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数学建模 垃圾焚烧厂的经济补偿问题 王高松 褚惠娜 胡梦姣 1 垃圾焚烧厂的经济补偿问题 摘要 “垃圾围城”是世界性难题，当代社会建立垃圾焚烧厂显得尤为重要，本文 采用AERMOD 模型预测污染物浓度，运用模糊聚类分析居民风险承担补偿方案， 并考虑最大可信度概率解决垃圾焚烧厂附近环境监测问题并修正模型。 对于问题一，建立AERMOD 模型对该模型的参数进行计算，运用AERMOD 模型 临界分流概念分析垃圾焚烧厂附近地形，再考虑污染物在稳定边界层和对流边界 层的扩散情况，还有建筑物下洗对污染物扩散的影响，将参数代入编辑好的 AERMOD 控制流文件后，运行程序定量计算出在具体的地点空气中污染物的浓度 大小，污染物扩散呈扇形分布，采用扇形布点法建立扇形动态的监测点，利用模 糊聚类的方法划分赔偿区域，用Matlab 对统计数据进行聚类分析，得出赔偿的 权重，进而对居民实施区域赔偿。 对于问题二，由于垃圾焚烧炉最大可信事故主要体现在烟气净化设备，假定 垃圾焚烧炉的除尘装置损坏或出现其他故障，导致污染物的排放增加，本文首先 建立净化系统失效故障树，考虑急冷塔、引风机、布袋除尘器等底事故发生概率， 再按故障树的逻辑关系利用泊松分布理论计算顶事故发生概率，计算故障发生情 况下污染物产生量的变化，并对以上建立的模型进行了修正，建立更合理的环境 污染动态监测指标和居民风险承担经济补偿方案。 关键字：AERMOD 模型,扇形动态监测，模糊聚类，环境风险评价体系，泊松分布 2 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。2012 年全国城 市生活垃圾清运量达到1.71 亿吨，比2010 年增长了 1300 万吨。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。城市垃圾经过 分类处理，剔除可回收垃圾和有害垃圾后将剩余垃圾在焚烧炉中焚烧处理，既可 避免垃圾填埋侵占大量的土地，又可利用垃圾焚烧产生的能量进行发电等获得可 观的经济效益。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现因居民 反对而难以落地的局面。 深圳市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、问题分析 对于问题一监测垃圾焚烧厂烟气排放问题，假定焚烧炉的排放符合国家新的 污染物排放标准，由于垃圾焚烧厂产生的污染物主要为废气，先参考 GB18485-20