[发明专利]外源干扰下的水动力循环智能反馈实时控制系统及方法

说明书

本发明提供一种外源干扰下的水动力循环智能反馈实时控制系统及方法，控制方法包括建立三维水气热电多场耦合地下水随机模拟模型，利用该模拟模型获得修复过程中污染物的浓度；通过人工智能的深度学习方法，建立污染物浓度与修复系统运行条件的拟合关系；建立目标优化模型，以运行条件与污染物浓度的拟合关系作为约束条件，求解动态变化情景下修复系统的最佳运行条件，并通过对地下水指标监测的反馈，实时控制修复系统的最佳运行条件。本发明中控制系统及方法，能够在外源干扰、不同地下水污染情况、以及特定修复目标下，对最佳适用的运行条件进行确定，且实时获得优化的修复系统运行条件。

技术领域

本发明属于地下水环境监测和控制领域，具体涉及一种外源干扰下的水动力循环智能反馈实时控制系统及方法。

背景技术

现代化发展过程中，不合理的开采和利用地下水，导致地下水资源日益短缺，并且伴随着各种各样的污染问题。考虑到地下水污染危害的严重性，世界各国早已开始研究地下水污染的修复方法，具体可以归纳为水气热电四方面：

(1)水，利用地下水运动实施原位或异位污染物去除，主要针对污染范围较大、污染程度较严重的地下水重金属或有机污染，通常采用渗透反应屏障技术、抽出处理技术和原位微生物修复技术等。渗透反应屏障技术通常在在污染源的下游开挖沟槽，填充反应介质，设置反应墙。抽出处理技术是利用抽水井群，将受污染的地下水抽出地面，并利用地表的处理系统对抽出的受污染的地下水进行修复治理。在抽水/注水时，地下水的流场发生改变，在一定水力条件下，可将受污染水体圈闭起来，从而使受污染水体与清洁水体分隔开来。处理后的达标的地下水有些直接使用，多数用于回灌。回灌的地下水与原地下水相混合，一方面对地下污染水体起到稀释的作用，在一定程度上冲洗了含水层介质：另一方面还可以促进地下水良性循环，加速地下水流速从而提升污染物去除速率并减少地下水的处理及修复时间。原位微生物修复技术，向污染场地注入驯化降解菌群或利用土著微生物降解去除污染物。

(2)气，针对地下水中挥发和半挥发性有机污染物的去除，主要处理技术有土壤气相抽提、空气扰动和井中汽提方法等，其共同特点是利用挥发汽化等手段将污染质转移至气相，随气体排出。土壤气相抽提通常采用在包气带中布设注气井和抽气井，使包气带中的污染质进入气相，使用真空泵在地表抽取包气带中的空气，抽出的气体要经过除水汽和碳吸附后排入大气。空气扰动技术一般与土壤气相抽提技术联合使用，通过向地下饱和带注入空气，在污染晕下方形成气流屏障，防止污染晕进一步向下扩散和迁移；在气压梯度作用下，在包气带收集汽化后的污染物。井中汽提方法原理是地下水中挥发性有机物在去除井中汽化，将气体收集至地表处理或在包气带利用微生物降解；部分处理的地下水可注人包气带，逐渐进入水井被抽取处理，进而使地下水迸行循环直至达到修复目的。

(3)热，指热力学修复技术和热解吸修复技术。热力学修复技术利用热传导，热毯、热井或热墙等，或热辐射，无线电波加热等实现对污染土壤的修复。热解吸修复技术，以加热方式将受有机物污染的土壤加热至有机物沸点以上使吸附土壤中的有机物挥发成气态后再分离处理。

(4)电，通过电迁移、电渗透流和电泳方式去除污染物。电迁移是离子或络合离子向相反电极移动，溶于地下水中的带电离子通过该方式去除；电渗透是土壤中的孔隙水在电场中从一极向另一极的定向移动，非离子态污染物随着电渗透流移动而被去除。电泳是带电粒子或胶体在直流电场作用下，牢固地吸附在可移动颗粒上的污染物可采用该方式去除。一般采用将设置电极井，插入电极，通直流电后形成电场，进行污染物处理。

目前地下水修复方式单一、或仅为有限且受限的修复方式的组合(多为微生物修复技术与其他技术的组合)，对污染情况特别是复合污染情况，存在处理效率不理想的问题。多种修复方式的灵活采用及合理规划、控制是值得关注的问题。