在石油开采、加工和储运的过程中,由于泄露和事故等原因,常常导致石油类有机污染物进入含水层,对地下水造成了严重的污染,危及生态环境和饮用水安全。石油类污染物进入地下含水层后通常以非水相流体的形式(Non-Aqueous Phase Liquids,NAPLs)存在,包括密度比水小的轻非水相流体(LNAPLs)和密度比水大的重非水相流体(DNAPLs)。DNAPLs具有低溶解性、低迁移性以及高密度等特性,因此往往会长期滞留在地下含水层中造成持续的地下水污染,比LNAPLs更难清除,采用传统的抽出-处理技术(Pump&Treat,P&T)对其进行清除效果不佳。表面活性剂强化含水层修复处理技术(Surfactant Enhanced Aquifer Remediation,SEAR)作为抽出-处理技术的改进,通过将含有表面活性剂的水注入到地下含水层中,利用表面活性剂对DNAPLs的增溶和增流作用从而大幅提高抽出-处理技术对含水层中DNAPLs的清除效果。然而,SEAR所需费用很高,且影响其工程费用和修复效果的因素很多,比如抽、注水井的总数,抽、注水井的位置分布,抽、注水量以及修复时间等。如何既保证修复效果,还要在经费上做到节省,并对众多影响因素进行统筹考虑从而制定出经济有效的修复方案,是一个极具挑战的工作。模拟-优化方法(Simulation-optimization approach)是解决表面活性剂强化的地下含水层污染修复方案优选的有效方法。为减小模拟-优化方法的计算负荷,需要采用替代模型来代替模拟模型进行计算。替代模型的精度很大程度上取决于抽样方法和替代模型的建模方法。因此,研究更优的抽样方法和替代模型建模方法至关重要。然而,由于引入了替代模型来代替模拟模型进行优化求解,两者间的误差存在不确定性。并且,在模拟模型建立的过程中,也存在着大量的不确定性因素,例如模拟模型参数取值的不确定性等。因此,必须对这些不确定性加以分析和处理。本文针对某化工厂硝基苯(属于DNAPLs)泄漏污染地下水的修复方案优选问题,综合运用多相流模拟技术、替代模型、模拟-优化法以及不确定性分析等方法,获得了不同置信水平下的最优修复方案(在满足修复指标的同时,修复费用最低)。首先,根据所搜集到的资料建立了用于描述硝基苯运移的多相流数值模拟模型,并用软件UTCHEM对其进行求解。模拟模型建立完成后,采用拉丁超立方抽样法获得了用于建立替代模型的初始训练样本。基于初始训练样本,依次使用多基因遗传规划法(MGGP)、支持向量回归机(SVR)以及克里格法(KRG)建立了相应的替代模型。之后,把所建立的三个单一替代模型加以组合排列,构建了包括KRG-SVR、MGGP-KRG、MGGP-SVR以及MGGP-KRG-SVR在内的四个组合替代模型。采用合适的指标对所建立的替代模型的精度进行了评价,筛选出了精度最高的替代模型(即MGGP-KRG组合替代模型)。之后,为进一步提高替代模型的精度,采用自适应抽样法在误差较大的样本点附近抽取新的样本点加入到初始训练样本中,并基于更新后的训练样本,对所筛选出的精度最高的替代模型进行更新,提高了替代模型对模拟模型的整体逼近程度。接着,以修复方案费用极小化为目标函数,以抽、注水井的总数,抽、注水井的位置分布,抽、注水量在各井中的分配以及修复时间为决策变量,以污染质的去除率达到修复指标为不等式约束条件,以描述污染质运移规律的多相流模拟模型的替代模型为等式约束条件,再考虑其他约束条件,建立了0-1混合整数非线性规划优化模型。应用遗传算法对此优化模型进行求解。然后,采用“保守替代模型”法对替代模型的不确定性进行了处理,减小了替代模型与模拟模型之间的误差对优化结果的影响。最后,针对模型参数的不确定性,先是采用蒙特卡洛模拟对其不确定性进行了分析,然后建立了随机优化模型并采用概率约束规划法对其进行求解获得了不同置信水平下的最优修复方案。通过以上研究,可总结出以下几点结论:(1)相比克里格法(KRG)以及支持向量回归机(SVR),多基因遗传规划法(MGGP)所建立的替代模型精度更高,说明多基因遗传规划法在替代模型建模方面有一定的优势。(2)相比单一替代模型,组合替代模型具有更高的精度,说明组合替代模型是一种有潜力的替代模型建模方法。在所建立的全部组合替代模型里,精度最高的是MGGP-KRG组合替代模型而非MGGP-KRG-SVR组合替代模型,说明组合替代模型不是将越多的单一替代模型组合在一起越好,只有将具有互补性质的单一替代模型组合在一起才能发挥其最大优势。(3)采用基于交叉验证误差的自适应抽样法有效地改善了抽样的整体效果,从而提高了替代模型对模拟模型的整体逼近程度,说明该自适应抽样法对于替代模型精度的提高有一定的帮助。(4)不仅将抽、注水井的位置分布,抽、注水量,以及修复时间作为决策变量,还将抽、注水井的总数也作为待求的决策变量,建立了0-1混合整数非线性规划优化模型,从而实现了对这些决策变量的统筹考虑,获得了整体最优的修复方案。(5)通过对地下水修复方案优选过程中的不确定性进行分析成功获得了不同置信水平下的最优修复方案,可为决策者提供多种决策方案。