣穩(wěn)定度的確定</p><p> 由上表可知,只要
60、已知風(fēng)速,就可以知道對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度,從而確定大氣穩(wěn)定度的類型,得出水平擴(kuò)散參數(shù)、垂直擴(kuò)散參數(shù)即對(duì)應(yīng)的的值,在根據(jù)已知數(shù)據(jù)計(jì)算出、,將各值帶入公式(10)即可求出某一點(diǎn)的沿地面軸線的污染物濃度。</p><p> 5.3.2模型的求解</p><p> 在模型的建立部分我們得到如下污染物濃度隨空間、時(shí)間變化方程式:</p><p> 所研究的河北境內(nèi)的工廠工作的
61、時(shí)間段為早上9點(diǎn)到下午3點(diǎn)和晚上10點(diǎn)到凌晨4點(diǎn),現(xiàn)要計(jì)算早上8點(diǎn)、中午12點(diǎn)一級(jí)晚上9點(diǎn)空氣污染濃度分布和空氣質(zhì)量等級(jí)。由于早上8點(diǎn)距離凌晨4點(diǎn)排放污染物結(jié)束時(shí)間較長(zhǎng),因此可認(rèn)為此時(shí)空氣污染濃度為0。</p><p> 通過(guò)查閱相關(guān)資料,取河北省石家莊2015年4月的天氣狀況(具體數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄),分析數(shù)據(jù)得出其平均速度為4.4m/s,大部分天氣為晴,因此根據(jù)風(fēng)速和時(shí)間點(diǎn)可推測(cè)出該工廠中午12點(diǎn)和晚上9點(diǎn)的相關(guān)情
62、況,如下表所示:</p><p> 表7 中午12點(diǎn)和晚上9點(diǎn)的風(fēng)速及穩(wěn)定度等級(jí)</p><p> 再根據(jù)排放口處污染物被排出的濃度,污染物在排放口被排出的速度算出不同時(shí)間空氣污染物的源強(qiáng)。</p><p> 將表格中的數(shù)據(jù)和代入上述公式(9),利用編程(代碼見(jiàn)附錄)得到該工廠具體在不同時(shí)刻的51公里范圍內(nèi)空氣污染濃度分布(詳細(xì)數(shù)據(jù)表格見(jiàn)附錄):</p&
63、gt;<p> 表8 51公里范圍內(nèi)空氣污染濃度分布</p><p> 由于該工廠的主要排放物為氮氧化物,因此在這里我們可以近似將如上求出來(lái)的空氣污染物濃度數(shù)值看作是氮氧化物的相關(guān)濃度數(shù)值,根據(jù)問(wèn)題一中判斷空氣質(zhì)量等級(jí)的空氣質(zhì)量指數(shù)原理:</p><p> 并結(jié)合問(wèn)題一中中美污染物限值表中對(duì)的限值,即可求出在這51公里范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量等級(jí),如下表:</p>
64、<p> 表9 隨著范圍變化的空氣質(zhì)量等級(jí)統(tǒng)計(jì)表</p><p> 5.4問(wèn)題四模型的建立與求解</p><p> 5.4.1模型的建立</p><p> 研究多污染源空氣污染擴(kuò)散問(wèn)題,建立高斯線源模型。具體以北京市二、四、六環(huán)路上汽車尾氣的排放為例。通過(guò)查閱資料了解到這三環(huán)的線路長(zhǎng)和平均環(huán)間距,示意圖如下:</p><p&g
65、t; 圖6 北京市二環(huán)、四環(huán)、六環(huán)示意圖</p><p> 由圖可知:北京市二環(huán)線路長(zhǎng)約33.3公里,四環(huán)線路長(zhǎng)約65.1公里,六環(huán)線路長(zhǎng)約186.3公里,二環(huán)和四環(huán)間平均距離約為4.9公里,四環(huán)和六環(huán)間平均距離為16.22公里。由第三問(wèn)的分析我們了解到隨著距離的增加,污染源對(duì)遠(yuǎn)距離點(diǎn)的污染強(qiáng)度逐漸變?nèi)酰耶?dāng)距離達(dá)到一定值時(shí),所研究的點(diǎn)就幾乎不受污染。由于二環(huán)和四環(huán)之間的平均距離為4.9km<5km,
