基于羊式计算法的空气污染问题研究

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1、基于羊式计算法的空气污染问题研究羊李华北科技学院河北廊坊摘要初步了解各种绘图软件，认识到MATLAB具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。随后我们查阅知道了国内常用的高斯烟羽模型及高斯扩散模型和大气扩散模型，由于高斯模型的局限性，根据麦克斯韦提出的气体分子速率分布函数对高斯模型进行完善，得出羊式高架点源公式，再以地面浓度最大值计算空气质量分指数得出。又因为高斯模式只适用于100平方千米以

2、下的面积，于是我们采用面源化点源在叠加的方式形成羊式面源计算法进行计算。关键词：高斯模型，气体分子速率分布函数，分子扩散速率，羊式高架点源，面源化点源，叠加计算，羊式面源计算法1、问题的提出1.1问题背景近十年来，我国GDP持续快速增长，但经济增长模式相对传统落后，对生态平衡和自然环境造成一定的破坏，空气污染的弊病日益突出，特别是日益加重的雾霾天气已经干扰到社会的出行秩序和生活质量。国家能源委员会《新能源产业振兴和发展规划》等“国家新能源发展战略”政策的出台，说明国家已经把能源环境问题上升到国家安全级别，经济发展转型、节能

3、减排、能源利用新途径和发展新能源等方面的问题亟待解决。1.2已知条件一般认为影响空气质量的主要因素有PM2.5、PM10、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、硫化氢、碳氢化合物和烟尘等。1.3目标任务问题一：参考现有国标和美标，建立衡量空气质量优劣程度等级的数学模型。问题二：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。问题三：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

4、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。问题四：建立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

5、量等级。问题五：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。2、问题分析2.1问题一分析国标和美标存在差异，通过了解国际上现有的标准，建立适合的空气质量优劣程度等级模型。2.2问题二分析此问题要求我们对已知数据进行数据分析，由于此问题涉及多种污染物，因此我们就需要对数据进一步量化处理，将这些数据经过分析，分析影响空气质量的主要污染源的性质和种类。2.3问题三分析该问题的重点是分析污染物的传播特征，包括传播途径，方式等，再根据他的

6、传播特征建立具体的数学模型，从而定量的来计算空气质量等级。基于已有的污染物传播特征，查阅相关资料我们了解到，高斯扩散模型适用于大气物理传播。由于我们不知道单污染源部分时间排放的具体参数，因此，我们就只能先扩大误差计算，再通过量化和合并不确定性的方法降低误差，进行计算。根据高斯扩散模型和大气扩散模型，基于已有的函数模型，通过模糊评价法进行粗略计算确定的空气质量指数范围，得出空气质量等级。2.4问题四分析首先是根据建立的单污染源空气扩散模型分别其优缺点。其次是查阅相关的资料，基于已有的污染物的传播特征分析，我们在此分析的基础上

7、收集关于汽车尾气污染扩散资料，北京地理信息等信息。有了这些信息，我们可以用具体的数据对其定量化，得出空气污染浓度梯度变化及空气质量等级。3、模型假设(1)不考虑地质灾害对污染物扩散的影响；(2)不考虑各单位数据测量误差；(3)其他假设见各模型细则。4、符号假设符号意义单位IAQI空气质量分指数/IAQIp污染物项目p的空气质量分指数/IAQI1,IAQI2,IAQI3,⋯,IAQIn各污染物空气质量分指数/CP污染物项目的质量浓度值μg/m3BPHi与CP相近的污染物浓度限值的高位值μg/m3BPLo与CP相近的污染物浓度

8、限值的低位值μg/m3IAQIHi与BPHi对应的空气质量分指数/IAQILo与BPLo对应的空气质量分指数/AQI空气质量指数/Xmax过去12h颗粒物检测值最大浓度值μg/m3Xmin过去12h颗粒物检测值最小浓度值μg/m3J浓度变化极差μg/m3φ颗粒物浓度的变化率/ε权重因子（0.5≤ε<1）