基于再生水利用的ASR系统优化调控机制及动态预警技术研究

批准号:
51708312
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
董深
依托单位:
学科分类:
E1007.环境污染治理与修复
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕谋、叶松、路成刚、梁风超、李丽
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中文摘要
利用雨水、污水等再生水资源经适当处理后进行含水层补给与回采利用(ASR)是目前解决区域水资源短缺的最有效的途径之一。我国对基于再生水利用的ASR技术的研究起步较晚,急需建立一套科学、系统的管理技术和方法。针对此问题,结合水文地质学原理,深入探讨人工补给回采对地下水流场演变的驱动作用,建立三维地下水系统动力学模型和溶质运移模型,实现再生水/地下水相互作用下的特征污染物迁移转化规律研究;在此基础上,研究ASR系统的可调控机制,将智能优化技术与系统运行管理技术相结合,综合分析水质保障、水资源可持续利用、节能降耗等目标的协同作用,构建基于再生水利用的ASR系统多目标优化调控模型;分析ASR系统运行全过程中的不确定因素,将蒙特卡罗方法与三维地下水流数值模型相耦合,建立基于不确定性分析的ASR系统动态预测预警与应急调控技术。最终建立一套集“模拟-优化调控-预警-应急调控”于一体的ASR调控管理技术。
英文摘要
One of the most effective ways to deal with local water shortage is the Aquifer Storage and Recovery (ASR) based on reclaimed water such as rain and sewage, which has been treated appropriately. The research on ASR technology based on reclaimed water starts late relatively in China. As a result, it is urgent to establish a set of scientific and systematic management technology. Based on the principle of hydrogeology, the driving effect of artificial recharge on the evolution of groundwater flow field is further discussed in this research. Thereafter, the three-dimensional dynamic model and solute transporting model of groundwater are established to study the pollutants migration and transformation law based on the interaction of reclaimed water and groundwater. Through the combination of intelligent optimization technology and systematic management technology, the regulation mechanism is researched and the multi-objective optimization model of ASR system based on reclaimed water is established, considering synergistic objectives of water quality safeguard, sustainable utilization of water resources and energy saving. At last, based on the analysis of uncertain factors in the whole process of ASR system, the dynamic forecasting and warning technology of ASR system is proposed through coupling Monte Carlo method with the three-dimensional numerical model. Then the emergency regulation mechanism is developed correspondingly. Through the above research, a scientific regulation management technology of ASR will be realized with a combination of simulation, optimal regulation, warning and emergency regulation.
ASR系统运行过程中,人工补给回采过程会对相对稳定的地下水系统产生较大影响,仅仅针对地下水环境进行流场刻画和水质模拟,已无法准确描述ASR系统运行过程。针对此问题,首先建立了ASR系统仿真模拟实验装置,开展了回采实验、补给回采同步实验及自然横流实验等实验研究,分析了多种工况条件下地下水流场的变化规律;其次,建立了基于Visual MODFLOW的ASR系统三维数值模型,进一步模拟分析在补给、回采多工况运行状态下地下水流场的演变规律。在此基础上,结合实际工程开展了研究区域的水质特征分析、特征污染物时空变化拟合分析及基于对流-弥散作用的污染物迁移转化模拟。. 针对ASR系统的管理方式大多依赖于人工经验,无法准确、客观的评价系统运行过程中所存在的问题,为研究科学、合理的调控管理技术,选择我国华北平原东部地区,进一步针对补给与回采周期中的井位分布、井群数量、运行时间等工况参数,进行ASR系统可调控机制分析与运行工况优化;在此基础上,以各回采井供水混合后特征污染物浓度最低、最大程度满足实际配水需求且保障地下水储量安全、降低系统运行能耗为目标,构建了地下水输配系统多目标优化调配模型,并结合实例验证了该模型的实用性和有效性。. 与单纯的地下水环境相比,ASR系统运行过程中,发生水体污染、地下水降落漏斗等问题的概率大大提高,所带来的不确定性因素则更为复杂。针对此问题,首先分析了ASR系统运行过程中的不确定性因素及其对预警可靠性的影响,采用蒙特卡罗方法,建立了基于不确定性分析的ASR系统污染物预警模型;根据各预警点特征污染物概率分布计算结果,动态甄别研究区域的警情,有效规避了渗透系数、弥散系数等关键地质参数的不确定性对预警可靠性的影响;最后结合三维数值模拟,探讨了地下水系统的极限开采量及应对技术方案。
期刊论文列表
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DOI:--
发表时间:2019
期刊:中国环境管理干部学院学报
影响因子:--
作者:张风芝;李红卫;董深
通讯作者:董深
DOI:--
发表时间:--
期刊:水电能源科学
影响因子:--
作者:董深;吕谋;盛泽斌
通讯作者:盛泽斌
Optimization Strategy for Decentralized Water Transport System based on Specific Pollutants Control
基于特定污染物控制的分散输水系统优化策略
DOI:--
发表时间:2020-07
期刊:Test Engineering & Management
影响因子:--
作者:Shen Dong;Mou Lv;Zebin Sheng
通讯作者:Zebin Sheng
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