五一联赛数学建模污染扩散

1、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

2、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：参赛组别（研究生或本科或专科）：本科生所属学校（请填写完整的全名）参赛队员（打印并签名）：1.2.3.日期：2015年5丿I3日获奖证书邮寄地址：邮政编码410075编号专用页竞赛评阅编号（由竞赛评委会评阅前进行编号）：评阅记录评阅人nnnnnn评分nnnnnn备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）：1034题目污染扩散下的IX域宇气质量评价摘要本文主要可分为两部分，一是建立适合于京津翼区域的空气质量评价体系,二是对现实中主要的两种主要污染源

3、的扩散模型、影响区域等进行分析。问题一是探讨如何建立合理的空气质量评价模型，首先我们对影响大气质量的主要因素进行分析，然后对比了国标和美标的的API空气质量评价体系。以线性化隶属度函数U构造模糊评价，然后构造6种污染物的权值函数叱，并利用内梅罗方法进行修正。根据污染指数仍将京津翼的质量等级分为6级。针对问题二，首先查找了京津冀地区各污染物总的排放量；然后分析污染排放源中工业、交通排放、区域传输的比例。北京的主要污染源为交通排放、区域传输等原因与自身的经济发展水平、工业外迁等有关。污染参数主要有浓度、面积、速率等。而污染源的性质包括源强、源高、源内温度、排气速率等。污染源种类包含还原型、氧化型、

4、石油型等。针对问题三，首先建立单污染源高斯烟羽扩散模型，构造周期性源强Q(t),并分解为独立的周期性源强Qi(t)与Q2(t)o污染物浓度C是污染源Q的扩散和污染D的叠加。首先只考虑1T的污染物浓度的变化，然后按衰减速度将5T内的污染物视为区域总污染物。最后计算出区域内3个时间点的污染物的浓度分布并用MATLAB画出三维图。将研究区域进行10X10网格化，空气等级优良和危险区域的比重为75.3%和1.67%o对模型的在不同气象条件因素下的空气质量等级的变化进行分析，在降雨衰减后两个等级的比重为91.3%和0.33%。问题四中我们首先建立由多污染源构成的线、面污染扩散模型，然后把汽车排放多污染源

5、等效为线污染源后对扩散进行计算仿真。首先查找环路交通流中不同汽车类型的比重，然后根据M0BILE5计算出了不同车型的污染排放因子。最后对单双号限行下的交通线污染模型的扩散计算分析。利用CALINE4模型求出了单双号限行前后3个地点的不同污染等级的变化。空气质量等级1/3为适中，其余2/3为对敏感人群有影响。最后我们根据模型和求解结果，针对污染产生、扩散、治理等问题给有关环保部门编写了建议信。关键字：模糊综合评价、高斯烟羽扩散、分解源强、等效线源扩散、CALINE4模 1问题重述随着我国GDP持续快速增长，生态平衡和自然环境受到了一定的破坏，空气污染的弊病日益突出，特别是日益加重的雾霾天气己经干

6、扰到社会的出行秩序和生活质量。国家己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。不同的环境评价指标体系是随着经济发展和社会污染物变化而需做出必要调整的，不同区域也有不同的污染特性，京津冀地区作为我国工业，政治经济的中心，需要对京津冀地区的污染排放和扩散进行研究。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，以京津冀地区为研究对象解决以下问题：（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，

7、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。（4）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北京在试行单双号限行后二环、四环、六环路在早上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）根据模型和求解结果，分析总结影响空气质量的关键参数，写份建议报告，给出实现“APEC”蓝天的可行性措施和建议。2问题的分析本文所研究的问题一是要建立一个衡量空气质量优劣程度等级的数学模型。从国标与美标的异同出发，以国标的API的空气质量评价体系作为优化与改进的基础，建立一种能够综合主要污染物污染指数的模

