深圳杯 数学建模 C题论文.doc
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1、封一答卷编号(参赛学校填写):答卷编号(竞赛组委会填写):论文题目: (标明A、B、C、D之一) C 垃圾减量分类活动中社会及个体因素的量化分析 组 别:(填写研究生、本科生、专科生或中学生) 本科生 参赛队员信息(必填): 姓 名学 号联系电话参赛队员1参赛队员2参赛队员3 参赛学校: 黑龙江工程学院 封二答卷编号(参赛学校填写):答卷编号(竞赛组委会填写):评阅情况(学校评阅专家填写):学校评阅1.学校评阅2.学校评阅3. 评阅情况(联赛评阅专家填写):联赛评阅1.联赛评阅2.联赛评阅3. 垃圾减量分类活动中社会及个体因素的量化分析 摘要 随着社会的不断发展,垃圾的数量越来越多,面对这一令
2、人头疼的问题,为了更好地保护环境,我们应尽量减少垃圾并对已有的垃圾及时分类整理再循环利用。 目前,深圳是正在进行垃圾减量分类试点工作,通过天景花园和阳光家园减量分类工作的经验,两个小区分别采用个各自的方法对垃圾进行减量分类,效果显著,说明采用正确的做法对控制垃圾的量是有效果的。 通过对实际情况的规范性作出合理的假设,结合现有的处理垃圾理论,对比我们建立一个对垃圾减量过程的层次分析模型,并对数据进行分析、总结、对比、设立参数,较方便的描述了天景花园和阳光家园减量分类过程并反应了社会因素和个体因素对垃圾总量的影响。 针对所有问题通过分析比较,用层次分析模型描述深圳天景花园和阳光家园垃圾减量分类过程
3、,用假定的参数描述了社会因素和个体因素,较为合理。 通过统计回归模型,利用MATLAB统计工具箱中的命令,得到回归系数及其方程,由此来计算两试点小区垃圾数量问题的相关性以及进行垃圾减量分类效果分析,得出深圳市未来5年推进减量分类工作关键措施及其得到的结果。 关键词减量分类 量化分析 回收利用 问题重述垃圾减量分类活动是社会通过教育、督导、激励等措施影响个人及家庭的垃圾产生动因(个体因素),最终减少垃圾总量并分类回收良性结果的控制过程。(1) 构建一个量化模型描述深圳天景花园、阳光家园分类过程。(2) 分析小区内四组垃圾组分本身的数量存在什么样的相关性。(3) 各项激励措施与减量分类效果存在什么
4、样相关性?是什么原因引起的。(4) 目前统计的基础数据分项及颗粒度是否足够?在那些数据应投入更多的成本和精力。(5) 面积推广时,如何设置少量的抽样数据来检测一定区域内的减量分类工作效果?(6) 给予构建的减量分类模型,指出分类的关键措施模型假设(1) 假设每个小区的四种垃圾分类总量每天不变。(2) 假设其他垃圾定时定点相对集中投放。(3)不考虑运输车在行驶过程中出现的塞车等耽误时间情况。(4)不允许运输车有超载现象。(5)每个小区清运站位于街道旁,保证运输车行驶舒畅。(6)四个投放点只在早上7点至8点(节假日8点至9点)和晚上19点至20点两个时间段。变量设定及符号说明为了方变问题的研究,我
5、们引入了一些参数,用来计算说明相关性关系以及预测未来5年工作方向。为天景花园垃圾收集总量为阳光家园垃圾收集总量为天景花园可回收物总量为天景花园厨余垃圾总量为天景花园有害垃圾总量为天景花园其他垃圾总量为阳光家园可回收物总量为阳光家园厨余垃圾总量为阳光家园有害垃圾总量为阳光家园可回收物总量模型建立模型一:在AHP法中,研究问题时,要根据问题中各因素的因果关系将其分成若干个层次,较简单的问题可分为三个层次:目标层(最高层)是垃圾的减量分类,准则层是有利于自然资源节约效益;有利于土地资源效益;措施层是垃圾减量的具体方案。垃圾的减量分类资源效益环境效益自然资源节约效益土地资源效益金属废纸塑料玻璃垃圾收运
