一种基于六面体磁探测装置的渗漏检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于六面体磁探测装置的渗漏检测方法及装置，该检测方法包括以下步骤：步骤1：在堤坝的两侧布设供电电极A和B；步骤2：供电装置通过供电电极A、B向堤坝和水中供入电流；步骤3：利用六面体磁探测装置获取通电时每个测点对应的磁场梯度G；步骤4：基于每个测点的磁场梯度G获取渗漏通道的分布，其中，磁场梯度G分布中变化最大的区域为渗漏通道的分布区域。本发明专利技术提供了一种全新的手段确定渗漏通道的分布，即根据磁梯度数据来确定渗漏入口的位置和堤坝中渗漏通道的分布，丰富了渗漏检测技术。测技术。测技术。

【技术实现步骤摘要】
一种基于六面体磁探测装置的渗漏检测方法及装置


[0001]本专利技术属于勘探地球物理
，具体涉及一种基于六面体磁探测装置的渗漏检测方法及装置。

技术介绍

[0002]作为水利基础工程建设的组成之一的堤坝，在水利治理体系中占有重要地位。据统计，截止2017年，我国已建成5级以上堤坝30多万公里，已建成各类水库将近10万座。其中，其中大约有30％的坝堤存在不同程度的病险隐患，其表现形式为不同程度下的渗漏。当洪水来临时，由于其高水头渗透作用，平时一些细小隐患很可能引发重大险情。因此对堤坝的结构隐患的探测成为防止堤坝在某一时期突然失效的重要举措。
[0003]目前应用于堤坝隐患探测的常用物探方法，包括自然电场法、高密度电阻率法、探地雷达、瞬变电磁法、瑞雷面波法、CT技术以及流场拟合法探测等。中南大学何继善院士提出的流场拟合法，利用水流场与电流场在一定条件下的某些数学物理之间的相似性，在管涌通道出口至堤坝前水域建立人工电流场来拟合渗漏水流场，通过测定电流密度的分布来查明水流场的流向和相对流速取得了良好的效果。但是由于我国堤坝类型众多、结构多样、渗漏情况复杂，所以当前检测技术的探测精度和速度不能满足要求。由于磁场测量具有快速、高效、经济以及磁梯度受地磁场影响较小等特点，故利用磁场测量来确定堤坝渗漏入口和水流方向有着十分重要的意义，可以为堤坝渗漏通道的快速检测提供一种全新的技术手段。
[0004]而现有方法中利用磁场测量堤坝渗漏的技术也多是测量坝堤顶部磁场，进而使用复杂算法反演电流密度，且所利用的感应式磁传感器仪器笨重，不方便使用，因此需要提供一种更加简单、快速的方法来确定渗漏通道及水流方向。此外，现有磁场测量堤坝渗漏的技术中常常使用磁异常来反演电流密度分布，从而确定渗漏通道的位置等。为了丰富检测手段，如何充分利用磁技术，开辟其他有效途径检测渗漏通道也是有待研究的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供了一种基于六面体磁探测装置的渗漏检测方法及装置，所述方法在水中和堤坝上测量磁场，并根据所获得的磁场计算磁场梯度，根据磁场梯度数据来确定渗漏入口的位置和堤坝中渗漏通道的分布。本专利技术提供了另一个手段来确定渗漏通道的分布，丰富了渗漏检测技术。
[0006]一方面，本专利技术提供.一种基于六面体磁探测装置的渗漏检测方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1：在堤坝的两侧布设供电电极A和B，其中，供电电极A位于堤身内侧渗漏通道的出水口，供电电极B位于堤坝迎水坡一侧，供电电极通过导线与供电装置相连接；
[0008]步骤2：供电装置通过供电电极A、B向堤坝和水中供入电流；
[0009]步骤3：利用六面体磁探测装置获取通电时每个测点对应的磁场梯度G；
[0010]步骤4：基于每个测点的磁场梯度G获取渗漏通道的分布，其中，磁场梯度G分布中变化最大的区域为渗漏通道的分布区域。
[0011]关于渗漏通道的位置，使用发电机通过导线向供电电极A和B注入电流信号，电流沿着堤坝渗漏通道产生的优先导电路径引导时，由于通道的存在所产生的电流扰动会产生磁异常，当电流扰动越大，其产生的磁异常越大，同时其梯度变化就越明显。通过处理和分析所获得的磁场梯度数据就能判断通道的分布，而本专利技术之所以创造性选择用磁场梯度来反应渗漏通道的位置，是考虑到相比于磁场矢量，磁场梯度数据具有九个分量，能更好、更准确的反映渗漏通道的位置，同时能抵抗随机噪声和地磁场的干扰，精度也进一步提高。
[0012]可选地，步骤3中所述每个测点对应的磁场梯度G的获取方式为：基于每个测点对应的总磁感应强度并采用中心差分方式得到测点的磁场梯度G。
[0013]本专利技术选择采用中心差分方式得到磁场梯度，并通过验证得知，在本应用领域使用中心差分方式得到的磁场梯度与理论磁场的误差很小，因此，利用中心差分方式得到的磁场梯度是可靠的。
