地下水污染监测网的设计研究进展

地下水污染监测网的设计包括取样点在空间上的采样位置和时间上的取样频率这两方面的确定，其目的是为了准确刻画污染羽在含 水层中随时间的变化状况。概要地回顾了近20年来地下水污染监测网设计的研究成果。分别介绍了统计方法、模拟方法和模拟-优化模型 等监测网设计方法的研究进展。监测网设计方法的选择取决于最终的监测目的以及可供利用的基础资料。指出参数的不确定性是影响污染监 测设计结果的最重要因素。如何将地下水污染监测网设计的理论研究真正与实际应用相结合是今后的主要研究方向。     

地下水管理模型求解方法综述

地下水管理模型求解方法的研究是目前地下水管理领域的热点问题。本文从地下水管理模型传统优化算法和现代智能优化算法等方面进行了评述,着重讨论了目前应用较广泛的求解非线性地下水系统的优化算法,如遗传算法、模拟退火算法、人工神经网络算法等;阐述了地下水监测网优化设计研究以及多目标地下水管理模型的求解方法。最后指出应加强地下水动态规划管理模型和地下水系统随机管理模型的求解技术的研究。     

基于MAROS平台的地下水污染监测网优化设计

以东北地区某石油烃污染场地为例,在充分掌握研究区内地质、水文地质条件以及相关污染监测数据的基础上,以最优化监测决策支持系统——MAROS为平台,对研究区内现有地下水污染监测网进行优化设计。在阐述数理统计方法、Delaunay方法以及修正的CES方法原理的基础上。分别对区内单井浓度变化趋势和监测网系统污染物质量的空间矩特征、监测井的冗余性以及单井监测频率的有效性进行了分析:基于MAROS平台优化结果,并结合现有地下水污染监测网中取样点的冗余性、空间分布以及监测频率的有效性的分析,提出了该研究区的地下水污染监测网的优化设计方案并分析了其相关影响因素及不确定性因素的影响。研究结果显示,在现有地下水污染监测网中可以去除5口监测井,并根据每口井中污染物浓度的变化趋势、空间分布及其冗余性调整为一年四次、一年一次、两年一次或不监测,进一步提高区内地下水污染监测网的监测效率、降低监测费用,并对地下水污染防治和修复工作具有重要的指导意义。     

北京平原区地下水水质监测网优化设计

文章分析了北京地下水水质监测和水质变化的历史和现状。应用DRASTIC评价方法对平原区进行了易污性评价并获得易污性分区图。叠加地下水易污性分区图、地下水价值分区图和地下水源保护区图生成地下水保护紧迫性分区图。编制了地下水污染源分布图。合并地下水保护紧迫性分区图和地下水污染源分布图获得地下水污染风险分区图。以地下水污染分区图指导地下水水质监测网的设计,调整地下水水质监测孔的密度。优化后的北京平原共有监测孔538眼(组),其中分层监测井136眼(组),新设计监测孔343眼。结合地区地下水水质年内变化规律调整监测频率。建议浅层极易污染区每年丰枯期各取1次样,其它地区每年枯水期取1次样。承压水每2年在枯水期取1次样。     

大连周水子海水入侵区地下水多目标优化管理模型

将改进后的遗传算法GA（添加了小生境、Pareto解集过滤器等模块）与变密度地下水流及溶质运移模拟程序SEAWAT-2000相耦合,新开发了变密度地下水多目标模拟优化程序MOSWTGA。将MOSWTGA应用于求解大连周水子地区以控制抽水井所在含水层不发生海水入侵为约束的地下水开采多目标优化管理模型,得到地下水最大开采量与海水入侵面积之间一系列Pareto近似最优解。研究成果不仅为实行合理的地下水资源配置提供了科学的实用模型,同时也为解决多个优化目标下的变密度地下水优化管理问题提供高效可靠的模拟优化工具,具有重要的潜在环境经济效益。     

基于INPGA的地下水污染治理多目标优化管理模型:Ⅱ——实例应用

简单算例研究表明改进的小生境Pareto遗传算法(INPGA)用于求解地下水系统的多目标优化管理模型时,求解过程简单,计算速度快,而且得到的Pareto解集跨度更为合理.本文以美国麻省军事保护区(Massachusetts Military Reservation,MMR)为实例,通过建立研究区复杂地下水污染治理的多目...     

