垃圾焚烧厂经济补偿问题分析.docx
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垃圾焚烧厂经济补偿问题分析
垃圾焚烧厂经济赔偿问题剖析
SO2、NOx指标严重超标，故需对
垃圾焚烧厂经济赔偿问题剖析
纲要
本文在合理假定的基础上，对垃圾焚烧厂烟气排放及有关环境影响状况成立动向监控系统，并以监控结果为依照，设计合理的四周居风气险肩负经济赔偿方案。
对此，我们分别用高斯烟羽模型、层次剖析法、设备故障率以及比率法等一系列的知识结构系统，成立数学模型并求解。
问题
（1）中，经过对垃圾焚烧厂周边地形地貌、当地气象条件以及所给主要污染物颗粒物、SO2、NOx排放量数据的整理和剖析，焚烧垃圾所产生的污染物扩散方式切合高斯烟羽模型的一般合用状况。
所以，我们第一利用高斯烟羽模型来模拟受不一样气象条件（风速、风向）、扩散系数、污染源有效高度以及源排放速率综合影响的污染物扩散状况，从而求解各监测点的污染物最大落地浓度。
因为所研究的三种污染物对各监测点的污染程度影响不一样，利用层次剖析法依据所测定各监测点的每种污染物浓度对颗粒物、SO2、NOx进行赋权办理，获取污染物对于各监测点污染程度的综合影响指数，从而对监测点污染程度进行综合排名。
最后，利用按垃圾办理量赔偿方法依照各监测点污染程度的权重系数确定出一套合理的四周居风气险肩负资本赔偿方案。
问题
（2）是在问题
（1）的基础上，考虑到焚烧炉的除尘装置破坏或出现其余故障时，污染物的排放增添，以致颗粒物、
问题
（1）中所设计的监测方法进行修正。
在此，经过定义设备故障率（设备故
障率=故障时间/计划使用总时间）计算出故障发生概率。
同时，对附件二中各污
染物排放量数据进行拟合获取各污染物浓度随时间变化的曲线及其拟合方程，即以为在此故障发生概率的状况下污染物浓度变化切合该拟合方程。
这样能较正确展望出两年后污染物浓度将严重超标，此时高斯烟羽模型仍合用于各污染物扩散状况，由此即可从头求出各监测点的污染物落地浓度，从而达到对监测方法进行修正的目的。
鉴于修正后的监测方法，我们采纳比率法对经济赔偿方案进行订正，以故障发生前后各监测点污染程度与赔偿金额呈比率变化为依照，调整故障发生后各监测点的赔偿金额，由此即可修正故障发生后的经济赔偿方案。
要点字：
高斯烟羽模型层次剖析法设备故障率比率法经济赔偿
1
1．问题重述
1.1背景
跟着城市经济建设的连续发展和人们生活水平的不停提升，每日源源大批产生的垃圾，已经成为一个污染环境、影响生活的社会问题。
胡锦涛同志在十八大报告中指出：
“坚持预防为主、综合治理、以解决伤害民众健康突出环境问题为要点，增强水、大气、土壤等污染防治”[1]。
所以在鼎力推动生态文明建设的今日，垃圾办理在中国已经迫在眉睫。
数据显示，当前全国三分之二以上的城市道对“垃圾围城”问题，鉴于垃圾
焚烧方法能更好地达到垃圾办理的减量化、资源化和无害化的治理目标，我国垃
圾办理行业获得了迅速的发展。
但是，因为在垃圾焚烧厂运转看管方面缺乏从周
边环境视角出发的外头动向监控，所以难以形成为公众所服气的全方向垃圾焚烧
厂环境监控系统。
十八大中也明确指出：
“增强环境看管，健全生态环境保护责
[2]
任追查制度和环境伤害赔偿制度”，为此，四周居风气险肩负经济赔偿问题应
1.2问题
往常以为一个监测点（地域）的空气污染主要来自当地域的污染[3]。
附件中供应了四组数据，分别为：
（1）国家污染物排放新标准，并假定焚烧炉的排放切合该标准；
（2）可办理垃圾350吨/天的焚烧炉正常运转在线监测数据；（3）生活垃圾焚烧污染控制标准；（4）焚烧厂选址处一年的风向、风速资料。
除此以外，附件还给出了垃圾焚烧发电的介绍资料。
现需解决以下两个问题：
1）依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有关环境影响状况的动向监控。
