数学建模获奖论文(5)

2019-08-31 12:47

四环:

综合考虑地理位置和时间的影响,四环早上8点大气稳定度为C,中午12点为B,晚上9点为D

根据不同时刻大气稳定度可确定出不同地点σy、σz。用matlab将各数据带入高斯线源扩散模型即可求出各个时刻的汽车尾气污染物浓度分布情况。

四环CO浓度曲线3蓝线8点红线12点黄线21点 2.52CO浓度C1.510.50 0100200300400500600距线源距离x7008009001000

图9四环CO浓度曲线

四环NOx浓度曲线0.160.140.120.1NOx浓度C 蓝线8点红线12点黄线21点0.080.060.040.020 0100200300400500600距线源距离x7008009001000

20

图10四环NOx浓度曲线

六环:

综合考虑地理位置和时间的影响,六环平均风速2.1m/s,六环早上8点大气稳定度为D,中午12点为C,晚上9点为D

根据不同时刻大气稳定度可确定出不同地点σy、σz。用matlab将各数据带入高斯线源扩散模型即可求出各个时刻的汽车尾气污染物浓度分布情况。

六环CO浓度曲线10.90.80.70.60.50.40.30.20.10 0100200300400500600距线源距离x7008009001000蓝线8点红线12点黄线21点 CO浓度C

图11六环CO浓度曲线

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六环NOx浓度曲线0.050.0450.040.035蓝线8点红线12点黄线21点 NOx浓度C0.030.0250.020.0150.010.0050 0100200300400500600距线源距离x7008009001000

图12六环NOx浓度曲线

分析:经过上面几幅图的对比,我们发现,就同一地点而言,比如二环,早晨8点时刻比其它两个时刻CO和NOx的浓度都要高,这正符合实际情况,因为早晨8点处于上班高峰期,车流量的增多必然会引起污染物浓度相较其他时间偏高。而从不同地点即不同环度来比较,同一时刻污染物浓度也不尽相同,这也正说明了气象条件(风速)对污染物扩散的影响。

但从整体来看,车流量是影响污染物扩散的主要因素,因此北京单双号限行措施会在很大程度上缓解北京的空气环境压力。 题中问题解答:

污染物在同一地点不同时间的梯度变化可以上面图形中看出。至于空气质量等级的评估,我们更愿意去考虑线源对于周围环境影响的大小。故列表如下:

表20

政策实施距污染源距离X 政策实施前CO浓度单项API值 后CO浓度单项API值 mg/s mg/s 10.85 2.35 1.18 22

10 50 100 16.28 112.56 3.54 1.77 35.4 17.7 101.7 23.5 11.8 200 0.89 8.9 0.59 5.9 从图表中可以看出,车流量的减少在一定程度上释放了周围空气环境的压力,同一时间点,政策实施前后AQI值有所改变,这在一定程度说明了限行政策的可行性。另外从空间来看,当离线源距离超过200时,线源对周围环境的影响便不再明显,而影响较大的区域为50M以内,这也就指导人们房屋建筑应与道路拉开一定距离,不能靠的太近。尽管车流数据不大准确,但我们还是可以看出,政府政策调控对于环境保护的有力作用。 注:对应代码见附录三

问题五的求解

由第二问的分析以及第三问的高斯烟羽扩散模型和第四问的高斯线源模型所获得结果和数据可以直观的对比出影响津京冀地区空气质量的主要参数。 表21津京冀地区主要污染源成分参数分析 地区 北京 天津 河北 主要污染源 机动车尾气排放 工业废气污染 主要成分 PM2.5 SO2 、粉尘、NOx

燃煤、工业废气污染 SO2、CO、粉尘、NOx 对津京冀地区环保部分的建议: 地区 北京 建议 根据第四问可知在晚上九点钟的时候解除限行指令;推广使用天然气;改用优质低硫低灰煤 天津 发电厂燃煤机组的清洁化利用、开发新型能源、严格执行相关法律法规;定期清洗马路控制粉尘 河北 大力开发使用新型能源,例如风能、太阳能、利用燃煤企业余热发电等,严格监督工厂做到合格排污,根据第三问分析可知,中午要注重调控工厂废气的释23

放 对于APEC蓝的可行性措施和建议:车辆限行,提高车辆质量,加大对电力汽车的研发和使用力度。在华北地区建立起联动控制工期质量的工作机制,加大环境执法的执行力度。 模型的优缺点及推广

优点:在建模过程中,我们针对不同情况,对模型进行了相应修改,达到了基础模型的通用性和特定模型的针对性的结合,并且由模型求出的解在一定程度上与实际吻合较好,对实际生活有一定的指导意义。

缺点:以上模型大多为了求解方便都是建立在理想情况下的,未能细节深入到实际细小的方面,比如污染源周围建筑物,污染物的沉降效应等都未作考虑,这就使得模型在一些特定情况下不适用。

推广:以上模型还可以推广到重金属的污染扩散求解等问题,另若将模型在做一维扩展,可以用来求解面源扩散问题。 参考文献

[1] 姜启源 《数学模型》(第三版),高等教育出版社,2003年8月 [2]谢绍东等 《汽车排放污染物浓度的预测》,中国环境科学,1995年10月 [3] 卓金武,魏永生,秦建,李必文.Matlab在数学建模中的应用 [M] .北京:北京航空航天大学出版社,2011

[4] 张斌才,赵军.大气污染扩散的高斯烟羽模型及其GIS集成研究[J] .环境监测管理与技术,2008,20(5):17-19

[5] 环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)HJ633-2012 [Z].北京:中国环境科学出版社

[6] 环境空气质量标准GB3095-2012 [Z].北京:中国环境科学出版社 附录 附录一

24


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