【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水污染水力控制模擬，具體為地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法。
技術介紹
1、地浸采鈾是我國天然鈾生產的主要工藝，生產過程中向含礦含水層中注入了一定量的化學試劑，利用礦物與水溶液的化學反應來獲取鈾及其副產品的方法。這種采礦方式具有生產成本低、工作安全性好、自動化程度高、適用于低品位及小規模礦產資源開采等特點。然而，盡管地浸采鈾對地表生態環境的破壞相對較小，但它對地下水的環境卻存在顯著影響。
2、在地浸采鈾過程中，由于設備條件及人為操作的疏忽，可能會出現跑冒滴漏現象，同時注液井在排氣操作時也會帶出少量浸出液，這些都可能導致周圍環境的污染。尤其是在地下水治理過程中，可能會抽取含有重金屬離子以及微量鈾的廢水，如果不進行有效處理，將對環境造成較大危害。
3、因此，對地浸終采后地下水的污染情況進行預測在地下水修復工程中變得十分重要。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，通過數值模擬的方法選擇最優的水力控制方案，預測終采區含礦含水層污染羽水力控制情況。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其步驟包括：
3、利用modflow和pht3d模擬軟件構建含礦水層三維非穩定地下水流與污染組分反應運移模擬模型；
4、確定地浸采鈾終采區地下水污染范圍水力控制的管理目標函數和約束條件，建立水力控制優化管理
5、將地下水水位和各個網格污染物濃度作為狀態變量，各口井的抽水流量作為決策變量，通過含礦水層三維非穩定地下水流與污染組分反應運移模擬模型不斷地更新狀態變量，利用粒子群優化算法選取水力控制優化管理模型的目標函數的最優解；
6、選取水力控制優化管理模型的目標函數最優解對應的水力控制方案，代入數值模擬模型，預測終采區含礦含水層污染羽水力控制情況，判斷優化解的可靠性。
7、基于modflow程序構建終采區地下水流模型，基于pht3d構建考慮含礦含水層中鈾組分吸附和解吸表面絡合的反應運移模型，由終采區地下水流模型和考慮含礦含水層中鈾組分吸附和解吸表面絡合的反應運移模型共同構成含礦水層三維非穩定地下水流與污染組分反應運移模擬模型，所述含礦水層三維非穩定地下水流與污染組分反應運移模擬模型中酸性條件下uo22+的表面絡合反應：
8、s_ssoh+uo22+→s_ssouo2++h+
9、s_soh+uo22+→s_souo2++h+。
10、根據上述技術方案，所述水力控制優化管理模型的約束條件包括抽水井總數約束、水頭約束、水力梯度約束、特征污染物濃度約束、單井抽水流量約束。
11、根據上述技術方案，所述水力控制優化管理模型的目標函數：
12、
13、其中，pi為第i口井的抽水流量，n為抽水井的總數，l為污染擴散前鋒的距離，p表示抽水總量，x(m)表示第m個示蹤粒子擴散的距離，m表示溶質示蹤粒子。
14、多目標問題的決策目標通常是矛盾沖突的，滿足一個分目標的需求可能導致其他分目標的結果變差。由于水力控制優化管理模型的目標函數中存在兩個條件，使得在優化的過程中可能會存在沖突，因此在粒子群優化算法中采用insga-ii算法，以此較好的適用于處理多目標優化問題。
15、根據上述技術方案，所述粒子群優化算法執行步驟包括：
16、s1、初始化粒子群，包括隨機位置和速度，并確定pareto表的最大容量；
17、s2、采用nsga-ii算法對初始化粒子群進行非支配排序，生成第一代粒子群，計算第一代粒子群中各個粒子的適應度；
18、s3、基于各個粒子的適應度確定粒子群的當前全局最優解；
19、s4、將當前全局最優解更新至pareto表中，判斷更新后的pareto表的容量是否大于pareto表的最大容量，若大于則計算pareto表中每個解的選擇概率，將累計概率大于閾值a的解從pareto表中剔除；
20、s5、更新各個粒子的位置和速度，計算各個粒子的適應度并跳轉到步驟s3中繼續執行，直至滿足迭代條件，輸出最終的pareto表；
21、s6、對pareto表中的每組解的選擇概率以及擁擠度，將選擇概率與擁擠度的最小比值對應的解作為水力控制優化管理模型的目標函數值中的最優解。
22、在優化的過程中可以產生多組結果，因此需要從多組結果中選取最優解，利用選擇概率和擁擠度兩者結合能夠更好的選取最優解。
23、根據上述技術方案，所述nsga-ii算法具體執行步驟包括：
24、s201、初始化粒子群，設t＝0；
