【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下水污染控制工程与环境科学应用领域，具体涉及一种基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法。
技术介绍
1、在地下水污染控制工程与环境科学应用领域，针对污染场地的地下水修复决策管理已取得一定进展。例如，专利申请cn102992417a公开了一种石油污染地下水原位修复的决策方法，该方法基于原位抽出处理技术，通过收集污染场地相关参数，运用数值模拟、回归方法和非线性优化技术，获得修复方案的代理模拟模型，进而产出最优的地下水修复方案。专利申请cn105718632a提出了一种不确定性地下水修复多目标优化管理方法，基于精英保留策略的多目标随机禁忌搜索算法pemots，结合顺序高斯条件模拟sgsim降低含水系统参数的不确定性，与地下水水流程序modflow和溶质运移程序mt3dms相耦合，具有较强的可靠性和鲁棒性。专利申请cn105819616a涉及一种多目标条件下的浅层地下水污染物集成修复系统，包含地下水污染迁移监测系统、诊断系统、地下水修复系统、后期处理与维护系统，通过实时监测污染物数据，模拟计算污染物迁移转化路径等，确立地下水污染修复管理方案。专利申请cn113240282a公开了一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法，基于人体健康风险评估理论和土壤污染评价理论，计算不同层次的土壤汞修复目标值，为土壤汞的修复目标值选取提供依据。专利申请cn115659719a则是一种含水层中氯代烃污染原位生物修复方案优化方法，通过构建模拟模型和多目标优化模型，利用nsga-ii算法求解，得到最优修
2、这些现有技术在地下水污染修复领域发挥了重要作用，具有一定的优势。例如，部分技术能够结合多种先进技术，如数值模拟、优化算法等，为修复方案的制定提供科学依据，提高了修复决策的可靠性和效率；一些方法考虑了地下水污染的复杂性和不确定性，通过引入相应的模型和算法，降低了模型的不确定性，增强了修复方案的适应性和鲁棒性；还有技术构建了较为完善的地下水污染修复系统，涵盖了监测、诊断、修复以及后期维护等多个环节，实现了对地下水污染的全方位控制和修复。
3、然而，现有技术也存在一些不足之处。在算法适用性方面，部分方法采用的优化算法可能在处理氯代烃污染场地地下水抽出-处理污染修复系统这种复杂的多目标优化问题时，存在解的多样性和收敛性不足的问题。nsga-ii算法虽然在一般多目标优化问题中表现出色，但对于该系统涉及到的多个决策变量和复杂约束条件，可能难以有效探索解空间，保持解的多样性，容易陷入局部最优解。
4、在收敛求解难度方面，一些技术由于模型的复杂性和计算量大，导致收敛速度慢，求解难度高。例如，专利申请cn115659719a中提到的含水层中氯代烃污染原位生物修复方案优化方法，涉及到多个模型的耦合，包括含水层中氯代烃污染原位生物修复模拟模型、含水层中氯代烃污染原位生物修复方案多目标优化模型等。这种耦合方式虽然能够提高模拟精度和优化效果，但在实际应用中，模型耦合的复杂度较高，计算量大，对计算资源和时间的要求也较高，影响了方法的实用性和推广性。
5、在模拟-优化耦合复杂度高方面，现有技术中的一些方法在将模拟模型与优化模型进行耦合时，存在耦合复杂度高的问题。例如，专利申请cn105718632a中提到的不确定性地下水修复多目标优化管理方法，虽然与地下水水流程序modflow和溶质运移程序mt3dms相耦合，具有较强的可靠性和鲁棒性，但在耦合过程中，需要处理大量的数据和复杂的模型关系，增加了耦合的难度和复杂度。
6、在系统集成复杂度高方面，一些技术构建的地下水污染修复系统虽然功能全面，但系统集成复杂度高。例如，专利申请cn105819616a中提到的多目标条件下的浅层地下水污染物集成修复系统，涵盖了监测、诊断、修复以及后期维护等多个环节，形成了一个较为完整的系统。然而，这种系统集成涉及到多种不同的处理工艺和设备，如混凝沉淀、重金属分离、生物脱氮、超滤与反渗透等，在实际应用中，这些工艺和设备之间的协同配合可能存在一定的困难，需要进一步优化系统集成方案，以降低复杂度和提高系统的稳定性和可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有氯代烃等污染场地地下水抽出-处理污染修复系统模拟-优化方法中存在的多方面不足。现有技术中，优化算法在处理复杂多目标问题时，解的多样性和收敛性不足，容易陷入局部最优解，无法为决策者提供全面、合理的修复方案。同时，模拟-优化方法因模型复杂度高、计算量大，导致收敛速度慢，求解难度高，难以满足实际工程中对快速、高效决策的需求。此外，现有技术在将地下水水流与污染物迁移模拟模型与优化管理模型进行耦合时，耦合复杂度高，数据交互和协同工作困难，影响了模型的可靠性和稳定性。系统集成方面，涉及多种处理工艺和设备，协同配合困难，集成复杂度高，降低了系统的稳定性和可靠性。在实际修复过程中，缺乏实时反馈和调整机制，无法根据实时监测数据及时调整修复方案，影响修复效果和资源利用效率。多目标协调优化方面，现有技术对不同目标之间的权衡和协调不够充分，难以在满足修复效果的同时，有效控制修复成本和资源消耗。针对这些不足，本专利技术提出了一种基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，通过引入多形式进化搜索范式（mfo）和双层多目标优化框架（blmfo），提高优化效率和解的多样性，降低模型耦合复杂度，增强系统的实时反馈与调整能力，实现多目标之间的协调优化，为污染场地地下水修复提供科学、高效、经济的决策支持。
