关于垃圾焚烧厂的经济补偿问题 - 图文

关于垃圾焚烧厂的经济补偿问题

摘 要

随着社会城市化进程的加快，垃圾焚烧厂的环境污染问题显得日益突出，因此针对这一问题建立起一套可行的污染物动态监控评估体系，同时对污染区域进行经济补偿就显得尤为重要。本文基于焚烧厂排放的污染物质量浓度结合高斯烟羽模型与标准离差法最终得出污染物浓度的动态监控评估体系以及对焚烧厂周围居民区的经济补偿方案。

针对问题一，首先为了得到垃圾焚烧厂周围任一点污染物在大气中的浓度，利用“像源法”建立高斯高架连续点源扩散模型，考虑到污染物点源排放对大气污染物扩散的影响和温度对烟云的抬升效用，对高斯高架连续点源扩散模型进行了修正，随后结合帕斯奎尔大气稳定度分类法确定了扩散参数?y和?z；再将排烟口实际高度与烟云抬升高度相加确定排烟口的有效高度，并带入模型，得到了能对周边环境进行实时监控的高斯高架点源扩散模型（见公式4），并利用MATLAB编程（见程序2），得到最终优化后八个风向的垃圾焚烧厂污染物浓度图（见图五）。

接着根据附件1和附件3的相关标准建立评价指标集，利用标准离差法求出权重系数B，进而将评价指标集与权重系数B做乘积运算得到综合评价指标F，以综合评价指标临界值为依据，并结合积分的思想得到经济补偿区域（见图七）。

然后是建立周围居民风险承担经济补偿方案。垃圾焚烧厂排放的污染气体造成的损失包括直接损失和间接损失，因此，赔偿方面我们根据样本土地的年均农

业价值、生态服务价值等为依据结合相关公式，得到最终赔偿模型为：

MM?LP总赔偿土地金额?DOL总赔偿金额?C最后金额?ESV?WC

结合当地地形得到最终赔偿金额为2859.5万元。

针对问题二，我们分析烟气排放连续监测日均月报表（附件2）的数据，利用MATLAB软件编程计算三种污染物的标准差，根据划定的标准区间比对附件2中的数据，找出发生故障的天数与总天数相除计算出故障率，发生故障导致源强的增大，假设增大倍数为k倍，根据发生故障的概率修正高斯烟羽模型的源强公式，进而修正问题一中的经济补偿方案,得到的修正金额为4739.353万元。

最后本文对模型进行了评价，问题一采用高斯烟羽模型可以解决现实中气体的泄漏及扩散所引起的大气污染问题，经济补偿方案中样本调查法能比较准确的预测总体的状况，具有操作性强，结果清晰地特点。

关键词：高斯烟羽模型、标准离差法、权重系数、方差（标准差）、样本分析

法

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。2012年全国城市生活垃圾清运量达到1.71亿吨，比2010年增长了1300万吨。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。城市垃圾经过分类处理，剔除可回收垃圾和有害垃圾后将剩余垃圾在焚烧炉中焚烧处理，既可避免垃圾填埋侵占大量的土地，又可利用垃圾焚烧产生的能量进行发电等获得可观的经济效益。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）。我们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上，确立一套可行的垃圾焚烧厂环境影响动态监控评估方法，并针对潜在环境风险制定出合理的经济补偿方案。

请你在收集相关资料的基础上考虑以下问题：

(1) 假定焚烧炉的排放符合国家新的污染物排放标准（参见附件1），根据垃圾焚烧厂周边环境设计一种环境指标监测方法，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。以你设计的环境动态监控体系实际监控结果为依据，设计合理的周围居民风险承担经济补偿方案。

(2) 由于各种因素焚烧炉的除尘装置（如袋式除尘器）损坏或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（如：烟尘浓度、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二恶英类及重金属等排放超标，附件2给出了一台可处理垃圾350吨/天的焚烧炉正常运作时的在线排放监测记录）。请在考虑故障发生概率的情况下修正你设计的监测方法和补偿方案。

二、问题分析

2.1问题一的分析

问题一要求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，并以实际监控结果为依据，设计合理的周围居民风险承担经济补偿方案。

首先，为了建立环境动态监控体系，我们需要知道污染物排放扩散模型以及对污染物扩散的影响因素，包括风向、风速、地形等因素。而高斯烟羽模型就是计算气体因子在大气中扩散浓度的模型，所以利用高斯烟羽扩散模型计算出污染物在周围环境中的浓度，达到监测各居住点气体污染物排放浓度的目的。

其次，垃圾焚烧厂所排放的气体污染物包含种类繁多,使用单一的气体污染物浓度作为评价标准不具有说服力,因此,我们选用具有代表性的三项因素：颗粒

物浓度（烟尘）、so2浓度以及NOx进行综合评价，同时将附件1、3所提供的三项污染物评价标准，生成标准矩阵X，结合标准离差法利用公式（20）求得权重系数，作为划分经济补偿区域的标准。

最后，建立居民风险承担的经济补偿方案。垃圾焚烧厂的建立及其运行排出的污染物对周围居民造成的损失包括：大气环境变化、对土地的征用导致的直接经济损失赔偿和居民呼吸含有污染物的气体承担健康风险的间接损失。直接经济损失和居民健康风险间接损失均与垃圾焚烧厂的规模、离开居住点的距离、空气质量等因素存在联系。为使补偿具有公平性，我们选择多样化的补偿方式。

