检索结果-内蒙古大学图书馆

灌溉排水学报 2023年第11期42卷 106-111页

作者：赵金鹏高占义陈皓锐中国水利水电科学研究院北京100048

【目的】构建灌区多水源联合利用的模拟-优化耦合模型,实现灌区多水源的合理配置。【方法】以不同水源的引水比例为决策变量,以用水成本最小、用水效率最高以及在约束范围内地下水位抬升幅度最大为目标,基于半分布式水量平衡模型与Paret... 详细信息

【目的】构建灌区多水源联合利用的模拟-优化耦合模型,实现灌区多水源的合理配置。【方法】以不同水源的引水比例为决策变量,以用水成本最小、用水效率最高以及在约束范围内地下水位抬升幅度最大为目标,基于半分布式水量平衡模型与Pareto遗传算法构建灌区多水源联合利用的模拟-优化耦合模型,并对东北三江平原水稻灌区典型区域进行典型年与长时间序列的多水源优化配置。【结果】本研究构建的模拟-优化耦合模型得出的典型年内配水方案可以很好地处理目标函数间的复杂关系,得出倾向于不同目标的多水源配置方案;长时间序列多水源优化配置可实现灌区年际间的水资源调控,在控制用水成本与提高用水效率的同时,对地下水位进行长期调控,实现地下水采补动态平衡;通过调整目标函数,模型可以根据地下水位恢复时间的快慢制定出多水源配置方案;与现有配水方案相比,常规灌溉与控制灌溉条件下优化方案的用水效率基本保持不变,但用水成本分别降低4.3%与23.8%,净地下水补给量分别增加0.52×105 m3/hm2和1.73×105 m3/hm2。【结论】在综合考虑用水效率、用水成本的前提下,本研究建立的灌区多水源联合利用的模拟-优化耦合模型可得出有利于灌区地下水可持续发展的多水源配水方案,为灌区多水源配水技术提供理论支持。

关键词：多水源配水多目标优化遗传算法模拟-优化模型长时间序列

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含水层氯代烃污染原位生物修复系统优化设计研究

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环境科学学报 2025年第3期45卷 211-220页

作者：孔志伟骆乾坤赵梦郭明张勇顾永健马雷钱家忠合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009

对含水层氯代烃污染修复系统进行优化设计时,决策者往往需要同时考虑修复成本及修复效果等具有一定矛盾关系的管理目标.本研究基于多目标模拟-优化模型方法建立以最小化修复成本和最大化修复效果为目标函数的含水层氯代烃污染修复系统... 详细信息

对含水层氯代烃污染修复系统进行优化设计时,决策者往往需要同时考虑修复成本及修复效果等具有一定矛盾关系的管理目标.本研究基于多目标模拟-优化模型方法建立以最小化修复成本和最大化修复效果为目标函数的含水层氯代烃污染修复系统多目标优化模型;然后,将新建立的多目标优化模型与考虑含水层氯代烃污染自然衰减原位生物修复数值模型(Monod-Natural attenuation,M-Na)相耦合,建立含水层氯代烃污染原位生物修复系统多目标模拟-优化耦合模型,并采用多目标快速和谐搜索(MOFHS)算法对其进行求解,获得一系列满足修复效果要求的设计方案集;最后,采用Morris方法对孔隙度、渗透系数、弥散度、初始微生物含量进行参数全局敏感性分析.分析结果表明,影响算例修复方案的主控因素为含水介质孔隙度.研究成果可为含水层氯代烃污染修复方案优化设计工作提供理论和方法支撑.

关键词：地下水污染修复氯代烃污染生物修复模拟-优化模型全局敏感性分析

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气候变化条件下农灌区地下水资源可持续管理研究 ——以河北省馆陶县为例

气候变化条件下农灌区地下水资源可持续管理研究 ——以河北省馆...

