[發明專利]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

• 申請號: 202010512517.4
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111766189A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 梁越;葉天齊;馬琛;張宏杰;孫志偉;夏日風;汪魁;趙明階;邢冰;徐煒;陳晴空;張靜
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N33/24
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔;馬健

發明提供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。該方法包括布設網狀水力參數探測井、測量待測區域自然電位、連接布設測量裝置、測量電勢響應、進行探測區域地層三維結構反演、實時反饋與監測等步驟。該方法利用水頭傳感裝置測得的滲透系數變化數據可以進行高效的地下含水層滲透系數層析掃描，并通過實施展示滲漏通道的發育過程，大大提高了傳統監測方案的反應速度與計算精度。

技術領域

本發明涉及地層含水層、地質構造地球物理勘探領域，特別涉及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。

背景技術

根據2016年《全國水利發展統計公報》，目前我國已建成各類水庫98460座，江河堤壩總長度29.9萬多公里，各類海堤近2萬余公里。上述水利工程在防洪、發電、供水、灌溉等方面產生了巨大的經濟與社會效益。然而，由于工程設計標準低、建設質量差、年久失修老化等原因，90％以上的水庫存在著滲漏，其中30％存在著較為嚴重的滲漏。當水庫內水位上升后，庫水可能沿著山體的斷層裂隙或者壩體壩基而流失。堤壩滲流問題是世界各國都面臨的問題，滲漏不僅造成了水資源的浪費，而且直接關系到大壩的安全運行。要對堤壩滲漏病害進行處治，關鍵的技術問題就是如何準確診斷出滲漏部位和滲漏路徑。

由于滲漏通道內的水力參數(如滲透系數)與非通道區域顯著不同，如果可以得到堤壩內部水力參數的變化規律，就可以刻畫出隱伏滲漏通道的位置，并利用地下水運動理論計算得到滲漏量的大小。水力層析掃描是利用監測數據刻畫含水層非均質特性的有效方法。水力層析掃描常用抽水試驗來估計飽和含水層的水力性質。其中，水力層析掃描是通過觀測值反推出非均質參數可能的分布規律的一種數據融合與反演算法。抽水試驗是通過實驗場地的一口井抽水，其它井觀測水位響應，即可獲取一次對含水層的掃描；通過不斷變換抽水井或抽水段的深度，可搜集一系列不同刺激下的觀測數據，得到不同角度的含水層掃描影像。通過數據融合方法，將這些影像綜合起來，即可以得到含水層水力參數的空間分布形態。從一開始的虛擬理想算例，到室內試驗驗證，再到野外試驗驗證，都印證了該方法可以有效地刻畫飽和含水層水力參數的空間分布。自從水力層析掃描概念、數學模式及數值算法被提出以來，水力層析掃描的概念和技術在水文地質領域得到了廣泛的應用。在水力層析掃描方法中，傳統反演模型僅僅將地層分為若干參數待定的區域，通過調整使觀測-模擬誤差最小，得到唯一的一組參數值。這種反問題的觀測數據量大于待求參數個數，對算法要求較低，但它忽略了小尺度的非均質性，不能充分挖掘水力層析調查搜集的大量信息。而另一種模型，即基于貝葉斯的統計學模型則將先驗參數看成空間相關的隨機場，用均值和協方差描述它們的空間分布規律和不確定性。當吸收水力層析掃描觀測后，可以更新得到后驗均值和協方差。這類模型有足夠的自由度吸收大量的水力層析掃描數據。然而，這種方法未知參數多，計算量大，反問題非線性強，容易陷入局部最優解，對數值優化算法要求較高。

因此，在傳統水力層析掃描方法的基礎上，開發出一種精度更高的堤壩隱伏滲漏通道水力層析掃描技術顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供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，以解決現有技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，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，包括以下步驟：

1)在待探測區域內布設網狀水力參數探測井，并在每個探測井內間隔設置若干探測點。其中，所述探測點處布置有水壓傳感裝置。

2)隨機選取某探測點為刺激點，其余探測點為觀測點。

3)利用水泵在刺激點抽水或注水。其中，所述水泵布設在地表。水泵的出液端布設在探測井內。抽水或注水時，出液端移動至井內不同高程的探測點處。

4)使用水壓傳感器獲取每個觀測點的水頭響應數據，并將水頭響應數據傳送至數據處理與分析系統中。

5)交換刺激點與觀測點，重復步驟2)～步驟4)。