2、具体技术方案如下：
3、一种基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，包括：
4、构建污染场地地下水水流模型，在此基础上设置初始抽注水井方案，并建立污染场地地下水污染物溶质运移模型；
5、确定污染场地地下水污染范围水力控制的管理目标函数和约束条件，建立以抽注水处理为核心的地下水污染物处理模型，采用双层多目标优化框架（blmfo）优化污染场地地下水抽注处理，通过嵌套优化解决上层全局目标与下层局部目标的相互依赖问题，并利用多形式进化搜索范式（mfo）构建辅助任务；上层全局目标即管理目标函数包括最小化修复成本和最大化污染物去除效率；下层局部目标包括抽注水量和每口井的运行时间；
6、通过污染场地地下水水流模型和污染场地地下水污染物溶质运移模型更新状态变量，计算地下水污染物处理模型的管理目标函数值，并判断是否满足约束条件；同时通过优化地下水污染物处理模型选择决策变量，返回到污染场地地下水水流模型和污染场地地下水污染物溶质运移模型中更新状态变量。
7、在一些实施例中，所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，所述的构建污染场地地下水水流模型包括：统计污染场地钻孔地层资料和地下水中污染物的分布数据，运用gms（地下水模型系统，grounder 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，所述的构建污染场地地下水水流模型包括：统计污染场地钻孔地层资料和地下水中污染物的分布数据，运用GMS软件的MODFLOW模块，确定污染场地的含水层结构、源汇项和边界条件，构建污染场地地下水水流模型，通过地下水观测数据将地下水水流模型参数调整到最优；
3.根据权利要求1所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，污染场地地下水抽注-处理污染修复系统中的状态变量为污染场地中的地下水位和地下水中污染物浓度值，决策变量包括以下任意一个或多个：抽注水井的抽注水量，抽注水井的位置和数量、运行时间以及调度，决定抽注水的具体时序。
4.根据权利要求3所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，决策变量包括抽注水井的抽注水量，建立如下地下水污染物处理模
5.根据权利要求1所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，上层生成多组初始抽注水井方案作为初始解，上层每个解即每组抽注水井方案对应的下层均独立优化，调用MT3DMS模块模拟地下水污染物迁移；
6.根据权利要求5所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，下层采用NSGA-II算法优化抽注水量，NSGA-II算法通过随机初始化种群个体，其中每个个体表示所有抽注水井的抽注水量向量组：
7.根据权利要求1所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，所述的利用多形式进化搜索范式构建辅助任务包括：
8.根据权利要求1或7所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，优先选择辅助任务中属于帕累托前沿的解，辅助任务的解在主任务中的适应度需高于当前种群均值，通过拥挤距离筛选解，避免种群聚集，确保抽注水井布局覆盖污染场地不同子区域；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序运行时使得所述处理器执行权利要求1-8任一项所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储程序或指令，在程序或指令被计算机设备执行的情况下，使得计算机设备执行权利要求1-8任一项所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，所述的构建污染场地地下水水流模型包括：统计污染场地钻孔地层资料和地下水中污染物的分布数据，运用gms软件的modflow模块，确定污染场地的含水层结构、源汇项和边界条件，构建污染场地地下水水流模型，通过地下水观测数据将地下水水流模型参数调整到最优；
3.根据权利要求1所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，污染场地地下水抽注-处理污染修复系统中的状态变量为污染场地中的地下水位和地下水中污染物浓度值，决策变量包括以下任意一个或多个：抽注水井的抽注水量，抽注水井的位置和数量、运行时间以及调度，决定抽注水的具体时序。
4.根据权利要求3所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，决策变量包括抽注水井的抽注水量，建立如下地下水污染物处理模型：
5.根据权利要求1所述的基于多形式进化搜索范式的污染场地地下水抽注-处理污染修复系统模拟-优化方法，其特征在于，上层生成多组初始抽注水井方案作为初始解，上层每个解即每组抽注水井方案对应的下层均独立优化，调用mt3dms模块模拟地下水污染物迁移；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张蔚，陈通通，钟容福，张弛，王旭乾，宗成元，蔡玲，王烨锋，陈雳华，
申请(专利权)人：浙江省环境科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。