混合多目标遗传算法求解地下水污染修复管理模型

为了提高多目标遗传算法Pareto解的局部最优性,本文将快速非支配遗传算法(NSGAII)与一种迭代式的局部搜索算法(Hill Climber with Step,HCS)相结合,开发了一种新的混合多目标遗传算法NSGAII-HCS.利用CONV1和ZDT6两个经典的多目标优化函数对NSGAII-HCS的性能进行测试,与传统的多目标算法NSGAII相比,CONV1得到的Pareto锋面与真实Pareto最优解锋面的平均距离由5.49减小到1.74,ZDT6则由0.16减小到0,表明NSGAII-HCS在保证解多样性的前提下,能使解接近或收敛到真实的Pareto最优解锋面.最后,将NSGAII-HCS与地下水流模拟软件MODFLOW和溶质运移模拟软件MT3DMS相耦合,并应用到一个理想的二维地下水污染修复管理模型中,结果分析表明该方法可为地下水污染治理提供多样的和收敛的Pareto管理策略,是一种稳定可靠的多目标优化方法.     

基于SEAR技术的地下含水层石油烃污染修复试验研究

表面活性剂强化含水层修复技术(SEAR)已广泛应用于地下含水层有机污染修复.本研究选取环境修复过程中常使用的8种表面活性剂：聚氧乙烯月桂醚(Brij 30)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、吐温80(Tween 80)、鼠李糖脂、曲拉通X-100(TritonX-100)、烷基糖苷(APG)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、十二烷基磺酸钠(SDS),利用静、动态试验优选出高效环保的表面活性剂,探索表面活性剂浓度、离子强度对汽油增溶效果的影响,同时确定最佳表面活性剂复配体系,并开展室内模拟试验及性能评价验证其修复效果.结果表明：(1)8种表面活性剂中鼠李糖脂对汽油的增溶能力表现最优;AEO-9、Tween 80和Brij 30更易吸附在中砂介质;Tween 80与TritonX-100对油污砂洗脱效果最好.综合优选结果确定TritonX-100为最优效的单一表面活性剂.(2)随着表面活性剂浓度和离子强度的增加,溶液中汽油浓度分别呈现先增加后下降和持续下降的趋势.(3)通过将优选表面活性剂TritonX-100与洗脱效果最好的Tween 80进行混合确定最优复配比为1∶1,该复配体系下汽...     

基于用地规划的污染地块修复多目标优化研究

本研究构建了一个基于再开发的污染地块修复环境与社会经济多目标优化决策方法,并以华北某大型污染地块开展实证研究.结果显示:调整用地规划布局,采用第二类用地修复治理标准(GB3660-2018)可使修复方量降低62.5％,同时降低修复的环境影响;其次,基于多目标优化调整的用地规划和修复技术,使修复成本分别降低28.3％,2...     

硝酸盐污染含水层修复的微生物方法实验研究

通过分离、培养和驯化得到的反硝化细菌进行了2种实验:一是静态脱氮反应实验;一是模拟含水层中的脱氮反应实验.结果表明:选用的细菌在pH为6.5～8.0,碳氮比(C∶N)大于6∶1,温度在20℃,和低溶解氧的条件下,静态实验脱氮率可达98%,在模拟含水层中脱氮率最大为56%.对这种脱氮效率的差异性及其规律进行了理论分析.同时,对实施含水层氮污染微生物修复中的问题进行了讨论.     

地下水DNAPLs污染修复多相流模拟的替代模型

应用克里格法、支持向量回归法、核极限学习机法建立多相流模拟模型的替代模型,并应用集对分析法建立组合替代模型,通过将多种替代模型进行对比,分析不同替代模型在地下水DNAPLs污染修复多相流模拟问题中的适用性.结果表明,3种单一替代模型中,克里格模型的精度最高,其次是核极限学习机模型,最后是支持向量回归模型;应用集对分析原理建立集对权组合替代模型,与单一替代模型相比,其模拟模型的逼近精度更高,且提升效果十分显著,平均残差和平均相对误差分别为0.4009%和0.5373%;集对权组合替代模型运行一次仅需1.5s,选择组合替代模型代替多相流模拟模型进行地下水DNAPLs污染的修复方案优选分析,能够大幅减小模拟-优化过程的计算负荷,并保持较高的计算精度.     