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作者：王子健合肥工业大学

学位级别：硕士

地下水是最重要的淡水资源之一,但其在许多地区正面临枯竭,以地下水为灌溉水源的农业的发展是主要原因之一,尤其是在干旱半干旱地区。地下水资源的可持续管理是解决不合理地下水灌溉引发的地下水资源枯竭问题的根本途径。然而,长期管理... 详细信息

地下水是最重要的淡水资源之一,但其在许多地区正面临枯竭,以地下水为灌溉水源的农业的发展是主要原因之一,尤其是在干旱半干旱地区。地下水资源的可持续管理是解决不合理地下水灌溉引发的地下水资源枯竭问题的根本途径。然而,长期管理方案的设计需要考虑未来气候变化的影响。如何在考虑未来气候变化下实现地下水资源的可持续管理是地下水研究领域的一项重要内容。本文基于多目标模拟-优化方法进行农灌区地下水资源的可持续管理研究。模拟模型由地下水流模型和作物模型耦合,用于计算不同作物种植结构和灌溉方案下地下水位的变化以及不同灌溉方案下的作物产量。提出的多目标优化模型包括两个目标函数(地下水位变化和种植农作物的净收入)以及若干个约束条件,以平衡地下水资源的可持续开采与农业经济发展的关系。第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)被用于求解符合约束条件的Pareto最优解(即最优种植结构和灌溉方案)。引入全球气候模式(Global Climate Models,GCM),并选择一组在研究区拟合效果最佳的GCM,采用随机森林(Random Forest,RF)方法集成多个模式的预测结果,用于提供研究区气候变量的预测数据。使用基于权重的多准测决策(Multi-Criteria Decision Making,MCDM)方法从 Pareto 解集中选择最终管理方案。最后,通过权重分配方案的单目标优化获得符合既定管理目标要求的长期管理方案,实现气候变化下农灌区地下水资源的可持续管理。以华北平原典型农灌区——馆陶县为研究区,验证新方法的有效性。本文研究成果有望为实现农灌区地下水资源长期可持续优化管理提供有效的解决方法。主要研究结果如下: (1)2020-2100年管理时段下不同水文年的优化结果表明,本文建立的农灌区地下水资源可持续管理模型可以为决策者提供最优的作物种植结构和灌溉方案,在兼顾当地经济发展和地下水资源的可持续开采的同时,确保粮食安全。 (2)GCM结合RF方法,可以实现在地下水资源可持续管理研究中对气候变化影响的模拟,提高管理方案的准确性。四种气候变化情景下的优化结果表明,气候变化直接影响着地下水资源可持续管理的结果。 (3)可持续管理下各目标函数的分析结果表明,通过MCDM方法结合对权重分配方案的单目标优化,可以使最终解决方案满足预设管理目标的要求,实现了地下水资源的长期可持续管理。 (4)在可持续管理下,馆陶县的作物种植结构在水位恢复期和均衡期具有显著差异。在恢复期,各作物的种植面积调整较为频繁,而均衡期的作物种植结构则相对稳定。五种主要作物中小麦和玉米的种植面积远大于其它作物。 (5)在可持续管理下,馆陶县未来农业灌溉中地下水所占的比重呈现增加趋势,从水位恢复期的64%左右上升至均衡期的72%左右。此外,棉花和花生的种植区域应接近地表水源以尽可能减少灌溉成本。

关键词：地下水资源管理模拟-优化模型多目标优化气候变化馆陶县

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基于遗传算法的污染地下水修复井群优化研究 ——以山东某场地为例

基于遗传算法的污染地下水修复井群优化研究 ——以山东某场地为例

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作者：陈帆中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

地下水污染问题日益严重,抽出处理技术因其适用性广、见效快等显著优势,成为目前应用最为广泛的地下水修复技术之一。井群布设为抽出处理技术设计的关键环节之一。合理的井群布设方案能够提高修复效能,降低成本。目前,研究人员多采用模... 详细信息

