承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 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）与队外的任何人（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他公开的资料（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，我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的全名）： 参赛队员(打印并签名) ：1. 2. 3. 指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)： 日期：年月日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：
编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：
基于系统综合评价的城市表层土壤重金属污染分析 摘要 本文针对城市表层土壤重金属污染问题，首先对各重金属元素进行分析，然后对各种重金属元素的基本数据进行统计分析及无量纲化处理，再对各金属元素进行相关性分析，最后针对各个问题建立模型并求解。 针对问题一，我们首先利用EXCEL 和 SPSS 统计软件对各金属元素的数据进行处理，再利用Matlab 软件绘制出该城区内8种重金属元素的空间分布图最后通过内梅罗污染 模型：2 /12 max 22?? ? ? ??+=P P P 平均综，其中平均P 为所有单项污染指数的平均值，max P 为土壤环境中 针对问题二,我们首先利用EXCELL 软件画出8种元素在各个区内相对含量的柱状图，由图可以明显地看出各个区内各种元素的污染情况，然后再根据重金属元素污染来源及传播特征进行分析，可以得出工业区及生活区重金属的堆积和迁移是造成污染的主要原因，Cu 、Hg 、Zn 主要在工业区和交通区如公路、铁路等交通设施的两侧富集，随时间的推移，工业区、交通区的土壤重金属具有很强的叠加性，受人类活动的影响较大。同时城市人口密度，土地利用率，机动车密度也是造成重金属污染的原因。 针对问题三，我们从两个方面考虑建模即以点为传染源和以线为传染源。针对以点为传染源我们建立了两个模型：无约束优化模型()[]()[]() 22y i y x i x m D -+-=，得到污染源的位置坐标()6782,5567；有衰减的扩散过程模型得位置坐标（8500,5500），模型为： u k z u c y u b x u a h u 222 2222222-??+??+??=??， 针对以线为传染源我们建立了l c be u Y ?-+=0模型，并通过线性拟合分析线性污染源的位置。 针对问题四，我们在已有信息的基础上，还应收集不同时间内的样点对应的浓度以及各污染源重金属的产生率。根据高斯浓度模型建立高斯修正模型，得到浓度关于时间和空间的表达式ut e C C -?=0。 在本题求解过程中，我们所建立的模型与实际紧密联系，有很好的通用性和推广性。但在求点污染源时，我们假设只有一个污染源，而实际上可能有多个点污染源，从而使得误差增大，或者使污染源的位置够不准确。 关键词 内梅罗污染模型 无量纲化 相关性 回归模型 高斯浓度模型
摘要：co2腐蚀是油气田开发和油气集输过程中最常见的腐蚀形式之一，在天然气集输过程中，co2引起的管线内腐蚀问题普遍存在，往往导致管体发生严重局部减薄，甚至穿孔、断裂.一旦发生，会给生产实际造成重大经济损失和灾难性后果。因此，研究co2腐蚀的机理、分析co2腐蚀的影响因素，对预防由此引发的安全事故以及提高天然气输送效率具有重要的现实意义。文章以本文以某天然气管道管壁穿孔失效分析为例，对试样从co2致天然气管线腐蚀的产物形貌及成分进行了微观分析，并对co2腐蚀机理、影响因素等方面做了较为详尽的阐述。 关键词：co2腐蚀；穿孔；失效分析；腐蚀产物形貌；腐蚀机理； 1 前言 在石油和天然气勘探开发过程中，co2作为开采伴生气同时产出。由于co2的广泛存在，使得石油和天然气开采和集输的整个过程面临着严重的co2腐蚀威胁[1]。 co2容易溶于水，形成h2co3，降低环境的ph，对石油和天然气开采与集输系统中的油套管钢、管线钢等造成严重的腐蚀，并且h2co3可以直接在钢铁表面还原，因此在相同ph 条件下，co2水溶液的腐蚀性要比hcl溶液还要强[2]。co2腐蚀穿孔造成的原油和天然气泄漏事故，不仅直接造成了资源的浪费，还污染了水和大气资源，破坏了环境。在能源需求日益增大，油气工业大发展的今天，co2腐蚀成为困扰油气工业发展的一个极为突出并急需解决的问题。 2 腐蚀分析 2.1化学成分分析 取样对泄漏管道进行化学成分分析，结果见表1。分析结果表明，管道的化学成分符合gb/t 9711.2-1999[3]的对规定。 2.2. 扫描电镜分析 对管道内部泄漏孔处进行扫描电镜检测，发现其内壁被腐蚀产物覆盖，腐蚀产物上可见龟裂裂纹，未见裸露金属表面。 2.3 xrd物相分析 为确定腐蚀产物的结构，对管道内壁泄漏孔处的腐蚀产物进行了xrd物相分析。检测结果表明，腐蚀产物的主要物相为fe3o4、α- fe2o3和feo。 2.4 水质分析 取泄漏管道沿线的7组水样进行氯离子含量测定，结果显示氯离子含量最高达到6522mg/l，最低也到了250mg/l。说明氯离子的含量已经达到了很高的程度。 3. 