基于INPGA的地下水污染治理多目标优化管理模型:Ⅰ——理论方法与算例验证

基于小生境技术的Pareto遗传算法(NPGA)是一种求解多目标问题的智能搜索方法,适用于优化多种非线性、不连续等复杂多目标问题.但该算法存在局部早熟收敛和收敛速度慢两个不足,在求解Pareto前沿上效果不佳.本文在NPGA的基础上,提出了改进NPGA方法(INPGA),通过Pareto解集过滤器、精英个体保留策略、邻...     

介绍一种优化地下水污染监测网的软件--MAROS

MAROS是首个基于Windows平台利用MicrosoftAccess和MicrosoftExcel开发出来的用于地下水污染监测网优化设计的决策支持系统软件。该软件通过统计分析监测区域有关数据在时空上的相关分析结果,来确定监测网在时间上的取样频率和空间上的分布密度,从而保证以最省的监测费用获得地下水污染物随时间和空间变化的最全面信息。本文简单地介绍了MAROS的设计原理和模块组成,并对该软件的优缺点进行了评述。     

地下水污染及水文地质地球化学

由于公众、政府、工业界对水资源质量及其脆弱性的觉醒,在过去的20年里地下水污染问题已得到高度的重视。同时,水文地质这一专门地质学科迅速发展,现在已成为一门与许多基础分支学科、工程科学,甚至社会科学有关的高度交叉性学科。水地球化学家的参与及数学模型、计算机模拟的广泛应用是现代水文地质学发展的两个明显趋势。对地下水污染物质成分、分布和化学行为的认识迫切需要水文地球化学分析,而数学模型、计算机模拟能最大限度地帮助定量研究流体及污染物在多孔介质和碎裂岩石中的迁移、分散过程。这些研究将减少预测亚地表中污染物质活动规律的不定性。地下水污染问题的最后有效解决,除了加强多学科性科学研究外,还必须有公众及政府的参与。     

地下水多目标管理模型及其应用研究

对地下水多目标管理模型的特点、建模和求解方法进行了探讨;以包头市为例,建立了综合考虑社会、经济、环境等因素的地下水多目标管理模型,并运用层次线性目标规划求解。研究表明,所提出的管理方案不仅可用于包头市水资源的科学管理,还可作为该区国民经济宏观决策的依据。     

北京平原地下水水位监测网优化

文章在北京市地下水水位监测现状基础上,分潜水和承压水对北京平原地下水监测网的监测密度和监测频率进行了优化设计。主要采用编制地下水动态类型图的方法进行了地下水水位监测网的优化,克里金插值法能定量评价依据监测网观测值绘制的地下水水位等高线的精度,因而可以用来评价监测优化结果。并根据时间序列分析和统计检验提供的定量标准优化了地下水水位监测频率。优化后,北京平原共有监测孔400眼,其中利用原有监测孔300眼,新设计监测孔100眼,手工监测频率由原来的每月6次优化为每月1次,专项高频率监测可以由地下水自动监测仪实现。文中还对地下水自动监测仪(DIVER)的监测结果和手工监测结果进行了对比评价,提出了地下水水位监测网的维护、管理措施和信息发布方式。     

参数空间变异性下地下水污染监测网多目标优化机制研究

基于野外实际含水层参数存在空间变异性的客观事实,研发概率Pareto遗传算法(Probabilistic Pareto genetic algorithm,PPGA),用于求解考虑含水层参数空间变异性下地下水污染监测网多目标优化设计问题。PPGA在ε-改进非劣支配遗传算法(epsilon-dominance non-dominated sorted genetic algorithm II,ε-NSGAII)的基础上通过添加概率择优排序和概率拥挤度技术,寻求考虑参数空间变异条件下地下水污染监测网模拟—优化耦合模型的Pareto最优解。将优化结果与蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)模拟分析结果进行对比,验证优化结果的可靠性。算例求解结果表明:在求解考虑参数空间变异性条件下地下水污染监测网多目标优化设计问题时,PPGA优化所得Pareto最优解变异性小,可靠性高,可为决策者提供一系列稳定可靠的监测方案。     