2.2、问题二的分析

问题二要求在考虑发生故障而导致污染物排放量严重超标的概率下修正问题一设计的监控体系和补偿方案。

首先，我们需要知道垃圾焚烧厂发生故障的概率，焚烧炉发生故障会使源强排放的污染物气体浓度增大，对周围环境的影响会加大。因此，我们将附件2的数据进行分析，求出发生故障的概率，进而加大对周围环境的补偿，即修正经济补偿方案。

三、模型假设

（1）假设污染区域内没有受国家保护的风景名胜区以及文化遗址；

（2）针对附件2进行数据分析处理时，只考虑TSP（烟尘）、SO2、NOx三种污染物在折算状态下的排放量。

（3）污染源的源强均匀、连续，初始时刻云团内部浓度、温度成均匀分布。 （4）整个过程中，污染气体不发生沉降、分解，不发生任何化学反应等，即污

染物在无穷空间扩散过程中不发生性质变化,忽略热传递，热对流及地形影响。

（5）在水平方向，大气扩散系数是各向同性的。 （6）污染气体为理想气体，遵循理想气体状态方程。

（7）有降雨时污染物的强度由于雨水的吸收而减少,减少比率为常数。 （8）地面对污染物起全反射作用,不发生吸收或吸附作用。

（9）风的平均流场稳定,风速均匀,风向平直且风向风速短时间内不随时间、地点变化。

四、符号说明

符号 代表含义 源强 平均风速 单位 Q u kgm3 ms

?y ?z H 水平扩散参 垂直扩散参数 释放源有效高度 释放源几何架高 烟云抬升高度 气云释放速度 释放出口直径 平均风速 第i种污染物环境质量标准均值 第i种污染物环境标准指数 归一化后第i种污染物的权重值 修正的赔偿金额 原赔偿金额 总故障率 每个指标占总指标的概率 m m m m m ms Hs ?H VS d V m ms Si ai Wi M mgm3 —— —— —— —— —— —— M0 N ji

五、 模型的建立与求解

5.1 数据的预处理

我们通过利用Excel软件的筛选，计数，求平均值的方法，对附件四的数据进行了统计分类，计算出八个风向各自的出现频率和风速平均值，处理后的结果如下表:

表1 风向频率及风速表 风向 出现频率（%） 风速?ms? 西南 南 西北 北 38.532 7.951 8.257 6.728 2.92 3.13 2.64 1.90

4.281 3.364 6.728 24.159 5.2高斯烟羽模型的建立、改进、求解 5.2.1模型的建立

东南 东 东北 西 1.61 1.51 1.85 3.01 在假设?3?~?9?的条件下，高斯烟羽模型的建立适用于本题。当风速为ums时,利用高架连续点源扩散模式。以点源在地面上的投影点O作为坐标原点，有效源位于z轴z?H这一点。高架有效源的高度由两部分组成，即H?HS??H，其中Hs为排放口的有效高度，?H是热烟流的浮升力和烟气以一定速度竖直离开排放口的冲力使烟流抬升的一个附加高度。

以排烟口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, 大气中的扩散是具有y与z两个坐标方向的二维正态分布, 当两坐标方向的随机变量独立时,分布密度为每个坐标方向的一维正态分布密度函数的乘积，所以下风向的任意一点C?x,y,z?的浓度分布函数为：

22??z?H????1?y?C?x,y,z??A?x?exp???2?? （1） ?2?z????2??y?式中：C?x,y,z?—空间点的污染物的浓度, A?x?—待定函数， ?y,?z—分别为泄露气体在y,z方向的标准差,即 y、z 方向的扩散参数。由守恒和连续假设

条件（4）,在任一垂直于x轴的烟流截面上有：

????Q???uCdydz （2）

????式中： Q——源强,即单位时间内排放的污染物, kg/s，u——平均风速, m/s;

将式（1）代入式（2）, 由风速稳定假设条件（1）,A与y、z 无关积分可得待定函数A?x?：

QA(x)? （3）

2?u?y?z将式（3）代入式（1），得到空间连续点源的高斯扩散模型：

?1?y2?z?H?2??QC?x,y,z??exp???2?? （4） ?22?u?y?z?z???2??y

当污染物到达地面后被全部反射时，可以按照全反射原理，用“像源法”来求解空间某点k的浓度。它是位于(0，0，H)的实源在k点扩散的浓度和反射回

来的浓度的叠加。如下图所示（图一）：

公式为；

（图一）地面全反射的高架连续点源扩散 ?1?y2?z?H?2??QC?x,y,z,?1?exp???2?? （5） ?22?u?y?z?z???2??yk点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐标为(z＋H)，则像源在k点扩散的

浓度为式（4）的坐标沿z轴向上平移距离H：

?1?y2?z?H?2??QC?x,y,z,?2?exp???2?? （6） ?22?u?y?z?z???2??y由此，实源C?x,y,z,?1与像源C?x,y,z,?2之和即为k点的实际污染物浓度：

2???z?H?2??Q?y2?????z?H??C?x,y,z,??exp?2??exp??exp?? (7) ??222?u?y?z?2?y???2?z??2?z??5.2.2模型的改进

