基于不确定理论的零价铁可渗透反应墙原位修复地下水铬污染的优化方法研究

零价铁可渗透反应墙（Fe0-PRB）可以有效去除地下水中的重金属，其墙体参数（长度、宽度、介质渗透率等）对实际工程的修复效果有重要影响。但是，现场含水层多孔介质渗透率的空间变化和活性介质渗透率的时间变化的不确定性，使墙体参数的确定成为难题。本项目将结合零价铁可渗透反应墙（Fe0-PRB）修复长沙铬盐厂铬渣堆放造成的地下水六价铬污染工程实例，研究（1）非均质含水层中多孔介质渗透率的空间变化，建立各向嵌套的高斯随机场模型，并分析参数不确定性和随机模拟不确定性对含水层中六价铬分布的影响；（2）零价铁活性介质渗透率的时间变化，建立线性模糊隶属函数并分析其不确定性；（3）开发基于逐步聚类分析的模块式非线性优化方法，确定墙体参数。本项目将基于不确定理论解决零价铁可渗透反应墙（Fe0-PRB）应用于工程实践中的复杂问题，可极大提高该技术的实际应用能力，并且为其他类似地区地下水污染修复提供借鉴。

零价铁可渗透反应墙（Fe0-PRB）可以有效去除地下水中的重金属。缺乏对场地水文地质条件不确定性的认识，是地下水原位修复效果与理论研究存在差距的主要原因。本项目针对含水层渗透系数的空间非均质性和其它一些不确定信息，开展了非均质含水层中溶质运移的不确定性及优化研究，发展了受Cr(VI)污染的场地风险评价模型、多介质模型优选及突发性地下水污染风险评价方法，基于响应面法建立了零价铁可渗透反应墙去除Cr(VI)的墙体参数优化模型。取得的主要研究成果及结论如下：（1）非均质含水层中溶质运移的不确定性及优化研究。数值实验结果表明，参数的先验分布知识会影响参数的后验分布及地下水水头和溶质运移的模拟结果；在地下水系统的模拟中，随机模拟和参数的不确定性是不容忽视的。（2）非均质含水层中溶质运移的优化研究。数值实验揭示了土层参数和溶质浓度数据在溶质运移模拟中的作用，结果表明渗透系数对优化结果作用较大。 （3）Cr(VI)污染场地的风险评价。结果表明，模型不确定性对评价结果可信度的影响程度超过了参数不确定性的影响程度，并可能使评价结果偏差高达3-4 个数量级；铬渣堆对当地居民构成了致癌风险和非致癌风险，铬渣整治项目可以很好的降低环境风险；铬盐厂污染地下水泄露引起的个人平均致癌年风险超过相关标准，受铬渣污染的地下水虽建设止水帷幕但仍存在一定的安全隐患。（4）基于响应面方法的零价铁去除Cr(VI)的墙体优化研究。研究结果表明，通过响应面优化的方法，可以建立以PRB去除率为响应值的改进二次模型。总之，本项目基于不确定理论解决Fe0-PRB应用于工程实践中的复杂问题，可提高该技术的实际应用能力。