考虑地面沉降约束的地下水多目标模拟-优化管理模型研究

The scientific management of groundwater resources is one of the important resources-environmental-geologic issues, involving rational utilization of groundwater resources and land subsidence mitigation. Right now there is not yet a fixed and reliable technical method for resolving it. By summarizing and incorporating the fruit of the previous research、advanced experience and method at home and aboard, we propose the 3D groundwater flow model coupled with subsidence model. The simulation model is then coupled with the optimization model to explore several typical issues in groundwater resources management considering land subsidence. This management model can resolve the above two problems: (1) this model can explore the optimal groundwater exploration scenarios under land subsidence constraints; (2) this model can also produce the mitigation measures for optimal groundwater level control and exploitation-recharge balance. This project is expected to break through on multi-objective groundwater management under the conditions of land subsidence. Meanwhile, the results of this research can supply basic scientific evidence for groundwater resources sustainable utilization and can also bring a positive impact on the geological environmental protection.

地面沉降区地下水资源科学管理是一个重要的资源环境地质问题，涉及到地下水资源合理开发利用和地面沉降的防控减灾两大核心问题，目前尚未形成一个固定的技术方法体系。本项目在总结和吸收前人研究成果的基础上，借鉴国内外先进经验和方法，提出将三维地下水地面沉降耦合模型与多目标优化管理模型相耦合，构建考虑地面沉降约束的地下水多目标模拟-优化管理模型，同时建立适用于地面沉降条件下地下水优化管理目标函数和约束条件的通用形式，以便管理模型的推广应用。该管理模型的建立可以解决以上提到的两个核心问题：（1）寻求满足地面沉降约束下的地下水最优开采方案，实现地下水资源科学管理；（2）确定地面沉降减灾的最佳控制水位，设计出采灌平衡的减灾方案，寻求该区地下水资源的可持续利用模式。因此，本研究有望在地面沉降约束下的地下水多目标优化管理理论上有所突破，可为研究区域地下水资源可持续利用提供科学决策依据。

地面沉降区地下水资源科学管理是一个重要的资源环境地质问题，涉及到地下水资源合理开发利用和地面沉降的防控减灾两大核心问题。本项目在总结和吸收前人研究成果的基础上，借助地下水数值模拟-优化技术，完成了以下三方面的研究内容：1）南通地区超采地下水引发地面沉降的模拟与控制研究；2）将地下水地面沉降耦合模型与多目标优化管理模型相耦合，构建考虑地面沉降约束的地下水多目标模拟-优化管理模型；3）发展多目标优化求解技术，研发确定性多目标、随机多目标和基于地面沉降替代模型的多目标优化求解方法。通过研究取得以下两方面的研究成果：1）开展了南通地区超采地下水引起的地面沉降综合研究，理清了该区域的综合地质背景和地面沉降的产生机制。通过构建地面沉降数值模型，确定了地面沉降控制目标下的水位红线，并计算地面沉降约束下的地下水可采资源量；2）设计通用的地面沉降区的地下水多目标管理目标函数和约束条件的数学形式，研发多目标优化技术，如确定性多目标优化求解技术（基于遗传算法和禁忌搜索的混合多目标进化算法NPTSGA和精英保留多目标禁忌搜索算法EMOTS）、随机性多目标优化求解方法（基于改进小生境Pareto随机遗传算法PINPGA）和基于地面沉降替代模型的多目标优化求解框架（基于自适应地面沉降替代模型的地下水多目标进化算法SUB-KELM&SMOMA）。分别设计确定性、随机性和基于替代模型的考虑地面沉降约束的地下水多目标管理模型，根据不同的地面沉降模拟条件和减灾方案，选用不同的数学模型和优化求解技术，寻求地面沉降区地下水的最优开采方案，最终形成一个固定的技术方法体系。.项目执行期间，发表论文8篇，其中2篇SCI，2篇EI；申请国家发明专利3项；授权国家软件著作权1项；获江苏省教育科学成果奖1项（二等奖，排名第三），江苏省科学技术奖1项（二等奖，排名第三，公示）。