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上世纪80年代以来美国Alabama州Baldwin县南部由于地下水超采而引起的滨海含水层海水入侵问题一直困扰着当地政府和居民。随着人口的增加和经济的发展,该地区地下水的需求不断加大,导致海水入侵问题日渐严峻,而且地下水合理开采的要求也日益迫切。本文利用变密度地下水模拟工具SEAWAT2000、遗传算法和并行技术,对该地区海水入侵建模和地下水开采管理问题以及通用变密度地下水模拟优化模型及其并行计算程序的研发进行了详细的研究,并取得了以下成果:(1)基于过渡带理论建立了首个描述美国Alabama州Baldwin县南部墨西哥湾附近滨海含水层海水入侵的三维非稳定流变密度地下水有限差分模型—Baldwin南部海水入侵模型,并利用它模拟和预测研究区滨海含水层中海水入侵的动态和未来趋势,结果发现现有各种条件不变情况下未来海水入侵状况将进一步恶化,必须对当地地下水开采井进行优化管理以控制海水入侵的态势。(2)确立了适用于变密度地下水优化管理常见问题的一般目标函数形式,并建立通用变密度地下水优化管理模型。(3)将作了改进的遗传算法(对于已经评价过的相同个体不进行重复的个体适应度评价)与基于过渡带理论的变密度地下水模拟工具SEAWAT2000耦合,开发完成了第一个通用变密度地下水模拟优化模型SWTGA。(4)利用并行编程工具MPI开发了并行SWTGA程序,实现通用变密度地下水模拟优化模型SWTGA的并行计算,成倍提高了SWTGA模型的运算效率。(5)运用并行SWTGA程序对研究区滨海含水层地下水开采方案进行优化,获得了控制海水入侵范围前提下的地下淡水最佳开采方案和最大开采量,为当地地下水开采管理提供科学依据和决策支持。这些成果的取得不仅为认识研究区滨海含水层海水入侵的规律和制定合理的地下水开采管理策略提供了科学合理的实用模型,同时也为解决变密度地下水优化管理常见问题提供了高效可靠的模拟优化工具。