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随着石油行业的不断发展,石化产品在生产、加工、运输及使用过程中泄漏事件屡屡发生,其泄漏的燃料油及有机氯溶剂经包气带进入地下水,在含水层中以液态形式存在且难溶于水,称为非水相液体(Non-aqueous Phase Liquids,NAPLs)。NAPL 污染物泄漏后,比水重的 DNAPLs(Dense Non-aqueous Phase Liquids,DNAPLs)除部分残留在包气带外,大部分在重力作用下将继续向下运移,最终在基岩上形成DNAPL池。针对NAPL污染物的原位修复技术相比异位修复技术有对土壤扰动小、不造成二次污染等优点。通过数值模拟方法研究原位修复技术修复NAPL污染物的过程,可以减少实验成本,为实际场地修复提供理论依据。AMALGAM 优化算法(A Multi-algorithm Genetically Adaptive Multi-objective Method)采用了一种构建混合优化框架,对于求解地下水模拟优化问题非常有效。相对于单相流的多目标优化,多相流多目标优化问题计算时间长,考虑变量多,具有非常大的研究价值。原位修复技术的多样性为土壤-地下水中有机污染的修复提供了多项选择。根据不同修复方法的优缺点及其适用条件。本文选择表面活性剂增强型修复技术和空气扰动法,以DNAPLs为目标污染物,分析表面活性剂冲洗和空气扰动法对DNAPL污染物的修复效果,并对表面活性剂修复过程进行敏感性分析;针对DNAPL污染物在含水层底部的再冷凝现象,进行同时注入蒸汽-空气的曝气修复,以期提高DNAPL的修复效率。同时基于AMALGAM优化算法对NAPL污染物的修复过程进行多目标优化。本文的主要研究成果如下:(1)基于UTCHEM模拟软件模拟均质和非均质的数值实验结果与砂箱实验结果基本一致。表面活性剂能够有效去除研究区内大部分DNAPL污染物;表面活性剂运移路径上的DNAPL污染物基本可完全去除,隔水底板和细砂透镜体上的DNAPL污染池由于和表面活性剂接触的表面积小,修复效率较差。相同条件下,非均质介质中的DNAPL污染物较均质介质中的DNAPL污染物修复效率更高,这是由于非均质介质中,离散状污染物较多,与表面活性剂的有效接触面积较大,更易被溶解,修复效率较高。(2)增大Tween 80溶液浓度和注入速率均能提高PCE修复效率。Tween 80溶液浓度仅对离散状PCE作用明显;Tween 80溶液注入速率对离散状PCE和池状PCE均作用明显。(3)原位曝气法修复DNAPL污染物,在重力作用和水流推动作用下,DNAPL污染物逐渐向右运移并聚集于细砂层底部右侧,粗砂中DNAPL污染物修复效率明显高于细砂层中。由于DNAPL污染物运移速率迟滞于蒸汽锋面,只注入蒸汽修复DNAPL污染物污染物将在隔水底板出现再冷凝现象,用同时注入蒸汽和空气取代只注入蒸汽进行修复可有效抑制DNAPL污染物在隔水底板出现再冷凝现象,且能进一步提高DNAPL污染物的修复效率。(4)AMALGAM优化算法的表现优于其它独立进化算法,利用混合优化框架则能综合多种独立优化算法的优点,根据不同模型自适应选择独立算法的贡献率,收敛速度更快,能够在计算种群代数尽可能少的情况下得出平滑完整的Pareto解。对于复杂多相流多目标优化问题,加入SP-UCI算法的AMALGAM相比未加入SP-UCI的AMALGAM优化结果更好,Pareto曲线更加光滑,证实SP-UCI对于高维复杂问题的高效性和鲁棒性。