苯酚污染土壤的电动力学修复技术研究

电动力学技术是正在发展中的土壤修复技术,具有诸多优点,之一是不破坏原有自然环境。通过小型实验研究了土壤中苯酚在电动力学作用下的迁移特征以及添加表面活性剂LAS对苯酚去除效率的影响。结果表明：①电动力学作用可有效地促使苯酚解吸附和迁移,其迁移效果与土壤酸碱性质、污染物类型和表面活性剂浓度等密切相关,不同通电时间,迁移方向有所不同;②添加LAS能提高苯酚的去除效率,当LAS浓度为0．046mol／L时,苯酚的去除效果最佳,去除率达到91．16％。采用适当的电动力学工艺可修复受苯酚污染的土壤。     

表面活性剂增效微生物修复PAHs污染土壤的研究进展

生物降解是去除土壤环境中多环芳烃（PAHs）的重要途径,通过使用表面活性剂增效修复可显著提高PAHs降解速度和程度。本文系统评述了表面活性剂增效修复PAHs污染土壤的研究现状和存在的问题。     

一种基于污染风险的地下水监测井网多目标优化方法

地下水具有重要的生态服务功能.地下水监测可为管理和维护地下水生态安全提供必要的信息.如何以最低的监测成本获取最丰富的地下水信息一直是科学家和管理者关注的热点问题之一.在模拟退火算法的基础上,利用随机森林算法筛选出对地下水质量演化指示性最强的监测指标,并结合水文地质分析法,考虑地下水污染风险性,以监测成本最低、精度最高和...     

城市固体废物不确定性多目标优化管理模型

在对城市固体废物管理进行系统分析,以及对各种模型深入研究的基础上,提出了不确定性多目标动态优化固体废物管理模型.模型以系统成本最小和环境影响最小为目标框架,采用不确定性分析、污染损失理论,将城市固体废物管理过程中对环境产生的影响进行货币化,使环境和经济有效地统一起来,以更加客观地解决多目标问题;同时采用完整、合理的约束条件,进一步对模型进行有效补充.将该模型应用于案例城市的优化结果表明:采用该模型可使每t固体废物处置成本较原方案减少8～18元,每年最少可节约2.8×107元,大大减少了运营成本.该模型采用二次污染处理至达标排放的费用,因此可以在系统成本最小的基础上,兼顾固体废物对环境产生影响最小的目标,有效地解决了多目标解法存在的问题.      

多环芳烃类污染土壤强化生物修复技术研究及应用

针对多环芳烃类(PAHs)污染土壤,采用富集培养的方法分离筛选得到高效PAHs降解菌,并作为外源添加至高效复合微生物降解菌剂中运行过程中控制土壤含水率、微生物菌剂、营养物质的投加比例以及人工翻抛频率,开展强化生物修复试验。土壤中PAHs的降解主要出现在前3个月,之后进入生物降解拖尾阶段,土壤中各PAHs的浓度下降缓慢。其中,堆体土壤中低环PAHs、中环PAHs和高环PAHs的最高去除率分别为66.50%、71.78%和56.99%,16种PAHs的平均去除率为64.06%。分别从生物可利用性、微生物激活营养剂、提高供氧效率和微生物菌剂4个因素进行强化生物修复研究。运行结果显示:高密度投加PAHs高效降解菌,并提供适量的营养物质,同时添加生物表面活性剂进行强化,最终污染土壤中总PAHs降解率可以达到85.07%,且16种PAHs均得到显著降解。     

基于参数不确定性的地下水污染治理多目标管理模型

引入随机Pareto控制排序和随机小生境技术,提出基于参数随机变化的改进小生境Pareto遗传算法,用于求解不确定性条件下地下水污染治理多目标管理模型.同时,利用顺序高斯条件模拟的蒙特卡罗方法,结合不确定性分析和风险评估,分析不同渗透系数条件点数对污染物运移结果不确定性和污染风险评价的影响.最后将该方法应用于一个考虑渗透系数为随机变量的二维地下水污染修复算例中.结果分析表明,该方法可为地下水污染治理提供变异性较小的Pareto管理策略,是一种稳定可靠的多目标随机优化方法.     

