[發(fā)明專利]一種基于水力刺激的堤防隱伏滲漏通道三維層析掃描方法

在審

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• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111766189A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁越;葉天齊;馬琛;張宏杰;孫志偉;夏日風(fēng);汪魁;趙明階;邢冰;徐煒;陳晴空;張靜
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08;G01N33/24
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔;馬健

1.一種基于水力刺激的堤防隱伏滲漏通道三維層析掃描方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在待探測區(qū)域內(nèi)布設(shè)網(wǎng)狀水力參數(shù)探測井，并在每個(gè)探測井內(nèi)間隔設(shè)置若干探測點(diǎn)；其中，所述探測點(diǎn)處布置有水壓傳感裝置；

2)隨機(jī)選取某探測點(diǎn)為刺激點(diǎn)，其余探測點(diǎn)為觀測點(diǎn)；

3)利用水泵在刺激點(diǎn)抽水或注水；其中，所述水泵布設(shè)在地表；水泵的出液端布設(shè)在探測井內(nèi)；抽水或注水時(shí)，出液端移動(dòng)至井內(nèi)不同高程的探測點(diǎn)處；

4)水壓傳感器獲取每個(gè)觀測點(diǎn)的水頭響應(yīng)數(shù)據(jù)，并將水頭響應(yīng)數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)中；

5)交換刺激點(diǎn)與觀測點(diǎn)，重復(fù)步驟2)～步驟4)；

6)在數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)中建立探測區(qū)域三維地質(zhì)正、反分析模型，根據(jù)水頭響應(yīng)數(shù)據(jù)采用連續(xù)線性估計(jì)算法計(jì)算響應(yīng)的滲透系數(shù)值，進(jìn)行探測區(qū)域地層三維結(jié)構(gòu)反演；

7)利用滲透系數(shù)在地層中的三維分布規(guī)律，以及其他地層參數(shù)與滲透系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，對地層的構(gòu)造特性進(jìn)行更新和完善，分析滲漏通道可能的發(fā)育情況；

8)反演結(jié)束后將反演結(jié)果實(shí)時(shí)反饋到展示終端上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水力刺激的堤防隱伏滲漏通道三維層析掃描方法，其特征在于，步驟6)具體包括以下步驟：

6.1)根據(jù)前期勘探數(shù)據(jù)，給出地層滲透系數(shù)的均值、方差和相關(guān)尺度參數(shù)；

6.2)將滲透系數(shù)的均值賦予分析區(qū)域內(nèi)每一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)；結(jié)合邊界條件，利用探測區(qū)域三維滲透系數(shù)正分析模型，計(jì)算每一次水頭刺激下每個(gè)探測位置在估計(jì)參數(shù)條件下的水頭；

6.3)利用連續(xù)線性估計(jì)算法對探測區(qū)域內(nèi)待估點(diǎn)的滲透系數(shù)值進(jìn)行估計(jì)；其中，未知滲透系數(shù)的迭代計(jì)算公式如式(1)所示；權(quán)重系數(shù)矩陣ω的計(jì)算公式如式(2)所示；

式中，r為迭代次數(shù)；T為轉(zhuǎn)置符號(hào)；u_c為待估的探測區(qū)域滲透系數(shù)參數(shù)向量；u(r+1)c為參數(shù)向量u_c在第r+1次的條件估計(jì)值；d^*為水頭作用下水頭的觀測值；d^(r)為利用三維滲透系數(shù)正分析模型得出的水頭作用下水頭的模擬值；

[ε_dd+λdiag(ε_dd)]ω＝ε_du (2)

式中，ε_dd為觀測數(shù)據(jù)之間的協(xié)方差矩陣；ε_du為觀測數(shù)據(jù)與參數(shù)之間的協(xié)方差矩陣；λ為Levenberg-Marquardt算法動(dòng)態(tài)乘子；diag()函數(shù)用于構(gòu)造一個(gè)對角矩陣；

6.4)重復(fù)式(1)的迭代過程，直至得到的參數(shù)估計(jì)值條件下得到的計(jì)算值與探測值之差小于誤差允許值或達(dá)到一定的迭代步數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于水力刺激的堤防隱伏滲漏通道三維層析掃描方法，其特征在于，步驟6.3)中，協(xié)方差矩陣由敏感度得到：

式中，J_du是水頭觀測數(shù)據(jù)對探測區(qū)域滲透系數(shù)變化的敏感度矩陣；參數(shù)協(xié)方差矩陣ε_uu在r＝0時(shí)由先驗(yàn)地質(zhì)信息給出，隨后每次迭代按照式(4)逐步更新：

4.根據(jù)權(quán)利要求1一種基于水力刺激的堤防隱伏滲漏通道三維層析掃描方法，其特征在于：所述展示終端采用移動(dòng)設(shè)備；所述移動(dòng)設(shè)備中儲(chǔ)存有計(jì)算機(jī)程序；所述計(jì)算機(jī)程序在被執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)步驟2)～步驟7)，實(shí)現(xiàn)對堤防的實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)態(tài)掃描。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水力刺激的堤防隱伏滲漏通道三維層析掃描方法，其特征在于：步驟7)之后，還具有利用未知地層結(jié)構(gòu)參數(shù)與滲透系數(shù)之間的關(guān)系，得到地層地質(zhì)參數(shù)的三維分布的相關(guān)步驟。