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垃圾焚烧厂环境动态监控及经济补偿
摘要
随着土地资源日趋紧张的形势，垃圾处理的方法也逐渐发展成为焚烧处理方式，但随之而来的污染气体排放问题也引起周围居民的强烈不满，因此城市垃圾处理的选址问题越来越困难。经济补偿则是一种用来解决居民不满的重要方法。对于一些建立了垃圾处理设施的受损地区，本文用高斯烟羽扩散模型以及环境动态监控与模糊评价的方法设计出一种环境指标动态监测方法，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，以此设计出合理的周围居民风险承担补偿经济方案。
在建立环境指标动态监测系统之前，我们对原始数据进行了大量的分析，并且查阅资料和书籍，整理得出一些对于我们后期建模有着重要作用的结果和处理过程，我们考虑到了深圳市一年中各个风向所占天数,以及一年中风速的平均值，对各种颗粒物和污染气体的扩散范围的影响，以此来确定具体的监测点的个数。本文在高斯模型的基础上，结合气象、地形，例如，降雨量、气压、日照角、天空云层等因素，修正模型，从而预测到污染物在不同地区的浓度大小，以设计出较为科学的补偿经济方案。
垃圾焚烧厂是目前国内最为重要的垃圾处理手段，但是因为垃圾焚烧厂与居民的利益矛盾问题一直得不到解决，本文即从多个方面多个角度对这个问题进行解决和扩展。
关键词：高斯烟羽扩散模型，污染浓度，环境指标检测，经济补偿，模糊评价
一、问题重述
随着城市化水平日益提高, 土地资源日趋紧张,垃圾的处理方式由“填埋式”转变成“焚烧式”。然而，居民的生活水平提高后, 环保意识日益加强, 很多垃圾焚烧项目在环评阶段进行公众调查时, 周边不少居民持反对意见。因为无论使用国产还是进口设备，无论是老式焚化炉还是新型焚化设施，依然是排放二恶英的源头；并且，人为操作失误或是设备故障也会导致二恶英大量生成，所以新建垃圾焚烧厂的选址也越来越困难。而部分已建成的垃圾焚烧厂在城市区域规划前有足够的环境防护距离, 但是周围的居民和工厂逐渐向垃圾焚烧厂趋近, 造成部分已建成的焚烧厂对周边环境产生了一定影响, 使得厂周边居民对其投诉屡屡发生。这种现象严重损害了垃圾焚烧行业的形象, 甚至掩盖了其对垃圾减量化、资源化和无害化的环境效益。
因此,现在的城市垃圾处理设施选址变得越来越困难。城市垃圾处理设施所在地在为整座城市提供垃圾处理服务的同时必然会对当地的环境质量造成一定影响, 其实质是城市发展过程中的受损地区; 而其他地区将垃圾运出本地, 保护了自身环境质量的同时将土地用于经济发展获取收益, 其实质是城市发展过程中的受益地区。对于受损地区，我们需要在进行科学定量分析的基础上，并且依据国家最新的污染物排放标准，确立一套可行的垃圾焚烧厂环境指标动态监控方法，并针对潜在环境风险制定出合理的经济补偿方案，因为环境补偿是社会公平的一种重要体现。针对以上问题，我们在假设焚烧炉的排放符合国家新的污染物排放标准的情况下，并根据垃圾焚烧厂周边环境，用高斯扩散模型以及模糊评价的方法设计出一种环境指标动态监测方法，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，以此设计出合理的周围居民风险承担补偿经济方案。同时我们还考虑到出现设备故障或是人为操作出错而导致相关污染物的排放量超标时，修正我们设计的检测方法和补偿方案。
二、问题的分析
问题的分析在任何问题中都是必不可少的，因为我们需要在问题分析中发现问题中的关键点和可操作点，一个合理问题的提出必然存在着一个或者多个解决方法，那么在这个过程中，先进行问题的充分分析以及把握，将会对后续建模起到重要作用。
2.1环境指标监测方法建立问题分析
在建立环境指标监测方法之前，我们需要考虑是什么因素导致了周围的环境产生较大的变化，根据题中的叙述，分析得知，风速和风向是导致排出的污染物产生较大或者较小扩散的重要因素。所以我们需要考虑在有风速的条件下，运用数据统计学对一年中各个季度的风向，风速进行统计，得到相应的统计图表。随后在深圳市的范围内距垃圾焚烧厂若干米的距离设置污染物监测点，来实现对深圳市内污染物的动态监测。