基于替代模型的地下水溶质运移不确定性分析

为分析参数的不确定性对地下水溶质运移数值模型的影响,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟对一算例进行分析,并从风险评估的角度对不确定性分析的结果进行了阐释.为减小计算负荷,利用Sobol'法对模型参数进行了灵敏度分析,筛选出较为敏感的参数作为随机变量,建立了模拟模型的克里格(Kriging)替代模型,进而实现Monte Carlo模拟.结果表明:置信度为80%时,井1,2,3浓度值的置信区间分别为23.46~42.06,47.99~66.73,69.54~82.94mg/L;结合风险评估,计算出地下水受污染的风险为0.54,可为地下水污染物防控与修复提供科学依据.     

活性污泥工艺的多目标优化分析

研究了多目标优化方法在活性污泥工艺优化中应用的可行性,以国际水协(IWA)发布的基准仿真模型BSM1的工艺流程为对象,以出水水质、过程能耗和反应池体积的指标为优化目标,以反应池池容(5个)、混合液回流量、污泥回流量、污泥排放量、反应池氧气传质系数(3个)等11个变量为决策变量,构建了基于BSM1的多目标优化模型,并利用MatLab非支配排序遗传算法NSGA-II进行求解,获得了BSM1多目标优化模型的Pareto解.研究结果表明,在Dry进水条件下,通过将体积指标增大4.1%,可以明显改善出水水质指标(降低81.5%),能耗指标也能得到一定改善(降低13.3%);在3种进水条件(Dry,Rain,Storm)下,相对于BSM1工艺参数的缺省值,利用本研究的优化解作为工艺参数,均能不同程度改善出水水质、降低能耗.研究结果显示,在活性污泥过程不同目标之间进行权衡可以通过多目标优化方法来实现.     

遗传梯度法在水质数学模型参数估值的应用

介绍一种混合遗传算法－－遗传梯度法，并将其应用于水质数学模型参数估值，较一般优化算法能稳定得到的全局最优解。     

表面活性剂强化含水层修复模拟的尺度提升研究

为了寻找到能够在保证模拟精度的前提下,大大提高表面活性剂强化含水层修复（Surfactant-enhanced aquifer remediation,SEAR）模型计算效率的合适的渗透系数尺度提升方法,在概略介绍拉普拉斯-外壳法的基础上,利用算术平均尺度提升法与拉普拉斯-外壳法建立大尺度模型,与小尺度模型进行对比.结果表明,拉普拉斯-外壳法所建模型对含水层污染物残余质量的最大计算误差在所有情况下均优于算术平均尺度提升法,含水层非均质性越强,拉普拉斯-外壳法优越性越明显;并且拉普拉斯-外壳法对于污染羽质心位置与形状的刻画效果也更好.大尺度模型能大幅度减小SEAR的计算成本,应用算术平均尺度提升法可减少至原计算时间的6.5%左右,应用拉普拉斯-外壳法可减少至4.5%左右.     

基于贝叶斯公式的地下水污染源及含水层参数同步反演

针对非均质地下含水层污染源识别及含水层参数反演过程中监测方案优化问题,提出一种基于贝叶斯公式及信息熵最小的累进加井的多井监测方案优化方法.首先,构建假想案例下的二维非均质各向同性潜水含水层水流及溶质运移模型,运用GMS软件进行数值模拟求解.采用最优拉丁超立方抽样方法和Kriging法建立数值模拟模型的替代模型.然后以参数后验分布的信息熵最小为目标函数,采用累进加井的方式进行多井监测方案优化设计.最后根据优化后的监测方案,采用差分进化自适应Metropolis算法进行污染源及含水层参数的同步反演.算例研究表明：在兼顾反演精度及监测成本,并保证每个参数分区内至少有1眼监测井的条件下,5眼井组合监测方案（6,5,1,2,8）为最优监测方案.与信息熵最小的10眼井组合监测方案（1,2,3,4,5,6,7,8,9,10）的参数反演结果相比,5眼井组合监测方案对11个参数α=（X_S,Y_S,T₁,T₂,Q_s,K₁,K₂,K₃,DL₁,DL₂,DL₃）的后验均值偏离率的平均值虽增大1.2%,但监测成本却是10眼井组合监测方案的50%.     

南京市水环境-大气环境-经济系统优化及仿真模型

将通常的污染控制问题加以推广,把水环境、大气环境、工业经济和污染控制作为一个有机整体,研究南京市环境－经济系统优化及仿真数学模型,从而为这种多目标和多变量决策问题提供了有效的定量分析工具;对其它区域的类似问题亦有参考价值。关键词