以设计的环境动向监控系统实质监控结果为依照，设计合理的四周居风气险肩负经济赔偿方案。
2）因为各样要素焚烧炉的除尘装置（如袋式除尘器）破坏或出现其余故障以致污染物的排放增添，以致颗粒物、SO2、NOx指标将严重超标。
在考虑故障发生概率的状况下，修正设计的监测方法和赔偿方案。
2．模型假定
（1）题目给出的各组数据真切可信，不考虑人为要素，拥有监测意义；
（2）鉴于垃圾焚烧产生的主要污染物为颗粒物、SO2、NOx，所以此处不考虑其余污染物排放；
（3）影响大气环流的各项要素不会出现非预期的强烈变化，不考虑污染物浓度骤变的状况；
（4）污染物扩散过程中不考虑云团内部温度的变化，忽视热传达、热对流及热辐射，污染气体不发生沉降、分解，不发生任何化学反响等，不考虑降雨天气的影响；
（5）污染气体是理想气体，恪守理想气体状态方程；
（6）取x轴为均匀风速方向，整个扩散过程风速大小、方向均保持不变，不随处点、时间变化而变化；
2
（7）地面对污染气体起全反射作用，不发生汲取或吸附作用。
y
z
X
x
y
Z
u
Q
H
W1
w1
a
W2
w2
b
ci
t
Wi
W为发生故障
W发生故障
C1
C2
P
3．定义与符号说明
污染气体在y方向散布的标准差，单位为m
污染气体在z方向散布的标准差，单位为m
任一点处污染物的浓度，单位为kg/m3下风向的距离，单位为m
横向的距离，单位为m
地面上方的距离，单位为m
均匀风速，单位为m/s
源强（即源开释速率），单位为kg/s
污染源有效高度，单位为m
政府对垃圾焚烧厂每日的补助花费
政府对垃圾焚烧厂焚烧每吨垃圾的补助花费该垃圾焚烧厂每日的计划办理垃圾量
发电对垃圾焚烧厂每日的补助花费
上网电价
垃圾焚烧厂焚烧每吨垃圾的发电量
第i个监测点污染程度权重系数污染物排放的时间
第i各监测点每日的赔偿总数
未发生故障时垃圾焚烧厂每日焚烧垃圾的补助总量发生故障时垃圾焚烧厂焚烧垃圾的补助总量
未发生故障时各监测点的污染物“总浓度”
发生故障时各监测点的污染物“总浓度”
设备故障率
4．模型成立与求解
4.1问题
（1）的解决
4.1.1问题
（1）的剖析
附件四中供应了垃圾焚烧厂的详细地点，经过谷歌地图对其所在地区的地形地貌剖析研究，用谷歌earth软件作出该地域的等高线图（图4-1）：
3
图4-1垃圾焚烧厂所在地区地形地貌等高线图
距污染源中心点5km内的地形高度（不含建筑物）低于排气筒高度时，定义为简单地形；在此范围内陆形高度不超出排气筒基底高度时，可以为地形高度是0km[4]，即简单地形，不考虑地形对污染物扩散的影响。
将题目供应信息与有关资料相联合，所研究污染物的扩散状况及落地浓度可用高斯烟羽模型进行模拟与测定。
所谓高斯烟羽扩散模型，是一种特意用来模拟空间中呈正态散布的污染物在气象条件（风速、风向）、源强、扩散系数以及排放浓度影响下的扩散状况的基本模型，也是一种用来测定各监测点每种污染物最大落地浓度的靠谱方法。
因为本题中从题目附件和有关资料均没法获取污染源有效高度、烟囱直径之类的数据，所以将题目中供应的烟囱高度直接视为污染源的有效高度。
综上所述，焚烧垃圾所产生的污染物扩散方式切合高斯烟羽模型的一般合用状况，所以用该模型计算出各监测点各种污染物的落地浓度，从而对周边污染物进行合理的动向监测。
这里利用层次剖析法联合各监测点各污染物浓度对颗粒物、SO2、NOx进行适合的赋权办理，经过成立两两判断矩阵，最后获取各监测点的污染程度综合排名。
需要特别指出的是，这里是以高斯烟羽模型所求得的各污染物浓度为基础成立的两两比较矩阵，从而防止了本模型的一个主要弊端——人为主观要素较易影响决议结果。
对于居风气险肩负经济赔偿问题，赔偿方式可分为按人口赔偿、土地赔偿和垃圾办理量赔偿三种方式[5]，我们联合垃圾焚烧厂周边居民的整体状况，在本文中选择按垃圾办理量赔偿尤其合理。