腐蚀机理分析 根据上述的分析，管道在泄漏前处于非常恶劣的环境。首先，管道底部可能残留cl-含量很高的液态水；其次管道在安装完成后，长期接触富含co2和o2的空气。在上述因素的影响下，在管道内壁发生了复杂的电化学腐蚀过程，最终导致管道内壁的点蚀和全面腐蚀的发生。 相关研究表明，在潮湿的环境中，c02的存在既可造成全面腐蚀，也可能造成局部腐蚀。其中cl-和温度是影响c02腐蚀形态最重要的两个因素。排除其他因素的影响，根据温度的不同可将co2腐蚀分为三类：低温区（150℃），形成钝化膜抑制腐蚀的发生。 在本案例中，显然管道内部是处于低温区，因此加入只存在co2腐蚀的话，管道会发生全面腐蚀，不会导致管道在短时间内穿孔泄漏。 cl-在金属材料的腐蚀过程中是一个非常特殊、非常重要的例子，它是诱发点蚀和促进点蚀的重要因素。首先，当腐蚀产物膜的保护性较差时，溶液中的cl-会降低材料表面钝化膜形成的可能性或加速钝化膜的破坏，租金局部腐蚀损伤；其次，cl-能优先吸附于金属缺陷的
大气污染扩散 第一节大气结构与气象 有效地防止大气污染的途径，除了采用除尘及废气净化装置等各种工程技术手段外，还需充分利用大气的湍流混合作用对污染物的扩散稀释能力，即大气的自净能力。污染物从污染源排放到大气中的扩散过程及其危害程度，主要决定于气象因素，此外还与污染物的特征和排放特性，以及排放区的地形地貌状况有关。下面简要介绍大气结构以及气象条件的一些基本概念。 一、大气的结构 气象学中的大气是指地球引力作用下包围地球的空气层，其最外层的界限难以确定。通常把自地面至1200 km左右范围内的空气层称做大气圈或大气层，而空气总质量的98．2％集中在距离地球表面30 km以下。超过1200 km的范围，由于空气极其稀薄，一般视为宇宙空间。 自然状态的大气由多种气体的混合物、水蒸气和悬浮微粒组成。其中，纯净干空气中的氧气、氮气和氩气三种主要成分的总和占空气体积的99.97％，它们之间的比例从地面直到90km高空基本不变，为大气的恒定的组分；二氧化碳由于燃料燃烧和动物的呼吸，陆地的含量比海上多，臭氧主要集中在55～60km高空，水蒸气含量在4％以下，在极地或沙漠区的体积分数接近于零，这些为大气的可变的组分；而来源于人类社会生产和火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害排放的煤烟、粉尘、氯化氢、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物为大气的不定的组分。 大气的结构是指垂直（即竖直）方向上大气的 密度、温度及其组成的分布状况。根据大气温度在 垂直方向上的分布规律，可将大气划分为四层：对 流层、平流层、中间层和暖层，如图5－1所示。 1. 对流层 对流层是大气圈最靠近地面的一层，集中了大 气质量的75％和几乎全部的水蒸气、微尘杂质。受 太阳辐射与大气环流的影响，对流层中空气的湍流 运动和垂直方向混合比较强烈，主要的天气现象云 雨风雪等都发生在这一层，有可能形成污染物易于 扩散的气象条件，也可能生成对环境产生有危害的 逆温气象条件。因此，该层对大气污染物的扩散、输送和转化影响最大。 大气对流层的厚度不恒定，随地球纬度增高而降低，且与季节的变化有关，赤道附近约
关于金属汞扩散的问题 引言： 我们都知道，重金属丢弃到土地后会严重污染环境，同时对人体健康造成危害。著名的秦始皇陵墓，据专家在陵墓周围取数据观测，周围的汞含量呈现出外渗的趋势。也就是说，随着外围半径的扩大，汞含量浓度递减，并且随着时间的增加，汞渗透的半径越来越大。这就证明了汞金属在泥土中会发生扩散。因此，我们就提出，能否通过在外部取样的观察数据，建立一个数学模型，来判断陵墓中心处汞的浓度呢？ 模型的提出： 由于汞的扩散快慢跟本身的化学性质,物理性质有关。还有，由于在土堆里头，在各个方向上受到的力不相同和各种因素的影响，因此扩散的速度也会有差异。例如东西方向和南北方向会因为地球的自传而扩散速度会不一样。另一方面，汞在扩散的过程，由于泥土的吸收，化学反应等因数的影响，也会影响到汞的扩散。 为此我们引入一个函数u(x, y, z, t)，它表示t时刻在（x,y,z）处汞的浓度。我们的目标就是利用所观测到的数据，来推断出这个函数的表达式。 模型符号的引入： 为了表示汞在想x,y,z 方向上的扩散速度，我们在此引
入扩散系数： 2 a ：x 方向上的扩散系数 2 b ：y 方向上的扩散系数 2 c ：z 方向上的扩散系数 2 k ：由于泥土吸收，化学反应而引起的衰减系数 M ：扩散源汞的质量 模型假设： 1。假设有一汞扩散源，汞从扩散源沿 x ，y ，z 三个方向向四周扩散。 2。扩散前周围空间此物质的浓度为零。 3。扩散过程中没有人为因素的影响。 模型建立： u(x, y, z, t) 是 t 时刻点 (x, y , z) 处某物质的浓度。任取一个闭曲面 S ，它所围的区域是Ω，由于扩散，从 t 到 t t +? 时刻这段时间内，通过 S 流入Ω的质量为 1 M 2 2 2 1(cos cos cos )d d t t t S u u u M a b c S t x y z αβγ+????= ++???? ?? 其中 2 a ,2 b ,2 c 分别是沿 x ，y ，z 方向的扩散系数。 由高斯公式 ： ? ??? ?+Ω ??+??+??= t t t t z y x z u c y u b x u a M d d d d )(2 2 2 2 2 2 2 2 2 1