地下水污染问题日益严重,抽出处理技术因其适用性广、见效快等显著优势,成为目前应用最为广泛的地下水修复技术之一。井群布设为抽出处理技术设计的关键环节之一。合理的井群布设方案能够提高修复效能,降低成本。目前,研究人员多采用模拟-优化法解决井群布设优化问题,并利用智能算法进行求解。因实际地下水系统较为复杂,多目标优化问题逐渐成为研究热点。针对多目标优化问题,NSGA-Ⅱ算法因其优秀的性能和可扩展性而受到广泛关注。此外,大数据与地下水管理的融合逐渐深入,Python语言可直接调用和改写模拟-优化模型,提高建模效率和计算精度。本文以山东某场地为例,开展污染地下水抽出处理技术井群布设方案优化研究,根据项目需求,以资金成本（单目标）、资金和时间成本（多目标）为优化目标,采用Python语言中FloPy模块和Pymoo库建立模拟-优化模型,分别采用GA和NSGA-Ⅱ求解单目标和多目标的优化问题,对比各优化结果,最终得到满足场地修复需求的经济、高效的井群布设方案。通过研究得到以下成果: （1）利用监测井模拟值和实测值校正地下水流模型,调参后模拟水位与实际水位相关系数大于0.95,得到更符合实际的场地模型参数。（2）利用FloPy模块建立地下水数值模拟模型,得到与GMS图像基本一致的地下水流场和污染羽分布图;基于Pymoo库建立优化模型,分别调用GA和NSGA-Ⅱ求解单目标和多目标优化问题;通过水头值和浓度值耦合模拟-优化模型。（3）以资金成本最小化进行单目标优化研究,得到具有稳定性和收敛性的优化结果。结果表明:只设抽水井比抽注结合的布井方式更好;最优布井方案为:双井布设,布井位置为J32、J37,抽水速率分为14m3/d、11m3/d,其总资金成本为94000元。（4）以资金成本和时间成本最小化进行多目标优化研究,得到具有收敛性和多样性的Pareto解集。结果表明:整体而言,三井模式优于双井模式优于单井模式;只设抽水井比抽注结合的布井方式更好;各布井模式下的最优方案井位偏向于中心线轴下游。（5）多目标优化问题中资金与时间成本的权重为6:4,得到最优方案:三井布设,布井位置为J31、J36、J41,抽水速率分别为25m3/d、19m3/d、13m3/d,其总资金为84090元,总时间为685d。与单目标优化结果比,资金成本降低约10.54%,时间成本降低约62%。结果表明,多目标优化得到更优的修复方案,提高修复效率。

关键词：抽出处理技术井群优化布设模拟-优化模型遗传算法 FloPy

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基于进化算法的含水层氯代烃原位生物修复模拟-优化问题研究

基于进化算法的含水层氯代烃原位生物修复模拟-优化问题研究

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作者：赵梦合肥工业大学

学位级别：硕士

精细模拟地下水中挥发性氯代烃（VCHs）污染修复过程是实现对其进行高效修复的关键。然而以往多数模拟VCHs污染修复过程的研究并未全面考虑VCHs自然衰减性质,势必会造成修复效果的预测误差。同时决策者在进行原位生物修复系统设计时往... 详细信息

精细模拟地下水中挥发性氯代烃（VCHs）污染修复过程是实现对其进行高效修复的关键。然而以往多数模拟VCHs污染修复过程的研究并未全面考虑VCHs自然衰减性质,势必会造成修复效果的预测误差。同时决策者在进行原位生物修复系统设计时往往需要权衡多个相互矛盾的目标,如最小化修复成本、最小化健康风险、最小化污染物清理时间和最大化修复方案的可靠性等。因此本文首先针对当前VCHs原位生物修复模型的局限性,开发考虑VCHs自然衰减性质的原位生物修复Monod-Natural attenuation（M-Na）模型,精细模拟VCHs原位生物修复过程,并通过算例模拟来验证M-Na模型的可靠性;然后,基于模拟-优化理论框架构建基于多目标快速和谐搜索（MOFHS）算法求解的地下水中VCHs原位生物修复系统模拟-优化模型,并对算例优化结果进行分析;最后提出一种Pareto最优解选取的折衷方案来确定最佳修复方案。论文主要结论如下:（1）考虑VCHs自然衰减性质的M-Na模型与Dual-Monod biodegradation（D-MB）模型模拟结果有较大差异,因此在研究含水层VCHs污染修复模拟过程中,有必要全面考虑VCHs的自然衰减性质。（2）理想算例表明,建立地下水VCHs原位生物修复方案设计多目标模拟-优化模型,基于MOFHS算法对其进行求解,所求出的解均匀分布,均接近Pareto前沿。（3）依据Pareto最优解修复费用的“边际效应”,本研究将Pareto曲线分为三段K1、K2和K3。在选择最佳折衷方案时,决策者可根据对不同目标的倾向选择不同部位的Pareto最优解。（4）采用Morris方法对孔隙度、渗透系数、初始微生物、弥散系数进行全局敏感性分析,本文研究算例中参数敏感性排序由高到低依次为孔隙度、弥散系数、微生物、渗透系数。本文的研究成果不仅可以丰富VCHs反应修复模拟模型,还可以为多目标原位生物修复系统优化设计提供参考。