66、因此這兩個(gè)環(huán)路汽車尾氣疊加的情況不可忽略,而了解到四環(huán)和六環(huán)平均距離達(dá)16.22>6km公里,所以四環(huán)對(duì)六環(huán)可看作沒(méi)有影響,將六環(huán)線路看作獨(dú)立線源進(jìn)行分析。</p><p> 在較長(zhǎng)街道或公路上行駛的車輛密度,足以在道路兩側(cè)形成連續(xù)穩(wěn)定的濃度場(chǎng)線源,稱其為無(wú)限長(zhǎng)線源,而在街道上行駛的車輛只能在街道兩側(cè)形成斷續(xù)穩(wěn)定濃度的線源,稱其為有限長(zhǎng)線源。</p><p> 對(duì)于汽車排放的污染
67、,我們結(jié)合具體情況進(jìn)行分析,示意圖如下:</p><p> 圖7 汽車排放示意圖</p><p> 由圖我們可以直觀地發(fā)現(xiàn):由于線源排放路徑相對(duì)固定,具有一定的方向性,若取平均風(fēng)向?yàn)檩S,則線源與平均風(fēng)向未必相同,所以線源的情況較為復(fù)雜,應(yīng)當(dāng)考慮想源于風(fēng)向夾角以及線源長(zhǎng)度問(wèn)題。</p><p> 1、風(fēng)向和線源夾角時(shí),結(jié)合第三問(wèn)結(jié)論易得無(wú)限長(zhǎng)連續(xù)線源下風(fēng)向地面濃
68、度分布為:</p><p><b> ?。?4)</b></p><p> 2、風(fēng)向和線源夾角時(shí),以上模式不能應(yīng)用。當(dāng)風(fēng)向和線源的夾角垂直時(shí),,此時(shí):</p><p><b> ?。?5)</b></p><p> 考慮北京市二環(huán)、四環(huán)和六環(huán)線路長(zhǎng),我們將這三條環(huán)路看作有限線源來(lái)考慮。對(duì)于有限長(zhǎng)
69、的線源,線源末端引起的“邊緣效應(yīng)”將對(duì)污染物的濃度分布有很大的影響,隨著污染物接收點(diǎn)和線源之間距離的增加,“邊緣效應(yīng)”將在橫風(fēng)向距離的更遠(yuǎn)處起作用,因此我們?cè)诠浪阌邢揲L(zhǎng)污染源形成的濃度分布時(shí),將“邊緣效應(yīng)”考慮進(jìn)去。對(duì)于橫風(fēng)向的有限長(zhǎng)線源,以污染物接收點(diǎn)的平均風(fēng)向?yàn)檩S。若線源的范圍在范圍內(nèi)變化,且,則有限長(zhǎng)線源地面濃度分布為:</p><p><b> ?。?6)</b></p>
70、<p> 其中的人為取定汽車重心高度,值為0.5米,可以通過(guò)2015年1月16日6m/s的平均風(fēng)速和問(wèn)題三模型建立中的光強(qiáng)參照表5算出,為當(dāng)日的風(fēng)速。</p><p> 通過(guò)查閱資料,我們發(fā)現(xiàn)汽車尾氣中主要成分仍然是氮氧化物,具體汽車尾氣成分比例如下所示:</p><p> 表10 汽車尾氣成分比例統(tǒng)計(jì)表</p><p> 因此我們可以參照問(wèn)題
71、一中美國(guó)和中國(guó)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)考慮二環(huán)、四環(huán)和六環(huán)路段上汽車尾氣擴(kuò)散導(dǎo)致的空氣污染濃度梯度變化及空氣質(zhì)量等級(jí)的問(wèn)題。 </p><p> 要了解汽車尾氣排放氮氧化物的情況,就需了解汽車尾氣的源強(qiáng),根據(jù)上表,左邊一列為車速,記為,右邊一列為每1000列車行駛1千米排放的污染物的量,記為,則每1000列車的源強(qiáng)為:</p><p><b> ?。?7)</b></p
72、><p> 下表為北京市二環(huán)、四環(huán)和六環(huán)每日不同時(shí)刻平均車流量統(tǒng)計(jì)(具體數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄):</p><p> 表11 北京市二環(huán)、四環(huán)和六環(huán)每日不同時(shí)刻平均車流量統(tǒng)計(jì)表</p><p> 根據(jù)上表我們可以知道北京市二環(huán)、四環(huán)和六環(huán)路在16日早上8點(diǎn)、中午12點(diǎn)和晚上9點(diǎn)的平均車流量,進(jìn)而可以計(jì)算出這三條環(huán)路上的汽車在這三個(gè)時(shí)間段的總源強(qiáng)。</p><
