一种循环井优化设计方法、计算机设备及介质技术

本发明专利技术公开一种循环井优化设计方法、计算机设备及介质，涉及水污染修复技术应用领域，该方法包括：获取目标场地的水文地质参数；随机生成多个决策变量数组；决策变量数组包括循环井结构参数和循环井运行参数；将多个目标数组分别输入至训练好的循环井运行效果表征参数预测模型中，得到多个循环井运行效果表征参数；基于循环井运行效果表征参数采用遗传算法对个体进行优化，得到决策变量数组最优解。本发明专利技术可以同时对多个循环井参数进行优化，并且通过训练好的循环井运行效果表征参数预测模型获取循环井参数，更加简单，不需要对目标场地循环井进行建模，减少了时间成本。减少了时间成本。减少了时间成本。

【技术实现步骤摘要】
一种循环井优化设计方法、计算机设备及介质


[0001]本专利技术涉及水污染修复技术应用领域，特别是涉及一种循环井优化设计方法、计算机设备及介质。

技术介绍

[0002]受城市化、工业化和农业化等人类活动的影响，地下水污染问题成为当今重大的环境问题。现有针对地下水污染的修复技术中，循环井技术作为一种原位修复技术，具有对地下环境扰动小、能耗低和修复成本低等优势，同时可以耦合多相抽提、化学氧化和电化学等多种修复技术，在国外已有多年实际应用。循环井技术将地下水通过井上的筛管抽至井内的同时，将修复后的清水通过另一个筛管注入含水层内，促使地下水围绕循环井进行三维循环，在含水层内形成水平和垂直两个方向的地下水流场，提高了污染物随水流被抽出的去除效率。同时地下水循环过程中提高了地下环境的氧气含量，有助于有机污染物的好氧降解。
[0003]目前，我国尚未形成成熟的循环井技术实际场地修复案例，主要制约因素为：（1）循环井技术受水文地质条件约束较为严苛，循环井工艺参数设计的不合理性会导致地下水在循环井附近发生“短流”，即地下水仅在井附近循环，影响半径较小，导致循环周期延长，提高修复成本。（2）传统双筛循环井单井形成的三维流场对于聚集在含水层顶部和底部的污染物存在修复盲区，尤其对于不溶于水的非水相流体（Non
‑
Aqueous Phases Liquids，NAPLs），容易造成修复效率低、修复效果差等后果。（3）单井的捕集能力如果不足以捕获全部的污染羽，反而会导致污染羽范围的扩大。基于此，为进一步提高循环井技术的应用范围，可以考虑多个循环井共同使用的循环井群修复系统，如在平行或垂直于地下水流方向上布设多眼循环井，通过调控循环井群的水动力控制参数，包括抽注水流量和抽注水方式，可以有效地对富集于修复盲区的污染物进行捕获。
[0004]在明确场地水文地质条件后，对循环井的结构参数和关键工艺参数进行优化设计是使循环井技术得到合理应用的前提。与单眼循环井的设计相比，多循环井的工艺设计参数还需要考虑井间距等问题，情况更加复杂。传统的循环井优化设计方法有利用物理试验法和数值模拟法，对特定水文地质条件下的循环井结构进行仿真模拟，判断其运行效果是否符合需求，如果不符合，则不断调整循环井结构参数进行优化。上述传统的循环井设计方法存在以下缺点：（1）仿真的时间长，每进行一次优化参数，就要对循环井结构重新进行建模再模拟，总体时间成本大；（2）优化过程有局限性，需要调整的参数多，但难以同时优化多个参数。如果仅优化一个参数而固定其他参数，容易使优化结果陷入局部最优。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种循环井优化设计方法、计算机设备及介质，可同时对多个循环井参数进行优化，并且通过训练好的循环井运行效果表征参数预测模型获取循环井参数，更加简单，不需要对目标场地循环井进行建模，减少了时间成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种循环井优化设计方法，所述方法包括：
[0008]获取目标场地的水文地质参数；
[0009]随机生成多个决策变量数组；所述决策变量数组包括循环井结构参数和循环井运行参数；所述循环井结构参数包括每一口循环井的注水筛顶部与含水层顶板的距离、每一口循环井的抽水筛顶部与含水层顶板的距离、每一口循环井的注水筛长度、每一口循环井的抽水筛长度；所述循环井运行参数包括每一口循环井的抽注水量和相邻循环井的井间距；
[0010]将多个目标数组分别输入至训练好的循环井运行效果表征参数预测模型中，得到多个循环井运行效果表征参数；每一所述目标数组包括所述水文地质参数和一所述决策变量数组；所述循环井运行效果表征参数包括循环效率以及污染物去除效率；所述训练好的循环井运行效果表征参数预测模型是以样本目标数组为输入，以样本循环井运行效果表征参数为标签，训练得到的模型；所述样本目标数组包括样本水文地质参数、所述样本循环井结构参数和所述样本循环井运行参数；
[0011]基于所述循环井运行效果表征参数采用遗传算法对个体进行优化，得到决策变量数组最优解；每一所述个体为一决策变量数组；所述决策变量最优解用于所述目标场地循环井的修复。
[0012]可选的，所述遗传算法为NSGA
‑Ⅱ
算法。
[0013]可选的，所述基于所述循环井运行效果表征参数采用遗传算法对个体进行优化，得到决策变量数组最优解，具体包括：
[0014]初始化种群参数；所述种群参数包括种群个数N、最大迭代次数、交叉概率和变异概率；