按垃圾办理量赔偿需联合项目规模和当地经济发展水平确定每吨赔偿若干元，从营运单位收入（主假如垃圾办理费收入）或政府财政中赔偿给当地受影响的社区，将政府补助与发电赔偿作为赔偿总数，同时将资本补助与居民亲身利益相联合，再由以上所设计的污染物动向监测系统能够获取各监测点污染物浓度，据此污染物浓度设计出合理的经济赔偿方案。
这里最重要的问题是怎样测定所选各监测点各污染物的最大落地浓度与怎样对各监测点污染程度进行综合排名，从而设计出合理的居风气险经济赔偿方
4
案。
4.1.2模型准备
1）对于气象条件数据的剖析——风向风速
上世纪80年月，研究学者对生活垃圾焚烧厂四周大气中污染物浓度的散布研究发现，生活垃圾焚烧厂烟气排放、SO2、NOX随和候条件有直接有关[6]。
垃圾焚烧厂所在地的气象数据由深圳市气象站供应，气象预告的风向微风速指的是距地面10m高处在一准时间内观察到的均匀风速[7]。
经过对垃圾焚烧厂所在地区一年的风向风速资料进行统计办理，绘制出以下统计图（图4-2），从图中能够清楚了然地看出该地域一年内的风向风速状况。
图4-2年均匀风速图
从图中能够看出该地域南风的均匀风速比较大，达到3.1m/s，西南风、西
风以及西寒风的风速都比较靠近于3m/s的风速，而北、东北、东、东南各方向的风速都在在1.7m/s左右。
为更为直观地反应该地的主导风向、风速的详细状况，我们用宜宾市气象局
天气服务中心制的风玫瑰图绘制工具做出该地的风向玫瑰图4-3。
5
图4-3风向玫瑰图
从图中能够得出当地主导风向为西南风以及各个方向风的出现频次。
2）焚烧厂周边污染物监测点的选用
选择环境动向监测点在设计监测方法中至关重要，它直接影响到所设计的环境动向监测系统能否合理合用，所以经过以上对垃圾焚烧厂地形地貌及气象条件数据的剖析，联合《环境影响评论技术导则-大气环境》中所指出的：
“各个监测点要有代表性，环境监测值应能够反响各环境敏感地区、各环境功能区的质量，以及估计受项目影响的高浓度区的环境质量。
”[8]我们决定在垃圾焚烧厂周边5km以内敏感地区选择了极具代表性的9个监测点，分别为：
平湖生态园、铁岗水库、平湖镇（龙口水库）、观澜镇、甘坑水库、布吉镇（仙湖植物园）、深圳市（梅林、银湖水库）、石岗镇、公明镇（大顶岭山林公园）。
4.1.3用高斯烟羽模型测定各监测点污染物的最大落地浓度
高斯烟羽模型的坐标系如图4-4所示，原点为排放点，x轴正向为风速方向，y轴在水平面上垂直于x轴，正向在x轴的左边，z轴垂直于水平面xoy，向上为正向。
在此坐标系下烟流中心线或烟流中心线在xoy面的投影与x轴重合。
[9]
z
x（x,-y,z）
（x,0,0）
yH（x,-y,0）
Hs
0
图4-4高斯烟羽模型坐标系
6
由正态散布假定能够导出下风向随意一点X（x,y,z）处污染气体浓度的函数
为：
22
X（x,y,z）A（x）eayebz
（1）
由概率统计理论能够写出方差的表达式为：
y2Xdy
2
0
y
Xdy
0
z2Xdz
2
0
z
Xdz
0
由假定能够写出源强的积分公式：
QuXdydz
将
（1）式代入
（2）式，积分可得：
1
a22y
1
b2z2
将
（1）式和（4）式代入（3）式，积分可得：
（2）
（3）
（4）
A（x）
Q
（5）
2uyz
再将（4）式和（5）式代入
（1）式，可得：
（
）
Q
y2
z2
X
x,y,z
exp
2z2
2
yz
2y2
（6）
上式为无界空间连续点源扩散的高斯模型公式，但是在实质中，因为地面的存在，烟羽的扩散是有界的。
依据假定能够把地面看做一面镜面，对污染气体起全反射作用，并采纳像源法办理。
（图4-5）能够把任一点处的浓度看做两部分的贡献之和：
一部分是不存在地面时所造成的污染物浓度；一部分是因为地面反射作用增添的污染物浓度。
