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.pdf

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1、1努地质论评GEOLOGICALREVIEWVMoIa_v612N0o．135参数空间变异性下地下水污染监测网多目标优化机制研究骆乾坤¨，吴剑锋，杨运2，，钱家忠1)合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥，230009；2)南京大学地球科学与工程学院水科学系，南京，210093；3)水利部淮河水利委员会，安徽蚌埠，233001内容提要：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(ProbabilisticParetogeneticalgorithm，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

2、题。PPGA在￡一改进非劣支配遗传算法(epsilon—dominancenon—dominatedsortedgeneticalgorithmII，￡一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一优化耦合模型的Pareto最优解。将优化结果与蒙特卡洛(MonteCarlo，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

3、方案。关键词：地下水污染；监测网设计；随机多目标优化；遗传算法地下水系统具有高度的复杂性，一旦遭受污染，Kollat等(2006)将8一改进非劣支配遗传算法治理和修复的周期往往长达几十甚至上百年(吴剑(epsilon—dominancenon—dominatedsortedgenetic锋等，201la，b；NRC，2012；LuoQiankuneta1．，algorithm，8一NSGAII)与NSGAII，￡-多目标进化算法2012；杨蕴等，2013；YangYuneta1．，2013)。因(epsilon—dominancemulti-objectiv

4、eevolutionary此，在地下水污染治理和修复过程中，需要建立相应algorithm，8一MOEA)以及改进加速Pareto进化算法的地下水污染监测网络，以便及时获取地下水的相(strengthParetoevolutionaryalgorithm2，SPEA2)相关污染信息，从而保证治理结果的可靠性(吴剑锋比较，证明了￡-NSGAII处理多目标监测网优化问题等，2004)。地下水污染监测网的设计方法主要有3的优越性；Gopalakrishnan等(2011)使用不同的数据类：统计方法、数值模拟方法、模拟一优化方法。其转化模型将间接数据转化为第一手数据

5、来优化设计中模拟一优化方法以其既能精确模拟复杂地下水系阿贡国家实验室的植物修复系统监测网络；骆乾坤统的运动形态又能全面求取地下水系统在满足给定等(2013)提出一个新的包含4个目标函数的多目约束条件下的最优决策方案而倍受青睐(Wanger，标地下水污染监测网模拟一优化设计模型，并利用1995；Kollateta1．，2008；骆乾坤等，2013)。近十改进小生境遗传算法(improvednichedPareto多年来地下水污染监测网设计研究已经成为地下水geneticalgorithm，INPGA)对确定情况下监测网优领域的研究热点之一，尤其是符合现代管理原

6、则的化设计问题成功进行了求解。遗憾的是，以上研究多目标优化设计方法正在蓬勃发展。例如：Reed等都只是求解的确定情况下地下水污染监测网设计问(2004)将改进非劣支配遗传算法(non．dominated题，并未考虑野外实际含水层参数存在空间变异性sortedgeneticalgorithmII，NSGAII)和分位克里格方的客观事实。法(QuintileKriging，QK)结合用于求解包含四个目通常含水层渗透系数(K)空问变异性是模型产标函数的地下水污染长期监测网优化设计问题；生不确定性的重要原因。监测网优化设计模型的不注：本文为中央高校基本科研业务费专项

7、资金资助项目(编号J2014HGBZ0186，J2014HGBZ0119)、国家自然科学基金资助项目(编号41072175，41372235，41272251，41372245)的成果。收稿日期：2014-05-30；改回日期：2015-04-08。责任编辑：章雨旭。Doi：10．16509／j．georeview．2015．03．010作者简介：骆乾坤，女，1984年生。博士。合肥工业大学资源与环境工程学院讲师，主要从事地下水数值模拟和水资源模拟一优化管理研究。Email：luoqiankun．kun@163．con。第3期骆乾坤等：参数空间变异性下地下水

8、污染监测网多目标优化机制研究571确定性，进而会引起