73、;p> 接下來(lái)可以考慮二環(huán)路和四環(huán)路的污染物疊加情況:對(duì)于二環(huán)路來(lái)說(shuō),它的污染物濃度由其本身路上汽車排放的污染物和四環(huán)路在二環(huán)路上的分污染疊加而來(lái);對(duì)于四環(huán)路來(lái)說(shuō),它的污染物由本身路上汽車排放的污染物和二環(huán)路在四環(huán)路上的分污染疊加而來(lái)。</p><p> 5.4.2模型的求解</p><p> 我們通過(guò)分析求解距離二環(huán)路、四環(huán)路和六環(huán)路各0-5公里范圍內(nèi)在白天8時(shí)、白天12時(shí)和
74、晚上9時(shí)三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各處的污染物濃度,利用高斯線源模型:</p><p> 其中的值為0.5米,可以通過(guò)2015年1月16日6m/s的平均風(fēng)速和問(wèn)題三模型建立中的光強(qiáng)參照表5算出;為當(dāng)日的風(fēng)速;由已知的車速和每1000列車行駛1千米排放的污染物的量,可知每1000列車的源強(qiáng)。利用編程(代碼見(jiàn)附錄)得出三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各處的污染物濃度梯度的變化: </p><p> 表11 三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各處
75、的污染物濃度梯度的變化</p><p> 由上表我們很清楚地了解到在不考慮二環(huán)和四環(huán)污染物疊加的情況下,各環(huán)路1-5范圍內(nèi)污染物濃度的相關(guān)情況,在模型建立部分已了解到在實(shí)際問(wèn)題中對(duì)于二環(huán)路來(lái)說(shuō),它的污染物濃度由其本身路上汽車排放的污染物和四環(huán)路在二環(huán)路上的分污染疊加而來(lái);對(duì)于四環(huán)路來(lái)說(shuō),它的污染物由本身路上汽車排放的污染物和二環(huán)路在四環(huán)路上的分污染疊加而來(lái)。疊加后的三個(gè)環(huán)路段的濃度以及對(duì)應(yīng)的在美標(biāo)和國(guó)標(biāo)下空氣質(zhì)
76、量等級(jí)如下表所示:</p><p> 表12 三個(gè)環(huán)路段的濃度以及對(duì)應(yīng)的在美標(biāo)、國(guó)標(biāo)下空氣質(zhì)量等級(jí)</p><p> 5.5 關(guān)于京津冀地區(qū)實(shí)現(xiàn)“”藍(lán)天的建議報(bào)告</p><p> “”藍(lán)天,是2014年一個(gè)新生的網(wǎng)絡(luò)詞匯,它是用來(lái)形容會(huì)議期間北京藍(lán)藍(lán)的天空。北京這幾年深受霧霾天氣的困擾,在會(huì)議期間,北京人民難得享受了一回“特供”藍(lán)天,輿論將其調(diào)侃為“”藍(lán),國(guó)
77、家主席習(xí)近平也呼吁,要努力把“”藍(lán)天保持下去。自那之后,“”藍(lán)慢慢升級(jí)為環(huán)境友好、人類與自然和諧的代名詞。</p><p> 本文通過(guò)對(duì)空氣污染問(wèn)題的研究(包括單污染源和多污染源),發(fā)現(xiàn)影響空氣質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)是、、和。因此我們針對(duì)這些參數(shù)的來(lái)源以及目前相關(guān)機(jī)構(gòu)在環(huán)境保護(hù)方面的不足給出相應(yīng)的建議。影響空氣質(zhì)量的主要污染源為燃料的燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣的排放以及揚(yáng)塵等。</p><p> 對(duì)于機(jī)
78、動(dòng)車尾氣排放及揚(yáng)塵產(chǎn)生的部分,環(huán)保部門(mén)可以根據(jù)機(jī)動(dòng)車尾氣污染狀況和功能區(qū)達(dá)標(biāo)要求在揚(yáng)塵污染,其中包括工廠煙塵、沙塵暴、建筑修建、道路修建方面進(jìn)行重點(diǎn)治理,在汽車尾氣方面進(jìn)行治理和清尾,具體采取以下措施: </p><p> 1、鼓勵(lì)公共交通工具,使用清潔能源; </p><p> 2、限制機(jī)動(dòng)車車型; </p><p> 3、限制機(jī)動(dòng)車行駛時(shí)間、區(qū)域、路段;&
