空气污染问题研究建模

空气污染问题研究建模

承诺书

我们仔细阅读了五一数学建模联赛的竞赛规则。

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）与本队以外的任何人（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规则的, 如果引用别人的成果或其它公开的资料（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，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们愿意承担由此引起的一切后果。

我们授权五一数学建模联赛赛组委会，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为（从A/B/C中选择一项填写）： B

我们的参赛报名号为：2827

参赛组别（研究生或本科或专科）：本科

所属学校（请填写完整的全名）中国矿业大学

参赛队员(打印并签名) ：1.

2.

3.

日期：2015 年 5 月 3 日获奖证书邮寄地址：江苏省徐州市泉山区中国矿业大学南湖校区邮政编码：221116

收件人姓名：联系电话：

编号专用页

竞赛评阅编号（由竞赛评委会评阅前进行编号）：

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注

裁剪线裁剪线裁剪线竞赛评阅编号（由竞赛评委会评阅前进行编号）：

参赛队伍的参赛号码：（请各参赛队提前填写好）：2827

题目空气污染问题研究

摘要

近年来，随着工业文明和城市的发展，数十亿吨计的废气和废物被排入到大气之中，加剧了空气污染，对人类和环境带来了巨大的危害。因此对空气污染问题的影响进行深入的探讨具有现实指导意义。本文建立了两种标准相结合方法、模糊综合评判方法、高架点源扩散模型、连续线源的扩散模型等对这个问题进行分析。

针对问题一，我们参考国标和美标衡量空气质量优劣程度等级的方法，建立了自己的两种标准相结合、模糊综合评判两种评价标准。前一种方法中，分别得出中国与美国标准下的空气污染指数，综合考虑中国发展现状，确定中国与美国标准的权重，从而得到相应的空气质量优劣等级；后一种方法采用了模糊综合评判模型，考虑到大气环境是一个多因素耦合的复杂系统，环境质量的评价是模糊的，通过构建由SO2、NO2、P M10、CO、O3这几种污染物组成的空气质量评价因子集，结合隶属函数和权重集，得到一个地区空气污染在各种程度上的概率，最终得到模糊综合评判模型。

针对问题二，我们通过网络搜索空气污染物的相关数据，并查阅图书，得知各种空气污染物的相关性质，从而对主要污染源种类的划分有了较为深入的了解，并做出精要阐述。

针对问题三，建立了高架点源扩散的单污染源空气污染扩散模型，舍弃不相干或影响微小的参数，对实际的问题进行简化，得出点源下风向任一点的浓度分布函数，进而得出对周围空气污染的动态参数，分析空气污染的影响规律，利用前两个问题的结果对现实中的问题进行总结分析，评估空气质量优劣。

针对问题四，我们采用了连续线源扩散模型研究多污染源空气污染扩散模型，推导得出浓度计算公式，并通过查阅相关资料，确定车流量中各种车型所占比例和各类车型的污染物排放因子，计算出该路段车辆的污染物综合排放因子，然后再计算出该公路段的平均车流量，将各相关参数代入计算公式即可得到污染物的浓度，通过问题一结果得知空气质量指数。

针对问题五，我们在前四个问题研究结果的基础上，以空气质量的关键参数为基础，同时查阅了相关文献资料，对环保部门治理空气污染的举措有了基本的了解，找到现行措施的不足之处，提出了科学可行的方法，用以克服现在空气污染产生和治理中的弊端。

关键词:模糊综合评判AQI 污染物浓度限值高架点源扩散下风距离扩散参数扩散系数烟流抬升高度连续线源扩散

1、问题的提出

世界卫生组织和联合国环境组织联合发表的一份报告指出：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。”如果人类生活在污染十分严重的空气里，那就将在几分钟内全部死亡，这不是耸人听闻。

工业文明和城市发展，在为人类创造巨大财富的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排入大气之中，导致人类赖以生存的大气圈变成了空中垃圾库和毒气库。事实上，大气中的有害气体和污染物达到一定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难。大气污染对人体的影响是多方面的，其危害也是极为严重的。大气污染对物体具有腐蚀性，对仪器、设备和建筑物等都有腐蚀作用，如金属建筑物出现的锈斑、古代文物的严重风化等都与大气污染有关。

时至今日，空气污染已超越国界，其危害遍及全球。空气污染对全球大气的影响明显表现为三个方面：一是臭氧层破坏，二是酸雨腐蚀，三是全球气候变暖。

由此可见，空气污染对人类社会的影响如此巨大。因此，促进和加深对其认识，从而缓解乃至解决空气质量日益恶化问题是尤为必要的。在这里，我们通过通过建立空气污染的模型，了解空气污染扩散中的动态变化，总结和分析影响空气质量的关键参数，为空气污染的治理和预防提供理论依据。

2、问题的重述

为了更好的掌握空气污染扩散过程中相关参数的动态变化，本文提出下列问题: （1）参考现有国标和美标，建立衡量空气质量优劣程度等级的数学模型。

（2）查找数据并列出京津冀地区主要污染源及其污染参数，分析影响空气质量的主要污染源的性质和种类。

（3）建立单污染源空气污染扩散模型，描述其对周围空气污染的动态影响规律。

现有河北境内某一工厂废气排放烟囱高50m，主要排放物为氮氧化物。早上9 点至下午3点期间的排放浓度为406.92mg/m3，排放速度为1200m3/h；晚上10点-凌晨4点期间的排放浓度为1160mg/m3，排放速度为5700m3/h；通过你的扩散模型求解该工厂方圆51公里分别在早上8 点、中午12 点、晚上9 点空气污染浓度分布和空气质量等级。

（4）建立的多污染源空气污染扩散模型，并以汽车尾气污染源为例求解分析以下问题：北京在2015 年1 月15 日已经连续三天发生重污染，假设从16 日开始北京启动汽车单双号限行交通管制措施，求解北京市二环、四环、六环路在16 日早上8 点、中午12点、晚上9 点时空气污染浓度梯度变化及空气质量等级。

（5）根据你们的模型和求解结果，分析总结影响空气质量的关键参数，为京津冀地区环保部门撰写一份建议报告，给出实现“APEC”蓝天的可行性措施和建议。

3、问题的分析

问题一：

可通过查阅相关资料和文献，了解国标和美标衡量空气质量优劣程度等级的方法，在此基础上，提出自己的新方法，确定如何划分空气质量优劣的程度等级。对于这个问