一种地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法技术

本发明专利技术公开了一种地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，该方法是将某单一场的指标按照其与渗漏源的关系，与地质介质天然场背景值的关系，相邻空间的指标变异，不同时间的指标变化进行归一化、标准化处理，得到单一场指标的示踪指标特征值、背景指标特征值、梯度指标特征值和时序指标特征值；各特征值按照数据的可靠性，与渗漏的相关性，选择不同的权值叠加，得到统一的场综合指标特征值，实现了定量化的研判，从而充分利用有限的数据，减少干扰信息，放大渗漏的信号，有效圈定渗漏通道的位置。可以通过该方法有效地对场分析数据进行处理，更显著得分析得到可能的地下水渗漏位置信息。

【技术实现步骤摘要】
一种地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法
本专利技术属于地质和岩土工程
，主要应用于水利水电等涉及地下水渗漏的工程。本专利技术涉及地下水渗流场的勘察和评价，特别是水库渗漏或者地下工程的涌水问题。
技术介绍
场(Field)指物体在空间中的分布情况，是用空间位置函数来表征的一种特殊物质存在形式。地下水相关变量信息在地质介质空间经历一定时期的特殊地质作用，地下水渗流、温度、电导率、化学成分和同位素等特征参数及其变化，反映了地下水系统客观存在的某些特征和规律，场分析是研究地下水渗漏的常用方法之一。工程中应用较多的有地下水渗流场分析法、地下水温度场分析法、地下水化学场分析法、电导率(或电阻率)场分析法和同位素场分析法等。场分析方法目前一般的应用是实测钻孔、洞室或地下水出露点的各场的代表性指标，然后作相应的指标-孔深分布曲线，指标-剖面线(轴线)分布曲线，或者指标在勘察剖面上的云图，之后根据曲线的形状，云图的形态，凭经验圈定指标在空间上的异常区域，结合建筑物、地质特征，判断是否存在渗漏通道。截至2012年，全国已建成各类水库8.78万座，其中坝高15m以上的大坝2.5万余座，水库总库容7162亿m3，位居世界上第四位，占世界总库容的10％左右。另据统计，1999年底全国三类水库大坝共有30413座，其中大型水库145座，占大型水库总数的42％，中型水库1118座，占中型水库总数的42％，小型水库29150座，占小型水库总数的36％。上述被评定为三类水库大坝的一个较重要因素是因为坝基、坝肩和水库的渗漏问题，一方面，全国一半以上水库建成于20世纪50～70年代，大多是在“边勘测、边设计、边施工”中进行的，工程标准低、施工质量差，许多防渗工程达不到要求，另一方面，经过几十年的运行，防渗帷幕等已经老化，造成渗漏增大，使得水库大坝处于病险状态。场分析方法是一种常用的地下水渗漏探测方法，目前该方法的数据处理手段较为单一直接，一般是作各场相应的指标-孔深分布曲线，指标-剖面线(轴线)分布曲线，或者指标在勘察剖面上的云图，之后根据曲线的形状，云图的形态，凭经验圈定指标在空间上的异常区域，结合建筑物、地质特征，判断是否存在渗漏通道。这种数据处理、分析和判断的过程未能全面体现单一指标的时间、空间变化信息，会遗漏较多的信息，数据不能充分的利用；渗漏信息的判断仍然是以定性为主，经验作用影响大；不同的场指标数值差异大，未能实现指标间的对比校验。因此，现有技术依然存在很多问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，以解决现有技术存在的问题。本专利技术是这样实现的：本专利技术将某单一场的指标按照其与渗漏源的关系，与地质介质天然场背景值的关系，相邻空间的指标变异，不同时间的指标变化进行归一化、标准化处理，得到单一指标的示踪指标特征值、背景指标特征值、梯度指标特征值和时序指标特征值，各特征值可以按照数据的可靠性，与渗漏的相关性，选择不同的权值叠加，得到统一的场综合指标特征值，实现了定量化的研判，从而充分利用有限的数据，减少干扰信息，放大渗漏的信号，有效圈定渗漏通道的位置。不同的场的指标也得以按照统一的标准进行叠加，实现各场的对比和校验。具体的，包括如下步骤：步骤1：实测数据；首先实测研究区域水源的水位、温度、水化学、电导率(或电阻率)和同位素场数据V，测得钻孔、洞室或地下水出露点的各场的实测值，根据水源的指标变化规律，可在不同的时间进行多次重复测量。步骤2：数据插值；场的空间可分为一维线(钻孔或剖面线)、二维面(剖面)和三维地质空间。对钻孔或剖面线等一维数据，根据实测值进行必要的数据插值，使场数据在高程或水平方向空间均匀分布，实测代表值数据系列为(Z，VZ)或(X，VX)。