城市污染评价和污染扩散与预测模型.docVIP

城市污染的评价和污染的扩散与预测 摘 要 本文讨论了城市污染的主要影响因素，比较了北京、天津、上海、西安、重庆五个城市的污染程度，预测了西安市中长期污染状况。 针对问题一，首先通过变异系数法通过MATLAB软件算出城市污染各项指标的权重，进而确定出影响人们生活的空气中主要污染物为二氧化硫、可吸入颗粒污染物、一氧化碳、酸雨；影响人们生活的噪声污染主要表现在居民文教区昼夜，工业集中区昼，交通干线夜；水中主要污染物为石油类、挥发酚、铅、汞、镉、砷排放量以及总铬排放量，然后建立相对模糊矩阵评价北京、天津、上海、西安、重庆五个城市的污染程度，建立综合评价模型，由MATLAB算出了各城市的污染程度值，得出了北京的污染程度最轻，西安第二、天津次之，上海再次之，重庆最严重的结论。 针对问题三，根据西安市2009—2013年空气污染及2011-2013年水污染数据对各污染指标建立灰色建立GM(1,1)模型，并对各污染指标的灰色模型进行了残差分析，得出了用灰色模型预测各污染指标合理的结论，最后通过各污染指标的灰色模型分别预测了西安市2009-2028年空气污染各指标的年平均浓度值（见文中表 ），及2011-2030年水污染六项主要指标的排放量（见文中表 ）。 通过前三问中对城市污染程度的比较、主要污染因素及西安市空气污染、水污染状况未来20年的预测向西安环保局提出了建议。 关键词 MATLAB软件；变异系数法；相对模糊矩阵评价； 一、问题重述 随着改革开放的不断深入和城市化进程的迅速推进，城市化带来的一系列环境问题日益突出，已经影响到国家经济和环境的可持续发展。城市污染相当严重，对社会经济的可持续发展、国家的竞争力和市民的健康产生了不良影响。城市环境污染问题越来越成为世界各国的共同课题之一。 （[1]）城市环境污染及治理研究 梁旭著。北京 时事出版社，2013.9 查找北京、上海、天津、重庆以及西安五个城市的污染数据，讨论如下问题： 1.建立城市污染评价模型，比较这五个城市的污染程度，找出影响人们生活的主要污染因素。 2.建立污染扩散的数学模型，并用一个或几个因素检验所建模型的合理性。 3.给出西安市污染状况的中长期预测数据。 4.给相关部门提供一篇治理污染的建议短文。 二、问题分析 对于问题一，基于北京、天津、上海、重庆以及西安五个城市的污染数据（见附录），评价指标较多，为了公正地对各个方案进行综合评价，由污染指数观测矩阵建立模糊综合评价模型（[2]），通过MATLAB算出这五个城市的综合评价值，比较这五个城市的污染程度。通过变异系数法算出各指标在影响城市污染中的权重，进而找出影响人们生活的主要污染因素。 对于问题二， 对于问题三，城市空气污染与水污染各指标没有明确具体规律可循，因此可以建立灰色预测模型，将城市污染各项指标部分数据序列输入到系统中,通过某种线性或非线性的转换来预测未来指标的变化情况，通过MATLAB计算得到西安市中长期污染状况预测数据。 通过前三问中对城市污染程度的比较、主要污染因素及西安市空气污染、水污染状况未来20年的预测数据向西安市环保局提出相关建议。 三、基本假设 污染评价模型 假设各个污染指标是独立的，忽略各污染物的相互作用； 2、忽略空气中氟化物、铅及其化合物等的影响；水中氰化物等的影响 3、所调查城市无突发重大城市污染事件发生； 高斯扩散模型的假设 污染物浓度在空间中每个断面按高斯分布（正态分布）； 在整个空间中，风速是均匀的，稳定的； 污染源源强是稳定的； 4、在扩散过程中污染物质量是守恒的。 四、符号表示 :污染指数观测矩阵 模型建立与求解 五、模型的建立与求解 城市环境污染是超过自净能力小来衡量各污染指标对城市污染的影响程度。 利用变异系数法确定各污染指标的权重，根据各项污染指标的权重大小，确定城市的主要污染因素。 设是个待评价方案的集合，此题中是北京、天津、上海、重庆、西安5个城市的污染状况，是评价因素此题即各污染指数的集合，将中的每个方案用中的每个因素进行衡量，得到一个观测值矩阵： ， 其中表示第个城市关于第项污染指标的值。 计算各项指标的变异系数，方法如下： ， 其中， 再对进行归一化，得到各项污染指标的权数为： 其中： ：表示第个污染指标的变异系数； ：表示第个污染指标的的平均值； ：表示第个城市第个污染指标的值；， ：表示第个污染指标的权重，。 由五个城市空气污染指标（见附录表1）建立观测矩阵 由五个城市噪声污染指标（见附录表2）建立噪声污染指标观测矩阵 由五个城市水污染指标（见附录表3）建立水污染指标观测矩阵 则城市污染指标观测矩阵为， 最后利用MATLAB软件（程序见附录）求得各污染指标的权重见表1 表1 各污染指标权重 指标 细颗粒物 二氧化硫 二氧化氮 可吸入颗