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地下水污染区抽水井优化研究

作　者: 刘苑
导　师: 武晓峰
学　校: 清华大学
专　业: 水利工程
关键词: 地下水污染治理 抽水治理技术 MGO 优化
分类号: P641.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 187次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章 引言  9-17
  1.1 研究背景及意义  9-12
    1.1.1 地下水资源的重要性  9
    1.1.2 地下水污染现状  9-10
    1.1.3 地下水治理技术  10-11
    1.1.4 研究意义  11-12
  1.2 国内外研究进展  12-14
    1.2.1 国内研究进展  12
    1.2.2 国外研究进展  12-14
  1.3 研究内容  14-17
第2章 地下水模型建立及抽水治理系统优化原理  17-27
  2.1 VISUAL MODFLOW 软件  17-22
    2.1.1 地下水流动方程  18-19
    2.1.2 溶质运移方程  19-22
  2.2 MGO 模块和遗传算法  22-25
    2.2.1 MGO 优化模型  22-23
    2.2.2 遗传算法(Genetic Algorithms)  23-25
  2.3 优化过程  25-27
第3章 水力控制系统的优化设计  27-45
  3.1 水力控制系统  27-28
  3.2 研究区域概况  28-31
  3.3 水力控制系统的优化模型  31-32
  3.4 抽水流量及捕获区域  32-35
  3.5 水力控制系统的优化  35-37
    3.5.1 备选井布置  35-36
    3.5.2 一眼井优化结果  36-37
    3.5.3 结果检验  37
  3.6 抽水井数及渗透系数对抽水总量的影响  37-43
    3.6.1 抽水井数限制对抽水总量的影响  38-39
    3.6.2 渗透系数对抽水总量的影响  39-43
  3.7 本章小结  43-45
第4章 完全去除系统的井群优化  45-76
  4.1 完全去除系统  45-46
  4.2 研究区域  46-48
  4.3 完全去除系统的优化模型  48-49
  4.4 完全去除系统的优化  49-52
    4.4.1 备选井布置  49
    4.4.2 一眼井优化结果  49-50
    4.4.3 结果检验  50-52
  4.5 相关参数对优化设计的影响  52-74
    4.5.1 抽水井数限制对抽水总量的影响  53-56
    4.5.2 渗透系数的大小对抽水总量的影响  56-60
    4.5.3 吸附作用的强弱对抽水总量的影响  60-66
    4.5.4 目标治理时间的长短对抽水总量的影响  66-71
    4.5.5 目标治理浓度的大小对抽水总量的影响  71-74
  4.6 本章小结  74-76
第5章 结论与展望  76-80
  5.1 结论  76-78
  5.2 展望  78-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  84

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地质学 > 水文地质学与工程地质学 > 水文地质学（地下水水文学） > 地下水资源管理
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