那么在环境指标检测方法建立阶段，我们首先要进行的是“指标体系的建立”。生态环境动态监测的对象是某一区域的复合生态统,其指标应当属于生态系统指标类别。依据综合性、简洁性、可操作性、数据可获取性等原则,可按以下步骤对指标体系进行建立:
（1）首先是指标体系框架的建立，因为环境质量的确定是一个综合确定的过程，需要考虑大量的因素和环境变量，所以目前没有任何一种环境监测体系框架可以完美的做到对环境体系框架的搭建，那么通过查阅资料以及大量的比较分析，我们设想的指标体系框架分为两部分组成：其一，各自环境系统类别以及各自的分指标体系；其二，反映
各环境系统之间景观格局的分指标体系。
（2）进行指标的筛选，虽然在监测的时候我们对大部分的环境指标因素进行监控统计，但是在进行分析的时候我们需要对指标进行“详细筛选”，剔除一些完全无关指标以及科学研究出来的对环境影响程序非常小的因素。
（3）最后结合因子分析法优化指标。因子分析法是将原来多个指标化为少数几个综合指标的一种方法,可利用相关应用软件进行。一般取累计贡献率达到80%以上的少数几个特征根对应的主成分作为指标筛选结果。
（4）根据筛选出的指标，我们将指标体系进行检验和优化。我们根据指标类别和各项指标得分评价单元的选择，再使用综合指数法对环境质量进行综合评价，使指标数值标准化，最后用层次分析法对各指标进行权重赋值处理。我们从这些数据可以中得出垃圾焚烧时产生的污染物在周边各个地区的浓度大小以及对环境的影响。
环境的动态监测方案在问题处理中至关重要，因为我们需要不断的从设置的各个监测点获取重要的实时数据，那么在设置这些监测点的时候也是需要进行慎重考虑。
2.2建立居民承担经济补偿方案问题分析
通过对题目的分析，我们发现，在焚烧厂周围的不同地区的环境质量或者说受污染程度是不一样的，因为从焚烧厂排除的污染物的扩散范围以及扩散后密度是由风速、风向等多种因素决定的。因此我们将以“高斯烟羽扩散模型”为基础, 研究计算垃圾焚烧时所产生的污染气体在标准排放浓度范围内扩散的面积, 在查阅资料之后，拟提出了一种计算高斯烟羽模型扩散面积的新型算法, 分析结果将会得出在垃圾焚烧厂周围不同地区污染物的浓度。
同时在环境补偿方案的建立之前，我们需要考虑一些必不可少的问题，比如：环境补偿的主体是谁，环境补偿的资金来源，环境补偿的方式，环境补偿的范围为多大，补偿标准，补偿时间为什么时候等。那么在接下来的问题解决方案中，我们就会就这些因素进行深入的探讨和研究，在考虑到大部分因素的前提下提出一套切实可行的风险承担经济补偿方案。
2.3考虑故障发生概率下的的监测方案和补偿方法问题分析
在之前我们提出的环境监测方案和补偿方法，我们都是在理想条件下提出的方案和方法，但是在现实处理过程中，难免会有一些意外情况的出现，比如焚烧炉的除尘装置（如袋式除尘器）损坏或者出现其他故障导致污染物的排放增加，致使相关各项指标将严重超标的情况，这些因素虽然不太可能会发生，但是还有有一定的概率会发生，所以我们在解决这个问题的时候就要考虑到这些特殊情况发生的概率，对我们原先建立的环境实时监测方案和居民承担风险经济补偿方案进行修改和重建。
我们还将考虑众多的其他因素，比如居民对于可能发生的这些故障而导致的污染的态度以及这些污染物对居民身体健康的影响程度，所以我们拟在原来提出的环境实时监测方案上进行一些修改，比如增加检测点，缩短检测间隔时间等等方法来尽快发现故障发生时间，从而在最短时间内将事态控制在可接受范围内。其次我们拟在原来提出的居民承担风险经济补偿方案上进行一些修改，比如增加故障发生概率指数，故障发生结果指数等等，最大化考虑到所有非理想状态，完善补偿机制。
三、原数据分析与处理
首先我们对焚烧厂选址处的一年的风向进行统计，我们不难得出一年中各个风向所占天数的比例：
图1 焚烧厂选址处一年中各风向所占天数比例
