不确定性条件下地下水污染监测井网优化设计——基于XGBoost替代模型

在地下水污染监测井网优化设计中,应用模拟优化方法时客观存在的模型参数不确定性往往会影响到设计监测井网的可靠性.针对该问题,重点考虑了渗透系数和污染源释放强度的不确定性,应用模拟优化方法和蒙特卡罗方法求解上述不确定性参数影响下的最优监测井布设方案.为缓解蒙特卡罗方法多次调用模拟模型所产生的巨大计算负荷,本研究建立了XGBoost替代模型,代替模拟模型与优化模型进行耦合.为提高监测井网对实际污染羽的监测精度,污染监测井网优化模型以监测空间矩误差极小化为优化目标.此外,本次研究还考虑了监测井网设计中污染源释放强度的动态变化过程.最后,以抚顺市某煤矸石堆放场地为基础建立假想例子,验证所提方法的有效性.结果表明:1.XGBoost能够有效近似模拟模型的输入输出关系,显著降低了计算负荷.2.空间矩能够有效评估监测井网插值污染羽和实际污染羽的逼近程度,优化设计后的监测井网能够较为准确地捕捉到实际污染羽的状态.3.模拟优化方法结合蒙特卡罗方法能有效求解不确定性条件下最优监测井网的设计问题.本文为地下水污染监测井网设计提供了一种稳定可靠的方法.     

基于模拟-优化模型的某场地污染地下水抽水方案设计

针对抽出-处理技术修复污染地下水时抽水方案不合理导致修复成本高、修复效果差的问题,以我国北方某化工企业搬迁场地局部区域苯污染地下水为对象,通过GMS软件联合MGO(modular groundwater optimizer)程序对抽水方案进行模拟优化.结果表明:研究区地下水中检出ρ(苯)最大值为700 μg/L,修复目标为100 μg/L;自然降解条件下需1 740 d才能达到修复目标,降解缓慢.经过技术比选,选择抽出-处理技术快速修复该污染地下水.通过模拟-优化模型对抽出-处理技术中的抽水方案进行优化设计,结果显示,当抽水时间小于600 d时,出现水头疏干,无法进行抽出处理修复;当抽水时间在600～700 d范围内时,设计的抽水时间越长,达到修复目标所需的总抽水量越小,修复成本越低;当设计抽水时间超过700 d时,修复成本增加,1 500 d的抽水方案较700 d总抽水量增加了2.38×106 m3.综合修复时间及修复成本分析,虽然抽水时间为700 d时抽水量最小,但相对于抽水时间为600 d的优化方案,其抽水量仅减少1.4%,经济性较差,因此推荐抽水时间采用600 d.      

基于脆弱性的地下水污染监测网多目标优化方法

区域地下水监测井的优化布设对于区域地下水系统管理有很重要的作用.为了以最少的监测费用最大化地获取区域污染风险和污染现状信息,以监测井数量最小、区域污染监测有效性最大、监测到的区域脆弱性分值最大为目标,建立了基于脆弱性评价的地下水污染监测网多目标优化模型.通过地下水脆弱性评价和溶质运移模型计算得到不同点位地下水脆弱性分值和污染物浓度,针对不同脆弱性等级提出区域监测井初设密度,采用改进非劣支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）基于初设监测网求解该多目标优化模型,结合质量误差分析确定监测网优化方案.结果表明,阿什河漫滩区和樊家沟流域地下水硝酸盐氮污染相对较严重;地下水脆弱性高和较高等级区域分别分布在抽水井群影响范围和河漫滩;结合NSGA-Ⅱ Pareto最优解及质量误差分析结果,得到该区域地下水监测井最优数量（12口）及其最优布设位置.研究显示,该优化监测网与初设监测网插值所得污染羽的质量误差小于15%,满足监测精度要求.      