高斯扩散模型仅体现了风力对浓度的影响,为了更准确的探究各种气象因素 对垃圾焚烧厂周边污染物质浓度的影响情况,我们将考虑地貌地形以及降雨量的影响,进而对高架点源高斯扩散模型进行修正。

首先考虑地貌地形对污染物质浓度的影响：

（图二）地区等高线图

上图（图二）为Google Earth上的该地区的等高线，由上图可知，该地区的海拔高度变化较大，故地形高低对排放烟气的扩散的影响不能忽略，取空间中任意一点的海拔高度与原点的海拔高度之差为?z，则改进后的公式为

2????z??z?H?2???y2??Q(X)????z??z?H????exp?exp?exp?C(x,y,z)???????22?2?y2??2?u?y?z2?z2?z??????????? ??610TC(x,y,z,h)?Cm(x,y,z,h)??(T?273)?（8）

5.2.3模型的求解

（1）扩散参数（?y，?z）的确定：

模型所需参数的选取对模型的求解至关重要,通常情况下利用该地区多年气象资料选取气象参数.本模型中选择我国 GB3840－91《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》1采用的经验公式确定扩散系数?y，?z：

n1???y??1?x?n2 （9） ???z??2?x

式中：?1、n1、?2及n2称为扩散系数。这些系数由实验确定,在一个相当长的x距离内为常数。为了确定扩散系数,需要对该地大气稳定度等气象因素进行分析。

大气稳定度等级的划分是使用帕斯奎尔（Pasquill）稳定度分类法,分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级，分别由 A、B、C、D、E 和 F 表示。

太阳高度角h0使用下式计算：

ho?arcsin?sin?sin??cos?cos?cos?15t???300??

（10）

式中：h0—太阳高度角，deg ，?—当地纬度，deg，λ—当地经度，deg ，

t—进行观测时的北京时间，?—太阳倾角，deg，可按下式计算：

??[0.006918?0.39912cos?o?0.070257sin?o?0.006758cos2?o?0.000907sin2?o?0.002697cos3?o?0.001480sin3?o]180/?

（11）

式中： ?0—360dn/365，deg，dn— 一年中日期序数，0、1、2、······364。

180???(?)?1000? （12）

?(?)?6.918?399.912cos?0?70.257sin?0?6.758cos2?0?0.907sin2?0?2.697cos3?0?1.480sin3?0 （13）

?—太阳倾角，deg ;式中：?0?360dn/365,deg，

.再从附录一（太阳辐射等级表）由太阳高度角h0和云量查出太阳辐射等级，根据地面风速确定当时的大气稳定度。最后从附录三（大气稳定度参数表）根据大气稳定度确定扩散系数。

（2）排烟口有效高度的确定

如图（图三）烟云抬升示意图所示,排烟口的有效高度H是由两部分组成,一是排烟口距地面的有效高度Hs；二是在实际扩散中气团从烟口排出时,由于受到热力抬升和本身动量,产生的一个附加高度?H。因而H?HS??H.由于烟流抬升受诸多因素的相互影响,因此烟流抬升高度?H的计算尚无统一的理想 的结果。在30多种计算公式中,应用较广适用于中性大气状况的公式如下：

2.4VSd?H? （14）

VH?HS??H （15）

式中：VS—气体出口流速, ms，?H-烟云抬升高度，m，V-平均风速，

ms，d-排烟口的烟囱内径，m

根据题中数据，通过查询典型焚烧设施参数相关资料,得到高80m的排烟口出口直径取4m,出口烟气速度 15.0ms,根据附件2实时监控数据,烟气温度为 100℃。根据MATLAB软件利用公式（14），（15）计算出八个方向的平均风速V和排烟口有效高度H如下表：

表2 平均风速及排烟口有效高度表 风向 东风 东北风 东南风 南风 西风 西北风 西南风 北风 平均风速V1.51 1.85 1.61 3.12 3.00 2.97 2.92 1.90 ?ms? 排烟口有效高度H?m? 175.42 157.64 169.20 126.05 127.90 128.51 129.24 155.61

（图三）烟云抬升示意图

5.2.4数据确定

（1）风速风向因素

根据附件4给出的一年内的风力风向数据,做出该地2011年4月11日至2012年3月31日的风玫瑰图（图四）以及风向频率及风速表（表一）,可见该地主导风向为西南风和西风,主导风向的平均风速3ms，且得到风频风向统计风玫瑰图（图四）如下所示：

（图四）2011年4月11日至2012年3月31日的风玫瑰图

从图中可以看出，焚烧厂周围地区西南风和西风在一年中所占概率比较大，因此我们在考虑经济补偿方案时，将着重给予东北方向和北方向居民区较大的经济补偿。

（2）扩散参数（?y，?z ）

对正午太阳高度角的统计计算发现数据集中在15~30,太阳辐射等级在多数?1~?1之间, 。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，化学危险品事故泄漏扩散系数与大气稳定度类型和下风向的关系如附录三，结合风频风速统计数据,可以确定大气稳定度选择D,从而的确定由下列公式计算为：

