基于替代模型的DNAPLs污染含水层修复方案的分析与优选

Some challenging problems which have yet not been solved on the optimal remediation scenarios for the aquifer contaminated by DNAPLs will be studied in this project. On the basis of multiphase flow numerical simulation model, the variables that possess obvious influence to the SEAR effects will be identified aiming to improve analysis precision and reduce computation time. Optimal Latin hypercube sampling (OLHS) will be applied to sample specimens in the feasible domain of input variables of the multiphase flow simulation model. Then the coverage and uniformity degree of OLHS sample results will be appreciated. Kriging method is to be adopted to formulate the surrogate model of the multiphase flow simulation model. The merits and demerits of the surrogate model will be evaluated. Cross validation will be applied for the overall verification of different surrogate models evaluating the approximation degree of surrogate models towards the multiphase flow simulation model itself and the optimal surrogate model with the highest fidelity will be selected for the further use. At last, an optmization model will be formulated to obtain optimal decisions on remediation scenarios to the aquifer contaminated by DNAPLs. This research project will enrich and develop the theoretical and technical connotation for the analysis of remediation scenario optimization of the aquifer contaminated by DNAPLs.

本项目针对DNAPLs污染含水层修复方案优选分析过程中尚待解决的理论和技术问题开展研究。在建立多相流数值模拟模型的基础上，研究应用灵敏度分析法，识别确定出对SEAR修复过程和效果影响较大的变量，以减小分析过程中的计算负荷并提高计算精度。选用优化的拉丁超立方采样(OLHS)法在多相流模拟模型可控输入变量的可行域内采样，分析其对采样空间总体覆盖度和样点分布均匀性的改善效果。研究应用克里格(Kriging)法建立多相流数值模拟模型的替代模型，分析其可行性和优缺点。采用交叉验证法对不同的替代模型进行整体性检验，分析不同替代模型对多相流模拟模型本身的逼近程度，从中甄选出精度最优的替代模型。最后在综合分析各种因素的基础上，建立DNAPLs污染含水层修复方案决策优选的优化模型，从而获得关于修复方案的最优决策。丰富和拓展DNAPLs污染含水层修复方案优选分析过程中的理论与技术内涵。

本项目研究地下水DNAPLs污染修复方案优化设计的理论和方法。通过Sobol 全局灵敏度分析方法、优化的拉丁超立方采样（OLHS）方法、克里格（Kriging）替代模型、交叉验证法及混合整数非线性优化模型的综合运用，获得了修复方案优选的有效途径。. 在建立硝基苯污染含水层多相流数值模拟模型的基础上，研究应用了 Sobol 全局灵敏度分析方法对修复效果影响较大的变量进行了识别甄选。研究应用了优化的拉丁超立方采样方法在多相流模拟模型可控输入变量的可行域内进行采样，显著地提高了采样点对于整个采样空间的覆盖度和采样点分布的均匀性。应用克里格法、多项式回归方法以及径向基函数神经网络法分别建立了不同的替代模型。应用交叉验证法对不同的替代模型分别进行了整体性检验，结果表明，应用克里格法建立的替代模型精度最高。最后，以含水层中硝基苯去除率最大和修复费用最小为目标，以修复时间、各井的抽、注水强度以及抽、注水井位置为决策变量，建立了同时含有离散整数变量和连续变量的混合整数非线性规划优化模型。运用启发式算法对优化模型进行了求解，求得了硝基苯污染含水层修复的优化设计方案。将所建立的理论和方法，分别在假想例子和实际例子中进行了验证和应用，结果切合实际。. 研究获得的优化修复方案能够有效地提高污染质的去除率、减少修复费用并缩短修复时间。研究成果丰富和拓展了DNAPLs 污染含水层修复方案优化设计的理论和方法，并能为有关实际问题的解决提供技术途径和计算软件。 . 已发表期刊学术论文共 26 篇，其中SCI收录期刊论文 17 篇，EI收录期刊论文 5 篇，中文核心期刊论文4篇。共培养研究生7人，已毕业6人（博士4人，硕士2人），在读1人（博士生1人）。. 本项目按计划圆满完成了项目申请书和计划书中的研究任务。