论文摘要
地下水是生活饮用水和工业用水的重要水源。随着工农业的发展,其污染问题已甚为严重,引起了广泛关注。抽水治理技术是地下水污染现场最常见的治理技术之一。抽水治理技术容易控制,能够很快地改变地下水流动的速度和方向,从而对地下水污染做出迅速的反应。然而,抽水治理技术的治理周期往往较长,治理过程中抽取大量宝贵的地下水,治理费用高昂,已成为它在现场应用的一大阻碍。如何更好地将抽水治理技术应用于地下水污染治理现场,有赖于抽水治理系统的优化设计。因此,许多国内外学者致力于研究利用数学寻优手段来得到抽水治理系统的最优方案。Visual Modflow的4.1和4.2版本内嵌了郑春苗和P. Patrick Wang 2002年开发的MGO模块(Modular Groundwater Optimizer),将多种“全局优化算法”(遗传算法、模拟退火法、禁忌搜索法)与MODFLOW和MT3DMS相结合,极大地便利了抽水治理系统的优化设计。在本研究中,以一个典型的挥发性有机污染现场为研究对象,建立二维均质数值模型,探讨抽水治理系统中两类现场的优化设计问题,包括水力控制现场和完全去除现场。在详细介绍了如何利用MGO中的遗传算法对两类现场进行优化设计的基础上,进一步探讨了相关参数对设计结果的影响,从中寻找优化设计的一般规律,指导现场布井方案的确定。水力控制系统中,随着渗透系数增大,所需的抽水总量也线性增加,抽水井最优位置不随之改变。采用多眼井方案时,在羽流带尾部沿垂直于中轴线方向横向布井是最有效的布井方式。对于本次研究的含水层,多眼井方案能降低3%~20%的抽水总量。完全去除系统中,探讨了抽水井数量、渗透系数、吸附作用、目标治理年限以及目标治理浓度对抽水流量和抽水井最优位置的影响。渗透系数增大,吸附作用增强,治理年限缩短,目标治理浓度降低,都将使治理所需的抽水总量增加,最优抽水井位置有所改变。在这几种情况下,建议采用多眼井方案,沿污染羽流带中轴线上纵向布井进行治理。对于本次研究的含水层,多眼井方案能有效地降低约4%~30%抽水总量。