8、型，进一步根据空气污染指数的大小进行分析。根据研究区域的污染特点，本模型需要与现阶段的主要污染对象的指标具有一定的相似性。本文研究的问题二，首先搜集相关的数据资料，确定京津冀地区主要污染源,包括具体产生污染的比重。污染源在大气中的时空变化决定了污染参数，即污染源空间分布大小、密度、以及分布变化的快慢等参数。首先根据大气中主要污染源的类型，查找数据后反推出主要污染源，然后研究污染源的理化特性，确定其性质和种类，最后分析该区域污染源产生的政治经济社会背景。本文研究的问题三即建立对于单污染源扩散问题。高斯烟羽扩散模型适用于连续点源污染，由于污染源为周期性非连续，我们考虑将周期性源强分解为两个独立的周

9、期性源强并对污染源的位置进行时间和空间的转换。研究区域某一点的污染物浓度即为源强污染与稳态污染浓度动态扩散降解的叠加，同时需要分类讨论分析。最后分别计算出区域内3个不同时间的污染物的浓度分布并画出污染物浓度三维图。由于影响扩散的因素较多，我们需要对不同的风力状态、大气稳定度进行讨论即为灵敏度分析。本文所研究的问题四中我们首先探讨多污染源的扩散模型，然后针对汽车尾气污染源，把多污染源等效为线污染源后对污染的扩散进行计算仿真。我们拟提出两个不同的模型。污染参数的取值与交通流中汽车类型以及车型的污染排放因子有关，在对机动车排放源强进行计算，即模拟出线源污染扩散的空间分布。模型的假设假设一：查找到的污

10、染物浓度等数据真实可靠假设二：问题三中的污染扩散区域内没有其它氮氧化物污染源假设三：问题三中的周期性污染带來的扩散背景浓度值是恒定假设四：研究的道路内的车流密度、行驶速度基本是相同的假设五：其他路线上汽车排放对研究区域的污染积累为一恒定背景值假设六：对某路段研究时3个环城高速均可以看做平直公路符号与公式的约定和说明w(i)：各种污染物的权重系数厶：某种污染物的污染指数Cmax:API分级限值表中最贴近监测到的某种污染物浓度C且大于C的限值Cmin:API分级限值表中最贴近监测到的某种污染物浓度C且小于C的限值厶n“为在API分级限值表中最贴近I且大于I的值厶n加为在API分级限值表中最贴近I且

11、小于I的值由于本文使用参数和公式较多，其他公式和符号在具体模型中再做说明。模型的建立与求解5.1模型一的建立5.1.1问题1的分析大气空气污染的影响因素很多，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。根据我国实际情况和最新国标环境空气质量标准，监测大气质量选取的影响因素见表格1：表1中美两国质量标准的指标中国：COl/i.CO24h、03l/i038h.S02l/iS0224/iN02l/iN0224h、PM】。24/i、PM2.524/i美国：CO8/1、O3l/i、O38/2、SO?1爪SO224HNO?2、PM】

12、。24/i、PM2.524h由上表可知，中国AQI指标在API基础上进行了全面的扩充，在指标数量方面是世界上最多的，由于增加了臭氧和PM25,使得AQI能够更好地表征中国当前的复合型空气污染特征。空气污染指数的计算方法：I十(C-C喚)+1喚将各污染物的市日均值分别代入API基本计算式所得值，便是每项污染物的API分指数。取最大者为该区域的空气污染指数API,则该项污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。即：APEnaxQi,I?1“)若其中石是在所有污染物分指数中的最大值，那么第1种污染物为该区域空气中的首要污染物。下表为国标和美标对于空气污染指数的分级：表2中美两国指标与等级划分空气质量

13、指数美国浓度限值中国浓度限值空气质量标准等级5015.435优10040.475适中15065.4115对敏感人群有影响200150.4150不健康300250.4250很不健康400350.4350危险500500.4500特别危险在计算空气质量指数时釆用了不同的分级方案，通过分级线性插值方法将指数范围设定为0500内的离散变化量，并据此进行级别分类。5.1.2模型的建立与计算现有的大气污染评价模型中存在的问题：观测点取各种污染物所对应AQI的最大值來评价整体的空气质量.在现阶段的测量中，实际上只有PM10或PM2.5的AQI对最终的空气质量AQI有影响。因此以空气污染指数计算模型作为基础,