该处的污染物浓度即相当于不存在地面时由位于
0,0,H的实源和位于0,0,H的像源在P点地方造成的污染物浓度之和[10]。
7
实源烟流主轴（实源）
（0,0，
HP（x,z）
z
x=0
P’（x,-z）
像源烟流主轴（像源）
（0,0，-H）
图4-5
像源法原理表示图
此中，实源的贡献为：
X1
x,y,z
Q
exp
1
y2
1（z
H）
2
2
2
exp
2
（7）
2
y
z
y
2
z
此中，像源的贡献为：
X2
x,y,z
Q
exp
1
y2
1（z
H）
2
2
2
exp
2
（8）
2
y
z
y
2
z
则该出的实质浓度为：
X（x,y,z）X1（x,y,z）X2（x,y,z）
由以上条件公式可获取高价连续点源扩散的高斯烟羽模型公式为：
X（x,y,z,H）
Q
1y2
1（zH）
2
1（z
2yz
exp（
2）[exp（
2
2
）
exp（
2
y
z
2
式中，令z
0，即可获取地面气体浓度计算公式：
（9）
H）2
2）]
z
（10）
（
x,y,0,H
）
Q
exp
1
y2
exp
H2
（11）
（
）
X
2
2z2
y
z
y
式（11）中扩散系数y，z的大小与大气湍流结构、离地高度、地面粗拙度、污染扩散连续时间、监测时间间隔、风速以及走开污染源的距离等要素有关。
大气的湍流结构微风速在大气稳固度中考虑。
大气稳固度由10米高度以上的风速、白日的太阳辐射或夜间的运量等参数决定。
依照Pasquill的分类方法，跟着气象条件见稳固性的增添，大气稳固度能够
分为A、B、C、D、E、F六类。
此中A、B、C三类表示气象条件不稳固，E、F两类表示气象条件稳固，D类表示中性气象条件，也就是说气象条件的稳固性在稳固与不稳固之间。
A、B、C三种种类的稳固度中，A类表示气象条件极其不稳固，
8
B类表示气象条件中等程度不稳固，C类表示气象条件弱不稳固。
E和F两种种类的稳固度中，E类表示气象条件弱稳固，F类表示气象条件中等程度稳固。
一般来说，跟着大气稳固度的增添，扩散系数减小。
依据Hanna和Drivas的
建议，污染物扩散系数与大气稳固度种类和下风向的关系以下表4-1：
表4-1
扩散系数的计算方法
[11]
大气稳固度
y
z
A
0.22x
0.2x
（1
0.0001x）0.5
B
0.16x
0.12x
（1
0.0001x）0.5
C
0.11x
0.08x
（1
0.0001x）0.5
（1
0.0002x）0.5
D
0.08x
0.06x
（1
0.0001x）0.5
（1
0.0015x）0.5
E
0.06x
0.03x
（1
0.0001x）0.5
（1
0.0003x）
F
0.04x
0.016x
（1
0.0001x）0.5
（1
0.0003x）
经过对深圳市气象局对于
10米高度以上的风速、白日的太阳辐射或夜间的
云量等参数进行剖析能够估计该地区的大气稳固度处于
D等级，这样即可算出该
地域污染物扩散系数y、z。
同时，依据对附件二中颗粒物、SO2、NOx一个月内均匀排放量数据进行办理的结果进行剖析，算出焚烧厂污染物排放速率即源开释速率Q。
经过MATLAB程序利用题目和附件所给数据分别运转测定出了所选9个监测点各污染物的最大落地浓度（表4-2）：
表4-2所选监测点各污染物的最大落地浓度
所选监测点
X（m）
Y（m）
风向
风速
颗粒物
so2
NOx
（m/s）
（t/d）
（t/d）
（t/d）
平湖生态园
2000
0
西北
0.0214
0.033
0.0556
0.0714
铁岗水库
19166.7
0
东北
0.13
0.011
0.0019
0.0024
平湖镇
3914.69
0
西
0.72
0.0022
0.0186
0.0048
（龙口水库）
观澜镇
5422.68