在进行焚烧厂选址处数据进行处理的过程中，我们发现风向是我们在后续进行建模的一个非常重要的数据，因为风向的不同直接导致了垃圾焚烧厂污染物排出之后主要扩散向什么方向，而且根据高斯烟羽扩散模型，不同风向扩散对周围造成的污染程度影响也是不尽相同的；根据我们上图中统计出来的各风向所占天数比例分析，我们不难发现，在垃圾焚烧厂周围，一年中风向在西以及偏西方向的总比例占到了高达70%，这也就意味了在一年中的不同季节的大部分时间风向都是西及偏西方向，那么在后续进行建模过程中，我们对全年的风向进行评估的时候就需要注意这一点，在各个风向比重上进行处理的时候要进行比例代换。
我们对1—3月各风向天数所占比例进行了统计分析处理，根据以上饼状图我们不难看出，西南风和西风占了89%，也就是说偏西方向的风向为主要风向，而1—3月为一年四季之中的冬天，冬天主要是偏西风，而冬天的时候居民的外出活动可能也不会很多，但从另一方面来看的话，冬天天气比较干燥，颗粒状较小，那么经过风吹动之后可能扩散的范围也会随之扩大，所以这一点也是需要在后期进行高斯烟羽模型建模时候需要重点考虑的一点。
图3 焚烧厂4—6月各风向天数所占比例
图3所示为4—6月焚烧厂的各风向天数所占比例，我们不难发现，每个方向的风向都大体较为平均，没有出现明显的偏向于某一个单一方向的风向，而4—6月为一年四季的春天，气温较为温和，风向较为平均，所以是焚烧厂排除的污染物扩散最为稳定的一个季节，在后期建模过程中，本季度可以省去不算或者可以只考虑各个风向之间误差的方差值。
从图中可以看出，西风占有最大比例，而南风则为最少，7—9月是一年四季的夏季，那么在夏季中，各个风向之间有些许差别，夏天也不是居民外出活动频繁的季节，但是因为各个风向之间的差别，所以夏天的整体风向问题应该在建模中有所体现，毕竟是每个单一季节之间还是有明显的一些区别。
图5 焚烧厂10—12月各风向天数所占比例
图中所示为10—12月各风向天数所占比例，从图中可以明显看出，西南方向的风占了68%，而10—12月是一年四季的秋季，秋季中以西南风为主，那么经过扩散之后的主要受害地区就是西南方向，在建模的时候就需要我们把秋季的西南方向风向作为重点加到模型中，这样才能最大化保证准确度以及缩小误差。
图6 一年中各风向风速的平均值
在分析焚烧厂周围一年中各风向风速的过程中，我们求取了一年之中各风向风速的平均值，并且做出如上图所示的柱状图，我们发现我们之前在问题分析中提出的风向的因素也是必须的，因为全年中各个风向的风速都不相同，而且有很大的差别，东、北、、东南、东北这四个偏北方向明显风速在全年中平均要低于其他四个方向，那么因为是全年的各个风向的风速的平均值，就可以根据等差替补原则近似代替为某一个时刻的瞬时风速，在后续建模过程中，不同方向风速的不同也是需要放在建模的因素中，因为风速的不同直接影响到污染物扩散范围的不同。
图7 三月烟气污染物排放平均值
图7所示为三月份的烟气污染物排放平均值的柱状图，由图中可以看出，不同的污染物种类以及相同污染物的不同类别的排放量是不相同的，而且烟气流量远远高于其他类别的污染物，图中最后几个类别分别是O2，温度，水分含量，湿氧，而根据我们查询的资料显示，这几个类别都不是对人体有害的物质，所以在剔除这几个污染物之后，我们只对对人体伤害比较大的颗粒物，SO2，NO X这三种污染物进行单独的每日排放量统计。
图8 三月烟气重要污染物每日排放量
图8中所示为三月烟气重要污染物每日的排放量统计，从中我们可以分析出这三种烟气污染物在一个月当中的每一天排放量都较为平稳，没有明显的大起大落现象，那么说明垃圾焚烧厂在每天排放污染物的过程中，这些最有害的物质排量较为稳定，在可接受范围之内。
四、模型的基本假设
（1）假设除了少数异常点外其余点所给出的数据是真实的；
（2）假设本次建模过程中的数据都是采用自深圳，对其他地区没有代表性；
（3）假设模型地区不会发生一些非正常的自然现象，例如：地震，海啸，山洪暴发等；（4）假设三台焚烧炉的排列没有规则，采用点状聚集排列，不考虑排列带来的影响；（5）假设进行经济补偿方案确定时候不考虑个别居民的特殊要求；
（6）假设大气流动是稳定的、有主导方向的；
（7）假设污染物在大气中只有物理运动、没有化学和生物变化；
（8）假设在我们设置观测点的位置没有其他的重要的污染源，防止对我们的检测结果进行干扰，也就是说源强是连续均匀的；
