[發明專利]一種基于多種和諧式算法的地下水污染源識別方法

無效

• 申請號: 201210313785.9
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102867117A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 何理;李超;楊琦;申婧
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于地下水污染源處理技術，特別涉及一種基于多種和諧式算法的地下水污染源識別方法，尤其是對位置、數量都未知的地下水污染源的識別工程技術。

技術背景

隨著中國社會經濟的發展，水的供需矛盾日漸突出。我國是一個水資源較為匱乏的國家，人均水資源占有量只是世界平均數的25%左右。地下水作為水資源的重要組成部分，在人們的生活和工農業生產中占據著十分重要的地位，對我國國民經濟、社會發展以及安全供水保障具有十分重要的作用。然而，在石油類物質的開采、存放以及運輸的過程中頻繁會出現“跑、冒、滴、漏”等現象，對地下水造成不同程度的污染，直接或間接的對人類生產生活構成危害。因此，石油及其化工類產品對地下水的污染已經達到不容忽視的程度。

當監測出地下水受到污染時，快速有效的找到污染源，能夠阻止污染源進一步擴散，從而極大的減少石油類污染物對地下水的影響。然而污染源相關信息（包括污染源數量，位置）在修復地下水污染時是未知的，信息的缺乏往往會導致修復策略的效率低下或修復成本的增加。在這種情況下，可以利用污染區域歷史的濃度測量值來推測污染源相關特性。因此，修復受污染地下水的關鍵在于對數量和位置不確定的地下水污染源進行識別。對污染源的特性進行有效預測將成為地下水管理的關鍵任務。

關于如何解決污染源識別問題，國內外許多專家做了很多重要的研究工作。例如，Atmadja等人做出了一個廣泛的關于解決地下水系統的污染源識別問題的文獻調查以及概述。在眾多解決方案中，優化是最為廣泛使用的方法，需要注意的是這里提到的優化方案是由模擬和優化兩種方法聯合構成。模擬模型在方案中的主要目的是解決初始條件和邊界條件的流量以及傳輸方程，因此，將優化模型與模擬模型聯合，能夠得到最佳結果。由于地下水優化模型的非線性和解空間的非凸性，僅通過非啟發式的優化算法來解決污染源的識別問題仍有很大困難，因此，將啟發式優化算法應用于解決此問題是更優選擇。

對于將啟發式優化算法用于解決污染源識別問題，眾多學者已有相關研究。Aral等人利用IGA算法來解決污染源的事變問題，這里的污染源位置，泄漏率和釋放周期是確定的。Aral等人還提出了另外一個全新的算法—PGA來解決污染源識別問題，PGA算法是將監測井的位置和污染物的釋放歷程定義為連續的決策變量，然后將標準GA運行步驟和地下水模擬模型結合在一起成為改進的迭代步驟。Mahinthakumar等將GA與局部搜索方法結合來解決污染源識別問題，在其算法中，單獨非點源的位置和初始濃度是通過GA來確定的，然后通過局部搜索算法來調整GA方案的結果。Singh等人通過以GA為基礎的模擬優化聯合模型解決污染源識別問題，他們將地下水流量以及溶質傳輸模型與以GA為基礎的優化模型聯合，通過兩個假設的含水層模型來驗證其模型的效率。Yeh等人將SA和TS優化算法相結合開發了SAT-GWT算法。

在國內，目前尚未有將IGA、PGA與地下水三維數值模擬相結合的方法對地下水污染源識別進行研究。

以上所有的研究中，都是通過已知的污染源數量來對污染源其他特性進行進一步的識別，如確定污染源的位置以及污染源源強。然而，在實際的工程中，污染源的數量、位置、強度都是是難以確定的，所以確定污染源的數量是解決問題的首要關鍵。

國際上，均是通過大量的實地監測、經驗判斷等方法來預測污染源的數量、位置以及源強，但是這些方法都需要以長時間的監測數據為基礎，花費大量時間。但是本方法所需要的數據量非常小，只要較小的實地監測數據，便能預測出污染源的數量、位置、源強等，因此可以節省時間、資金。

發明內容

本發明的目的是建立一種基于多種和諧式算法的地下水污染源識別方法。在模擬模型中利用地下水三維數值模擬系統，采用和諧式（NHA）算法聯合優化模型，將目標函數E最大化來確定污染源的位置、具體數量和源強；其特征在于，包括如下步驟：

1.?地下水石油污染物的傳輸模擬

利用地下水三維數值模擬系統來模擬地下水以及地下水中污染物的傳輸過程，其中污染物傳輸方程為：?