14、综合考虑所有污染物的权重，建立模糊综合评价的指标体系模型。每个等级都有对应的浓度限值，我们用二但息毎描述，由它们可以构成评价大气环境指数标准集合。环境因素与评价标准之间的模糊关系可用隶属度函数U來描述，借鉴线性插值的方法，构建线性隶属度关系U：1x此权重是衡量因子集中某一因子对空气污染影响程度相对大小的量，权重系数越大，则该污染物对空气的影响程度越大。本文使用标准限额的超标值來确定大气中不同的污染物的权重值*的大小。因此权重系数可以表示为：W二c/s,s二工二S/11当得到了权重系数之后，为了方便进行运算，还必须对n个污染物因子的权重结果进行归一化处理：权系数向量表示为W=gf，w.，wJ，最

15、后根据模糊运算的关系，用污染物多个污染等级乘以相应的权重值得到该地区总体污染程度，表示为：crY表示评价空气质量的污染等级。搜集北京市某一监测点记录的连续24天的空气质量数据，我们用matlab计算并得到AQI值的变化，如图1所示：观有Aai计JS下的指轨值佰和各衍来彻的关系邀3025201510複型數俺值和各污染紡的关系回300250200150100510152025天数图1AQI值与空气主要污染物浓度图2模糊评价下总污染指数采取上文模型1,同时根据国家标准的排放限值，建立隶属度函数、利用综合模糊评价对各个污染物的污染加权求和，计算得出该模型的AQI值的变化，如图2所示。由上图2可知，在隶

16、属度为线性模糊隶属关系U,并且利用权重值叱，得到到的API值更加反映整体污染物的平均指数，相对于直接的平均概率加权，API的值也考虑了最大污染物指数的影响。但是，污染指数最高的污染物对污染的贡献并未明显体现。考虑使用内梅罗指数法修正叱，基本计算公式：/maxfw3)+ave252max,:表示单因子环境质量指数中最大者各单因子环境质量指数的平均值内梅罗指数特别考虑了污染最严重的因子，内梅罗环境质量指数在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响。对权重值修改后，重新计算出评价模型的指数。侈正指数伯值和各污染物的关系图450520:505052211天1020SooooOV5o52211鬆更滋更翻縣

17、&一殳ulftK燈宴滋llrTT幕300图3修正模型下污染物浓度.指数与总污染指数由图3可知，用广泛应用的内梅罗环境评价方法修正各个污染物归一化的贡献权值，具有良好的效果。与API指数值相比，本模型的总污染指数值与各个体的污染指数有很高的相似。左图中可知，修正后的模型与PM25吻合度很高，在反应整体污染的同时，正确的反映出京津唐地区现阶段的主要污染的变化。而对于不同的污染指数和污染等级的划分，我们仍旧按照原有国标进行换算。5.2问题2的分析普通的大气的污染源主要有三种：生活污染源、工业污染源以及交通污染源。5.2.1污染源与参数的分析由于京津冀三地的污染类型不同，既有传统工业燃煤，也有汽车尾气

18、和道路扬尘。从污染的构成來看，北京市传统主要污染物的排放量如下表所示：表3污染物的种类与排放量20112012二氧化硫排放总量（吨）97883.0093849.00氮氧化物排放总量（吨）188325.00177493.00烟（粉）尘排放总量（吨）65848.0066825.00从污染源的组成來看，工业是京津翼地区二氧化硫、氮氧化物、工业烟（粉）尘的主要來源。表4各污染物排放源的构成比例二氧化硫氮氧化物排放量工业烟（粉）尘匸业91.2%68.4%82.6%经过查找北京大气污染源的相关数据后，构成大气污染物PM?5的污染源的贡献率饼状图如下图所示图4北京市PM2.5来源的构成由图中可以看出北京市大