（9）在有主导风的情况下，主导风对污染物的输送应远远大于湍流运动引起的污染物在主导风向上的扩散，即在x方向只考虑迁移，不考虑扩散；
（10）假设污染物的浓度在y,z轴上的分布是高斯分布（正态分布）的。
五、符号说明
C(x,y,z)：表示坐标为x，y，z 处污染物浓度；
He：烟囱的有效高度，m；
Q：烟囱排放源强（污染物单位时间排放量，mg/s）；
σy：垂直于主导风向的横向扩散参数，m；
σz：铅直扩散参数，m；
U：排气筒高度处的风速，m/s；
K i：特征根贡献百分率；
W i：各成分所占权重；
n ：为评价指标数;
a i：为第i 项指标标准化值。
EQI ：为评价区域生态环境质量综合指数;
E p：为每一基本评价单元生态环境质量指数值;
S p：为该生态环境质量指数值对应的网格数。
X i：某一指标的标准化值；
X max：实际值和环境质量标准的上限值；
X min：实际值和环境质量标准的下限值。
六、模型的建立及求解
模型一——环境影响动态监控评估方法
本模型主要是基于生态环境质量评价指标体系的特点，在其基础上进行分析研究，加入我们实际题目中的一些考虑的因素、实时数据等等，构建出来一个新的环境影响动态监控评估方法，这个监控评估方法有利于我们对垃圾焚烧厂周围的环境进行一个客观的、准确的定性判断，可以实时对垃圾焚烧厂周边环境进行动态监控，掌握环境信息，有利于接下来我们进行周边居民的经济补偿方案的建立。
6.1 模型的建立
6.1.1 模型动态监控方案的建立
题目中说明了目前主要只是在焚烧厂内部设立了测量监控，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，基于这点考虑，我们觉得，必须从焚烧厂周边的环境出发，设置动态的厂外检测点。考虑垃圾焚烧厂周围以及监控点间的合理间距，先设定一个监控点的总量为z，根据在上文中我们分析出来的各个季度中各个风向所占的比例来确定监控点的数目，不同季度不同方向上根据比例设置不同数目的监测点，从而实现对垃圾焚烧厂周围环境的污染的动态监控。具体的设置监控方案如下：
风向
监测点个数
1-3月4-6月7-9月10-12月（）
季度
东 1 6 7 1
东南 1 4 13 1
南 4 6 6 15
西南54 14 18 68
西35 21 24 16
西北7 18 9 1
北 1 18 8 2
东北 1 13 15 1
图9 焚烧厂厂外动态监测点设置个数表
从表中可以看出，在一年中的每个季度，季度的不同，垃圾焚烧厂厂外的监测点的设置也是不同的。1—3月的东、东南、北、东北的风向基本都不会出现，但是为了结果的准确性和观测结果的准确性，我们各设置一个监测点，这种做法是为了避免由于与不设置监测点而导致的误差。而总体来说以上的设置方法可以完全胜任对厂外的周边环境的监测，而在设置这些监测点的时候，我们采用的是均匀分布法，对范围5000米之内的地区都进行完全均匀分布。
6.1.2 模型体系框架的构建
环境影响动态监控体系的可靠性取决于我们对周边生态环境的全面认识和理解程度。由于我们对于生态环境质量的构成理解有差别, 所建立的模型体系也就不完全相同。通过我们的大量查阅资料得知，许多研究者基于社会-经济-自然复合生态系统理论,认为生态环境质量评价是对自然、社会、经济总体状况的评价,模型体系涵盖了上述三方面内容，在经过详细分析比对之后，我们依据自然条件相对一致性原则将模型区域划分为不同的生态系统类型分别进行监测与评价, 并在此基础上进行区域生态环境质量综合评价。这种以景观生态思想建立指标体系的方法是实现空中监测与地面监测相结合的理想途径, 模型体系客观地反映了评价区域所有生态系统的现状及其相互关系,模型内容体现了区域自然系统生态系统服务的水平, 故这种方法较为可取。由此设想模型体系的框架由两部分组成: 其一, 不同生态系统类别各自的分指标体系; 其二, 反映各生态系统之间景观格局的分指标体系。综合这两方面内容, 得出模型区域生态环境监测与评价指标体系。
6.1.3 模型指标的构建
生态环境动态监测与评价的对象是焚烧炉周边区域的复合生态系统, 其指标应当属于生态系统指标类别。根据综合性、简洁性、可操作性、数据可获取性等原则, 我们总结为以下几点对指标进行筛选:
（1）指标的收集
我们首先根据日常在垃圾焚烧厂周边实时收集的数据，对指标进行分类储存，在上文所确定的模型体系框架内予以归类, 建立分层次的指标库。
（2）针对垃圾焚烧厂周边区域和指标筛选原则利用“排除法”将一些完全无关的指标剔除。
（3）依据历史资料以及近年的有关研究成果等在工作室内剔除一些影响不大的指标。
（4）通过实地应用, 结合“因子分析法”检验并筛选指标。因子分析法是将原来多个指标化为少数几个综合指标的一种方法。一般取累计贡献率达到80% 以上的少数几个特征根对应的主成分作为指标筛选结果。
6.1.4 模型指标数值的标准化
评价指标确定之后, 各指标量纲不统一, 没有可比性, 故必须对参评的指标进行标准化处理。为便于计算和比较, 用如下公式进行标准化:
10m in
m ax m in ?--=X X X X a i i
式中, a i 、X i 、X max 、X min 分别为某一指标的标准化值、实际值和环境质量标准的上限值和下限值。由于生态环境质量标准大多处于探索阶段,为此, 应结合评价区域实际, 参考国家、行业和地方规定的标准; 背景或本底标准; 类比标准以及公认的科学研究成果来制定各指标的生态环境质量标准。经标准化处理后指标数值变为0-10 之间的无量纲化值。
而我们在处理垃圾焚烧炉周边的环境的时候，不同指标对生态环境的影响程度是不一样的, 因此需要对各指标进行权重赋值。权重赋值方法有多种, 主要分为“主观赋权法”和“客观赋权法”,比较有代表性的方法分别为“层次分析法”和“主成分分析法”。
两者均具有一定的优点和局限性, 但到目前为止还没有一个可将主观信息与客观信息综合集成的新方法。有鉴于此, 评价时可单独使用或综合使用两种方法赋权。
( 1) 层次分析法是目前最为常用的一种方法 。
( 2) 主成分分析法, 在用“因子分析法”筛选指标时, 各主成分特征根贡献率大小已说明各主成分对于生态环境质量的影响程度是不相同的, 这里引用资料中的公式计算 权重:
∑
=i i i W λλ 式中, λi 为特征根贡献百分率。这种方法具有较强的数学理论依据。
根据上面的一些基本的计算，我们可以进行综合评价指数的计算：
∑==
n i iai p W E 1
式中, E p 为某基本评价单元生态环境质量指数；n 为评价指标数；Wi 为第i 项指标权重； a i 为第i 项指标标准化值。
以上，我们通过多种方法可以计算出不同的指标对于环境的影响程度的大小和综合评价指数，这两个变量是对我我们建立的模型非常重要的，因为在接下来我们需要算出垃圾焚烧厂周边区域生态环境质量的综合评价，在以上的基础上，我们通过查阅书籍里的资料，用以下的公式评价焚烧炉周围生态环境质量综合指数：
∑∑=p p p S S E EQI
式中, EQI 为评价区域生态环境质量综合指数；E p 为每一基本评价单元生态环境质量指数值；S p 为该生态环境质量指数值对应的网格数。
6.1.5 本模型的完善与优化
生态环境质量是多维体系, 而综合评价指数是将多维度( 一个维度代表一个项目) 的评价压缩成了一个无维度的几何级数, 单纯这一数值是不够的, 应以此综合指数为基础, 结合焚烧厂区域社会、经济发展取向, 利用GIS 技术的各种数据统计分析功能, 找出影响焚烧厂周围区域社会、经济可持续发展的关键因子, 存在的问题及优势, 对焚烧厂周围区域生态环境质量做出定性评价。并据此对指标的设置和权重赋值进行调整, 从而完善指标体系, 使指标体系可为区域社会经济发展决策提供正确的导向。
6.1.6 本模型优点
本模型综合了目前主流的环境体系的监控和评价系统，从多个方面考虑问题，从根本上剔除无关或者相关度小的环境监测评价指标，从根本上优化了整个模型，本模型主要的优点有：
（1）综合多种环境体系框架，进行了大量的对比分析，总结出了一套最适合垃圾焚烧厂周边环境的环境监控和评价体系框架。
（2）分析的影响因子多样化和准确化，大胆剔除无效或者相关度小的因子，灵活运
用因子分析法。
（3）充分的考虑了垃圾焚烧厂周边的环境以及检测到的数据，进行分析假设，对原有的数据模型进行不断修改，以达到更好的效果。