?y,?z

?y??z?0.08x

?1?0.0001x?0.50.06x0.5

?1?0.0015x?（16）

（3）源强Q

源强Q为垃圾焚烧炉烟囱单位时间内污染物的排放量，根据假设（2）本文只考虑SO2,NOx及烟尘三种污染物，由于附件2给出的是可处理垃圾350吨/天的焚烧炉正常运行在线监测数据，而题目中焚烧炉处理垃圾为650吨/天，我们将焚烧炉单位时间内污染物的排放量与垃圾处理能力之间近似处理为正比关系。由附件2给出的数据可得到焚烧炉单位时间内污染物的排放量即源强如下表：

表3 污染物排放量 焚烧炉处理能力 单位 烟尘 SO2 NOx 350吨/天 td 0.23 2662 14831.1 0.3 3472 16344 0.14 1620 9025.8 mgs 1950吨/天 mgs （4）标准离差法确定权重系数

参考附件1，附件3，的生活垃圾焚烧污染控制标准建立矩阵X，如下：

?10??20X??30??80?5080100260200??250? 350??400??1. 利用MATLAB编写计算标准差的编程（见程序1），计算得出矩阵X各列向量的标准差分别为：?1?31.0913

?2?93.9415 ?3?91.2871

2. 利用标准差计算各指标的权重，公式为：

Bj??j??j?1n j=1, 2, 3 （17）

j?T??0.14370.43430.4220?

3、环境的综合评价指标

?107.588????143.190?TF?X?B??195.549? ???293.502???

（5）SO2,NOx及烟尘浓度分布图（根据假设（3），浓度图只考虑三种污染因子的影响）根据上述权重，算出SO2,NOx及烟尘对源强的贡献率（各种污染物

的权重占总和的比率），依据算出的贡献率，为又因为当地地形高低没有规律为

方便作图暂不考虑地形高差的影响，即?z取0，则可得地面浓度公式

?1?y2QH2C?x,y,z,??exp?-??22???u?y?z2?z?y???????? ??另外为了更直观的得到垃圾焚烧厂周围环境污染情况，利用MATLAB软件编程（见附录一程序2）将八个风向和三种污染物对源强释放污染气体的影响体现在一张浓度图中，如下：

（图五）高斯烟羽模型垃圾焚烧浓度分布图

依据上北下南左西右东的原则，从本图中可以看出八个风向即西南风、西风、 东南风、东风、西北风、北风、东北风、南风在源强排放三种主要污染物（SO2,NOx、烟尘）情况下的浓度分布。 5.4补偿方案的确立 5.4.1经济补偿的准备

按照“谁受益，谁补偿，谁亏损，谁受偿”的原则,设置符合主体，政府，百姓所有被涉及到的经济赔偿体制。

（1）受益对象的界定 首先，我们研究的对象宝安区白鸽湖路垃圾焚烧厂是以BOT形式运营的一个机构，其业主是深圳中节能可再生能源有限公司，由上海环境投资有限公司，中国环境保护公司，汕头市建安实业有限公司组成的联合体。

BOT是“build－operate－transfer”的缩写，意为“建设－经营－转让”，是私营企业参与基础设施建设，向社会提供公共服务的一种方式。在本题目中，是政府部门就垃圾处理基础设施业务与深圳中节能可再生有限公司签订特许权协议，授予深圳中节能可再生有限公司来承担该垃圾焚烧厂的投资、融资、建设、维护，在协议规定的特许期限内，政府部门仅拥有监督权、调控权。

故主要经营者以及最后赔偿金额的负责人为深圳中节能可再生有限公司。 （2）受损对象的确定 根据谁受损谁获得补偿的原则，在垃圾处理处置中，处理设施所在地的周围居民明显是利益的损害者，是垃圾处理环境补偿中的补偿对象，补偿范围内的居民都应该获得相应的赔偿。

（3）就什么进行赔偿

垃圾焚烧项目的污染源主要来自如下几个方面：垃圾焚烧厂过程中的烟气，垃圾厂以及垃圾堆放占用的土地，垃圾堆放产生的渗透液及生产，生活排出的废水，垃圾焚烧产生的炉渣、及场内机械动力设备产生的噪声；

另外，有效利用的热能从烟囱、冷却系统、热力设备和管道等向外排放大量废热而造成的热污染以及电晕现象和电场效应引起的磁辐射污染，但因这些都无有效数据去计算相应的相关程度，故暂时将其忽略。

（4）对周边的不利因素的划分

A、直接损失，直接损失表现在立即就能在垃圾处理场运行的时候发生。主要包括：空气污染、土地污染、占用当地资源所造成失去的机会成本（发展机会的错失暂时忽略）、水资源的破坏。

B、间接损失：居民因呼吸污染空气而得的疾病、居民因噪声，磁辐射，热污染等现象产生的健康问题。

5.4.25.3补偿区域的划分（以南风为例，其他风向同理可得）

在划分区域时，首先，我们用MATLAB（见程序3）画出了八个方向主风向轴的地表污染物的浓度（以南风为例见图六），然后考虑到不同赔偿区域的有界性和区域划分的公平性，我们想到用等浓度线作为区域划分的临界值，并依据上述求得的评价指标建立一个区域划分标准，在这里我们引入了一个评价污染等级严重程度的权重系数Wj，该权重系数为评价指标的各等级临界值占总值的比例，表示污染物等级的严重程度，根据图六，可以想到用区域的面积表示污染的严重程度，故可将两者结合，利用MATLAB软件编程，找到污染等级划分的等浓度线。