19、气的污染源主要有区域污染传输、交通运输污染（22.20%）、工业污染（16.3%）、以及燃煤污染（16.7%）。北京的区域污染传输部分原因是由于河北的工业污染排放比较多。从上文数据中不难发现，北京市交通排放污染大、被输送的污染比重大，其原因是，北京作为我们国家政治经济中心，车辆保有量大、需要的食品输送量大，工业比重小，而河北作为工业转移的对象，污染物排放大等特性。大气污染的参数主要有以下三种，污染源在大气中的时空变化决定了污染参数。污染参数污染区域的浓度分布污染区域的面积大小污染物扩散速率快慢图5大气主要污染参数5.2.2污染源的性质与种类分析根据污染源自身的物理可行，可以将污染源性质分为如下

20、的四类。污染源性质源强Q排于率源高H源内严图6大气主要污染源的性质源强Q是污染物的排放速率，而排气速率U与源强成正比，即源强越大，污染越严重。源高指污染源排放的高度。源内温度T越高扩散速度越快。根据不同的分类方式，污染源可有不同的分类方式，按照化学特性，可以将大部分污染源分为表内四类：表5大气主要污染源的种类还原型SO2、co、颗粒物氧化型汽车尾气污染、光化学污染石油型NO?、CnHm0t其它型工业企业排出的各种化学物质按照其他的分类方式,污染源的性质与种类有不同的分类：单点污染源、多点污染源、线污染源、面污染源；固定污染源、移动污染源；性质可以分为气溶胶、气态、固态颗粒污染源等。5.3模型二

21、的建立与求解对于单污染源的空气污染扩散，我们可以釆用高斯烟羽扩散模型计算出周围空气污染的扩散过程，得到垃圾焚烧厂周边污染物浓度分布图。5.3.1周期性源强下的高斯烟羽扩散模型对于连续辐射污染点源的扩散问题而言，通常都以污染源为起点，主风向为X轴，并且指向下风的方向，与风向垂直的方向为z轴，而水平截风向为y轴的方向，由研究可以得知污染物的粒子浓度沿y轴和z轴符合正态分布。f(x)二就可得出辐射污染物浓度单一在Y方向上扩散的计算公式c(y)=c0(y)e根据二元正态分布公式f(x,y)=f(x)f(z)c(y)f瞬其中公式中的符号含义如卜:c三维空间中任一点上辐射污染物的浓度Co为X轴线上某点的辐

22、射污染物浓度Oy辐射污染水平扩散参数与铅直向距下风向的垂直扩散参数y、z分别为横风向和铅直向距下风向的垂直距离Co(y)y=0时的浓度值(bp/m3)C(y)辐射污染在y方向任意一点的浓度(bp/m3)进而源强的积分公式可以根据假设得出：Q=IJjC(x,y,z)dydz代入变换积分后，得到C(x,y,z,H)o本题中可视为高架点源模式，且针对排放口处于高空位置的高架点源，将点源在地面上的投影点0作为坐标原点，有效源位于轴上某点,y=H.若假设污染物到达地面后被完全吸收，不存在反射浓度的累加，那么污染物的浓度计算公式为：C(x,y,z,H)=Q若要计算高架点源的地面浓度公式，则可令“0,得:依

23、据上式，若进一步令y=0,则可得到沿x轴线上的浓度分如公式:5.3.2模型参数的确定按照Pasquill的分类方法，随着气象条件稳定性的增加，大气稳定度可以分为A、B、C、D、E、F六类。其中A、B、C三类表示气象条件不稳定，E、F两类表示气象条件稳定，D类表示中性气象条件，也就是说气象条件的稳定性在稳定和不稳定之间。风力大小对污染扩散的速度和方向有很大的作用，统计到河北省地区的风力风行数据如下：表6京津地区风频与风向风向eFenPnmwwsses频度0.0950.1350.1520.1560.0920.1440.1340.092 表7大气条件与稳定度的分级地面风速(m/s)白天太阳辐射阴天的