Delaunay方法的改进及其在地下水污染监测网设计中的应用

地下水污染监测网的设计包括取样点在空间上的采样位置和时间上的取样频率这两方面的确定,其目的是为了准确刻画污染羽在含水层中随时间的变化状况。介绍了一种新的基于Delaunay三角形剖分方法用于地下水污染监测网在空间上的去冗余设计。同时,针对Delaunay方法没有考虑含水层参数变化和不能新增必要监测点的缺陷,提出了改进措施。改进的Delaunay方法可以直接与污染物的运移模型耦合,通过获取的含水层参数能够比较好地检验监测网在空间上的去冗余设计效果。实例研究表明,该方法在保证监测精度的基础上,能够找到最优的空间取样位置点,同时与改进前相比,利用该方法得到的地下水污染监测网能更加客观地反映污染物在含水层中的空间分布特征。     

BP神经网络方法在地下水动态监测网质量评价中的应用

本文运用BP神经网络方法构建了地下水动态监测网的质量评价模型，并以甘肃省武威盆地的地下水位监测网为例进行了实例研究。研究表明，在武威和清源附近地下水监测点密度大于0．09／km^2的三个区域，需要进一步调整地下水监测点结构。武威以东、双城以南的地下水位漏斗区和武威以西的山前地带，需要增加地下水监测点。其它地下水监测点密度小于0．03／km^2的地区，则需要根据实际情况而决定。     

地下水观测井网优化设计

本文比较系统地论述克立金方法的基本思想,结合数学规划方法,推导出克立金方程组,并以现有的神头电厂贮灰场地下水观测井网的质量评价为基础,考虑观测井网优化设计的目的和经费投入量,拟定备选方案,分别计算出估计误差方差分布,经比较分析,选取一个最佳方案.分析结果表明,应用克立金方法可以解决地下水观测井网的优化问题.     

Plan for a groundwater monitoring network in Taiwan

 In Taiwan, rapid economic growth, rising standards of living, and an altered societal structure have in recent years put severe demands on water supplies. Because of its stable quantity and quality, groundwater has long been a reliable source of water for domestic, agricultural, and industrial users, but the establishment of a management program that integrates groundwater and surface-water use has been hampered by the lack of groundwater data. In 1992, the Department of Water Resources (DWR) initiated a program entitled "Groundwater Monitoring Network Plan in Taiwan." Under this program, basic groundwater data, including water-level and water-quality data, are being collected, and a reliable database is being established for the purpose of managing total water resources. This paper introduces the goals, implementation stages, and scope of that plan. The plan calls for constructing 517 hydrogeologic survey stations and 990 groundwater monitoring wells within 17 years. Under this program, water-level fluctuations are continuously monitored, whereas water-quality samples are taken for analysis only at the initial drilling stage and, subsequently, at the time when a monitoring well is being serviced. In 1996, the DWR and the Water Resources Planning Commission were merged to form today's Water Resources Bureau. Received, July 1997 · Revised, February 1998 · Accepted, January 1998     

Optimal design of a groundwater monitoring network in Daqing,China

In the Daqing region of China there are 34 groundwater well fields with a groundwater withdrawal of 81.9×10⁴ m³/d. Due to over-abstraction of the groundwater resources from the 1960s to present, a cone of depression up to 4,000 km² has formed in the area. To monitor the change in the groundwater environment, it is necessary to design an effective groundwater-monitoring network. The sites for monitoring groundwater level were selected by applying the finite-element method coupled with Kalman filtering to the area in which the groundwater resources have been extensively exploited. The criterion is a threshold value of the standard deviation of estimation error. This threshold value is determined by the tradeoff between maximum information and minimum cost, in which the maximum information is characterized by the standard deviation and the minimum cost is equivalent to the number of observation wells. The groundwater flow model was calibrated by an optimal algorithm coupled the finite-element method with Kalman filtering by using the data from 16 observation wells from 1986 to 1993. A simulation algorithm coupled with the finite-element method with Kalman filtering analyzed the location data obtained from the existing 38 observation wells in the same region. The spatial distribution of standard deviation of estimation error is computed and the locations that have the maximum standard deviation are selected as additional sites for augmenting the existing observational well network at a given threshold value of the standard deviation surface. Based on the proposed method for selecting a groundwater level monitoring network, an optimal monitoring network with 88 observation wells with the measurement frequency of 12 times per year is selected in the Daqing region of China.     

地下水动态监测网的部署和调整探讨

本文根据我国地下水动态监测网的任务、目的和服务对象,将地下水动态监测网分为两类二级。并在此基础上,重点讨论了国家级地下水动态监测网的观测内容、频率、部署原则和部署调整的工作流程。