79、lt;/p><p> 4、禁止生產(chǎn)、銷售、使用超過(guò)國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的高污染燃料; </p><p> 5、禁止新建、擴(kuò)建燃煤供熱裝置。 </p><p> 對(duì)于燃料燃燒的部分,環(huán)保部門(mén)可以通過(guò)鼓勵(lì)工廠提高技術(shù)水平,提高燃料利用率以及適當(dāng)更改某些工廠運(yùn)作的方式等措施減輕燃料燃燒造成的污染,具體措施如下:</p><p> 1、限制工業(yè)燃料的燃燒
80、廢物排放量,根據(jù)具體情況,可以關(guān)閉或者整改相應(yīng)的工廠;</p><p> 2、環(huán)保部門(mén)投資革新汽車技術(shù)和燃油技術(shù);</p><p> 針對(duì)目前環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)在政策制定方面的不足,提出如下建議:</p><p> 1、環(huán)境保護(hù)行政主管部門(mén)對(duì)行駛中的機(jī)動(dòng)車污染物排放狀況,應(yīng)當(dāng)會(huì)同公安交通管理部門(mén)進(jìn)行監(jiān)督抽測(cè)。在機(jī)動(dòng)車停放地,對(duì)在用機(jī)動(dòng)車的污染物排放狀況進(jìn)行監(jiān)督抽測(cè),
81、經(jīng)檢測(cè)不符合污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的,應(yīng)當(dāng)立即書(shū)面通知公安,且交通管理部門(mén)責(zé)令其停止運(yùn)行;</p><p> 2、應(yīng)在交通路線兩旁栽植吸收各種有害氣體的植被;</p><p> 3、應(yīng)在可行條件下適當(dāng)減少城市建筑和生物質(zhì)燃燒; </p><p> 4、應(yīng)增加城市森林覆蓋面積。</p><p><b> 六、模型的檢驗(yàn)</b&g
82、t;</p><p> 6.1因子分析模型的檢驗(yàn)</p><p> 針對(duì)問(wèn)題二,運(yùn)用因子分析法,利用得出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的變量共同度,求出主要污染物。首先要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,判斷原數(shù)據(jù)是否呈正態(tài)分布,若呈正態(tài)分布,則可以進(jìn)行因子分析;否則,不能進(jìn)行因子分析。我們是先用得出原數(shù)據(jù)的直方圖和正態(tài)分布曲線,推測(cè)出它可能呈正態(tài)分布,再求出原數(shù)據(jù)的偏斜度與峰度,得出其與推測(cè)相同即原數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布,可進(jìn)行
83、因子分析。</p><p> 為了確定所建模型的正確性,我們對(duì)因子分析模型進(jìn)行檢驗(yàn)。主要利用求出檢定值來(lái)檢驗(yàn)原數(shù)據(jù)是呈正態(tài)分布,可進(jìn)行因子分析。對(duì)三市進(jìn)行檢定的值如下表所示:</p><p><b> 表13 三市檢定</b></p><p> 由上表可知:0.684>0.5、0.594>0.5、0.660>0.5即三
84、市的的值都大于0.5,說(shuō)明原數(shù)據(jù)可進(jìn)行因子分析;又因?yàn)轱@著性值都為0,說(shuō)明原數(shù)據(jù)中沒(méi)有太大的數(shù)據(jù)值出現(xiàn),因此做因子分析是合理的。從而也驗(yàn)證了因子分析模型建立的準(zhǔn)確性與合理性。</p><p> 七、模型的評(píng)價(jià)與改進(jìn)</p><p><b> 7.1 模型的評(píng)價(jià)</b></p><p> 7.1.1模型的優(yōu)點(diǎn)</p><
85、p> 1、因子分析把多個(gè)指標(biāo)中的大部分信息濃縮到幾個(gè)比較少的指標(biāo)中,便于問(wèn)題的求解;</p><p> 2、高斯煙羽模型和高斯線源擴(kuò)散模型能較好、較具體解釋物質(zhì)在單污染源和多污染源兩種類型下的污染物擴(kuò)散問(wèn)題;</p><p> 3、使用高斯修正模型,極大提高了大氣污染物擴(kuò)散精度和大氣環(huán)境控制水平。</p><p> 7.1.2模型的缺點(diǎn)</p&g
