基于地溫數(shù)據(jù)探測巖土體多重集中滲漏位置的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于地溫數(shù)據(jù)探測巖土體多重集中滲漏位置的方法，基于現(xiàn)場地質(zhì)勘察及地溫特征分析，判斷集中滲漏的補給方式并進行溫度梯度校正，提取最低溫異常溫度數(shù)據(jù)及其位置，利用溫度或者溫度修正殘差分布特點確定分步優(yōu)化時的集中滲漏數(shù)量及初始值，先優(yōu)化出強烈滲漏的集中滲漏以便消除對較小集中滲漏的影響；通過坐標轉(zhuǎn)換建立優(yōu)化目標函數(shù)。結(jié)合具體物理特征確定了混合遺傳算法各種參數(shù)，由溫度修正殘差大小及溫度測量的精度決定是否終止。上述分步確定不同規(guī)模滲漏的初始位置及數(shù)量，最后一并優(yōu)化能夠消除集中滲漏的相互影響，確定的集中滲漏的位置更加精確，且能探測各種滲漏強度的集中滲漏，并可應(yīng)用到水力不連續(xù)的區(qū)域。
【專利說明】基于地溫數(shù)據(jù)探測巖土體多重集中滲漏位置的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地質(zhì)工程及水利水電工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于地溫數(shù)據(jù)探測 巖土體多重集中滲漏位置的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水利工程等人工或者天然土體中經(jīng)常發(fā)生多個集中滲漏，造成水資源損失并危及 工程安全問題。我國先后研制了基于時間域電磁法、自然電場法、電阻率法、地震波、雷達波 等方法的堤壩隱患探測儀器。同時河海大學(xué)研究的同位素測井技術(shù)、天然示蹤技術(shù)和中南 大學(xué)提出的"流場法"經(jīng)工程實踐驗證，能有效發(fā)現(xiàn)堤壩隱患。但是，傳統(tǒng)的地球物理勘探 法探測滲漏通道，不僅成本高，而且探測精度低；同位素示蹤法探測堤壩滲漏精度雖高，但 屬于有損探測，且國內(nèi)外對放射性元素使用限制較多；溫度示蹤法探測堤壩滲漏有著簡便 易行，探測精度高且無污染及廣泛的應(yīng)用性等特點。
[0003] 溫度探測堤壩滲漏隱患的研究，是由地溫研究發(fā)展而來的。我國溫度示蹤探測堤 壩滲漏隱患的研究，經(jīng)歷了定性分析判斷和初步理論探索階段。在定性分析判斷階段，主要 利用鉆孔中水的溫度判斷壩體的溫度分布情況。根據(jù)溫度異常點，判斷壩體滲漏隱患埋深 和規(guī)模等參數(shù)。初步理論探索階段，主要基于熱源法探測及其多重集中滲漏的初步試驗研 究，利用土體的傳熱方法建立初始溫度場均勻的土體中多個集中滲漏發(fā)生后的溫度場解析 式，再利用反分析方法一擬合、優(yōu)化等技術(shù)實現(xiàn)多個集中滲漏通道的探測。目前存在的主 要問題有一般的分析要經(jīng)過多次的試算；難以確定不同規(guī)模的滲漏通道數(shù)量；反分析中的 集中滲漏特征參數(shù)過多；目標函數(shù)不連續(xù)等。然而，由于堤壩邊界條件的復(fù)雜性以及滲漏情 況的多樣性，該理論目前仍處于探索階段。
[0004] 徹底整治多個集中滲漏就需要準確定位?，F(xiàn)有計算判斷方法，對于集中滲漏的定 位準確性較差，要么位置偏差較大或者依賴更多的物探資料；同時，針對單個的集中滲漏的 研究，易造成小的集中滲漏遺漏，容易存在后期隱患。通過直觀或者最低溫殘差分析，運用 異常地溫擬合或者優(yōu)化方法計算集中滲漏的多個位置時，由于不能準確考慮較小集中滲漏 對較大集中滲漏的影響，造成結(jié)果誤差較大。當主要的集中滲漏整治后，被遺漏的次要通道 就會發(fā)展并繼續(xù)危機水利工程的安全。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于地溫數(shù)據(jù)探測巖土體多重集中滲漏位置的方法，能 夠減縮繁瑣的計算過程，提高探測精度。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于地溫數(shù)據(jù)探測巖土體多重集中滲漏位置的方法，包括以下步驟：