24、白天或夜间有云的夜晚强中弱薄云遮天或低云20.5云量W0.46CDDDDD一般來说，随着大气稳定度的增加，扩散系数减小。根据Hanna和Drivas的建议，化学危险品事故泄漏扩散系数与大气稳定度类型和下风向的关系如下表&表8扩散系数的计算方法大气稳定度%OzA0.22x(l+0.0001)1/20.2xB0.16x(l+0.0001)1/20.12xC0.11x(l+0.0001)1/20.08x(l+0.0002)1/2D0.08x(l+0.0001)1/20.06x(14-0.0015)2E0.06x(l+0.0001)1/20.03x(l+0.0003x)F0.04x(l+0.0001)

25、1/20.016x(1+0.0003x)由于本题目已经给出了烟囱污染排放的强度，所以不需重新计算。本题采用国家标准中的计算方法计算烟气有效高度。有三种不同的情况，具体的计算方法如下：有风、中性和不稳定的条件下当延期热释放率Qk2WOKJ/St且烟气温度与环境温度的差值心35K时，AW=nQQlHu当1700Q/SQk21OOKJ/S时，且烟气温度与环境温度的差值心35K时，AH=*+(側2-当Qk1700KJ/S或者ATuQ0.5m/s和小风iz()兰0.5m/s时H=5.5Q%(營+0.0098)-%5.3.3等效非持续双源高斯模型的建立 在估算大气污染时经常选用的计算公式，其估算值与孤立高

26、架点源(如电厂烟囱)附近的环境监测数据比较一致。本问题中，单污染源空气污染为氮氧化物，污染源强QQ)随着时间非完全连续性周期性变化。污染源强需给出周期性排放系数。构造函数：(U1C19t+nT15Q(t)=v2C222t+nT28T=24/i(015t+nT22为了构造出函数C(t),我们不考虑扩散周期内风向风力大小变化，研究理想情况下的C(t)将周期性的源强Q(t)分解为独立的周期性源强Q1C)与Q2(t)，即Q(t)=QO+Q2O将独立后的周期间T的无排放时间间隔转换成空间位置间隔，则某一点的不同时间点的污染物浓度可以表示为图8所示：则计算出C(x,y,乙H冶讪=C(,y,z,Hi)+C(

27、E+Wy,z,HJ当源强Qi(t)处于0排放时，源强Qi(t)在point产生的污染浓度分布会随时间衰减，同理当源强Q2(0处于0排放时，源强Q2(0在P。血产生的污染浓度分布会随时间衰减。氮氧化物的随时间的衰减规律为_z,H)ponu=e10C(,y,乙HJ+e10CQq+vt,yzHJ+Cop厲卩逐的值约为前一周期的污染物浓度的剩余值，并且考虑污染物整体速度的漂移，则公式069+11)06931,06931.0693(1.+21)C(x,y,z,H)”迂e-+eC(,y,z,HJ+eC(x】+vt,y,z,HJ为了简化计算，首先仅考虑一个周期内扩散对污染物浓度分布的影响。以中午12点为例，

28、研究区域内的污染物浓度分布图如下所示：双污聚源里周期TF污衆物的空间弁布y/km图11单周期中午12点污染物浓度分布由图10可知，在仅考虑一个周期的双污染源的排放时，污染物浓度分布不仅在烟囱排放出出现极值，在某个下风向方向也出现了比较高的污染物浓度极值区域，且该区域的污染物浓度值变化较为缓慢。此极值点为本周期的$污染排放产生的。由于研究区域的范围很大，污染物的浓度不仅仅是两个点源污染扩散的时间与空间浓度变化的叠加，应综合考虑多个周期，根据氮氧化合物的降解与扩散方程，求得降解度与周期的时间关系：爭周明TF污樂物的降甫空间分布表10污染物随周期T的衰减剩余量周期1T2T3T1T5T剩余污染0.53