86、t;<p> 1、因子分析中濃縮后的因子意義不能完全確定,且會(huì)有一些信息沒(méi)有被獲取;</p><p> 2、高斯擴(kuò)散模型只適用于道路周圍平坦的高速公路以及建筑物少、低矮的道路。</p><p><b> 7.2模型的改進(jìn)</b></p><p> 1、實(shí)際生活中污染物的種類不同,其擴(kuò)散方式及速度就會(huì)不同,應(yīng)對(duì)污染物進(jìn)行分類
87、討論;</p><p> 2、實(shí)際生活中污染物的擴(kuò)散過(guò)程與周圍阻擋物、大氣的水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、水平面存在的氣壓梯度力、地球自身的自轉(zhuǎn)以及地面摩擦力均有關(guān),應(yīng)對(duì)不同時(shí)刻的天氣情況和大氣運(yùn)動(dòng)詳細(xì)討論。</p><p><b> 八、模型的推廣</b></p><p> 因子分析模型的是主成分分析的推廣。它利用了降維的思想,把一些具有錯(cuò)綜復(fù)雜
88、關(guān)系的變量歸結(jié)為少數(shù)幾個(gè)綜合因子的一種多變量的統(tǒng)計(jì)分析方法,其目的是用有限個(gè)不可觀測(cè)的隱變量來(lái)解釋原始變量之間的相關(guān)關(guān)系。與主成分分析相比,因子分析更傾向于描述原始變量之間的相關(guān)關(guān)系。早期的因子分析主要應(yīng)用于心理學(xué)與教育學(xué)方面的問(wèn)題。近年來(lái),隨著電子計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展,因子分析理論廣泛的應(yīng)用與醫(yī)學(xué)、氣象、地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、考古、體育科學(xué)、生物等各個(gè)領(lǐng)域。</p><p> 高斯模型又分為高斯煙團(tuán)模型和高斯煙羽模型
89、。高斯模型主要解決大氣污染物泄露問(wèn)題。大氣污染物泄露可分為瞬時(shí)泄露和連續(xù)泄露,瞬時(shí)泄露指的是污染物泄露的時(shí)間相對(duì)于污染物擴(kuò)散的時(shí)間較短如圖發(fā)泄泄露等情形,采用高斯煙團(tuán)模型進(jìn)行模擬;連續(xù)泄露則是指污染物泄放的時(shí)間較長(zhǎng)的情形,采用高斯煙羽模型進(jìn)行模擬。高斯模型一般適用于非重云氣體(包括輕氣云和中性氣云氣體),且風(fēng)俗均勻穩(wěn)定。</p><p> 高斯擴(kuò)散模式可分為四種:連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散、連續(xù)線源的擴(kuò)散、連續(xù)面源的擴(kuò)散、
90、連續(xù)體源的擴(kuò)散。連續(xù)點(diǎn)源一般指排放大量污染物的煙囪、放散管、通風(fēng)口等。若排放口安置在地面則稱為地面點(diǎn)源,處于高空位置的稱為高架點(diǎn)源。連續(xù)線源是污染物沿一水平方向連續(xù)排放,如汽車行駛在開(kāi)闊的公路上。連續(xù)面源的擴(kuò)散是眾多的污染源在一地區(qū)內(nèi)排放,如城市中小工廠、生活鍋爐、居民爐灶等數(shù)量眾多、分布面廣、排放高度低的污染源。連續(xù)體源擴(kuò)散是污染物自低矮煙道或房屋的排放系統(tǒng)排放,常會(huì)受到附近建筑物的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的影響,或者在一些工廠的無(wú)組織排放和泄
91、露排放的情形。</p><p><b> 九、參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì),大氣污染防治先進(jìn)技術(shù)匯編[J],中國(guó)環(huán)境科學(xué),34(4):875-876,2014;</p><p> [2]莊慶鴻 陳曉 孫悅 楊雪,空氣最差城市全國(guó)人大代表12%來(lái)自高污染行業(yè)[J],中國(guó)青年報(bào),14(4):7-8,2014;&l