关于核电站泄漏放射性气体扩散的预估模型 摘要 由于核泄漏导致放射性气体扩散对经济和人身造成巨大损失的报道在国内外屡见不鲜，本文中日本福岛核泄漏事件更加使我们认识到对放射性气体扩散进行合理性的预估从而为以后类似于此的突发性事件作积极有效的补救措施的重要性。 对于问题一我们运用了点源烟羽扩散模型，用抛物型二阶偏微分方程解出理 想状态下的不同时刻、不同地点的浓度表达式： 222 4 32 (,,,) (4) x y z kt Q C x y z t e kt π ++ - =。 此模型是建立在以泄漏点为圆心的一个无界球形区域内的。为了使模型更符合实际情况，能够被应用于现实生活中，我们在泄漏源有效高度的确定和考虑地面反射与吸收作用下对此模型进行了修正，最终得到问题一浓度的确定公式 (14)(,,,) C x y z t的表达式。 对于问题二，我们采用高位连续点源烟羽扩散模式，其扩散服从正态分布，并根据概率论的相关知识通过数学公式推导，得到理想状态下的高斯模型，由泄漏源有效高度，地面反射等因素的影响对其进行修正，又由于重力干沉积，雨洗湿沉积以及核衰变等因素对源强的影响，对高斯烟羽模型再次进行修正，最终得到泄漏源周边浓度变化情况即公式(32)，在风速为k m/s的条件下浓度为(,,,) C x y z H。 对于问题三，我们在第二问建立的模型的基础上，引入时间变量 r t和t，和 扩散速度变量s，在风速和扩散速度的共同影响下，可分别求出上风向和下风向浓度预估模型即公式(40)和(41)。 对于问题四，本文参阅整理大量气象、地理、新闻资料，选择我国东海岸典型地域---山东半岛和美国西海岸典型地域---加利福尼亚州作为研究对象，综合考虑对应海域平均风速及风向、地理距离、海水对放射性物质扩散的部分反射系数等因素，并通过计算机模拟，预测出放射性核物质将经过6天到达我国东海岸，且131I浓度预测值为：0.1053 mBq m- ?,，经过6.8天到达美国西海岸，且氙-133浓度的预测值几乎为零，与实际情况比较吻合。 关键词点源烟羽扩散模式偏微分方程 P-G曲线高斯修正模型仿真
国外输气管道失效事故调查分析参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
国外输气管道失效事故调查分析参考文 本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 一、前言 管道的安全性是一个非常重要的问题，日益受到人们 的重视。随着管道的大量敷设和运行时间延长，管道事故 时有发生。由于管道所输送的物质一般为有害物质，一旦 发生泄漏或断裂，就会对其周围的环境和人员产生严重的 后果。输气管道，尤其是高压输气管道，一旦破裂，压缩 气体迅速膨胀，释放大量的能量，引起爆炸、火灾，会造 成巨大的损失。例如，１９６０年美国Transwestern公司 的一条Ｘ５６钢级的、直径为７６２毫米的输气管道破 裂，破裂长度达１３公里。１９８９年６月苏联拉乌尔山 隧道附近由于对天然气管道维护不当，造成天然气泄漏，
随后引起大爆炸，烧毁了两列铁路列车，死伤８００多人，成为１９８９年震惊世界的灾难性事故。 国外对于长输管道失效事故的调查分析工作十分重视，如美国运输部（DOT）的管道运输安全办公室OPSO （OfficeofPipelineSafetybytheOperators）及研究与专门项目委员会RSPA （ResearchandSpecialProgransAdministration）、欧洲输气管道事故数据组织EGIG （EuropeanGaspipelineIncidentdataGroup）、加拿大的国家能源委员会NEB（NationalEnergyBoard）及加拿大能源管道协会CEPA （CanadianEnergyPipelineAssociation）、加拿大运输安全委员会TSB （theTransportationSafetyBoardofCanada）、英国天然气协会、俄罗斯天然气监督机构以及全苏天然气科学研
放射性气体扩散浓度预估模型 【摘要】本文是以日本地震引起的福岛核电站的核泄漏为背景，并以给出的数据为基础，研究某一假设核电站的核泄漏问题。我们通过收集相关的资料，并结合题目给出的数据，建立了高斯模型、连续点源高斯扩散模型解决了题目提出的四个问题。 针对问题一：考虑到泄漏源是连续、均匀和稳定的，我们运用散度、梯度、流量等数学概念，通过“泄漏放射性物质质量守恒”、“气体泄漏连续性定理”、 Guass 公式及积分中值定理得到了无界区域的抛物线型偏微分方程，然后再通过电源函数解出空间任意一点的放射性物质浓度的表达式，把此表达式定为模型一的前身。鉴于放射性物质的扩散受到诸多因素的影响，如：泄漏源的实际高度、地面反射等。我们以泄漏口为坐标原点建立三维坐标系，通过“像源法”处理地面反射对放射性物质浓度的影响，并由此对模型一的前身进行修正完善，得到模型一：高斯模型，即放射性物质浓度的预测模型。最后我们模拟了放射性物质无风扩散仿真图。 针对问题二：当风速为k m/s 时，我们根据放射性核素云团在大气中迁移和扩散的数值计算的基本方法和步骤，并以泄漏点源在地面的投影点为坐标原点，以风向方向为x 轴，铅直方向为z 轴，与x 轴水平面垂直方向为y 轴建立三维坐标系，地面的反射作用同样利用“像源法”进行处理，得到连续点源高斯扩散模型。考虑到地面反射、烟云抬升、放射性物质自身的沉降及雨水的吸附等对浓度的影响，我们对连续点源高斯扩散模型进行了修正，建立了修正的连续点源高斯扩散模型。最后利用大气稳定度确定了扩散参数，进而求解了模型。 针对问题三：经分析，问题三的提出是以问题二为基础的，模型三的建立只需要将模型二加以调整即可。我们以风速方向为x 轴正方向，将风速与放射性物质的扩散速度进行矢量运算，此问题则转化为求(,0,)L z 和(,0,)L z -两点处的放射性物质浓度，由此建立模型三，即上风和下风L 公里处放射性物质浓度浓度的预测模型。 针对问题四：首先，我们通过网络收集了相关数据，然后，我们结合模型二、模型三对数据进行整理代入，算出了日本福岛核电站泄漏的放射性物质扩散到中国东海岸和美国西海岸的浓度分别为334.242910/g m -?、432.385410/g m -?。 关键词：高斯模型 连续点源高斯扩散模型 核泄漏