（4）综合运用层次分析法和主成分分析法，避免了某一个分析法所带来的片面性和单一性。
模型二——居民风险承担经济补偿方案
本模型主要是依据于高斯烟羽扩散模型来对焚烧厂周边范围内进行浓度计算，从而能够计算出范围内不同地点的受污染程度的大小，从而可以对应于每一种情况建立出焚烧厂周边范围的不同地点的赔偿方案，那么在接下来首先我们需要做的就是建立出适合于垃圾焚烧厂的高斯烟羽扩散模型。
6.2 模型的建立
6.2.1 高斯烟羽扩散模型建立
高斯模型是大气预测的基本模型，在高斯模型的基础上，我们可以加入一些地形、气象的修正。本模型通过分析高斯扩散模型的几何意义，了解焚烧炉高空点源排放烟气的扩散特点，根据研究结果观察烟羽形状对应的大气稳定度，并结合观察所得的大气稳定度，预测分析污染物经高架点源排放后在评价范围内的浓度。
烟羽模型是模拟排放到大气中的污染物沿下风向扩散浓度分布最广泛的模型, 该模型适用于蒸气扩散及液体转变为蒸气扩散。假定烟羽水平风方向和垂直方向上的污染物浓度符合高斯分布, 其基本方程组如下：
()()???
????????? ??+-+???? ??--?-=2222221ex p 21ex p )21ex p(2),,,,(2z z z y H z H z y u Q H t x y x X y σσσσσπ
其中：X （x,y,z ）为下风向x 米、横向y 米、地面上方z 米处的扩散的气体浓度，单位为kg/m 3；Q 为源强（即源释放速率），单位为kg/s ；u 为平均风速，单位为m/s ；y σ为水平扩散参数，单位为m ；z σ为垂直扩散参数，单位为m ；t 为排放后的时间，单位为s ；H 为排放源有效高度，单位为m ；y 为横向距离，单位为m ；z 为垂直方向距离，单位为m 。
烟囱高度m
出口直径m 烟气速度m/s 烟气温度℃ 20
0.8 8.0 130 30
1.0 8.0 130 40
1.4 10.0 130 50
2.0 10.0 130 60
3.0 15.0 130 80
4.0 1
5.0 130 100
5.0 20.0 130 120
5.5 20.0 130 150
6.0 25.0 130 180
7.0 25.0 130 210
8.0 25.0 130
图10 高架点源高度、直径、烟气速度、温度关系表图10中为高架点的高度、直径、烟气速度、温度关系表，从表中我们不难看出随着
高度的不断增加，出口直径的不断加大，烟气的平均速度也是呈上升速度，但是到了25m/s就会停止增长，所以我们在后续计算的时候需要注意这些点。
但是我们在考虑这些因素的情况下，我们还需要对一些其他的因素进行适当的考虑，例如：降雨量和气压值。
图11 深圳2012年月降水量统计
图11中统计出了深圳在2012年这一年中每个月的降水量，我们发现，在冬季、秋季的降水量明显低于夏季和春季，那么的话我们在计算的时候就需要将这个降水因素给考虑进去，降水会降低空气中的颗粒物的悬浮度以及扩散速度，因为现在没有一个较好的模型来计算，我们姑且用权重法来加进去。
图12 深圳2011年各月的平均气压值
图12中统计的是深圳2011年一年中每个月的平均气压值，气压值的大小会影响到空气中排放物扩散的速度以及方向，从图中我们可以看出在一年中每个时间点的气压值大小呈现“V ”字型的变化，在夏天的时候气压值最低，所以我们采用特殊值带入法，将特殊情况用比值法进行代替，从而使我们的计算结果更加准确。
图13 烟云抬升示意图
排放源有效高度（烟云抬升高度的计算）：
以上式中的排放源有效高度是指排放气体形成的气云基本上变成水平状的时候气云中心的离地高度。实际上，排放源有效高度就等于排放源几何高度加排放烟云抬升高度。
影响烟云抬升高度的因素有很多，主要包括：排放气体的初始速度和方向、初始温度、排放口直径、环境风速及风速岁高度的变化率、环境温度及大气稳定度。
有效源高：
H H H S ?+= 其中，s H 为排放源几何架高， H ? 为烟云抬升高度。
实验表明，排放源抬升高度可以用下面公式近似计算：
V d V H S /.42=?