92、t;/p><p> [3]李新,建筑材料對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響及其評(píng)價(jià)[D],中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù),2004; </p><p> [4]孫志寬,高斯煙羽擴(kuò)散模型再研究[J],環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2013(5);</p><p> [5]劉永紅 余志 田豐 蔡銘,一種線性擴(kuò)散模型的建立及算法的實(shí)現(xiàn)[J],環(huán)境科學(xué)與技術(shù),29(10):13-21,2006;&
93、lt;/p><p> [6]王宗爽 武婷 車飛等,中外環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比較[J],環(huán)境科學(xué)研究,23(3):256-257,2013;</p><p> [7]陳璐 趙東風(fēng) 薛建良等,環(huán)境空氣中PM2. 5的分布特征及來(lái)源解析[J],現(xiàn)代化工,33(9):5-6,2013;</p><p> [8]朱先磊 張遠(yuǎn)航 曾立民 王 瑋,北京市大氣細(xì)顆粒物 PM2.5的來(lái)
94、源研究[J],環(huán)境科學(xué)研究,18(5):1-2,2005;</p><p> [9]陳璐 周陽(yáng) 王偉等,天津市PM2.5排放源構(gòu)成分析及防治措施評(píng)估[J],城市環(huán)境與城市生態(tài),27(3):26-27,2014;</p><p> [10]張榮 李波 米慧欣 文丹 王磊,河北省 PM2.5 污染特征[J],統(tǒng)計(jì)分析及對(duì)策研究,2014(19);</p><p>
95、 [11]劉玉香,SO2的危害及其流行病學(xué)與毒理學(xué)研究[J],生態(tài)毒理學(xué)報(bào),2(2):225-231,2007;</p><p> [12]黃青 程水源 陳東升等,北京市一次SO2污染過(guò)程來(lái)源分析[J],環(huán)境科學(xué)與技術(shù),33(1):90-92,2010;</p><p> [13]劉際芳 李潔,天津市環(huán)境空氣中污染物的種類分析[J],天津科技,33(3):60-61,2006;<
96、/p><p> [14]唐曉慧,大氣污染的主要類型及防治技術(shù)探討[J],科技與企業(yè), 2014(21)。</p><p><b> 附錄1</b></p><p> 問(wèn)題三模型求解中求不同時(shí)刻方圓51公里的污染物濃度的代碼:</p><p><b> 1、中午12點(diǎn):</b></p>
97、<p> for x=1:1:51</p><p> y=(134.28/(3.14*4.4*(0.22*x/((1+0.0004*x)^0.5)))*0.2*x)*exp(-2500/(2*0.04*x^2));</p><p><b> disp(y)</b></p><p><b> end </b&
98、gt;</p><p><b> 2、晚上9點(diǎn):</b></p><p> for x=1:1:51</p><p> y=(1832.8/(3.14*4.4*(0.22*x/((1+0.0004*x)^0.5)))*0.2*x)*exp(-2500/(2*0.04*x^2));</p><p><b>
99、 disp(y)</b></p><p><b> end </b></p><p> 問(wèn)題四模型求解中2、4、6環(huán)在不同時(shí)段的汽車排放污染氣體濃度的代碼:</p><p><b> 1、白天8時(shí),2環(huán)</b></p><p> for x=1:1:5</p>&
100、lt;p> f1=(13684*39)/(15*0.2*x);</p><p> f2=exp(-0.25/(0.04*x^2));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp(-588.245);</p><p> y=f1*f2*f3;</p><p><b> disp(y)
101、</b></p><p><b> end</b></p><p><b> 2、白天8時(shí)4環(huán)</b></p><p> for x=1:1:5</p><p> f1=(17789*39)/(15*0.2*x);</p><p> f2=exp(-0.