1 云团扩散模型 根据物质泄漏后所形成的气云的物理性质的不同，可以将描述气云扩散的模型分为非重气云模型和重气云模型两种[5-13]。 1.1 非重气云模型 高斯模型是一种常用的非重气扩散模型，高斯烟羽(Plume model)模型又称高架点连续点源扩散模型，适用于连续源的扩散，即连续源或泄放时间大于或等于扩散时间的扩散。 高斯烟团(Puff model)模型适用于短时间泄漏的扩散，即泄放时间相对于扩散时间比较短的情形，如突发性泄放等。若假设气体云内空间上的分布为高斯分布，则地面地处风向的烟团浓度分布算式为 式中， c(x，y，H)——点(x，y，H)处浓度值，mg/m3； Q——源强，即单位时问的排放量，mg/s； u——环境平均风速，m/s； σx，σy，σz——扩散参数； H——源高(烟团高度)，m； x——下方向到泄漏原点的距离，m； y，z——侧风方向、垂直向上方向离泄漏原点的距离，m。 高斯模式的实际应用效果很大程度上依赖于如何给定模式中的一些参数，尤其要注意源强、扩散参数等的确定。 源强与污染物的物理化学属性、扩散方式、释放点的地理环境等有关。扩散参数表征大气边界层内
湍流扩散的强弱，是高斯模式的一项重要数据。高斯扩散模式所描述的扩散过程(实质上也包含了在实际应用中对高斯模式的一些限制)主要有： 1)下垫面平坦、开阔、性质均匀，平均流场稳定，不考虑风场的切变。 2)扩散过程中，污染物本身是被动、保守的，即污染物和空气无相对运动，且扩散过程中污染物无损失、无转化，污染物在地面被反射。 3)扩散在同一温度层结中发生，平均风速大于1.0 m/s。 4)适用范围一般小于10～20 km。 1.2 重气云模型 由于重气本身的特殊性，在重气扩散领域也有大量基于不同理论的模型。鉴于重气扩散与中性或浮性气体扩散有着明显的区别，目前国内外已开发大量的不同复杂程度的重气扩散模型，如箱模型、相似模型、LTA－HGDM模型、CFD模型等。 1.2.1 箱(BOX)模型 箱模型是指假定浓度、温度和其他场，在任何下风横截面处为矩形分布等简单形状，这里的矩形分布是指在某些空间范围内场是均匀的，而在其他地方为零。该类模型预报气云的总体特征，如平均半径、平均高度和平均气云温度，而不考虑其在空间上的细节特征。重气效应消失后其行为表现为被动气体扩散，所以该类模型还包括被动扩散的高斯模型及对它的修正。 1.2.2 层流及湍流大气环境中的重气扩散(LTA－HGDM)模型 LTA－HGDM模型(Heavy Gas Dispersion Model in Lsaminar and Turbulent Atmosphere层流及湍流大气环境中的重气扩散模型)以箱模型为基础，结合虚点源模型，能描述重气泄漏扩散整个过程。模型同三维有限元模型相比，具有形式简单、原始输入数据运算速度快等优点。 LTA－HGDM模型的建立基于以下几点假设： 1)危险性气体初时泄漏时，其外形呈正圆柱形(H=2R)。 2)初始时刻泄漏源即此核电站内部的浓度、温度呈均匀分布。 3)扩散过程不考虑泄漏源即此核电站内部温度的变化，忽略热传递、热对流及热辐射。
基于修正高斯扩散模型的城市表层土壤重金属污染探究 （标题，3号黑体） 摘要（4号黑体） （小4号宋体）本文基于修正的高斯扩散模型，针对城市表层土壤重金属污染问题，考虑到重金属的传播特征，建立了一系列逐步完善和精确化的数学模型，很好地解决了重金属污染物分布、污染程度评价及污染源确定的问题。 对于问题一，首先利用MATLAB软件分别做出了8种重金属污染物浓度的等高线空间分布图。然后综合使用内梅罗单因子和综合因子指数法评价该城区不同功能区域的污染程度。具体过程如下：先对每个取样点使用内梅罗单因子指数法确定其污染程度，再按功能区域的划分将监测点分为5类，对每一类都使用内梅罗综合指数法便可得到各区域综合污染指数，其中综合指数的大小反映了污染程度的轻重。结果显示该城区5个功能区域的污染程度从重到轻的排序依次为：工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山地区。 对于问题二，使用主因子分析法研究各功能区的重金属污染原因。通过使用SPSS 软件处理数据我们可以得到如下结论：对于工业区来说造成土壤重金属污染的主要原因是工业生产过程中排放的废气、废水和废渣；对于交通区来说造成区内土壤重金属污染的主要原因是汽车排放的气；对于生活区来说造成其重金属污染的主要原因是生活垃圾的废弃及来自工业区和交通区的废气污染；对于公园绿地区来说造成其重金属污染的主要原因是来自工业区与交通区的废气污染以及植物 对重金属的富集作用；山地区域污染较轻气污染主要原因是工业废气和汽车尾气。对于问题三，首先分析重金属污染物的传播特征,得到了重金属有如下几种基本运动方式：随介质迁移的传播运动、分散运动、被环境介质吸收或降解、沉积、传播中转化。其次考虑到重金属污染物传播过程与流体介质的不同，对适用于流体的高斯模型进行了修正，得到了能反映本题要求的修正后的高斯扩散模型。接着对修正后的高斯扩散模型微分方程组进行了求解，得到了3个主要污染源的位 对于问题四，首先评价问题三中所建立模型，模型的优点是充分考虑了重金属的传播特征，对求出污染源非常有效；缺点在于未能考虑当地降雨及常年风向等影响重金属污染传播的因素，对污染的预测不能很好反映。鉴于此，在改进模型时增加收集当地降水及常年风向这两项信息。最后在改进模型时给原微分方程组增加降水和风向两个控制因子，通过求解改进后的微分方程组，相信会得到更加贴近实际的结果。 关键字：内梅罗指数法主因子分析修正高斯扩散模型
