污染源位置和污染物排放濃度的快速確定直接決定著地下水污染的有效治理及修復(fù),這屬于地下水反演問題。通過充分分析地下水污染反演問題,耦合地下水流模擬程序MODFLOW、溶質(zhì)運(yùn)移模擬程序MT3DMS和優(yōu)化算法SCE-UA,設(shè)計(jì)了一種模擬-優(yōu)化（S/O）反演模型。通過實(shí)例驗(yàn)證,反演結(jié)果表明:提出的網(wǎng)格遍歷GT算法可以自動驗(yàn)證潛在污染區(qū)內(nèi)所有可能的污染源位置組合方式;與傳統(tǒng)地下水污染反演模型相比,S/O模型不但能夠適用于穩(wěn)定流條件,而且適用于非穩(wěn)定流條件;所開發(fā)的S/O模型對于多污染源分別在穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流下的反演均有非常高的精度,能夠準(zhǔn)確反演污染源位置及污染物排放濃度。 

【文章來源】：人民黃河. 2019,41(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

模型結(jié)構(gòu)及主要模塊之間的聯(lián)系1．1地下水控制方程

1．3遍歷尋優(yōu)(GT)算法進(jìn)行地下水污染源反演時污染源的位置往往是未知的。解決此類問題通常的做法是通過實(shí)地調(diào)查和查閱有關(guān)資料預(yù)先劃定一個潛在子區(qū)域，確保所有可能的污染源組合落在這個子區(qū)域中，見圖2。圖2GT算法說明本次研究開發(fā)了一種可以自動搜索預(yù)定義子區(qū)域中多個污染源所有可能位置組合的網(wǎng)格遍歷GT算法。在GT算法中，開始單元格分別通過行、列、層號索引變量Ｒmin、Cmin、Lmin界定預(yù)定義子區(qū)域的上邊界，結(jié)束單元格分別通過行、列、層號索引變量Ｒmax、Cmax、Lmax界定預(yù)定義子區(qū)域的下邊界，所有可能的污染源組合通過以上6個變量遍歷。整個搜索過程通過FOＲTＲAN語言編寫的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行，并與S/O優(yōu)化模型鏈接。對于非穩(wěn)定流問題的反演，GT算法將遍歷每一個應(yīng)力期內(nèi)所有污染源位置的組合，并通過判斷目標(biāo)函數(shù)ＲE值來獲得最優(yōu)解。反演問題的復(fù)雜性隨著污染源個數(shù)的增加而增加，例如預(yù)定義子區(qū)域包含16個單元格，如果只有1個污染源，那么可能的污染源位置為16個;如果污染源的個數(shù)是2個，那么可能的污染源位置組合為120個;如果污染源的個數(shù)是3個，那么可能的污染源位置組合為560個。2模擬－優(yōu)化模型2．1目標(biāo)函數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化差公式S/O模型在反演過程中通過目標(biāo)函數(shù)ＲE值調(diào)整SCE－UA算法中種群的進(jìn)化，通過標(biāo)準(zhǔn)化差值NE檢驗(yàn)反演結(jié)果的精確性和魯棒性。(1)目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)用來判斷監(jiān)測井實(shí)測污染物濃度與S/O模型模擬污染物濃度的吻合程度，目標(biāo)函數(shù)的選擇對反演結(jié)果的優(yōu)劣至關(guān)重要，它是SCE－UA算法進(jìn)化尋優(yōu)的基礎(chǔ)。目標(biāo)函數(shù)定義為ＲEt

?文件，如WEL、SSM和BTN文件等。②MODFLOW和MT3DMS模擬計(jì)算監(jiān)測井污染物濃度，并與監(jiān)測濃度相比較，計(jì)算ＲE值，如果ＲE值小于收斂指標(biāo)，認(rèn)為反演值與實(shí)際情況一致，則進(jìn)行下一個應(yīng)力期的反演;如果ＲE值大于收斂指標(biāo)，SCE－UA算法根據(jù)ＲE值，通過變異、反射和進(jìn)化對污染源污染物濃度值優(yōu)化，繼續(xù)重設(shè)MODFLOW和MT3DMS的相關(guān)輸入文件。在一個應(yīng)力期內(nèi)當(dāng)所有可能的污染源位置都通過GT算法被驗(yàn)證后，反演過程將會移向下一個應(yīng)力期。S/O模型鏈接過程見圖3。圖3模擬模型和優(yōu)化模型的鏈接3案例研究S/O反演模型的反演效果分別通過以下兩個案例進(jìn)行驗(yàn)證:案例1為穩(wěn)定流條件，有兩個污染源但位置未知，只知道可能存在的范圍，通過4個監(jiān)測井的監(jiān)測濃度值反演污染源的位置和污染物濃度排放值;案例2更接近于實(shí)際情況，為包含3個應(yīng)力期的非穩(wěn)定流條件，有兩個位置未知的污染源，且污染源污染物排放濃度在每個應(yīng)力期均不相同，通過6個監(jiān)測井的監(jiān)測濃度值反演不同應(yīng)力期污染源的位置和污染物排放濃度。案例研究參考ＲAJ等［17］進(jìn)行地下水污染源反演驗(yàn)證時所設(shè)計(jì)的模擬河間地塊地下水流動情況的實(shí)例模型(見圖4)。本次案例研究的主要目的是評價S/O模型的反演效果，因此在地下水?dāng)?shù)值建模時對研究區(qū)水文地質(zhì)條件進(jìn)行了一定程度的概化。數(shù)值模型在橫向上剖分成規(guī)格為100m×100m的正方形網(wǎng)格，縱向上剖分為1層。模型區(qū)東、西邊界分別為給定水頭邊界(東邊界為88m，西邊界為100m)，南、北邊界分別為隔水邊界。S/O模型相關(guān)參數(shù)見表1。圖4案例實(shí)景表1S/O反演模型參數(shù)參數(shù)參數(shù)值參數(shù)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于貝葉斯推理與改進(jìn)的MCMC方法反演地下水污染源釋放歷史[J]. 顧文龍,盧文喜,張宇,肖傳寧.  水利學(xué)報. 2016(06)
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本文編號：3359023