关键词：地下水污染修复 VCHs污染模拟-优化模型多目标进化算法数值模拟

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MGO软件在地下水污染抽出-处理方案优化中的应用

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地下水 2018年第3期40卷 12-15页

作者：卞荣伟宋健孙晓敏吴剑锋吴吉春南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 南京水利科学研究院江苏南京210029

国内外用于地下水流和污染物运移的模拟软件很多,但用于地下水系统模拟优化的软件极少。在概略介绍一款模块化地下水模拟优化软件MGO基础上,利用该软件并选取遗传算法对美国犹他州某一地下水污染场地抽取-处理(pump and treat,PAT)系统... 详细信息

国内外用于地下水流和污染物运移的模拟软件很多,但用于地下水系统模拟优化的软件极少。在概略介绍一款模块化地下水模拟优化软件MGO基础上,利用该软件并选取遗传算法对美国犹他州某一地下水污染场地抽取-处理(pump and treat,PAT)系统的模拟优化模型进行求解,寻求最优动态抽水处理方案。结果表明:在优化后的动态管理策略下,管理期内PAT系统的总抽水量减小9.89%,使抽水成本和污染物处理成本相应减少,优化后的总成本较优化前减少11.27%。实例研究表明:MGO能够有效求解地下水PAT系统模拟-优化模型,可推广应用于大型场地条件下基于水力控制的地下水污染治理方案的优化实践。

关键词：地下水污染模拟-优化模型抽出-处理系统优化方案 MGO

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并联供水水库解析调度规则研究Ⅱ:多阶段模型与应用

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水利学报 2014年第9期45卷 1120-1126,1133页

作者：曾祥胡铁松郭旭宁方洪斌武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

水库调度多阶段决策问题最优策略与多个两阶段决策问题最优策略组合,两者之间的一致性问题是两阶段调度模型应用于实际水库调度问题的瓶颈。为此,本文建立了并联供水水库系统调度规则优选的模拟-优化模型,该模型将多库两阶段调度模型作... 详细信息

水库调度多阶段决策问题最优策略与多个两阶段决策问题最优策略组合,两者之间的一致性问题是两阶段调度模型应用于实际水库调度问题的瓶颈。为此,本文建立了并联供水水库系统调度规则优选的模拟-优化模型,该模型将多库两阶段调度模型作为子模型进行模拟,优化多库两阶段调度模型的时序参数,采用多种群混合进化的粒子群算法PMSE-PSO进行参数优选。辽宁省碧流河水库与英那河水库联合调度的4种调度规则组合方案的对比成果表明,新的供水调度规则具有一定合理性与有效性,结果优于限制供水规则和参数式规则组合的并联水库系统联合调度规则。

关键词：并联水库群调度规则模拟-优化模型改进的粒子群

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流域水质目标管理的风险识别与对策研究

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环境科学学报 2014年第10期34卷 2660-2667页

作者：张晓玲梁中耀刘永邹锐董菲菲郭怀成赵磊贺彬北京大学环境科学与工程学院水沙科学教育部重点实验室北京100871 Tetra Tech Inc.10306 Eaton Place Ste 340 Fairfax VA 22030 USA 云南高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室昆明650034

以水质目标为约束和核心的管理将逐步完善、补充和强化当前的总量控制模式,成为我国中长期流域水环境管理的重要内容.流域水质目标管理是一个"响应→调控"并不断反馈调整的过程,但由于流域系统的非线性和不确定性,流域污染减... 详细信息

以水质目标为约束和核心的管理将逐步完善、补充和强化当前的总量控制模式,成为我国中长期流域水环境管理的重要内容.流域水质目标管理是一个"响应→调控"并不断反馈调整的过程,但由于流域系统的非线性和不确定性,流域污染减排并不能完全确保水质目标的实现.本文将这种由不确定性而引致的流域水质目标的不完全可达性界定为风险,并在分析流域水质目标管理框架思路的基础上,识别并实证了水质目标管理中的主要风险来源,主要包括:1在"响应"层面,由于水质响应与负荷削减等措施间的非线性、时滞性、指标不协同等不对应关系带来的风险;2在"调控"层面,由于水环境管理缺乏适应性的调控和反馈机制而产生的水质达标风险.在此基础上,提出了流域水质目标风险管理的转变途径及其定量表征方法,以期为流域水质目标风险管理提供借鉴.