由图可知，在距离5000米的时候，污染物的浓度基本趋于稳定，故选择距离5000米的范围作为总的积分面积，可用MATLAB算出，再乘以Wj即可得各等级的积分面积（见附录一程序4），然后利用MATLAB编程（见附录一程序5、程序6、程序7），即可得各等级的污染物浓度的临界值（积分时上下界对应的浓度值相等），

（图六）南风浓度分布图

依据上面求得的各区域划分的等浓度值，利用MATLAB软件可以画出区域之间的划分的等浓度线，等浓度线画出的区域，即为赔偿的区域，以南风向为例，画出的区域如下：

（图七）垃圾焚烧炉南风补偿区域图

由上图中可知，区域的临界值大致呈椭圆分布，距离远点的距离也可以大致的判读出来，根据附录一程序5,画出的等浓度线可以得出各个方向以及各个补偿区域范围的一些数据如下表：

表4 各风向补偿范围表 风向 区域最左端距区域最右端距区域的短半径等级 m 原点的距离m 原点的距离m a b l 表示符号 东风 600 1600 150 第一级 550 2200 200 第二级 500 3000 300 第三级 东北风 600 1500 100 第一级 550 2000 180 第二级 500 2800 250 第三级 东南风 600 1500 100 第一级 550 2000 180 第二级 500 3000 300 第三级 南风 600 1200 50 第一级 550 1600 100 第二级 500 2200 200 第三级 西风 600 1200 50 第一级 550 1600 100 第二级 500 2200 200 第三级 西北风 600 1200 50 第一级 550 1600 100 第二级 500 2200 200 第三级 西南风 600 1200 50 第一级 550 1600 100 第二级

北风 500 600 550 500 2200 1500 2000 2800 200 100 200 250 第三级 第一级 第二级 第三级 每个区域的面积近似为椭圆，

?(b?a)l?x?1,2,3? （18） 面积计算公式为Sx?2则各区域面积见下表：

表5 各区域面积表 风向 长轴m 长半轴m 短半轴m 每个区域的面积m2 污染等级 1000 东风 1650 2500 900 东北风 1450 2300 900 东南风 1450 2500 600 南风 1050 1700 600 西风 1050 1700 600 西北风 1050 1700 500 825 1250 450 725 1150 450 725 1250 300 525 850 300 525 850 300 525 850 150 200 300 100 180 250 100 180 300 50 100 200 50 100 200 50 100 200 235619.4 282743.3 659734.4 141371.7 268606.2 493230 141371.7 268606.2 768119.4 47123.89 117809.7 369137.1 47123.89 117809.7 369137.1 47123.89 117809.7 369137.1 第一级 第二级 第三级 第一级 第二级 第三级 第一级 第二级 第三级 第一级 第二级 第三级 第一级 第二级 第三级 第一级 第二级 第三级

600 西南风 1050 1700 900 北风 1450 2300

300 525 850 450 725 1150 350 100 200 100 200 250 47123.89 117809.7 369137.1 141371.7 314159.3 447676.9 第一级 第二级 第三级 第一级 第二级 第三级 8?S???Sijkjfi? （19）

??i?1?j?1?Sij——第i个方向属于第j个等级的土地面积，kj——第j个等级的污染权重，

fi——第i个风向的风频

5.4.3具体经济补偿的确定

理论上，在周围居住的居民都应该在补偿范围内，但是因为其规模确定其影响距离，在确定补偿范围。首先确定好补偿范围，再根据周围的农村行政单位进行分发。依据前面我们划分的各个风向的补偿区域表（表四），可以看出，补偿距离最小的是500m，最大的是3000m。

下面就根据划分的区域进行具体经济补偿的讨论：

A、土地赔偿，本题目采用被诸多学者认可的收益还原法，通过采样法确定四个农村为对象等，通过搜集四个农村每年的农业收入，以及各个农村用做农业耕地的有效面积，得出该地带单位面积内生产的年均农业价值。然后通过一定的还原率，将单位面积内的年均土地农业价值还原为土地的年均市场价值。 假设农村收入等于该农村所有有效土地的生产价值，则单位面积内土地的生产价值LP?SR （20） S其中，LP为单位面积的土地生产价值，SR为所有有效土地面积的农村收入，即所有有

效土地的农业生产价值，

S为所有有效土地的面积

另外，可通过全国货币通货膨胀率去计算居民得到赔偿的土地价格的现有购买力。经查证，CPI (Consumer Price Index 物价指数) 是政府用来衡量通货膨胀的其中一个数据，可得出实际

LPR?LP?CPICPIR （21）

CPIR为现在的物价指数，CPI为当时的物价系数

A1:为确定符合实际的单位面积的土地生产价值，我们结合广东省深圳市宝

安区各个地区地势地貌与风向影响两个因素（如下表所示），选用样本抽样法抽

取位于第二污染等级的并且居民受影响的村庄进行数据调查与统计。

表6 地区地势地貌及风向表 风向 正西，西北 正东，正北，东北 南风，西南风 东南 建筑物分明显障碍物 无障碍物且地形居民远，忽略障碍仅道路 布 较低 物 由图可知，应当考虑范围在内为正东，正北，东北方方向的区域。结合相应的谷歌地图，可选取周围两千米在内的四个村庄： 1新田村 距原点2.0km