国外输气管道失效事故调查分析
国外输气管道失效事故调查分析 一、前言 管道的安全性是一个非常重要的问题，日益受到人们的重视。随着管道的大量敷设和运行时间延长，管道事故时有发生。由于管道所输送的物质一般为有害物质，一旦发生泄漏或断裂，就会对其周围的环境和人员产生严重的后果。输气管道，尤其是高压输气管道，一旦破裂，压缩气体迅速膨胀，释放大量的能量，引起爆炸、火灾，会造成巨大的损失。例如，１９６０年美国Transwestern公司的一条Ｘ５６钢级的、直径为７６２毫米的输气管道破裂，破裂长度达１３公里。１９８９年６月苏联拉乌尔山隧道附近由于对天然气管道维护不当，造成天然气泄漏，随后引起大爆炸，烧毁了两列铁路列车，死伤８００多人，成为１９８９年震惊世界的灾难性事故。 国外对于长输管道失效事故的调查分析工作十分重视，如美国运输部（DOT）的管道运输安全办公室OPSO （OfficeofPipelineSafetybytheOperators）及研究与专门项目委员会RSPA （ResearchandSpecialProgransAdministration）、欧洲输气管道事故数据组织EGIG （EuropeanGaspipelineIncidentdataGroup）、加拿大的国
家能源委员会NEB（NationalEnergyBoard）及加拿大能源管道协会CEPA（CanadianEnergyPipelineAssociation）、加拿大运输安全委员会TSB （theTransportationSafetyBoardofCanada）、英国天然气协会、俄罗斯天然气监督机构以及全苏天然气科学研究院等机构，均进行了大量的管道失效事故调查分析与研究工作。加拿大、美国和欧洲等国家还建立了相应的管道事故数据库，以进行现役管道的安全评价，减少事故发生的可能性。 对以往的管道失效事故进行调查分析，对管道安全设计与运行管理有以下重要作用。 （１）建立风险评价模型； （２）管道修复和替换决策； （３）进行安全评价； （４）检查管道失效倾向； （５）成本效益分析； （６）为管道的设计、施工及运行管理提供技术支持。 通过对国外主要国家和地区输气管道失效事故的调查分析，可掌握国外长距离天然气输送管道失效的主要原因，对国内输气管道建设具有重要的参考价值。 二、输气管道的失效原因
大气污染物扩散的高斯模型模拟：可视化模拟点源大气污染的扩散Gaussian Atmospheric Dispersion Model 突发性大气污染事故时有发生，对大气污染扩散进行模拟和分析，有利于减小事故的危害，减轻人员伤亡和财产损失。高斯扩散模型是国际原子能机构(IAEA)推荐使用于重气云扩散模拟的数学模型,该模型在非重气云扩散的应用日益广泛。高斯扩散模型是描述大气对有害气体的输移、扩散和稀释作用的物理或数学模型,是进行灾害预测和救援指挥的有力手段之一。 高斯扩散模型 高斯模型又分为高斯烟团模型和高斯烟羽模型。大气污染物泄漏分为瞬时泄漏和连续泄漏，瞬时泄漏是指污染物泄放的时间相对于污染物扩散的时间较短如突发泄漏等的情形，连续泄漏则是指污染物泄放的时间较长的情形。瞬时泄漏采用高斯烟团模型模拟，而连续泄漏采用高斯模型烟羽模型模拟。高斯模型适用于非重气云气体，包括轻气云和中性气云气体。要求气体在扩散过程中，风速均匀稳定。 在高斯烟团模型中，选择风向建立坐标系统，即取泄漏源为坐标原点，x轴指向风向，y轴表示在水平面内与风向垂直的方向，z轴则指向与水平面垂直的方向，具体公式见式: (mg/s); x、y、z轴上的扩散系数，需根据大气稳定度选择参数计算得到(m)；x、y、z表示x、y、z上的坐标值(m)；u 表示平均风速(m/s)；t表示扩散时间(s)；H 表示泄漏源的高度(m)。 同理，高斯烟羽模型的表达式如： 技术方法 若用高斯模型算出空间每一个点在一个时刻的污染浓度，这个计算量是很大的。因此所设计的系统一般都是采用先进行图层网格化，由高斯模型计算出有限个网格点的上的污染物浓度，在进行空间内插得到面上每一个点的污染物浓度，并由此得到污染物浓度的等值线。整个过程的示意图如图所示
赛区评阅编号（由赛区组委会填写）： 2015高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了《全国大学生数学建模竞赛章程》和《全国大学生数学建模竞赛参赛规则》（以下简称为“竞赛章程和参赛规则”，可从全国大学生数学建模竞赛网站下载）。 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）与队外的任何人（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章程和参赛规则的，如果引用别人的成果或其他公开的资料（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，严格遵守竞赛章程和参赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛章程和参赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，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表等）。 我们参赛选择的题号（从A/B/C/D中选择一项填写）： C 我们的报名参赛队号（12位数字全国统一编号）： 参赛学校（完整的学校全称，不含院系名）：温州医科大学 参赛队员 (打印并签名) ：1. 章成俊 2. 杨超 3. 谢锦 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 日期：年月日