29、530.28630.15340.08210.0439则选取5T,已经能够95.61%的考虑所有周期污染源排放的影响。图12多周期中午12点污染物浓度分布由上图所知，当分别考虑在两个排放源强稳态分布的时候，其污染浓度分布均服从高斯扩散，而在达到稳定平衡状态之前，则是动态变化的过程，我们将重点讨论动态变化的过程。同样，根据不同的时间点，我们可计算出污染物的空间浓度分布。图13多周期晚9点污染物浓度分布图14多周期上午8点污染物浓度分布根据第一问划分的空气质量标准，对上午8点该研究区域的气污染浓度分布进行分级，首先将该区域网格化。510153325J335W4560图15研究区域的网格化将研究区域网

30、格化为10X10的网格，根据API和问题一建立的指标评价体系,按照污染等级划分，三个时间点，6个污染等级的区域数分别为下表所示。网格区域污染等级的划分标准为最大面积的浓度所在的空气等级。表11空气质量等级的网格化区域数优适中敏感不健康很不健康危险8点31431184212点35451243121点353715723由上图所知，当分别考虑在两个排放源强稳态分布的时候，其污染浓度分布均服从高斯扩散，而在达到稳定平衡状态之前，则是动态变化的过程，我们上文重点讨论动态变化的过程。5.3.5大气的外部特性对扩散的影响与模型的灵敏度降雨对烟羽中的颗粒物具有清洗作用，可溶性气体与蒸汽亦可溶于雨水中，降雨过程

31、造成的这类湿沉积是导致污染物向地面沉积的另一重要机制。通常以冲洗系数p(ST),描述降雨对烟羽中污染物清洗作用的大小。p与雨强的关系可以表达为：p=alb式中，I为雨强(mm/h),a,b为经验系数，取a=1.2X10_5?b=0.5冲洗系数对降雨的影响可用如下公式描述：QM=Qexp(一葺得到降雨条件下修正的点源高斯污染扩散模型。我们计算出降雨衰减下的污染物浓度扩散如下图。图16污染物浓度分布雨水冲洗后的浓度分布同时计算降雨衰减下的三个不同时刻的污染物浓度的空间分布，再次统计并计算出不同质量等级的网格化区域的数量，空气质量等级较高的区域比重变大，污染区域的比重减小，具体数值见下表。表12降雨

32、冲洗后空气质量等级的网格化区域数优适中敏感不健康很不健康危险8点4052422012点3855311021点、42475301U预测路段有效排放源高出的平均风速5.4模型三的建立与求解5.4.1多污染源问题的分析除去上文模型三中的固定点污染源外，生活中更为常见的是多污染源空气污染。多污染源可是多固定污染源组成静态多污染源，也可以是移动的污染源组成的动态多污染源。当多污染源随机分布时，我们可以釆用多高斯大气污染扩散的叠加对污染扩散进行研究。而当多污染源按照一定规律排列，则可能组成线污染源或者面污染源。线污染源是指呈线状分布的污染源，而面污染源是指在一个大面积范围排放污染物的污染物。5.4.2线污

33、染源模型的建立大气污染物线源扩散模型，对于一个连续的无限长直线扩散源，在扩散源下风任意一点处的浓度根据风向与线源所成的角度0不同，可分为3种类型：当60。090。时，即风向与线源垂直,则连续排放的线源下风向任一点的污染物浓度的计算模型为：。需詈塚(务)当30。060。即风向与线源不垂苴则按风向与线源间的夹角进行修正，则连续排放的线源下风向地面浓度为(3)当0SBS30。时定为平行风，则连续排放的线源下风向某评价点的地面源浓度，应当是上风向各小线源段对该点浓度贡献的总和.c=expH32氏其中：q线源源强门鸟/仗1第i个小线源段的长度(m);心一第i个小线源段中心到评价点的距离(m);N所划分的