102、25/(0.04*x^2));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp(-588.245);</p><p> y=f1*f2*f3;</p><p><b> disp(y)</b></p><p><b> end</b></p>&
103、lt;p><b> 3、白天8時(shí)6環(huán)</b></p><p> for x=1:1:5</p><p> f1=(20526*39)/(15*0.2*x);</p><p> f2=exp(-0.25/(0.04*x^2));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp
104、(-588.245);</p><p> y=f1*f2*f3;</p><p><b> disp(y)</b></p><p><b> end </b></p><p><b> 4、白天12時(shí)2環(huán)</b></p><p> for
105、 x=1:1:5</p><p> f1=(11461*39)/(15*0.14*x*(1+0.0003*x)^(-0.5));</p><p> f2=exp(-0.25/(0.0196*(x^2)*(1+0.0003*x)^(-1)));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp(-2184.605);</p&g
106、t;<p> y=f1*f2*f3;</p><p><b> disp(y)</b></p><p><b> end </b></p><p><b> 5、白天12時(shí)4環(huán)</b></p><p> for x=1:1:5</p>
107、<p> f1=(14900*39)/(15*0.14*x*(1+0.0003*x)^(-0.5));</p><p> f2=exp(-0.25/(0.0196*(x^2)*(1+0.0003*x)^(-1)));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp(-2184.605);</p><p> y=f
108、1*f2*f3;</p><p><b> disp(y)</b></p><p><b> end </b></p><p><b> 6、白天12時(shí)6環(huán)</b></p><p> for x=1:1:5</p><p> f1=(171
109、92*39)/(15*0.14*x*(1+0.0003*x)^(-0.5));</p><p> f2=exp(-0.25/(0.0196*(x^2)*(1+0.0003*x)^(-1)));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp(-2184.605);</p><p> y=f1*f2*f3;</p>
110、<p><b> disp(y)</b></p><p><b> end </b></p><p><b> 7、晚上9時(shí)2環(huán)</b></p><p> for x=1:1:5</p><p> f1=(11653*39)/(15*0.14*x*(1+
111、0.0003*x)^(-0.5));</p><p> f2=exp(-0.25/(0.0196*(x^2)*(1+0.0003*x)^(-1)));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp(-2184.605);</p><p> y=f1*f2*f3;</p><p><b> d
112、isp(y)</b></p><p><b> end </b></p><p><b> 8、晚上9時(shí)4環(huán)</b></p><p> for x=1:1:5</p><p> f1=(14653*39)/(15*0.14*x*(1+0.0003*x)^(-0.5));<
113、;/p><p> f2=exp(-0.25/(0.0196*(x^2)*(1+0.0003*x)^(-1)));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp(-2184.605);</p><p> y=f1*f2*f3;</p><p><b> disp(y)</b></
114、p><p><b> end </b></p><p><b> 9、晚上9時(shí)6環(huán)</b></p><p> for x=1:1:5</p><p> f1=(17098*39)/(15*0.14*x*(1+0.0003*x)^(-0.5));</p><p> f
115、2=exp(-0.25/(0.0196*(x^2)*(1+0.0003*x)^(-1)));</p><p> f3=0.4*exp(-0.5)-(1/85.75)*exp(-2184.605);</p><p> y=f1*f2*f3;</p><p><b> disp(y)</b></p><p><b
116、> end </b></p><p><b> 附錄2</b></p><p> 問(wèn)題一的模型建立與求解中中國(guó)空氣污染物限值表</p><p> 表1 中國(guó)空氣污染物限值表</p><p> 問(wèn)題二的模型建立中北京、天津和石家莊三市空氣污染物濃度的原數(shù)據(jù):</p><p
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