[0015]将第t代产生的子代种群Q
t
与父代种群P
t
合并组成种群R
t
，所述种群R
t
的大小为2N；若是第一代种群，则将第一代种群作为所述种群R
t
；
[0016]对所述种群R
t
进行非支配排序，获得非支配集；
[0017]计算所述非支配集中每个个体的拥挤度，并根据所述拥挤度得到新的父代种群P
t+1
；所述拥挤度由所述循环井运行效果表征参数确定；
[0018]对所述父代种群P
t+1
进行交叉操作和变异操作获得新的子代种群Q
t+1
；
[0019]判断当前迭代次数是否达到所述最大迭代次数，若是，将当前迭代次数对应的决策变量的值作为决策变量的最优解；若否，跳转至步骤“将第t代产生的子代种群Q
t
与父代种群P
t
合并组成种群R
t”，直到迭代次数达到所述最大迭代次数为止。
[0020]可选的，在所述将多个目标数组分别输入至训练好的循环井运行效果表征参数预测模型中之前，还包括：对循环井运行效果表征参数预测模型进行训练，具体包括：
[0021]获取数据集；所述数据集包括若干样本目标数组以及每一所述样本目标数组对应的样本循环井运行效果表征参数；
[0022]采用所述数据集对循环井运行效果表征参数预测模型进行训练，得到训练好的循环井运行效果表征参数预测模型。
[0023]可选的，所述获取数据集，具体包括：
[0024]建立地下水流模拟模型和溶质运移模拟模型；
[0025]在若干样本水文地质参数条件下，根据所述地下水流模拟模型和所述溶质运移模拟模型进行数值仿真模拟，得到每一所述样本水文地质参数对应的样本循环井结构参数、样本循环井运行参数以及样本循环井运行效果表征参数；所述样本水文地质参数、所述样本循环井结构参数和所述样本循环井运行参数构成所述样本目标数组。
[0026]可选的，在采用所述数据集对循环井运行效果表征参数预测模型进行训练之前还包括：
[0027]对所述数据集中的数据进行归一化处理。
[0028]可选的，所述循环井运行效果表征参数预测模型包括依次连接的第一卷积层、第二卷积层、第一最大池化层、第三卷积层、第二最大池化层、第四卷积层、第三最大池化层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种循环井优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标场地的水文地质参数；随机生成多个决策变量数组；所述决策变量数组包括循环井结构参数和循环井运行参数；所述循环井结构参数包括每一口循环井的注水筛顶部与含水层顶板的距离、每一口循环井的抽水筛顶部与含水层顶板的距离、每一口循环井的注水筛长度、每一口循环井的抽水筛长度；所述循环井运行参数包括每一口循环井的抽注水量和相邻循环井的井间距；将多个目标数组分别输入至训练好的循环井运行效果表征参数预测模型中，得到多个循环井运行效果表征参数；每一所述目标数组包括所述水文地质参数和一所述决策变量数组；所述循环井运行效果表征参数包括循环效率以及污染物去除效率；所述训练好的循环井运行效果表征参数预测模型是以样本目标数组为输入，以样本循环井运行效果表征参数为标签，训练得到的模型；所述样本目标数组包括样本水文地质参数、所述样本循环井结构参数和所述样本循环井运行参数；基于所述循环井运行效果表征参数采用遗传算法对个体进行优化，得到决策变量数组最优解；每一所述个体为一决策变量数组；所述决策变量最优解用于所述目标场地循环井的修复。2.根据权利要求1所述的循环井优化设计方法，其特征在于，所述遗传算法为NSGA
‑Ⅱ
算法。3.根据权利要求1所述的循环井优化设计方法，其特征在于，所述基于所述循环井运行效果表征参数采用遗传算法对个体进行优化，得到决策变量数组最优解，具体包括：初始化种群参数；所述种群参数包括种群个数N、最大迭代次数、交叉概率和变异概率；将第t代产生的子代种群Q
t
与父代种群P
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合并组成种群R
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，所述种群R
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的大小为2N；若是第一代种群，则将第一代种群作为所述种群R
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；对所述种群R
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进行非支配排序，获得非支配集；计算所述非支配集中每个个体的拥挤度，并根据所述拥挤度得到新的父代种群P
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；所述拥挤度由所述循环井运行效果表征参数确定；对所述父代种群P
t+1
进行交叉操作和变异操作获得新的子代种群Q
t+1
；判断当前迭代次数是否达到所述最大迭代次数，若是，将当前迭代次数对应的决策...

【专利技术属性】
技术研发人员：方樟，马彦玲，马喆，周睿，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：