根据不同钻孔、地下洞室地下水渗出点的某一场数据进行平面插值，得到研究剖面的场分布数据，实测数据代表值数据系列为(X，Z，VXZ)。步骤3：单一场数据归一化处理；针对某单一场的指标按照其与渗漏源的关系，与地质介质天然场背景值的关系，相邻空间的指标变化，不同时间的指标变化进行归一化处理，得到单一指标的示踪指标特征值、背景指标特征值、梯度指标特征值和时序指标特征值。步骤3.1：单个钻孔数据归一化处理；单个钻孔是一维场的典型代表，它体现的是沿钻孔的竖向的场空间变化特征。单个钻孔数据归一化处理即对数据系列(Z，VZ)进行处理。1.示踪指标示踪指标反映钻孔某一深度场实测代表值与渗漏水源相应场代表值的接近程度。式中：FZ1为钻孔中高程为Z处的某场的示踪指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲。0代表钻孔的实测场指标与渗漏水源差异最大，渗漏可能性小；1代表钻孔的实测场指标与渗漏水源相同，渗漏可能性大；VZ为钻孔内高程为Z处的某个场指标的代表值，通过在钻孔不同深度中实测值进行进一步插值得到；R为渗漏水源某场的代表值，在渗漏水源处实测；2.背景指标背景指标反映钻孔某一深度场实测代表值与一般条件下该处相应场指标的背景值的异常程度。式中：FZ2为钻孔中高程为Z处某场的背景指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲。0代表钻孔的实测场指标与正常条件下该处的背景值相同，即无异常，渗漏可能性小；1代表钻孔的实测场指标与背景值差异最大，存在异常，渗漏水可能性大；BZ为钻孔内高程为Z处的某个场指标的背景值，可通过理论分析得到或取经验值；3.梯度指标梯度指标反映钻孔某一深度场实测代表值与钻孔临近深度相应场指标的实测值的空间变异程度。式中：FZ3为钻孔中高程为Z处某场的梯度指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲。0代表钻孔的实测场指标在临近高程无变化，即无异常，渗漏可能性小；1代表钻孔的实测场指标在临近高程变化最大，存在异常，渗漏水可能性大；VZ-ΔZ为钻孔内高程为Z-ΔZ处的某个场指标的代表值；4.时序指标时序指标反映钻孔某一深度场实测代表值与钻孔其他时段相应场指标的实测值的时序变化程度。式中：FZ4为钻孔中高程为Z处某场的时序指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲。0代表钻孔的实测场指标与过去某个时段相比无变化，即无异常，渗漏可能性小；1代表钻孔的实测场指标与过去某个时段相比变化最大，存在异常，渗漏水可能性大；VZt为钻孔内高程为Z处t时刻的某个场指标的代表值；VZ(t-Δt)为钻孔内高程为Z处t-Δt时刻的某个场指标的代表值；Δt为两次测量的时差，一般考虑渗漏水源场指标发生了明显变化的时间。步骤3.2：剖面数据的归一化处理；剖面数据的数据归一化处理即对数据系列(X，Z，VXZ)进行处理。1.示踪指标示踪指标反映研究剖面某一位置场代表值与渗漏水源相应场代表值的接近程度。式中：FXZ1为剖面中坐标为(X，Z)处的某场的示踪指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲。0代表剖面的场指标与渗漏水源差异最大，渗漏可能性小；1代表剖面的场指标与渗漏水源相同，渗漏可能性大；VXZ为剖面中坐标为(X，Z)处的某个场指标的代表值，通过在剖面中不同钻孔或地下洞室内地下水渗出点的实测场数据插值得到；R为渗漏水源某场的代表值，在水源处实测；2.背景指标背景指标反映剖面某一位置场实测代表值与一般条件下该处相应场指标的背景值的异常程度。式中：FXZ2为剖面中坐标为(X，Z)处某场的背景指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于：将某单一场的指标按照其与渗漏源的关系，与地质介质天然场背景值的关系，相邻空间的指标变异，不同时间的指标变化进行归一化、标准化处理，得到单一场的示踪指标特征值、背景指标特征值、梯度指标特征值和时序指标特征值；各特征值按照数据的可靠性，与渗漏的相关性，选择不同的权值叠加，得到统一的场综合指标特征值，实现了定量化的研判，从而充分利用有限的数据，减少干扰信息，放大渗漏的信号，有效圈定渗漏通道的位置。

【技术特征摘要】