25、s202、計算粒子群pt中每個粒子的適應度函數值，進而進行非支配排序,非支配排序后，交叉、變異算子產生子代種群qt，并計算子代個體中的每一個個體的適應度函數值；
26、s203、將父代和子代進行種群合并為rt，rt＝pt∪qt；
27、s204、更新t，t＝t+1，判斷t是否等于2，若等于2則開始合并父子代種群，對rt中每個個體進行適應值函數值計算，并進行快速非支配排序，計算擁擠度值，選擇的前z個個體即為新生成的個體；
28、s205、跳轉到步驟s204繼續執行直至滿足迭代條件，輸出第一代粒子群。
29、根據上述技術方案，所述擁擠度計算步驟包括：
30、計算解x1和解x2之間的歐幾里得距離d；
31、根據歐幾里得距離d和小生境半徑值σs，計算適應值共享函數值h；
32、基于解的適應值共享函數值h，解的擁擠度值m，所述擁擠度值m＝∑h。
33、根據上述技術方案，所述歐幾里得距離計算公式：
34、
35、式中，n表示水力控制優化管理模型的目標函數的數量，max(fi(x))表示所有解第i個水力控制優化管理模型的目標函數的最大值，min(fi(x))表示所有解x中第i個水力控制優化管理模型的目標函數的最小值，fi(x1)表示解為x1時第i個水力控制優化管理模型的目標函數值，fi(x2)表示解為x2第i個水力控制優化管理模型的目標函數值。
36、根據上述技術方案，所述適應值共享函數值：
37、
38、式中，h表示適應值共享函數值，d表示的歐幾里得距離，σs表示為小生境半徑值。
39、根據上述技術方案，所述選擇概率：
40、
41、式中，p(xi)表示解i的選擇概率，f(xi)第解i的適應值，表示為所有解的適應值總和，f(xj)表示解j的適應值，m表示解的數量。
42、與現有技術相比，本專利技術所達到的有益效果是：本專利技術通過將地下水水位和各個網格污染物濃度作為狀態變量，能夠更精確地描述地下水系統的動態變化，利用含礦水層三維非穩定地本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，其步驟包括：
2.根據權利要求1所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述水力控制優化管理模型的約束條件包括抽水井總數約束、水頭約束、水力梯度約束、特征污染物濃度約束、單井抽水流量約束。
3.根據權利要求1所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述水力控制優化管理模型的目標函數：
4.根據權利要求1所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述粒子群優化算法執行步驟包括：
5.根據權利要求4所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述NSGA-II算法具體執行步驟包括：
6.根據權利要求4所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述擁擠度計算步驟包括：
7.根據權利要求6所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述歐幾里得距離計算公式：
8.根據權利要求6所述的地浸采鈾終采區地下
9.根據權利要求4所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述選擇概率：
...【技術特征摘要】
1.地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，其步驟包括：
2.根據權利要求1所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述水力控制優化管理模型的約束條件包括抽水井總數約束、水頭約束、水力梯度約束、特征污染物濃度約束、單井抽水流量約束。
3.根據權利要求1所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述水力控制優化管理模型的目標函數：
4.根據權利要求1所述的地浸采鈾終采區地下水污染水力控制模擬-優化方法，其特征在于，所述粒子群優化算法執行步驟包括：
5.根據權利要求4...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周根茂，吳吉春，黃群英，楊蘊，丁印權，吳劍鋒，徐屹群，朱婷，湯義偉，祝曉彬，邱文杰，左海嘯，
申請(專利權)人：新疆中核天山鈾業有限公司，
類型：發明
國別省市：
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