[0008] A:布置勘探點：在集中滲漏區(qū)域，將勘探線垂直于地下水流動方向布置，根據(jù)地 質(zhì)情況選取勘探點間距，布置N個勘探點，并對N個勘探點進行堅向溫度采集；
[0009] B:根據(jù)步驟A采集的地溫數(shù)據(jù)，以溫度為橫坐標，以勘探點高程為縱坐標，繪制堅 向地溫分布圖，判定巖土體集中滲漏的補給類型，補給類型包括低溫補給類型和高溫補給 類型，當判定為低溫補給類型時，進入步驟C;
[0010] C :再將步驟B繪制的堅向地溫分布圖，通過地溫梯度矯正得各測點校正后的堅向 地溫分布圖，從中提取每個勘探點中的最低溫度值和高程，對于高程基本一致的m個勘探 點進入步驟D;
[0011] D :以m個勘探點的起點為橫坐標原點，以m個點構(gòu)成的勘探線延長方向為橫坐標 的正向；以溫度值作為堅軸，根據(jù)m個勘探點間距及最低溫度作圖，得到吸引盆分析圖，通 過折線的極值數(shù)量判斷吸引盆的數(shù)量η及集中滲漏的初始位置；
[0012] E:建立反分析目標函數(shù)并優(yōu)化，目標函數(shù)如公式⑴所示：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于地溫數(shù)據(jù)探測巖土體多重集中滲漏位置的方法，其特征在于：包括以下步 驟： A:布置勘探點：在集中滲漏區(qū)域，將勘探線垂直于地下水流動方向布置，根據(jù)地質(zhì)情 況選取勘探點間距，布置N個勘探點，并對N個勘探點進行堅向溫度采集； B:根據(jù)步驟A采集的地溫數(shù)據(jù)，以溫度為橫坐標，以勘探點高程為縱坐標，繪制堅向地 溫分布圖，判定巖土體集中滲漏的補給類型，補給類型包括低溫補給類型和高溫補給類型， 當判定為低溫補給類型時，進入步驟C; C:再將步驟B繪制的堅向地溫分布圖，通過地溫梯度矯正得各測點校正后的堅向地溫 分布圖，從中提取每個勘探點中的最低溫度值和高程，對于高程基本一致的m個勘探點進 入步驟D; D:以m個勘探點的起點為橫坐標原點，以m個點構(gòu)成的勘探線延長方向為橫坐標的正 向；以溫度值作為堅軸，根據(jù)m個勘探點間距及最低溫度作圖，得到吸引盆分析圖，通過折 線的極值數(shù)量判斷吸引盆的數(shù)量η及集中滲漏的初始位置； E:建立反分析目標函數(shù)并優(yōu)化，目標函數(shù)如公式⑴所示：
其中，f為目標函數(shù)值，max為求取最大值的函數(shù)，II·I|2為向量的二范數(shù)，erron為m個勘測點溫度殘差值向量，如公式⑵所示
其中，Ti為第i個測試點的溫度值；k為第k步優(yōu)化；1為第k-Ι步優(yōu)化中的集中滲漏 數(shù)量，初次優(yōu)化I= 〇 ;n為確定的集中滲漏的數(shù)量；β為系數(shù)，&.為第j個集中滲漏坐標， Xi為各測點的坐標； F:選擇混合遺傳算法進行反分析，參照吸引盆極值確定集中滲漏位置優(yōu)化變量初始值 范圍，其中，變量個數(shù)指標選取千倍級別，再生比例指標選取〇. 2 ; G:遺傳算法終止條件的判斷，對步驟F中混合遺傳算法迭代結(jié)束后，判斷溫度殘差值 的平均差值err〇ri/i的絕對值是否小于測量精測度： 是，則終止迭代，目標函數(shù)f最小時，對應(yīng)的代表滲漏位置的參數(shù)取值Xtu，即為集中滲 漏橫向位置； 否，則將目標函數(shù)f最小時的參數(shù)取值帶入到公式⑵及公式⑶中，計算各測點修正溫 度殘差Xei,修正溫度殘差公式⑶所示Uei =errori-maxlierrori]⑶ H:根據(jù)修正溫度殘差對吸引盆分析圖進行矯正，作圖Xei?X，確定吸引盆個數(shù)及下次 集中滲漏通道的初始位置，并重復(fù)步驟E、F，直至滿足步驟G的終止迭代條件，目標函數(shù)f最 小時所對應(yīng)的代表滲漏位置的參數(shù)取值即為集中滲漏橫向位置，即為所求。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地溫數(shù)據(jù)探測巖土體多重集中滲漏位置的方法，其特征 在于：步驟A中所述的堅向溫度采集采用鉆孔水溫測量法或者基于鋼釬測溫的方法。
【文檔編號】G01M3/00GK104458130SQ201410717113
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】王新建, 李日運, 魏思民 申請人:華北水利水電大學(xué)