十三陵抽水蓄能电站地下水污染与水质恢复的研究

十三陵抽水蓄能电站施工期间排放废水,造成了对周围地下水的污染。本工作沿地下水流动方向４．４ｋｍ＾２的范围内,进行了地下水的环境质量调查,分析和评价,查明了地下水污染因子和污染程度及范围,通过消除污染源,建设污水处理站等一系列水质恢复措施后,该地区地下水水质明显好转。     

某冶炼厂污染场地抽出-处理技术优化方案研究

本文以某冶炼厂实际污染场地为例,建立了水流和溶质运移耦合模型,在此基础上根据不同的井数、不同的单井抽水量、不同的井间距的组合建立了抽水方案79组,将各抽水方案进行不同权重的加权平均计算,得到的较集中的方案为最佳。此方法得出的方案较其他方法得到的方案优化性强。因此加权平均结合数值模拟方法可为实际工程提供可行性证据。     

浅谈地下水污染环境评价

地下水污染风险研究在工程决策中具有重要意义.但地下水系统本身具有各种不确定性,基于这些不确定性,地下水污染风险评价因此也具有不确定性,而且贯穿整个地下水污染风险评价过程.所以,进行不确定性分析是对地下水污染风险进行评价时的必要步骤.通过对地下水地质环境影响要素的分析,研究了评价的基本原理,构建了评价模型.     

电厂灰场对地下水污染的数值模拟及污染预测

以江苏徐塘电厂炮车镇灰场为例，建立了炮车镇灰场及邻近地下水水质（污染）模型，并选用灰渣溶滤后产生的Ｆ作为模拟因子，对地下水水位变化和Ｆ浓度变化进行了数值模拟。最后利用模型对地下水中Ｆ＾－污染的范围和程度进行了预测，结果表明，模型可靠，合理，实用，为建立灰场后所可能引起的对地下水污染的预测预报提供了科学手段。     

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...     

地下水污染防治区划体系构建研究

随着我国经济的迅速发展,地下水资源开发率逐年提高,而地下水污染问题是影响我国综合利用地下水资源很严重的一个问题,地下水污染防控区划是保护地下水资源,提高地下水利用率的一个十分有效的措施同时它也是地下水污染地质调查评价工作的一个很重要的分支,它不但可以作为实施地下水污染防止规划的重要保障还能有效的防止地下水污染,降低地下水污染的风险性,提高其安全利用率。因此如何更好的进行地下水污染防制区划这一问题已经引起了众多学者的关注,本文就冲地下水污染防止区划体系这一问题入手,冲地下污染水源,以及社会经济等外在条件出发,分析一下合理的地下水污染防治区划的构建方法。     

地下水污染模拟模型的不确定性分析

为同时分析源汇项和水文地质参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以抚顺市某煤矸石堆放场为研究实例展开研究.首先以硫酸根离子作为模拟因子,建立该场地地下水污染数值模拟模型.然后,分别采用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析两种方法对模拟模型参数进行灵敏度分析并对比二者的结果,最终筛选出对模型输出结果影响较大的两个参数作为模型的随机参数.为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷,分别对3口观测井应用克里格、核极限学习机、支持向量机和BP神经网络4种方法建立模拟模型的替代模型,根据这4种替代模型在不同井的拟合效果,为每口井优选出一个表现最好的替代模型,并利用优选出的替代模型完成蒙特卡洛随机模拟.最后,对随机模拟的结果进行统计分析与风险评估.结果表明,在置信度为80%时,1,2,3号三口井浓度的置信区间分别为:211.48~845.04mg/L,0~406.98mg/L,231.42~958.37mg/L.此外,依据《地下水质量标准》和各井的污染物浓度分布函数曲线得出:1号井和3号井的水质达标Ⅴ类水的概率分别为90.1%和93.1%,2号井达标Ⅲ类水的概率为80.7%,藉此为地下水资源管理和污染防治提供合理依据.     

地下水污染的原位修复技术——PRB法

原位修复地下水污染技术,具有经济、高效等特点。国外大量研究表明,此技术可以有效去除地下水中的重金属和有机污染物。本文主要介绍了原位修复技术中的PRB方法及其特点,并通过实验验证了其对地下水中重金属、有机物和三氮等污染物的去除效果,以此为基础,讨论了在我国开发应用该技术的前景及应注意的问题。     

地下水污染健康风险评价理论体系研究

基于对风险的认识,以地下水为研究载体提出地下水污染健康风险评价的概念。按照风险识别、风险量化、风险管理的步骤构建了地下水污染健康风险评价的理论体系,并对每个步骤进行了详细的描述和研究方法的探讨,提出了判定的原则和方法以及对我国地下水污染健康风险管理的建议,以期为我国地下水资源管理和保护工作提供科学依据。     

