【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环保和水资源，具体为一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法。
技术介绍
1、地下水污染具有隐蔽性、发现滞后性及治理难度大等特点。地下水抽出处理技术因其适用范围广、治理周期短、治理设备简单等优点被广泛用于污染地下水的治理。在该技术实施过程中，抽水井的数量、位置、抽水量及抽水时间的确定在很大程度上决定了治理工程的有效性及经济性,也成为应用该技术进行污染地下水治理的关键。
2、在污染地下水抽出处理的模拟优化问题中,目前的研究多将抽水井抽水时间作为单一变量，即所有抽水井的抽水开始时刻与结束时刻是一致的。但是在实际的污染地下水抽出处理过程中,污染羽随着治理时间的延续,会不断向下游运移,此时若污染羽内上游的抽水井仍将进行持续抽水,必然造成治理成本增加；或者在污染羽尚未到达下游抽水井时，下游抽水井便与上游抽水井同时开始抽水，也会造成治理成本增加。因此在地下水抽出治理方案优化过程中,将每眼备选抽水井的抽水开始时刻与结束时刻作为两个独立的优化变量，对每眼井的抽水时间进行动态调整,对提高污染地下水的抽出治理效率跟降低治理成本均具有重要意义。
3、目前很多学者将地下水模拟模型和优化算法耦合建立模拟优化模型对抽出处理方案进行优化，但是在污染地下水抽出处理方案优化设计过程中需要多次调用地下水水流及溶质运移数值模拟模型,计算代价非常高。替代模型是模拟模型输入-输出响应关系的代替,在功能上逼近模拟模型,能够有效地减少计算量，因此构建数值模型的替代模型成为克服计算负荷的有效方法
4、替代模型对数
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，根据研究区水文地质条件及地下水污染状况建立地下水水流和溶质运移的数值模拟模型；将备选抽水井的抽水速率、抽水开始时刻及结束时刻分别作为替代模型的输入变量并给定取值范围，运用最优拉丁超立方抽样方法抽取各变量初始样本集(此时暂且认为每眼井开始抽水时刻与结束时刻是独立的)；对初始样本集内每眼备选抽水井的抽水开始时刻及结束时刻运用rosenblatt变换，得到输入样本集，实现抽水开始时刻小于等于结束时刻，而且保证样本在参数取值空间中均匀分布，提升替代模型的替代精度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，包括：
3、步骤1：根据研究区水文地质条件及地下水污染状况建立地下水水流和溶质运移的数值模拟模型，并构建地下水抽出处理模拟优化模型；
4、步骤2：将备选抽水井的抽水速率、抽水开始时刻及结束时刻分别作为替代模型的输入变量并给定取值范围，运用最优拉丁超立方抽样方法抽取各变量初始样本集；
5、步骤3：对步骤2中初始样本集内每眼备选抽水井的抽水开始时刻及结束时刻进行rosenblatt变换，得到替代模型的输入样本集；
6、步骤4：将步骤3中的输入样本集带入步骤1构建的地下水水流和溶质运移数值模拟模型，得到各监测站点的地下水水位与溶质浓度输出样本集，将数值模拟模型的输入-输出样本集作为替代模型的训练样本集；
7、步骤5：重复步骤2、步骤3及步骤4的方法得到替代模型的检验样本集；
8、步骤6：采用步骤4形成的训练样本集分别构建数值模型的水位替代模型和水质替代模型，并利用步骤5形成的检验样本集对替代模型的精度进行检验。
9、优选的，步骤1：根据研究区水文地质条件及地下水污染状况建立地下水水流和溶质运移的数值模拟模型，并构建地下水抽出处理模拟优化模型；
10、步骤2：将备选抽水井的抽水速率、抽水开始时刻及结束时刻分别作为替代模型的输入变量并给定取值范围，运用最优拉丁超立方抽样方法抽取各变量初始样本集；
11、步骤3：对步骤2中初始样本集内每眼备选抽水井的抽水开始时刻及结束时刻进行rosenblatt变换，得到替代模型的输入样本集；
12、步骤4：将步骤3中的输入样本集带入步骤1构建的地下水水流和溶质运移数值模拟模型，得到各监测站点的地下水水位与溶质浓度输出样本集，将数值模拟模型的输入-输出样本集作为替代模型的训练样本集；
13、步骤5：重复步骤2、步骤3及步骤4的方法得到替代模型的检验样本集；
14、步骤6：采用步骤4形成的训练样本集分别构建数值模型的水位替代模型和水质替代模型，并利用步骤5形成的检验样本集对替代模型的精度进行检验。
15、优选的，步骤1中采用国际通用的groundwater modeling system(gms)或者visual modflow中的modflow和mt3dms模块来模拟地下水水头和溶质运移过程，地下水抽出处理优化模型包括目标函数和约束条件。
16、目标函数：
17、
18、约束条件：
19、xi＝0,1(i＝1,2,…,n)
20、δti＝ti2-ti1,且t1≤ti1≤ti2≤t1+t
21、当xi＝1时,0<qi≤qmax,δti>0,且ti1和ti2为整数当xi＝0时,qi＝0,δti＝0
22、hj≥hmin,j＝1,2,…,n,…,n+m
23、cj≤c0,j＝1,2,…,n,…,n+m
24、式中,f表示治理费用,元；k1表示单井安装费用,元/眼井；k2表示抽出及处理单位体积地下水的费用,元/m3；t1为发现污染并开始治理时间，天；t表示治理时间限额，天；qmax表示抽水井最大抽水速率,m3/d；n眼备选井抽水速率用qi(i＝1,2,…,n)表示；开始抽水时间与结束抽水时间分别记为ti1、ti2(i＝1,2,…,n)，δti＝ti2-ti1表示备选抽水井i的抽水时间；xi＝1表示第i眼备选井安装并作为抽水井,xi＝0表示第i眼备选井不安装；hj表示井j在治理时间内的模拟水位,式中j＝1,2,…,n,n+1,…,n+m表示井号,其中n表示备选抽水井个数,m表示专门监测井个数；hmin是地下水禁采水位，m；cj表示井j在治理结束后时刻时污染物z的浓度,mg/l；c0表示治理目标浓度，mg/l。
25、优选的，步骤2中备选抽水井的抽水速率、抽水开始时刻及结束时刻的取值范围根据各抽水井配置的提水装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于：步骤1中采用国际通用的Groundwater Modeling System(GMS)或者VisualMODFLOW中的MODFLOW和MT3DMS模块来模拟地下水水头和溶质运移过程，地下水抽出处理优化模型包括目标函数和约束条件。
3.根据权利要求2所述的一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于：步骤2中备选抽水井的抽水速率、抽水开始时刻及结束时刻的取值范围根据各抽水井配置的提水装置确定，初始样本数量至少为输入变量数量的10倍。
5.根据权利要求1所述的一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于：步骤3中的替代模型构建方法主要包括Kriging方法、支持向量回归法、核极限学习机法、机器学习法等。
6.根据权利要
7.根据权利要求1所述的一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于：步骤6中替代模型精度的检验指标主要有决定系数(R2)、平均绝对误差(MAE)及均方根误差(RMSE),公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于：步骤1中采用国际通用的groundwater modeling system(gms)或者visualmodflow中的modflow和mt3dms模块来模拟地下水水头和溶质运移过程，地下水抽出处理优化模型包括目标函数和约束条件。
3.根据权利要求2所述的一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种污染地下水抽出治理动态优化中构建替代模型的抽样方法，其特征在于：步骤2中备选抽水井的抽水速率、抽水开始时刻及结束时刻的取值范围根据各抽水井配置的提水装置确定，初...
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