赛区评阅编号（由赛区组委会填写）： 2015高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 送全国评阅统一编号（由赛区组委会填写）： 全国评阅随机编号（由全国组委会填写）：
对垃圾处理厂污染的动态监控及居民补偿 摘要 城市垃圾处理问题是一个世界性难题。目前垃圾焚烧正逐步成为中国垃圾处理的主要手段之一。本论文构根据题目设置的垃圾处理厂规模，建立了环境动态监控体系，并根据潜在污染风险对周围居民进行了合理经济补偿的设计。 对于问题（1），为了实现对垃圾焚烧厂烟气排放及相关环境影响状况的动态监控，本论文在高斯烟羽模型的基础上进行改进，引入温度、降雨对污染物扩散的影响，建立了新的污染物扩散模型。本论文创新性的提出了风雨影响指数M,用来衡量风向、降雨对颗粒物扩散的影响。本论文将抽象的污染物含量形象化，利用空气污染指数API描述具体的污染程度及其给周围居民带来的影响。并且从不同角度给出了模型检验，验证了所建模型的准确性。 对于问题（1）具体赔偿方案的制定，在综合考虑了不同方位风向频率、受污染时间、受污染程度的基础上，本论文使用了层次分析法，并且进行了一致性检验，使得赔偿方案具有说服力。通过MATLAB编程，计算出当政府和垃圾处理厂共支付风险赔偿金为N时，得出居住地的每位居民应得的赔偿金额计算公式。对于监测点的设置，经计算共需21个，具体布置情况见后文。 对于问题（2），在题目所述的发生事故的情况下，对污染物的具体含量进行了合理的预测与假设。模拟出酸性物质与颗粒物的影响范围，并根据具体的污染程度设置不同的污染区。对每个污染区的不同情况设置更改监测点的设置，并且在问题（1）的基础上对居民的经济补偿进行合理修改。 关键词：高斯烟羽模型，层次分析法，空气污染指数，烟气抬升公式 一、问题重述 “垃圾围城”是世界性难题，在今天的中国显得尤为突出。数据显示，目前全国三分之二以上的城市面临“垃圾围城”问题，垃圾堆放累计侵占土地75万亩。因此，垃圾焚烧正逐步成为中国垃圾处理的主要手段之一。然而，由于政府监管不力、投资者目光短浅等多方面的原因，致使前些年各地建设的垃圾焚烧电厂在运营中出现了环境污染问题，给垃圾焚烧技术在我国的推广造成了很大阻力，许多城市的新建垃圾焚烧厂选址都出现因居民反对而难以落地的局面。在垃圾焚烧厂运行监管方面，目前主要是在垃圾焚烧厂内进行测量监控，缺少从周边环境视角出发的外围动态监控，因而难以形成为民众所信服的全方位垃圾焚烧厂环境监控体系。 深圳市某地点计划建立一个中型的垃圾焚烧厂，计划处理垃圾量1950吨/天（设置三台可处理垃圾650吨/天的焚烧炉，排烟口高度80米，每天24小时运转）。从构建环境动态监控体系、并根据潜在污染风险对周围居民进行合理经济补偿的需求出发，有关部门希望能综合考虑垃圾焚烧厂对周围带来环境污染以及其他危害的多种因素（例如，焚烧炉的污染物排放量、居住点离开垃圾焚烧厂的距离、风力和风向及降雨等气象条件、地形地貌以及建筑物的遮挡程度等等），在进行科学定量分析的基础
输气管道站场故障工况分析刘文泉2013年10月
工况分析1： 某管线有连续三个中间压气站，分别为1#、2#、 3#，2#站值班人员发现（并确认）进站压力降低较快，请分析工况。 1.压力表或变送器引压管漏气，引起的误信号； 2.1#压气站压缩机组停机； 3.1#、2#压气站之间线路截断阀关闭； 4.1#、2#压气站之间管线泄漏； 5.1#、2#压气站之间管线堵塞，因管线中水合物或清管作业清管器发卡形成堵塞
工况分析2： 某管线有连续三个中间压气站，分别为1#、2#、3#，2#站值班人员发现（并确认）出站压力上升较快，请分析工况。 1.3#压气站压缩机组停机； 2.2#、3#压气站之间线路截断阀关闭； 3.2#、3#压气站之间管线堵塞，因管线中水合物或清管 作业清管器发卡形成堵塞。
工况分析3： 压缩机站停运或压缩机组停机对输气干线工况有何影响，请分析工况。 1.工作点流量：中间某站部分机组或全部机组停运，全 线由于压缩比减小，流量减小。 2.中间站停运（部分机组或全部），停运后流量减小， 停运站越靠近首站，流量减少越多； 3.停运站前各站停运后进出口压力均上升，停运站越靠 近首站，各站进出口压力上升越多； 4.停运站后各站停运后进出口压力均下降，停运站越靠 近首站，各站进出口压力下降越多。
工况分析4： 输气干线分气或集气对干线工况有何影响，请分析工况。 1. 分集气对流量的影响 当分气时，分气点以前管内流量要增大，分气点以后管内流量要减小；当分气量越大，上述变化趋势越明显；当集气时，集气点以前管内流量要减小，集气点以后管内流量要增大；当集气量越大，变化趋势越明显。 2.分气对沿线压力的影响 分气点以前管内压力均将下降；越靠近分气点，压力变化越明显；分气后各管段压力均下降。
