地下水污染监测网多目标优化设计模型及进化求解_骆乾坤.pdf

《地下水污染监测网多目标优化设计模型及进化求解_骆乾坤.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第40卷第5期水文地质工程地质Vol．40No．52013年9月HYDＲOGEOLOGY＆ENGINEEＲINGGEOLOGYSep．2013地下水污染监测网多目标优化设计模型及进化求解11211骆乾坤，吴剑锋，林锦，祝晓彬，吴吉春(1．南京大学地球科学与工程学院水科学系，江苏南京210093;2．南京水利科学研究院，江苏南京210029)摘要:采用模拟-优化方法建立了一个用于地下水污染监测网设计的多目标优化模型，该模型包括最小化监测费用、污染物质量评估误差、污染羽一阶矩评估误差和二阶矩评估误差等4个目标函数，以充分揭示减少地下水污染监测费用与提高污染监测精度之间的权衡关系。将改进小生境Par

2、eto遗传算法与地下水流模拟程序和污染物运移模拟程序相耦合用于求解地下水污染监测网多目标设计模型。算例研究表明，采用进化算法求解监测网的多目标模型，能真实地反映各个目标函数间的权衡关系，并且不用考虑传统方法中惩罚因子的影响。与单目标优化模型相比，多目标优化模型可在较短的时间内得到优化问题的一系列Pareto权衡解，以利于相应条件下决策者选择最为经济有效的地下水污染监测方案。关键词:地下水污染;监测网设计;多目标优化;遗传算法;权衡中图分类号:P641.74;X523文献标识码:A文章编号:1000-3665(2013)05-0097-07在地下水污染治理和修复过程中，建立相应的地时优化所有的目

3、标函数，而不需要知道各个目标函数下水污染长期监测网络，可以及时获取地下水的物理、的权重或者处理为约束条件。为此，近年来，各种多目化学、生物特性的动态变化资料，从而保证治理结果的标进化算法已逐渐应用到地下水资源模拟优化领域。［1］［13］可靠性。自20世纪80年代国外就有地下水污染监如，Ｒitzel等将多种遗传算法应用到目标函数分别测网设计的研究报道，随后国内也开展了这方面的研为最小化治理成本和最大化去除污染物的地下水污染［2～5］究。近10多年来，地下污染监测网设计研究已成治理问题，结果表明Pareto遗传算法(Paretogenetic［6～10］［14］为地下水领域的研究热点之一。目前，地

4、下水污algorithm，PGA)比其他算法更为优越。Erickson等［11］染监测网的设计多采用模拟-优化方法。将小生境Pareto遗传算法(nichedParetogenetic在处理地下水污染监测网优化设计问题时，决策algorithm，NPGA)引入到地下水水质管理领域，场地者往往需要权衡各方面因素的相互影响。在这种情况实验优化结果表明与单目标遗传算法和随机搜索算法下，采用多目标优化方法求解出相互矛盾的目标函数相比，NPGA可以得到更加完整的权衡曲线。吴剑锋［15～16］之间的权衡曲线可以提供给决策者一系列的Pareto等针对NPGA算法存在局部早熟收敛和收敛速解，以便其根据实际需要

5、选择一个最有效、最合适的度慢两个不足，提出了改进NPGA(improvedNPGA，解。但传统地下水污染监测网优化设计大多数都是建INPGA)方法。二维理想算例和三维实际算例的优化［7～9］立在单一目标函数优化基础上的罚函数方法。通结果均表明该算法求解过程简单，计算时间短，优化得常情况下如果对罚函数选取不当，优化算法就很可能到的Pareto解集权衡曲线的跨度更为合理。陷入局部最优解，然而对于一个给定的目标函数来说，本文采用模拟-优化方法建立地下水污染监测网很难找到适合的罚函数。将单一目标优化问题多目标设计的多目标优化模型，同时引入INPGA方法用于求［12］化就可以克服以上问题。多目标优化方法

6、可以同解监测网的多目标优化设计模型，并通过算例应用对其进行分析和验证。收稿日期:2012-10-08;修订日期:2012-12-16基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2010CB428803);1多目标优化问题概述国家自然科学基金资助项目(41072175，40902069，一般多目标优化问题可描述为:41030746)最小化:作者简介:骆乾坤(1984-)，女，博士研究生，主要从事地下水模拟与优化管理研究。y=F(x)=［f1(x)，f2(x)，．．．，fk(x)］(1)E-mail:luoqiankun．kun@163．com约束条件:通讯作者:吴剑锋，E-mail:jfwu@nju

7、．edu．cngi(x)≤0，i=1，2，．．．，m(2)·98·骆乾坤，等:地下水污染监测网多目标优化设计模型及进化求解2013年其中x=(x1，x2，．．．，xn)∈X;y=(y1，y2，．．．，yk)∈表示“以最小的投入”，后3个目标函数则表示“获取Y;X={(x1，x2，…，xn)li≤xi≤ui，i=1，2，…，n;L最准确的污染羽空间分布信息”即污染羽的空间矩评=(l1，l2，…，ln