合种植烤烟、玉米、稻谷等农作物，农民收入主要以种植业为主。 2樟坑径村 距原点 1.56km

其中户籍人口956人，该村以农业经济为主逐渐转变成以工业经济为主的新形势。

3辅城坳村 距原点1.83km 居民人均所得11800元。

4谷湖龙村 距原点1.84km

由公式（21）结合抽取的样本农村收入及有效面积表（见附录二表四）得出

LP样本SR137???0.255万元 S5374LP?CPI0.78?0.255??0.255?0.838?0.214万元

CPIR0.93LPR?则LPR即为利用样本抽样法计算所得的单位面积的农业土地生产价值，再乘以结合风频与污染等级权重以及（表五）考虑求出的受影响的居民区面积S居民区面积， 得到所有受影响居民区的土地赔偿金额。

?S居民区面积?S1?S2?S3?33 （22） ???S???Sijkjfi???i?1?j?1??其中S1代表南风影响的面积，S2代表西南风影响的面积，S3代表西风影响的面积，经过

计算得出

S=1131835m=1697.8亩

2故LP总赔偿土地金额?1697.8?0.214?363.4万元

污染等级权重系数是根据污染等级指标中各值所占的权重比例求得如下表：

表7 污染等级权重系数表 等级 第一等级 第二等级 第三等级 权重系数 46.42% 30.93% 22.65%

B、机会成本赔偿，根据机会成本法，假设该垃圾厂所在地建筑所占用的耕地不建立垃圾厂，那么该面积仍将继续种植农作物，因此，根据垃圾厂占地面积，计算所能产生的粮食价格，该价格就是建立垃圾厂所用的最大的机会成本，从而我们应当确定占用耕地资源的直接损失。

DOLi??aibici （23）

in其中，i代表被占用的第i种农作物， a为被占用土地农作物的面积， b为有效面积中所含的该农作物数量， c为该农作物的当年市场价格，DOL1表示第i种农作物的直接生态损失

同样，样本抽样法去统计农作物收入，在应用到已经求出来的农作物面积中。在这里选取烤烟，玉米，稻谷三种农作物，查询资料可得各农作物当年价格和污染等级（见附录二表五）

DOL1??abc?(iiiin400?10?400900?18?900300?23?300??)?1.1406万元160016001600则DOL总赔偿金额?DOL1?S居民区面积?1936.5万元

C、间接生态价值，各种资源存在直接价值的同时，还存在这涵养水源、水土保持、景观、净化空气等作用。本文以排污费的收取额度，作为环境污染损失。 考虑到研究区事情，均为城镇土地，故本文基于costanza的生态系统服务价值理论，结合谢高地等对我国平均状态的生态系统服务价值表，研究了广东省生态系统服务价值的变化，其估算公式为

ESV??VCi?Ai （24）

i?1n其中，ESV为研究区生态系统服务总价值（元）；VCi为第i类土地利用类型单位面积的生态功能总服务价值系数（元/hm）;AI为研究区内第i类土

2地利用类型的面积(hm ), N为土地利用类型数目，VCi采用谢高地等制定的

2中国陆地生态系统服务单位面积价值。

该地址在深圳市宝安区观澜街道办白鸽湖社区，占地28万平方米（与深圳龙岗区的平湖垃圾发电厂相距500米。）因此，计算结果为

ESV??VCi?A?6.224万元

i?1n D、健康疾病造成的损失。

由国际绿色和平组织研究研究室发表的《焚化炉与人类健康》的长期报告指出，垃圾焚烧化对人类健康的严重影响包括癌症、呼吸道疾病等。

首先确定暴露程度，然后将危险的类型和程度与暴露的程度联系起来评估

风险人群目前和潜在的健康风险。有毒有害物质释放产生的效应主要是慢性效应，故采用慢性效应中非致癌参考计量RfD[mg/(kg?d)]和致癌因子SF[mg/(kg?d)]?1来确定其对人体的危害。 对于非致癌污染物的危害效应计算公式如下：

HIij1?CDIij/RfDij （25）

HIij污染物i途径j引起的非致癌健康风险指数，无量纲，CDIij污染物i途径j

的人体单位质量日均暴露剂量，[mg/(kg?d)]，RfDij非致癌参考剂量，

[mg/(kg?d)]。

CDIij?Cair?Lin??air (26)

BWCair暴露点空气中有害物质的浓度，mg/m3，Lin人体每天吸入的空气量，m3d，

?air吸入人体的有害物质中被人体吸收的百分比，%，BW暴露人群质量，kg

对于致癌物质的致癌效用采用公式如下：

HIij2?CDIij?SF （27）

SF致癌斜率因子，[mg/(kg?d)]?1

设因环境中致癌因子与非致癌因子造成的疾病损失期望值为E(元)

居民的健康损失Cr?E(HIij1?HIij2） （28） 取HIij1、HIij2为污染物对人体造成的危害的均值水平0.01，期望值E为100万元。则居民的健康损失为

Cr?E(HIij1?HIij2）?10万元

由公式（26）得，在Lin，?air，BW一定的情况下，CDIij——人体单位质量的日均暴露剂量与源强的强度有线性关系，故Cr与居民区接触到的源强的强度也为线性关系，故用空气等级确定最后的真正的赔偿金额