6、垃圾填埋垃圾焚烧厨于垃圾处理社会个体各项监督督导激励措施家庭收入水平家庭结构户籍类型生活习惯模型二:统计回归模型 回归分析(regression analysis)是研究一个变量(被解释变量)关于另一个(些)变量(解释变量)的具体依赖关系的计算方法和理论。 从一组样本数据出发,确定变量之间的数学关系式对这些关系式的可信程度进行各种统计检验,并从影响某一特定变量的诸多变量中找出哪些变量的影响显著,哪些不显著。利用所求的关系式,根据一个或几个变量的取值来预测或控制另一个特定变量的取值,并给出这种预测或控制的精确程度。多元线性回归的数学模型可以表示为y=0+1+2+3x22+,式中,0,1,p是p+
7、1个待估计的参数,i是相互独立且服从同一正态分布N(0,2)的随机变量,y是随机变量;x可以是随机变量,也可以是非随机变量,i称为回归系数,表征自变量对因变量影响的程度。模型求解1问题一求解:为了描述天景花园和阳光花园的减量分类过程,我们采用层次分析法,目标是合理分类垃圾并减少垃圾的量,如何减量分类?准则是有利于资源效益和环境效益,资源效益具体包括自然资源节约效益和土地资源效益,环境效益从金属、塑料、玻璃、废纸角度来讲,(1)1500吨废纸可以免于砍伐1200吨纸的树木。1吨纯纸浆相当于0.041hm2的森林面积,单位面积森林资源产生的生态效益2.62万元/hm2。那么回收2.61kg废纸相当
8、于节约生态效益2.24元/吨(2)生产1吨塑料需要3.3吨以上的石油。根据中国统计年鉴2010,得到2009年全国石油产量1.89亿吨,天然气852.69亿m3,粗略估算全年石油和天然气的三废治污费用为3.3亿。那么回收4.88kg塑料最少相当于产生21.27元的环境效益。(3)1吨玻璃回收再用可节约近700吨石英砂、1吨标煤和400度电。根据中国统计年鉴2010,2009年全国标煤产量29.73亿吨,粗略估算三废治污费用为74.46亿元。那么回收0.71kg玻璃相当于产生了超过1.83元的环境效益(4)由于我国的铁矿、铝土矿和铜矿多为贫矿,有资料显示每吨钢铁、铜、铝相当于2.94吨磁铁矿,1
9、14.94吨铜矿,26.32吨铝土矿,单位质量矿石的矿山治理费用平均为3.56元/吨。根据中国统计年鉴2010,2009年全国黑色金属和有色金属矿采产量分别为11.25和0.24亿吨,而治污费用分别为61.27和88.27亿元。那么回收0.16kg钢铁和0.04kg铜、铝,相当于产生超过0.79元的环境效益。基于以上各种效益,措施就是减量垃圾的具体方案:(1) 垃圾收运:根据深圳市垃圾收运相关资料的基础数据调查,罗湖区收运全过程所需的单位成本为66.47+7.30=73.77元/吨(包括转运站建设费用)。考虑到龙岗、宝安等地的垃圾转运站布设密度较低,垃圾收运平均运距较长,故以120%作为系数进
10、行调整,全市垃圾收运全过程的单位成本为73.77120%=88.52元/吨(2)垃圾填埋:填埋处置的平均成本包括建设成本和运营成本。由表3可知,深圳市垃圾填埋的平均成本为84.1元/吨。深圳市目前填埋气发电工程的日发电量为83000度,按电价0.62元/度计算,总毛利5万多元,单位利润与垃圾填埋处置的平均成本相比几乎可以忽略不计,故填埋场的经济效益可以认为是-84.1元/吨。另外,出于对垃圾分类资源效益研究的需要,表3中还计算了填埋处置的土地机会成本(土地用于填埋时所放弃的作为他用的利益,计算过程如公式1)。其中2006年深圳市基准地价参考深圳市规划和国土资源委员会的公示数据,老虎坑填埋场所在
