SCE算法与MT3DMS的耦合在地下水环境容量研究中的应用

论文摘要

地下水是北京市重要的供水水源,经济快速发展的同时做好地下水水资源的保护工作至关重要。要做到经济发展与水资源保护并重,一方面要合理开发利用地下水,涵养地下水资源,防止地下水污染;另一方面则要充分考虑地下水本身的防护能力。回顾前人对地下水污染及地下水环境容量的研究经验,本文着重研究特定环境容量。特定环境容量即是在一定时期内,特定的区域地下水水质满足给定目标条件下,某种污染物在特定的地段所能进入含水层的最大量。本文通过计算机编程实现人工智能算法与数值模拟程序的耦合,最终计算出目标区域对于特定污染源的特定环境容量。根据以上思路,首先结合收集到的各类钻孔资料和剖面资料,在对研究区地质、水文地质条件分析的基础上,建立了水文地质概念模型,再利用Visual modflow软件建立地下水流数值模拟模型。模型经识别验证后,在水流模型的基础上运用质点追踪技术确定污染源与水源三厂之间的相互关系,并确定水源三厂的捕获带范围,进而确定溶质模型研究区面积为84.08km~2。在溶质模型研究区根据实地调查确定污染源类型为点状的垃圾填埋场与面状的生活污染及工业污染。结合地下水污染现状确定污染因子为硝酸盐氮与氯离子。最后利用MT3DMS程序包建立一定应力期情况下的溶质运移模型,利用SCE(Shuffled Complex Evolution)算法与MT3DMS的耦合,在规定水源三厂区域硝酸盐氮与氯离子不超过Ⅲ类水(《地下水质量标准》GB/T14848‐93)标准情况下,计算上游田村北、北坞村东、西冉村垃圾填埋场所允许总的最大排污量。在假定面状污染稳定,垃圾填埋场渗滤量为100m~3/d的情况下计算得到水源三厂满足一定水质标准条件时各垃圾填埋场所允许的最大排污浓度,继而得到目标区域的特定环境容量。北坞村东NO3~‐‐N为19.34?t/a ,CL~‐为241.87t/a;田村北NO3~‐‐N为42.69t/a ,CL~‐为443.48t/a;西冉村NO3~‐‐N为21.75t/a ,CL~‐为299.15t/a。最后根据实际情况,采用二分法与SCE算法对比,表明SCE算法能够满足精度要求,且更适于处理复杂情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地下水污染研究现状
• 1.2.2 地下水环境容量研究现状
• 1.2.3 地下水数值模型研究现状
• 1.2.4 优化算法研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线与方法
• 第2章 区域概况
• 2.1 自然地理
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气象水文
• 2.2 区域水文地质概况
• 2.2.1 第四系空间结构和含水层分布特征
• 2.2.2 地下水循环特征
• 2.3 研究区地下水开发利用现状及环境问题
• 2.3.1 地下水开发利用现状
• 2.3.2 地下水开发利用过程中的环境问题
• 2.4 小结
• 第3章 地下水水流模型
• 3.1 水文地质概念模型
• 3.1.1 研究区边界条件的概化
• 3.1.2 水力特征
• 3.1.3 源汇项的确定
• 3.2 地下水流数值模型
• 3.2.1 数学模型
• 3.2.2 模型结构
• 3.2.3 模型的识别和检验
• 3.3 小结
• 第4章 地下水溶质模型
• 4.1 典型区的确定
• 4.1.1 典型区范围的确定
• 4.1.2 典型区水流模型的确定
• 4.2 污染源及污染因子的确定
• 4.2.1 污染状况调查
• 4.2.3 污染源特征
• 4.3 溶质模型的建立
• 4.3.1 MT3DMS 程序包简介
• 4.3.2 溶质运移概念模型
• 4.3.3 溶质运移数值模型
• 4.4 小结
• 第5章 典型区特定环境容量的计算
• 5.1 计算方法
• 5.1.1 SCE 算法
• 5.1.2 二分法
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 SCE 算法
• 5.2.2 二分法
• 5.3 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录1