C最后金额?Cr?S居民区有效面积10?1697.8??4.58万元

S总面积3710.48E、降雨量对赔偿的影响，在垃圾的正常生产过程中，严格执行各项环保措

施，废水不外排，渗透液不对外乱排放造成污染的状态下，不会对水环境产生较

大影响。但在发电厂的空压站需要冷却水。3台500t/d高温次高压循环硫化床垃圾焚烧炉配2台C12MW抽凝机发电机组的冷却水如下流程图（图八）所示。以该水量计算水资源的直接损失。

压滤废水 渗透液储垃圾渗滤液 过滤器 废气排入 环境气体 炉内回喷 污泥储罐

（图八）发电机组的冷却水流程图

故产生需要的水资源的费用：

WC??NW?PW?Q （29）

NW为需要用的水资源的数量，PW为目前水资源的价格

查数据得到垃圾焚烧厂所需要用的水资源见（附录二表六） 平均下来每季度：

3经查询得到，深圳市现在居民区的水位2.3元/立方米。

Nw??Ni?13i?7092.667(m3)

NW?PWWC??7092.667?2.3?4?16313.1341?4?6.524万元

Q则，所要赔偿的总金额为

MM?LP总赔偿土地金额?DOL总赔偿金额?C最后金额?ESV?WC?363.4万元?1936.5万元?6.224万元?4.58万元?6.524万元 ?2317.228万元F、经济赔偿修正---经济赔偿系数

公式如下：

f?(N1/N2)?(D1/D2) （30）

其中，N1为当地的GDP总值，N2为全国的GDP总值，D1为当地的物价指数，D2为全国的物价指数。

在设计生态经济补偿收费时应充分考虑垃圾焚烧厂所在区域当地的经济发展水平。如果收费水平太高，就会给垃圾焚烧厂企业造成负担，不利于垃圾焚烧，对相关基础产业发展也会产生不利影响：如果收费水平太低，对垃圾焚烧厂的生态破坏行为起不到有效地约束和经济刺激作用，就难以实现这项收费政策预计的控制垃圾焚烧发生态破坏恶化的效果。

由于国家的物价很抽象，而且经济修正系数是当地物价与GDP的比值，故可随机选取几个地区的GDP与相应的物价系数进行修正。数据见（附录二表七），则可得出

f?(N1/N2)?(D1/D2)?108850.93??0.989545454545?1.256756756756?1.243618?1.234 110000.74故最终金额M0?MM?f?2859.5万元

5.5问题二的求解，方差(标准差)分析

方差在数理统计中用来衡量一组数据的离散程度，可以很好地反映数据的波动情况。（而标准差是方差的算术平方根，也具有相同的优点）

根据污染物排放连续监测日均月报表（附件2）进行数据分析，利用这些数据计算出每种污染物因子排放量的标准差，同时结合平均值确定各种污染物因子排放量标准区间划定表如下所示：

表8 污染物因子排放量标准区间划定表 污染 物 NOx SO2 颗粒物（TSP） 指 标 平均值 标准差 排放量上限 排放量下限 排放量区间 根据所划定的标准区间以及污染物排放连续监测日均月报表（附件2）我们找出每种污染物因子排放量不在此区间的点，视为故障点，用每种污染物因子故

26.41 7.77 34.18 18.64 （18.64-34.18） 44.97 18.44 63.41 26.53 （26.53-63.41） 57.7 17.57 75.27 40.13 （40.13-75.27）

障点的点数除以报表中所给三月份天数—28，得出颗粒物（TSP）的故障率为7.14%，SO2的故障率为10.71%，NOx的故障率为7.14%（数据中SO2有一天的排放量为64.72mgm3，稍高于SO2排放量上限63.41mgm3，因此我们视它为

正常排放点）。综合分析得出总故障率为N等于7.14%。

焚烧炉发生故障，导致源强增大k倍，源强增大的公式为：

2????z??z?H?2???y2??Q(X)????z??z?H????exp?exp?exp?C(x,y,z)??????G22?2?y2???2?v?y?z2?z2?z???????????????G?1?kP?610TC(x,y,z,h)?Cm(x,y,z,h)??(T?273)? （31）

大气中污染物气体浓度随之加大k倍，对周围环境的影响增大，因此补偿金额应增多。所以，我们将问题一中计算出的赔偿金额结合如下公式：

M?M0?1?N? （32）

M-修正的赔偿金额，M0-原赔偿金额，N-总故障率

最终计算出修正的补偿金额为M?1815.7??1?7.14%??1945.34万元 更改过后的2496695平方米=3745亩

则赔偿金额为M=4707.235+6.224+6.524+9.37=4729.353万元

六、模型的评价与推广

6.1、模型的优点 （1）本文采用高斯扩散模型模拟检测污染物浓度扩散过程和浓度分布,该模式是在污染污染物浓度符合正态分布的假设下导出的,大量污染扩散试验表明,正态分布至少可以作为一种比较接近真实情况的假设；

（2）模型在建立时考虑地形地貌、降雨等因素对污染物浓度扩散分布的影响,因而该模型具有较好的客观性与准确性.制定经济补偿方案应用了模糊数学相关理论, 符合人们对污染状况评价的模糊性,而且还考虑了征地占用的长久影响以及机器故障发生的随机性, 因而能更加客观、真实、贴近实际的反应了各个监测点的污染水平；计算综合指标,充分考虑了各种污染源对整体空气质量的影响,避免了通常情况下只考虑流程首要污染物的计算方法而忽略次要因素的缺点；