11、区域的平均基准地价为工业用地270元/m2,商业用地1000元/m2,住宅用地700元/m2,办公用地750元/m2;下坪填埋场所在区域的平均基准地价为工业用地755元/m2,商业用地3800元/m2,住宅用地2250元/m2,办公用地2800元/m2。计算时对填埋场占地的土地机会成本取各类型基准地价的平均值,即2006年老虎坑填埋场的平均基准地价为680元/m2,下坪填埋场场的平均基准地价为2401元/m2。根据近几年全国地价的平均涨幅,20062011年深圳地价涨幅按每季度2%计,得出2011年深圳市填埋处置的平均土地机会成本为71.3元/吨生活垃圾。 (公式 1)表3 深圳市垃圾填埋处置
12、的平均成本和土地机会成本名称占地面积(ha)2006年平均基准地价(元/m2)设计库容(万m3)总投资(万元)2011年基准地价(元/m2)单位建设费用(元/吨)平均成本(元/吨)2011年土地机会成本(元/吨)老虎坑填埋一期及扩容17.868058013748101029.689.638.8老虎坑填埋二期32680120030333101031.691.633.7下坪填埋场1492401469341688356811.171.1141.6合计198.864738576924.184.171.3注释:(1)参照国内其它城市,运营成本取60元/吨;(2)填埋场垃圾的平均密度取0.8t/m3。(3
13、)垃圾焚烧:垃圾焚烧的基本成本也包括建设成本和运营成本。出于对深圳市垃圾处理发展现状的考虑,对某些厂的使用年限进行了调整,如平湖焚烧厂的设计使用年限为50年,计算时调整为20年。由表4可知,深圳市垃圾焚烧的平均成本为158.0元/吨,全市垃圾焚烧的净利润为80.2元/吨生活垃圾(不考虑纳税等)。表4 深圳市垃圾焚烧的成本和效益计算垃圾焚烧厂名称占地面积(ha)处理能力(吨/日)总投资(万元)使用年限(调整后)发电量(kw)建设费用(元/吨)收益(万元/年)平均成本(元/吨)净利润(元/吨)市政环卫厂34501400120300047.11473.1147.1-47.9南山厂5.68003628
14、3251200055.05892.5155.068.2盐田厂4.44502460325680066.33339.1166.358.6老虎坑厂5.5120056500252400057.111785.0157.1140.5老虎坑(二期)3000145547256000058.829462.4158.8138.8平湖厂13.767533000201100074.15401.4174.168.4平湖(二期)13100032000201500048.57365.6148.574.7龙岗中心城11.33001130020600057.12946.2157.1140.5合计56.5787535323413
15、780058.067665.3158.080.2注释:(1)焚烧厂运营成本100元/吨;(2)焚烧设备年工作日330天,电价0.62元/度。(4)厨余垃圾处理: 根据网上资料显示,家庭厨余垃圾生化处理机的处理总成本约为166元/吨。集中处理时处理效率提高但处理工艺变复杂,综合考虑后设总成本仅降低20%,即为132.8元/吨。根据北京和广州对厨余垃圾处理的尝试,每1kg厨余垃圾可以产生0.50.8kg的肥料。按1吨厨余垃圾产0.6吨肥料、肥料售价400元/吨计算,估算厨余垃圾生化处理的效益为107.2元/吨。阳光家园在启动阶段里1、前期普查,发放问卷,结果可由调查知,90%以上的居民都知道垃圾应