34、小线源段的个数产可是线源的宽度(m);另外一种CALINE4模型的基本思想将道路划分成一系列线源单元，分别计算各线元排放的污染物对接受点浓度的贡献，然后通过求和计算整条道路流动源在接受点产生的污染浓度。%=轧金咲绘咲詈-垮)胞沈冷咛帥-4如逬二+；(讐)2EFFa=看亠各个华号的意义如下所示:Cpr道路线源AB段对接受点Ro产生的污染物的体积质量,mg/m3 Qe污染物排放的源强K垂直扩散系数dl线源微元Vs污染物沉降速率V1污染物沉积速率y线源微元dl中点到接受点Ro的横风向距离FA污染物的成绩影响因子EFFA的调整因子nin2累加起始值和终止值，由大气稳定度和风速决定AB线源的起点和终点5

35、.4.3面污染源模型的建立面污染源是指在一个大面积范围排放污染物的污染物。根据现有的论文和大气污染模型，则现有的面污染源的污染扩散模型如下所示。一榔严fexp-0.5(、y_2dyixj5xy5y丿式中：面源排放速率，g/(m2)5.5交通污染问题的分析单双号限行制度是为了缓解城市交通压力而催生的一种交通制度，基本规则:单号日子时候，只能车号的末尾数字是单号的私家车可以上路，双号日子的时候，只能车号末尾数字是双号的私家车可以上路。本文利用北京市的各种汽车的流量以及相应车型的尾气排放量等相关调查数据，然后采用大气环境质量的线源扩散模型对有关污染物的扩散与分布进行了模拟仿真计算，从而得出汽车尾气污

36、染对环境影响的数值模拟结果，初步探讨了城市交通网络汽车尾气产生的儿种主要污染物时空演变状况。5.5.1道路线污染扩散模型在问题三中，我们建立了单污染源高斯扩散模型，而对于多污染源空气污染扩散，可以釆用高斯模型的叠加，或者将多点看做线污染源或者面污染源。高斯型模式能较好的模拟开阔平坦公路上机动车排气污染物的扩散，而不适用于存在密集高层建筑物的街道峡谷。因为机动车所产生的大气污染物最高浓度距离地面lm左右机动车排气污染物难以扩散。根据城市的气象因素及城市街道儿何形状的的特点，研究城市街道中污染物的产生因素与扩散迁移规律。我们釆用多点源构成的线污染源。我们直接釆用大气环境质量的线源扩散模型來作为汽车

37、交通流污染物的线源扩散模型。由城市道路机动车排放源强的计算公式为：Qj工N邑/3600其中公式中的符号含义如下:Qj机动车第j种污染物排放源强第i中车型的车流量用第i种车型j种污染n车型分类数，一般为7或8汽车尾气污染物排放量与汽车的类型有关，不同的汽车排放成分乂有所区别。排放因子是指单位机动午行驶单位里程排放的污染物量，反映了车辆排放状态的最基本参数，是多种因素综合作用的结果，为了简化模型，我们仅考虑机动车的类型不同所造成的排放污染物的种类和速率不同。利用修正的MOBILE5模式进行计算，可到北京市车速23km/h的排放因子。表12不同车型测污染物排放因子（单位：g/km）项目轿车轻汽车中汽

38、车重汽车轻柴车中柴车重柴车CO48.441.1173.6786.622.612.675.63陀1.792.754.669.562.392.5824.10THC6.268.2012.6711.021.331.454.19在城市道路机动车排放源强计算之前，要进行道路交通量的预测，通常在城市道路交通规划中，道路交通量的预测值是通过四阶段法的交通分配得到的。根据统计公报，2014年北京市机动车保有量有570.6万，在二环路、四环路和六环路出，不同类型车辆的比例构成情况如：表13不同车型在各个环路的比重值项目小客车大客车小货车大货车其他二环95%2.1%1.1%0.4%1.4%四环88%3.1%3.6%