1 事故概况 2004年 7 月 15日中午，某化肥厂一条埋地输气管道发生泄漏。由于时值午休时间，待 上班发现 时，现场 0.5 km2 范围内的空气中已弥漫着大量可燃、有毒有水煤气，幸而现场无 点火源，而且采取了得当的抢修措施才未造成更大的损失。 2 事故调查与原因分析 经事后对发生事故的全长 1.95 km 管道开挖并进行了检验检测而了解到， 管道材质为钢 材，规格为 ①219 mm X 7.5 mm ,泄漏孔直径为13.5 mm ，此外还发现： a ）管道外壁采用石油沥青加玻璃布构成防腐层，由于多年自然环境的作用及人为破坏， 防腐层破损严重。 多年的维修过程中不断更换破损的防腐层， 有的更换为环氧煤焦油沥青防 腐层，有的更换为玻璃钢防腐层，导致整条管道防腐层多种多样。 b ）管道外腐蚀严重，整条管道上有多达 400多处腐蚀坑点，以点蚀为主，最小的剩余壁 厚为 0.8 mm 并伴有穿孔，解剖钢管发现内腐蚀不严重。 c ）管道采用牺牲阳极的阴极保护，静电接地为镀锌扁铁。 电接 地已失效。 d ）管道于1975年施工投用，无施工验收记录，施工质量低劣。对接焊缝存在着较大错 口、咬边、未熔合和低于母材等缺陷。管道采用直埋方式敷设，敷设较浅，还有一处管道仅 局部被支撑，绝大部分处于悬空状态。在近 30 年的使用中，只是对发现的泄漏点进行了维 修，无维修，使用记录。 综上所述， 由于管道安装质量低劣、 使用过程中没有及时进行检验检测和维修而存在的 大量腐蚀缺陷是发生管道泄漏事故的主要原因， 如不加强管理可能发生更大的泄漏事故甚至 燃爆事故。 类似的、 大量存在着腐蚀缺陷的管道在化工企业直埋管道中是带有普遍性的。 者在参加质检系统组织的工业管道普查中发现， 一些建厂历史较长的化工企业对企业对本企 业内存在哪些直埋管道没有资料可查， 仅靠接到泄漏报警后再对泄漏点进行检查、 堵漏（挖 补、焊补堵漏） ，更不用说进行定期检验检测和维修了。 不安装燃气热水器烟道 中毒把命丢 一、事故经过 1、 2005年7月，李某买来烟道式燃气热水器安装在厨房水槽上部。因为安装烟道管拉 的很远，需穿越厨柜到另一端， 还要砸墙穿孔，李某嫌麻烦不肯安装烟道。 安装师傅只好同 李某共同拟定了一份书面协议， 内容是消费者自愿放弃对燃气热水器排烟道的安装， 一旦出 现问题，由消费者承担。 2、 后来李某在使用热水器洗澡时经常感觉头昏恶心， 还以为是自己的心脏病作怪。 2006 年 2 月 1 0日，李某外出回家感觉很冷，便想烫个热水澡．李某放了一池水泡澡，当起来洗 头时突感晕旋恶 心，浑身无力。 输气管道泄漏事故案例 经检验发现阳极已消耗殆尽静
污染源扩散模拟的实现及应用 突发性环境污染事故是一种威胁人类安全和健康、破坏生态环境、危害性大的污染事故。近年来，随着经济的发展，越来越多的突发环境事故爆发，造成严重的环境污染，不仅给国家人民财产造成了损失，同时还严重的危害了周边人民的健康。因此，加强突发性环境污染事故应急监测，研究其处理技术，对污染物的扩散进行预报是环境监测和环境保护领域中一项非常重要的工作。 1 大气扩散模型研究的意义 突发性环境污染事故主要是由于高压容器、储罐、输送管道节门的破裂等诸多原因引起的，它可导致有毒有害气体外泄。其特点是没有固定的排放方式和排放途径，突然发生、来势凶猛，在短时间内排放大量有毒有害的污染物，有毒气体外泄后，随大气弥散，中心位置浓度最高，向外逐步扩散稀释，下风向形成相应的时空浓度分布。 对于重大突发事故分析，目前国内外普遍采用仿真技术，通过建立数学模型进行分析，而且已建立了很多适用于不同条件的数学模型。当前应用较为广泛的应急大气扩散模型有：SLAB，DEGADIS，ALOHA，ARCHIE，DEMRA和LPDM,其中比较著名的有RADM、ADOM、STEMD等模型、美国Sigma公司于八十年代中期建立的HPDM模型以及英国剑桥研究院开发的ADMS模型。这些模型通过对早期的CRSTER的法规式模式做了一些改进和发展，从而产生新一代扩散模型。 这些算法以扩散统计理论为出发点，假设污染物的浓度分布在一定程度上服从高斯分布。模式系统可用于多种排放源（包括点源、面源和体源）的排放，也适用于乡村环境和城市环境、平坦地形和复杂地形、地面污染物排放模拟、区域环境容量计算与总量控制等多种功能。 这些扩散模型的特点是基于专有平台实现，自成系统。并且在这些系统中大多考虑了扩散模型源排放、平流输送、湍流扩散、干沉积、湿沉积、气象化学等众多因素，系统功能庞大。但同时它们基于专有平台，自成系统，所以很难同环保局具体的业务系统进行整合。考虑到天津某区环保监控与应急指挥系统的实际情况和具体需求，我们基于高斯扩散模型，并根据实际情况加以改造，最终在GIS系统中进行了展现。 2基于高斯的实用性大气扩散模型的算法实现 高斯扩散模型是高斯应用湍流统计理论，在大量实验数据资料分析以及正态分布假设的基础上，得到的污染物在大气中扩散的数学模型。经过多年的研究试验，国内外建立了多种高斯扩散模型，包括高斯点源扩散模式、点源封闭式扩散模型、高斯面源(虚拟点源)扩散模式以及多种特殊气象条件和复杂地形条件下的高斯扩散模式。高斯扩散模型是目前运用得最普遍的大气扩散的数学模型。例如UK一ADMS模型的Urban部分中就直接采用的模型是一个三维高斯模型，以高斯分布公式为主计算污染物浓度，在非稳定条件下的垂直扩散使用了倾斜式的高斯模型烟羽扩散。 3、基于Supermap的扩散模型图形化显示 SuperMap GIS是国内具有完全自主知识产权的大型地理信息系统软件平台。包括组件式GIS开发平台、服务式GIS开发平台等应用开发平台，同时具备相关的空间数据生产、加工和管理工具。其中B/S开发的组件SuperMap IS .NET采用面向Internet的分布式计算技术，支持跨区域、跨网络的复杂大型网络应用系统集成，提供可伸缩、多种层次的WebGIS 解决方案，全面满足网络GIS应用系统建设的需要。