16、分类,但仅仅知道垃圾应分成可回收垃圾和其他垃圾;仅有32%的居民知道什么是厨余垃圾,而这部分居民一般都有在国外留学或旅游的经历;72%的居民有有害垃圾的概念,但仅知道电池、水银温度计是有害垃圾,该类居民都反映有害垃圾的配套设施不完善,即使分类出来了,也不知道投放在什么地方。2、确立考核标准,制定推进计划:确定考核标准,全过程分为启动期、试行期、实施期三个阶段。启动期为宣传发动和容器配置阶段,应在签订本协议后2个月内完成,居民知晓率应达到85%以上;试行期(3个月)为居民垃圾分类投放试运作阶段,居民参与率应达到50%以上,准确率应达到60%以上;实施期(7个月)为保持运行和提高阶段,居民知晓率应
17、达到95%以上,参与率应达到60%以上,准确率应达到80%以上。在前期普查的基础上,福田区垃圾分类办、专业公司和物业单位的工作人员制定了从点到面、步步为营的工作计划,工作计划具体要点如下。第13周内,选择怡境阁11层至23层作为试验点,将绿红蓝黄四种颜色的垃圾分别发放给怡境阁内的A住户、B住户、C住户和D住户,从而可以准确地统计出各住户垃圾分类效果;分类效果为“优”者给予物质奖励;分类效果为“良”、“中”、“差”者,指派督导员入户教育和指导,把入户宣教落到实处,并在后续的工作中对其进行重点检查。第46周内,积累了上述实验点的经验后,在怡境阁整楼栋推广,评比和考核整楼栋的垃圾分类,目标是将垃圾分
18、类的参与率和准确分类率分别达到80%和60%。第710周内,将上述工作方法继续推广到怡境阁、美境阁、富境阁、豪境阁,目标是将垃圾分类的参与率和准确分类率分别达到80%和60%,准确投放率达70%。1114周,积累上述经验后,将上述工作方法推广到全区,完成合同上设定的各项指标。3、建立岗位,组织培训。在岗位的建立方面,成立督导员队伍、分类收集队伍、分类运输队伍、分拣员队伍,督导员由已退休的老人组成,其他队伍由现有的物业保洁人员分担工作,再对其进行业务培训。督导员督导居民垃圾分类的同时,对分类收集、分别运输进行督导检查。收集员、运输员将四类垃圾分别收集、运输至指定的地点。分拣员将四类垃圾中其它杂物
19、分拣出来。4、广泛宣传,安装配套设备。选择节假日,平均每个月都在阳光家园开展了宣传活动,摆放宣传展板,发放宣传单和指导手册,经过第一轮的宣传活动后,给所有家庭配发家用厨余垃圾桶和垃圾袋,在每一个楼层内加装厨余垃圾桶,在小区内摆放四组四分类的垃圾桶,建立垃圾分拣中心和厨余垃圾处理站,安装脱水机和微生物处理设备,将干化脱水后的厨余垃圾在夜间22:00至凌晨5:00送入厨余垃圾微型处理设备中进行资源化(有机肥)、无害化处理。二试行阶段1、 加强沟通,深入宣传2、 建立工作制度,杜绝混装混运3、 建立统计台账,开展家庭评比根据阳光家园试点的统计显示,每个月垃圾的日产生量在1.6吨以上,其他垃圾、厨余垃
20、圾、可回收垃圾、有害垃圾的占垃圾产生量的比例约为54.94%、38.83%、6.23%、0.02%,有害垃圾的产生量较少,每月产生量约10kg。三、实施阶段经过启动期和试行期推进,阳光家园内垃圾减量分类的知晓率、参与率分别达95%、60%以上,参与者中分类准确率达80%以上(注:全小区的分类准确率为48%),提高小区的参与者数量有待加强。在天景花园中一是减少垃圾投放点,将原有14个投放点合并为4个;二是4个投放点只在早上7:00-8:30(节假日8:00-9:00)和晚上19:00-20:00两个时间段接受垃圾,其它时间撤走垃圾收集桶,居民如果错过投放时间,需将垃圾投放到较远的垃圾房;三是新改
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