0
东南
0.068
0.013
0.0303
0.0284
甘坑水库
4300.24
0
西南
1.11
0.0012
0.002
0.0026
布吉镇（仙湖植
10197.2
0
北
0.13
0.0026
0.0044
0.0056
物园）
9
深圳市（梅林、
16264.4
0
北
0.13
0.0014
0.0023
0.003
银湖水库）
石岗镇
16005.5
0
东
0.05
0.0036
0.0061
0.0079
公明镇（大顶岭
22681.9
0
东南
0.068
0.0017
0.0027
0.0037
山林公园）
综上所述，即可定量地监测出垃圾焚烧厂周边的环境污染状况，即环境动向监测系统。
剖析表中数据可知，各监测点污染物浓度与其地理地点、风向风速有亲密关系，而污染物浓度跟着距离污染物源点的增添而逐渐变小，这与我们预料的结果比较符合。
4.1.4用层次剖析法对各监测点污染程度进行综合排名
利用层次剖析法将决议问题分解为3个层次，最上层为目标层（A）,即各监测点的污染程度。
最基层为方案层，代表各个监测点，即监测点C1、监测点C2、监测点C3、监测点C4，监测点C9。
中间层为准则层，代表动向监测各污染物浓度，即颗粒物（B1）、SO2（B2）、NOx（B3），经过对同一层次的各元素对于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，结构两两比较矩阵；而后，由判断矩阵计算被比较元素对于该准则的相对权重，并进行一致性查验；最后，经过计算各层元素对系统目标的合成权重对各监测点污染程度进行综合排名。
1）依据已知数据成立层次结构模型（图4-6）。
目标层A各监测点污染程度（A）
准测层B
颗粒物
SO2（B2）
x3
）
NO（B
方案层C
C1
C2
C3
、
C4
C5
C6
C7
C8
C9
图4-6层次结构图
2）确定判断矩阵
依据以上层次结构模型和生活垃圾焚烧污染控制标正确定各污染物对污染程度的影响，我们给出以下判断矩阵：
10
表4-3准则层对目标层的判断矩阵
A
B1
B2
B3
准则层权值
B1
1
8/26
8/40
0.1081
B2
26/8
1
26/40
0.3514
3
5
40/26
1
0.5405
B
此处我们利用附件三生活垃圾焚烧污染控制标准中
GB18485-2001的数值标
准化，用标准化后的值作为权重计算各样污染物对监测点污染程度的影响系数，
再算出准则层权值。
经过各监测点各污染物浓度确定方案层瞄准测层的判断矩阵
（表4-4
和附录
三）:
表4-4方案层瞄准则层
B1的判断矩阵
B1
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
方案层
权值
1
1
3
15
2.5
27.5
12.7
23.6
9.1
19.4
0.4637
C
C2
0.33
1
5
0.85
9.2
4.2
7.9
3.1
6.5
0.1554
C3
0.07
0.2
1
0.17
1.8
0.85
1.6
0.61
1.3
0.0287
4
0.4
1.2
5.9
1
10.8
5
9.3
3.6
7.6
0.1830
C
C5
0.036
0.1
0.54
0.09
1
0.46
0.86
0.33
0.71
0.0167
C6
0.079
0.24
1.2
0.2
2.2
1
1.8
0.72
1.5
0.0365
C7
0.042
0.13
0.64
0.11
1.2
0.54
1
0.39
0.82
0.0198
C8
0.109
0.33
1.6
0.28
3.0
1.4
2.6
1
2.1
0.0507
C9
0.51
0.15
0.77
0.13
1.4
0.65
1.2
0.47
1
0.0454
3）层次
升级会员 