1.一种地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于：将某单一场的指标按照其与渗漏源的关系，与地质介质天然场背景值的关系，相邻空间的指标变异，不同时间的指标变化进行归一化、标准化处理，得到单一场的示踪指标特征值、背景指标特征值、梯度指标特征值和时序指标特征值；各特征值按照数据的可靠性，与渗漏的相关性，选择不同的权值叠加，得到统一的场综合指标特征值，实现了定量化的研判，从而充分利用有限的数据，减少干扰信息，放大渗漏的信号，有效圈定渗漏通道的位置。2.根据权利要求1所述的地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：实测数据；步骤2：数据插值；步骤3：单一场数据归一化处理；步骤4：单一场指标特征值的叠加；步骤5：场指标特征值分析；步骤6：多场数据的综合分析。3.根据权利要求2所述的地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于步骤3包括：步骤3.1：单个钻孔(勘探线)数据归一化处理；步骤3.2：剖面数据的归一化处理。4.根据权利要求3所述的地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于步骤1中所述实测数据包括：实测研究区域水源的水位、温度、水化学、电导率或电阻率和同位素场数据V，测得钻孔、洞室或地下水出露点的各场的实测值。5.根据权利要求3所述的地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于步骤2中所述数据插值包括：对一维数据，根据实测值进行数据插值，使场数据在高程或水平方向空间均匀分布，实测代表值数据系列为(Z，VZ)或(X，VX)；根据不同钻孔、地下洞室地下水渗出点的某一场数据进行平面插值，得到研究剖面的场分布数据，实测数据代表值数据系列为(X，Z，VXZ)。6.根据权利要求5所述的地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于步骤3中单一场数据归一化处理是指：针对某单一场的指标按照其与渗漏源的关系，与地质介质天然场背景值的关系，相邻空间的指标变化，不同时间的指标变化进行归一化处理，得到单一指标的示踪指标特征值、背景指标特征值、梯度指标特征值和时序指标特征值。7.根据权利要求6所述的地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于步骤3.1所述单个钻孔数据归一化处理是对数据系列(Z，VZ)进行处理，包括：1)示踪指标：式中：FZ1为钻孔中高程为Z处的某场的示踪指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲；0代表钻孔的实测场指标与渗漏水源差异最大，渗漏可能性小；1代表钻孔的实测场指标与渗漏水源相同，渗漏可能性大；VZ为钻孔内高程为Z处的某个场指标的代表值，通过在钻孔不同深度中实测值进行进一步插值得到；R为渗漏水源某场的代表值，在渗漏水源处实测；2)背景指标：式中：FZ2为钻孔中高程为Z处某场的背景指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲；0代表钻孔的实测场指标与正常条件下该处的背景值相同，即无异常，渗漏可能性小；1代表钻孔的实测场指标与背景值差异最大，存在异常，渗漏水可能性大；BZ为钻孔内高程为Z处的某个场指标的背景值，可通过理论分析得到或取经验值；3)梯度指标：式中：FZ3为钻孔中高程为Z处某场的梯度指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲；0代表钻孔的实测场指标在临近高程无变化，即无异常，渗漏可能性小；1代表钻孔的实测场指标在临近高程变化最大，存在异常，渗漏水可能性大；VZ-ΔZ为钻孔内高程为Z-ΔZ处的某个场指标的代表值；4)时序指标：式中：FZ4为钻孔中高程为Z处某场的时序指标特征值，计算得到的结果为0～1，无量纲；0代表钻孔的实测场指标与过去某个时段相比无变化，即无异常，渗漏可能性小；1代表钻孔的实测场指标与过去某个时段相比变化最大，存在异常，渗漏水可能性大；VZt为钻孔内高程为Z处t时刻的某个场指标的代表值；VZ(t-Δt)为钻孔内高程为Z处t-Δt时刻的某个场指标的代表值；Δt为两次测量的时差，一般考虑渗漏水源场指标发生了明显变化的时间。8.根据权利要求6所述的地下水渗漏通道勘察的场标准化分析方法，其特征在于步骤3.2所述剖面数据的归一化处理是...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑克勋，余波，郭维祥，赵文明，吴镇，马聪，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52