输气管道泄漏事故案例 1 事故概况 2004年7月15日中午，某化肥厂一条埋地输气管道发生泄漏。由于时值午休时间，待上班发现时，现场0.5 km2范围内的空气中已弥漫着大量可燃、有毒有水煤气，幸而现场无点火源，而且采取了得当的抢修措施才未造成更大的损失。 2 事故调查与原因分析 经事后对发生事故的全长1.95 km管道开挖并进行了检验检测而了解到，管道材质为钢材，规格为Φ219 mm×7.5 mm，泄漏孔直径为13.5 mm，此外还发现： a)管道外壁采用石油沥青加玻璃布构成防腐层，由于多年自然环境的作用及人为破坏，防腐层破损严重。多年的维修过程中不断更换破损的防腐层，有的更换为环氧煤焦油沥青防腐层，有的更换为玻璃钢防腐层，导致整条管道防腐层多种多样。 b)管道外腐蚀严重，整条管道上有多达400多处腐蚀坑点，以点蚀为主，最小的剩余壁厚为0.8 mm并伴有穿孔，解剖钢管发现内腐蚀不严重。 c)管道采用牺牲阳极的阴极保护，静电接地为镀锌扁铁。经检验发现阳极已消耗殆尽静电接地已失效。 d)管道于1975年施工投用，无施工验收记录，施工质量低劣。对接焊缝存在着较大错口、咬边、未熔合和低于母材等缺陷。管道采用直埋方式敷设，敷设较浅，还有一处管道仅局部被支撑，绝大部分处于悬空状态。在近30年的使用中，只是对发现的泄漏点进行了维修，无维修，使用记录。 综上所述，由于管道安装质量低劣、使用过程中没有及时进行检验检测和维修而存在的大量腐蚀缺陷是发生管道泄漏事故的主要原因，如不加强管理可能发生更大的泄漏事故甚至燃爆事故。类似的、大量存在着腐蚀缺陷的管道在化工企业直埋管道中是带有普遍性的。笔者在参加质检系统组织的工业管道普查中发现，一些建厂历史较长的化工企业对企业对本企业内存在哪些直埋管道没有资料可查，仅靠接到泄漏报警后再对泄漏点进行检查、堵漏（挖补、焊补堵漏），更不用说进行定期检验检测和维修了。 不安装燃气热水器烟道中毒把命丢 一、事故经过 1、2005年7月，李某买来烟道式燃气热水器安装在厨房水槽上部。因为安装烟道管拉的很远，需穿越厨柜到另一端，还要砸墙穿孔，李某嫌麻烦不肯安装烟道。安装师傅只好同李某共同拟定了一份书面协议，内容是消费者自愿放弃对燃气热水器排烟道的安装，一旦出现问题，由消费者承担。 2、后来李某在使用热水器洗澡时经常感觉头昏恶心，还以为是自己的心脏病作怪。2006年2月10日，李某外出回家感觉很冷，便想烫个热水澡．李某放了一池水泡澡，当起来洗头时突感晕旋恶心，浑身无力。
高斯扩散模式在瞬间排放空气污染物模拟中的应用 摘要：在文章中提出应用高斯模式模拟和预测在瞬间排放状况下空气污染等级，用FORTRAN 语言编写的高斯模式程序还可应用于区域污染影响评价中，模式不仅可以从GIS 中输入数据而且还可以应用GIS 格式输出结果。 关键词：高斯模式 空气污染 地理信息系统 瞬时污染源 浓度场 瞬间排放是指工业企业或电厂的事故性污染物排放，如贮油罐或输油管道发生事故等。排放的污染物污染了空气、土壤、地面及地下水，影响植被和影响环境。 模拟瞬间空气污染要求得到污染区域面积、污染浓度和等级、污染预测等。 本文提出用高斯模式的解析解来模拟和预测瞬间排放空气污染状况。基于烟羽扩散上的解析公式求解的高斯模式非常广泛的应用于评价区域污染状况。高斯数学模式作为一个污染物扩散的基础模式被国际原子能机构广泛推广。 从瞬间点源污染源排放的污染物，其转换和扩散可以用以下的扩散方程来表示： t C ??+div(CV )=?(K ?C )+Ri +Q δ(t ?t 0)δ(x ?x 0)δ(y ?y 0)δ(z ?z 0) (1) 式中：C(x, y, z, t)为污染物浓度 V 为风速 K 为扩散系数 R 为污染物光化学转化率 Q 为污染物排放量
x 0, y 0, z 0为污染源相对坐标 在一定的风速和扩散系数条件下，公式（1）有其高斯扩散模式的解析解。 因此，污染物浓度值C 由点源污染源的高度H 决定。H 在高斯扩散模式中由下述公式计算： C （x,y,z,t ）= )() 2(22 22 2 22 2 2/) 2(2/) (2/)(2/) (2 /3z z y x wt h H z wt h z vt y ut x z y x e e e e Q σσσσσσσπ-++--------+ (2) 式中：t 为时间 Q 为排放量 u ，v ，w 为风速分别在x ，y ，z 方向的分量 σx , σy , σz 分别在x ，y ，z 方向的扩散系数 h 为点源高度 H 为混合层高度 高斯模式中，假设X 轴与风向方向一致，Z 轴铅直向上，V=W=0。公式（2）可以转化为以下形式。 C （x,y,z,t ）= )() 2(22 22 2 22 2 2/) (2/) (2/2/) (2 /3z z y x H z H z y ut x z y x e e e e Q σσσσσσσπ+------+ (3) 从公式(3)我们可以看出，每一个烟团需要用不同的坐标系进行计算，当我们计算多源的污染浓度时，我们需要用到几个坐标系，这样计算起来很复杂。因此，公式（3）必须做相应的转化到同一个坐标系中。 我们建立一个相对的坐标系，I 表示原点，坐标轴为ξ和η（见1）。并以I 为原点建立第二个坐标系，LX 表示X 轴，其方向与风向