关键词：水质目标管理风险不确定性适应性决策模拟-优化模型

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利用粒子群算法求解管网污染源反向追踪模型

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安全与环境学报 2014年第5期14卷 265-270页

作者：王久振余健徐林李天兵李斌湖南大学土木工程学院长沙410082 广州市排水设施管理中心广州510240 广东工业大学土木与交通工程学院广州510006

针对供水管网中突发污染事件的污染源识别问题,构建污染源反向追踪的模拟-优化数学模型,利用粒子群优化算法求解污染物的侵入位置、时间及侵入速度信息。分别以监测点处污染物模拟质量浓度与实际质量浓度为数据源,应用模型对试验供水管... 详细信息

针对供水管网中突发污染事件的污染源识别问题,构建污染源反向追踪的模拟-优化数学模型,利用粒子群优化算法求解污染物的侵入位置、时间及侵入速度信息。分别以监测点处污染物模拟质量浓度与实际质量浓度为数据源,应用模型对试验供水管网进行污染源识别研究,分析管网拓扑结构、粒子群算法中种群规模及惯性权重参数设置对结果的影响。结果表明,当参数设置合理时,基于粒子群优化算法的污染源模拟-优化反向追踪模型具有较高的准确率和计算效率。

关键词：环境工程学供水管网污染源识别模拟-优化模型粒子群优化算法

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基于粒子群优化算法的供水管网污染源识别研究

基于粒子群优化算法的供水管网污染源识别研究

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作者：王久振湖南大学

学位级别：硕士

针对供水管网中水质二次污染或人工投毒等原因引发的饮用水污染问题，利用污染源反向追踪模型快速准确确定污染源位置及影响范围能够为饮用水安全保障应急处理提供有力支持，具有重要的现实意义。本文首先根据在供水管网模拟试验平台上... 详细信息

针对供水管网中水质二次污染或人工投毒等原因引发的饮用水污染问题，利用污染源反向追踪模型快速准确确定污染源位置及影响范围能够为饮用水安全保障应急处理提供有力支持，具有重要的现实意义。本文首先根据在供水管网模拟试验平台上进行的六价铬污染物侵入管网试验，分析管网中污染物浓度随时间、空间的变化，建立并校正试验管网的水力水质模型，使模型能较好地吻合管网中实际水力水质情况。其次构建管网中污染源的模拟—优化反向追踪模型，以模拟优化时段内各水质监测点的模拟污染物浓度与实际浓度的差的平方和作为目标函数，内嵌EPANET工具箱作为模拟引擎，利用粒子群优化算法求解污染物的侵入位置、开始侵入时间和侵入速度，并利用MATLAB工具编写程序。然后针对管网中六价铬污染物侵入试验，分别采用水质监测点处计算机模拟污染物浓度和实际监测浓度识别污染源，模型准确率和计算效率均较高。经比较分析可知，采用实际监测值识别污染源时模型精度较低；另外，单一污染源识别比多污染源识别的模型精度和计算效率要高。最后通过设置反向追踪模型的相关影响因素参数，比较输出结果，分析了管网拓扑结构、粒子群优化算法相关参数、正演模型误差等因素对模型精度和效率的影响，并在此基础上对相关参数进行合理设置。研究结果表明，当管网拓扑结构与实际管网相似性高、与实际污染源具有相似下游的节点数量很少、供水管网正演模型误差小、水质监测点布置合理且粒子群优化算法相关参数与模拟优化时段设置合理时，模型结果精度与计算效率较高。

关键词：供水管网水质模型污染源识别模拟-优化模型粒子群优化算法

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