（3）参照国标中关于空气污染级别的划分,使得空气质量分类结果更加具有真实性,让人对评价结果信服和接受。

6.2、模型的缺点

（1）影响空气污染物扩散的气象因素（气压、气温、气湿、云、风、能见度以及太阳辐射等）复杂,我们在污染物的扩散模型考虑因素并不全面,由于气象数据的限制,对模型参数的选择不够准确；

（2）我们用大气污染物物排放标准作为对污染物排放空气质量的评价标准,作为垃圾焚烧厂内部及近距离的标准来评价是合理的,但是作为较远距离范围内的评价标准,这一指标偏大；

（3）补偿标准的建立是将每个独立个体之间看作无差异的,忽视了不同年龄、性别、职业群体对空气质量反应的敏感度及其带来的损失.此外,对修正系数的选取带有一定的经验性和主观性。

（4）我们制定的经济赔偿方案是选取的垃圾焚烧厂周围的四个村庄作为样本计算金额，针对性较强，但毕竟不是选取的总体研究，因此普遍性有欠缺。

6.3、模型的改进与推广 （1）本文在对问题一的求解过程中，我们提出用标准离差法求权重的方法，不仅仅适用于本问题，而且还可以用于土地污染质量的评价，医疗工作质量中的评价等等，具有很广泛的应用价值。

（2）高斯烟羽模型可以解决风向、风速对污染物浓度的影响。对现实问题中气体的泄漏及扩散所引起的大气污染的研究具有重要意义。

七、参考文献

[1] 贾俊平等，统计学（第五版），北京：中国人民大学出版社，第85-90 页，2012年。

[2] 龚纯、王正林，MATLAB语言常用算法程序集，北京：电子工业出版社，2010年。

[3] 方成贤，董兴玲等，垃圾焚烧厂的环境补偿机制探讨，环境工程，第27卷增刊，603页—605页，2009年。

[4] 肖建明，陈国华，张瑞华，高斯烟羽模型的算法研究，计算机与应用化学，第23卷 第6期，559页—664页，2006年。 [5] 高斯烟羽模型，

http://wenku.http://www.wodefanwen.com//link?url=SZ_0fey-F-lEeHaF2sr4EftALshkX-tSDT3ZCBFudzzpp1iwZPWW2rJMxDC836rI8JPmMGqmaJ6DFpfbWzO8OhRkFpZGk6Jx5hSHqvoNGrW，2014-6-1.

[6] 数学建模高斯扩散模型，

http://wenku.http://www.wodefanwen.com//view/7411e4d784254b35eefd3420.html,2014-6-1.

[7] 可参考深圳市气象局网站资料,

http://www.szmb.gov.cn/article/QiHouYeWu/,2014-6-1. [8] 放射性物质在大气中的行为,

http://wenku.http://www.wodefanwen.com//view/2c4d0d5c3b3567ec102d8a0d.html,2014-6-1.

八、附录

附录一 程序代码

程序1 计算标准差和个指标的权重

X=[10 50 200;20 80 250;30 100 350;80 260 400];%输入矩阵X Std(X) %计算标准差

X=[10 50 200;20 80 250;30 100 350;80 260 400];%输入矩阵X B=[0.1437;0.4343;0.4220]; %输入标准差矩阵B F=X*B %计算矩阵X与矩阵B的乘积

程序2 基于高斯烟羽模拟垃圾焚烧炉浓度分布图程序代码 [x,y]=meshgrid(0:20:3000,-2000:20:2000); %设定网格

Q=(4943.7*0.422+0.4343*6448+3008.6*0.1437)*3;%三种污染物按照权重比例得到的源强

v=[1.509091 1.854545 1.614286 3.126923 3.006329 2.968421 2.924603 1.904545]%八个风向的风速 H=80+2.4*10*4./v%污染物排放的有效高度

[m,n]=size(v);%计算v的元素个数，以便设置循环次数 for k=1:n

sigy=0.11*x.*(1+0.0001*x).^(-0.5);%y方向的烟气扩散系数 sigz=0.08*x.*(1+0.0015*x).^(0.5);%z方向的烟气扩散系数 Qpi=Q./(pi*v(k).*sigy.*sigz+eps);%计算公式第一部分 ex1=exp(-0.5*(y./(sigy+eps)).^2);% 计算公式第二部分

ex2=exp(-0.5*(H(k)./(sigz+eps)).^2);%计算公式第三部分 X1(:,:,k)=Qpi.*ex1.*ex2;%计算扩散气体浓度高维数组 X2=X1(:,:,k);

b1=cos((k-1)*45); b2=-sin((k-1)*45); b3=sin((k-1)*45); b4=cos((k-1)*45);

x1=sqrt(x.^2+y.^2).*(x.*b1-y.*b2);%将坐标系的x轴进行旋转（k-1）*45度

y1=sqrt(x.^2+y.^2).*(x.*b3+y.*b4); %将坐标系的y轴进行旋转（k-1）*45度

set(gcf,'Renderer','painters')

mesh(x1,y1,X2)，%画出旋转后的八个方向的浓度分布图

hold on

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/25bd.html