对地下水污染及其防治的探索

当前地下水污染程度可谓达到有史以来的顶峰,违法企业直排、农牧业污染和生活污染对地下水造成了严重的污染,防治迫在眉睫。本文简要地叙述了我国地下水污染的主要来源,并介绍地下水污染防治措施,从宏观上对地下水污染的防治进行了探讨。     

地下水污染健康风险评价理论体系研究

基于对风险的认识,以地下水为研究载体提出地下水污染健康风险评价的概念.按照风险识别、风险量化、风险管理的步骤构建了地下水污染健康风险评价的理论体系,并对每个步骤进行了详细的描述和研究方法的探讨,提出了判定的原则和方法以及对我国地下水污染健康风险管理的建议,以期为我国地下水资源管理和保护工作提供科学依据.     

我国地下水污染成因及防治措施研究

本文研究了我国地下水污染的现状,从工业,农业、畜牧业和人类的日常生活等方面分析了造成我国地下水污染的原因,针对国情从法律保护、实时监测和技术治理三个角度提出了防治意见,同时指出了现阶段地下水污染防治存在的客观难题.     

地下水污染的原位值复技术——PRB法

原位修复地下水污染技术,具有经济、高效等特点.国外大量研究表明,此技术可以有效去除地下水中的重金属和有机污染物.本文主要介绍了原位修复技术中的PRB方法及其特点,并通过实验验证了其对地下水中重金属、有机物和三氮等污染物的去除效果,以此为基础,讨论了在我国开发应用该技术的前景及应注意的问题.     

中国地下水污染防治的研究进展

地下水是人类宝贵的淡水资源,由于受到人类活动的影响,目前却在遭受着日益严重的污染,地下水污染防治迫在眉睫。通过介绍地下水资源现状、地下水污染状况、污染的途径和污染防治的研究进展,并分析中国地下水污染防治中存在的主要问题,从而提出了完善地下水环境保护的法律法规体系、加强地下水监测网络建设、建立全国地下水污染预警与应急预案、加强地下水污染防治技术攻关的具体建议。     

地下水污染的罪魁祸首

中国90%的地下水都遭受了不同程度的污染,其中60%污染严重。面对入戏严峻的形式,我们不得不进入＂全民抗战＂的阶段。     

某钼矿尾矿库地下水污染的随机模拟

为分析参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以某钼矿尾矿库地下水污染问题作为研究实例,选取钼离子作为模拟因子,建立该钼矿尾矿库地下水污染数值模拟模型,对输出结果进行不确定性分析.为降低替代模型的维数,运用灵敏度分析法筛选出对模拟模型输出结果影响较大的2个参数作为模型中的随机参数.为减少反复调用数值模拟模型产生的计算负荷,分别运用克里格方法和支持向量机法建立模拟模型的替代模型,并比较二者的精度,选择精度较高的替代模型完成蒙特卡罗随机模拟.最后,对随机模拟的输出结果进行统计分析与区间估计,对地下水污染超标的风险进行评价.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0.71~2.29,0.28~1.02,1.55~3.25mg/L.此外,结合《地下水质量标准》以及污染物浓度分布函数曲线,井1,2,3中水质达到地下水质量标准Ⅴ类的概率分别为99.7%,97.1%,99.6%.本研究可为地下水污染防治提供更科学、全面的参考依据.     

基于替代模型的煤矸石堆地下水污染随机模拟

为分析参数的不确定性对地下水污染质运移数值模拟模型输出结果的影响,以抚顺西舍场煤矸石堆及周边地区为研究对象,以硫酸根离子为模拟因子建立污染质运移的数值模拟模型,运用灵敏度分析法筛选对模拟模型影响较大的参数作为随机变量;为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷,运用克里格方法建立污染质运移模拟模型的替代模型,利用替代模型完成蒙特卡洛随机模拟;最后,对随机模拟的输出结果进行统计分析,利用污染质浓度分布函数估算单井遭受污染的风险.结果表明,井1,井2和井3中达到地下水质量标准的Ⅲ类标准的概率分别为0.6%,97.6%和0%,藉此为地下水污染防治提供更加科学,丰富的参考依据.