其中，S V 是气云释放速度，单位为m/s ；d 是排放出口直径，单位为 m ；V 为环境风速，单位为m/s ；
上式是20世纪70年代末、80年代初，Wilson 根据管道破裂泄漏实验所得的实验公式。实验时气体的喷射方向与风速垂直并且气体喷射路径上无障碍物。实验表明，当气体喷射方向垂直向上时，预测值与实际值之比在洗漱2以内。
计算出排放烟云抬升高度以后，将排放源抬升高度与排放源实际几何高度相加就得到了排放源有效高度。
扩散系数的选取：
扩散系数σx 、σy 、σz 的大小与大气湍流结构、离地高度、地面粗糙度、泄露持
续时间、抽样时间间隔、风速以及离开泄露源的距离等因素有关。大气的湍流结构和风速在大气稳定中考虑。大气稳定由10高度以上的风速、白天的太阳辐射或夜间的云量参数决定。
按照从资料中查到的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。A、B、C三种类型的稳定中，A表示气象条件极其不稳定，B类表示气象条件中等程度不稳定，C类表示气象条件弱不稳定。E和F两种类型的稳定度中，E类表示气象条件弱稳定，F类表示气象条件中等程度稳定。大气稳定度具体分类方法见下表：
地面风速（m/s)
白天日照夜间条件
强中等弱
阴天且云层
薄，或低空
云量为4/8
天空云量为
3/8
<2 2~3 3~4 4~6 >6 A
A-B
B-C
C-D
D
A-B
B
B-C
C-D
D
B
C
C
D
D
E
D
D
D
F
E
D
D 图14 Pasquill大气稳定度的确定
天空云层的情况日照角>60o日照角<60o且>35o日照角>15o且<35o 天空云量为4/8或
高空有薄云
强中等弱天空云量为
5/8-7/8，云层高度
为2134-4877m
中等弱弱
天空云量为
5/8-7/8，云层高度
<2134m
弱弱弱
图15 日照强度的确定
图14和图15中的云量是指当天空层覆盖率。例如，云量为3/8是指当地3/8的天空有云层覆盖。日照角是指当地太阳光线与地平线之间夹角。例如，阳光垂直照射地面时日照角为90o。
一般来说，随着大气稳定度的增加，扩散系数减小。根据Hanna和Drivas的建议，化学危险品事故泄露扩散系数与大气稳定类型和下风向的关系如下表：
大气稳定度σy σz
A 0.22x/(1+0.0001x)0.5 0.2x
B
0.16x/(1+0.0001x)0.5 0.12x C
0.11x(1+0.0001x)0.5 0.08x/(1+0.0002x)0.5 D
0.08x/(1+0.0001x)0.5
0.06x/(1+0.0015x)0.5 E
0.06x/(1+0.0001x)0.5 0.03x/(1+0.0003x) F 0.04x/(1+0.0001x)0.5
0.016x/(1+0.0003x)
图16 扩散系数的计算方法
综上所述，可得，令z=0，即可得到地面气体浓度计算公式：
???? ??????????-=2222exp 21exp ,0,,z y z y H y u Q
H y x X σσσσπ）（）（
我们在Matalab 中对通过编程可以得到它的图像：
图17 垃圾焚烧厂排出气体浓度图像
考虑到雨水的吸附作用，对模型进行修正：
降雨对放射性物质的浓度有一定影响，即雨水对放射性物质有一定的吸附作用。以
吸附系数β来表示雨水对放射性物质吸附作用的大小，β与降雨强度的关系为：b aI β=，
式中I 为降雨强度，,a b 为经验系数。如果放射性物质含碘，则5810,0.6a b -=?=；反之，
51.210,0.5a b -=?=。
雨水的吸附作用导致的放射性物质浓度的减小，可对源强进行修正：
()e x p ()x Q x Q βα=-
则进一步修正的连续点源高斯扩散模型为：
22222
2
()()()(,,,)exp(){exp[]exp[]}2222s s y z y y z V x V x z h z h Q x y C x y z h u α
απσσσσσ-++-=--+-
综上所述：修正的连续点源高斯扩散模型为：
2222222
()()()(,,,)exp(){exp[]exp[]}2222()exp(),18s s y z y y z b s V x V x z h z h Q x y C x y z h u x Q x Q aI gd V ααπσσσσσββαρα?-++-?=--+-????=-=???=????