39、1.6%4.3%六环70.5%2.7%9.6%4.9%12.3%根据数据查询与统计，分别截取二环、四环、六环的某一段道路，统计得出车流量分别为1OOOO量，13000量，20000量。5.5.2模型3的理想状态的计算与仿真相同车流虽T三条环跨附逅的污架浓度首先不考虑污染排放的强度变化和污染扩散之间的相互影响。按照上面建立的计算模型，在这里假设用第1种模式來计算，即风向与线源垂直，假设排放高度是lm,这样可计算基准控制区内所有计算点的浓度，进一步绘制出控制区的污染物浓度地面分布图由于不同污染源排放特性不同，对同一个区域地面浓度影响的大小范围也不同。1.81.61.41.210.80.604025

40、0100150200250300垂亘适路距赛加图17污染物浓度与距离环路区域的关系由上图可知越是靠近道路其两侧的污染越是严重，其中在200m内受尾气排放污染最为严重，超过了国标的二级和三级NO*污染标准。左图是由于行驶车辆类型和污染排放因子的差异造成的。风速差别等原因造成了右图所示的污染扩散浓度分布。考虑不同的环路车流量是一个随时间动态变化的过程。因而线污染扩散源强也是变化的，则某一点的污染物浓度可以表示为：C(point,t)=LQdt-匚DC(pomt,t)dt+C0其中Co=D(T)C(points)=0.227C(points)在不考虑污染相互扩散的影响时，以每个小时为一个周期，根据不

41、同时刻的四环路段的车流量，我们计算出污染物浓度的变化如下图所示。根据污染物浓度标准，上午8点至晚上22点，污染物浓度均处于不健康的污染浓度。四环200米六环20咪二环200米处污染物浓厦的娈化U14.5160643.514-04-3AZ303-25220215V-/11丿-0.1Jvv050/L1111011011115101520时间15101520时间t6101520时间1图18四环某点的一天的污染浓度变化表14不同区域的污染度等级空气质量等级二环四环六环8点对敏感人有影响对敏感人有影响适中12点对敏感人有影响对敏感人有影响适中21点适中适中适中5.5.3单双号出行对污染扩散的影响从16日

42、开始北京启动汽车单双号，假设道路通行车辆的数量减少一半，根据污染物有机动车排放的比重。rt2rt2C(point,t)=|Qdt-|DC(point,t)dt+C0由于排放车辆减少一半，则污染源强的Qe减小一半，根据图19污染物浓度变化上图所示为仅考虑汽车尾气排放作为唯一研究对象，污染物浓度的变化不仅与线污染源产生扩散有关，而且把沉降系数与时间联系。则对于单双号來讲，污染物的浓度变化如下表所示：表15单双限行后污染物浓度值空气质量等级二环四环六环8点1121028312点U6151H221点10896625四环2D0米535253.21.qesuoon203050464053由上表数据和图示可

43、知，单双号出行的后，氮氧化合物等污染物浓度能够有较大幅度的下降。表中标黑的数据均为AQI值小于100,空气质量等级为适中,其余污染物浓度值均处在对敏感人群有影响的等级。模型的评价与改进方向6.1模型一的评价模型一首先研究了现有的污染指数API的计算，API指数会过大的突出最高污染物的污染指数。而在现阶段下我国的主要污染为PM2.5,计算无法准确反映其他的低浓度污染物的作用，我们利用模糊综合评价法，将所有污染物给予一定权重。为了突出主要污染物，用内梅罗方法修正，得到了较好的效果。6.2模型二的评价模型二研究的是50公里区域内污染物的扩散。首先将污染源强分解为來年各个独立的周期性模型，并作出时间与空间的变换，使得研究的复杂度降低。然后以单周期的污染区域扩散作为研究对象，最后再综合考虑多周期间浓度的持续作用，做出了matlab仿真图，具有良好