根据浓度公式，可计算出在地平面任意一点的污染物浓度，再与生活垃圾焚烧污染控制标准相校准，可以得出一个不同的范围标准。
序号 污染物名称 单位 GB18485-2001 GB18485-2014
（征求稿） EU2000/76/EC
1
烟尘 mg/Nm 3 80 20 10 2
HCL mg/Nm 3 75 50 10 3
HF mg/Nm 3 1 4
SOx mg/Nm 3 260 80 50 5
NOx mg/Nm 3 400 250 200 6
CO mg/Nm 3 150 80 50 7
TOC mg/Nm 3 10 8
Hg mg/Nm 3 0.2 0.1 0.05 9
Cd mg/Nm 3 0.1 0.1 0.05 10
Pb mg/Nm 3 1.6 1.0 ≤0.5 11
其它重金属 mg/Nm 3 ≤0.5 12
二恶英类 Ng-TEQ/Nm 3 1.0 0.1 0.1 13 烟气黑度 格林曼级 Ⅰ Ⅰ Ⅰ
图18 生活垃圾焚烧污染控制标准
结合各类污染物对人体的直接影响以及一些潜在的影响，划分气体污染物的影响级别。利用相关数据，就可以得出一套针对气体污染物的排放对周围影响的具体赔偿方案。
6.2.1 居民风险承担经济补偿方案的建立
建立垃圾焚烧厂，虽然从整体上来说是对全国的垃圾处理做出了巨大的贡献，但是对于那些居住在垃圾焚烧厂周边的居民来说未必就是一件好事，很多居民对自己住宅附近建有垃圾焚烧厂都采取抵制厌烦态度，大家的考虑也是多方面的，有的人认为垃圾就是脏、乱、差的代名词，认为有垃圾的地方就必然很脏，害怕自己家附近整天都是臭气熏天的，还有的人认为焚烧垃圾产生的排放气体有毒害，会对周围居民产生健康上的威胁。所以我们在建造垃圾焚烧厂的时候就要建立起一种对周围居民的风险承担补偿方案。
6.2.1.1 补偿方法研究
环境补偿机制由补偿主体、补偿客体、补偿资金来源、补偿范围、补偿方式、补偿标准和补偿时间构成。
（1）补偿的主体
补偿的主体为政府或受政府委托的运营单位。
（2）补偿客体
补偿客体为环境补偿范围内受影响的户籍居民和土地, 但补偿客体的具体补偿方式由当地政府按实际情况确定。
（3）补偿资金来源
补偿资金来源包括以下两部分: 1) 垃圾处理费收入; 2) 政府财政。
（4）补偿范围
垃圾焚烧处理项目的补偿范围主要根据环境防护距离和影响距离来定, 影响距离参考最大落地浓度距离确定。
目前国内不同规模的垃圾焚烧厂的环境防护距离设置普遍在200~500 m, 最新颁布的环发[ 2008] 82 号文5关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知6规定, 新改扩建项目环境防护距离不得小于300 m 。根据污染排放限值和周边环境特点, 推荐项目环境防护距离定为厂区边界外300 m。影响距离一般参考最大落地浓度距离确定, 根据理论计算和国内外垃圾焚烧厂实测值, 最大落地浓度距离在800 m 左右, 考虑到污染物在落地点有一定逸散作用, 并参考日本垃圾焚烧厂影响距离, 一般垃圾焚烧项目影响距离定为厂区边界外1 000 m。初步的环境补偿范围划定后, 再根据该范围内自然村的行政区划进行适当调整。
（5）补偿方式
补偿方式是最为重要的一个点，因为作为居民来说最为看重的就是补偿的方式，而补偿的方式也有很多种，不一定就是一成不变的，我们就补偿方式进行了一些研究和探讨，经过大量的查阅资料和分析比对，我们发现，目前较为普遍的补偿方式主要有：直接补偿和间接补偿；下面我们将主要分析这两种补偿方式。
1、直接补偿：
直接补偿包括按人口补偿、土地补偿和垃圾处理量补偿这三种种方式。
1) 按人口补偿: 对人口的补偿首先通过当地政府( 街道或社区) 核准统计补偿范围内受影响的人数, 补偿的对象原则上以上一年年末登记在册的垃圾焚烧厂周边居民为标准,然后结合当地经济发展水平确定每人补偿若干元, 在垃圾焚烧厂运营期间内, 从垃圾焚烧厂的焚烧收入(主要是垃圾处理费收入) 或政府财政中支付给当地受影响的周边居