[0014]以六面体上的八个磁传感器为例，本专利技术使用中心差分的方式计算磁场梯度，首先通过六面体装置八个顶点上的磁传感器，测得由渗漏通道、导线、背景及环境所产生的磁场总和。接着用两点差分计算出六面体装置两个相对面之间四条棱边中点的梯度，再通过将四个梯度进行平均计算获得六面体中心点位置处的磁场梯度。该方式不仅可以充分利用八个磁传感器的磁场，同时获得可以计算三个方向电流密度的梯度分量，而且可以很大程度上消除由导线和外部环境引起的外部磁场。
[0015]可选地，每个测点上设有八个磁传感器，利用中心差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]式中，B为磁场矢量，B
x
、B
y
、B
z
表示在磁观测点上x、y、z方向的磁场分量，表示第i个磁传感器在k方向的磁场分量，d为任意两个磁传感器之间的距离，为偏导数符号，为磁场梯度。
[0027]基于八个磁通门磁场传感器计算磁场梯度时每一个分量其计算公式比较对称，计算方便，易于理解。其利用的磁场数据更多，磁场梯度计算流程更加精细，计算出的磁场梯度精度进一步提高，进而电流密度计算更加准确，同时减少了后续数据处理的步骤，提高了探测速度。因此，本专利技术为了提高磁梯度的精度，鄙弃正四面体结构(正四面体构架结构简单，所测磁场数据较少，计算出的磁场梯度误差较大，最终难以准确反映渗漏点)，选择八个磁通门磁场传感器，提高了磁梯度的进度，进而最终提高了渗漏通道检测结果的可靠性。
[0028]可选地，所述方法还包括：
[0029]获取每个测点上的磁场旋度，再基于所述磁场旋度获得测点上的传导电流密度；
[0030]根据所述传导电流密度的汇聚方向得到流向渗漏通道的水流方向，所述汇聚方向与所述水流方向相对应。
[0031]本专利技术通过直接计算磁场旋度来获得传导电流密度，相比于利用磁异常反演电流密度同时也更加高效、快速，同时由于采用了正六面体磁梯度计算使梯度计算容易实施，计算精度更高，在测量中仪器重量可以进一步减小，测量易于实施。而传导电流密度分布与水流方向两者之间的关系在于：当水流由坝坡渗漏入口通过渗漏通道流向下游时，水库中的水流会向渗漏口流动，根据电流场与水流场的相似性，传导电流密度汇聚方向即为水流的流动方向。本专利技术通过测量磁场的方式得到水中的传导电流密度分布情况，进而利用传导电流密度汇聚方向判断流向渗漏通道的水流流向。
[0032]可选地，所述传导电流密度的计算公式如下；
[0033][0034]式中，表示磁观测点处的磁场旋度，μ0为自由空间的磁导率，J
c
为传导电流密度。
[0035]可选地，每个测点上的六面体磁探测装置为：八个磁传感器固定在六面体支撑件的八个顶点上，所述六面体支撑件为正六面体。其中，优选六面体支撑架采用环氧板材料，可以在保证支撑架强度时，减少其对磁传感器数据的影响。此外，可以适应长时间野外工作，仪器性能有了大幅度提高。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于六面体磁探测装置的渗漏检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在堤坝的两侧布设供电电极A和B，供电电极通过导线与供电装置相连接；步骤2：供电装置通过供电电极A、B向堤坝和水中供入电流；步骤3：利用六面体磁探测装置获取通电时每个测点对应的磁场梯度G；步骤4：基于每个测点的磁场梯度G获取渗漏通道的分布，其中，磁场梯度G分布中变化最大的区域为渗漏通道的分布区域。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中所述每个测点对应的磁场梯度G的获取方式为：基于每个测点对应的总磁感应强度并采用中心差分方式得到测点的磁场梯度G。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：每个测点上设有八个磁传感器，利用中心差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：差分方式得到测点的磁场梯度G的公式如下：式中，B为磁场矢量，B
x
、B
y
、B
z
表示在磁观测点上x、y、z方向的磁场分量，表示第i个磁传感器在k方向的磁场分量，d为任意两个磁传感器之间的距离，为偏导数符号，为磁场梯度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：
获取每个测点上的磁场旋度，再基于所述磁场旋度获得测点上的传导电流密度；根据所述传导电流密度的汇聚方向得到流向渗漏通道的水流方向，所述汇聚方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玉松，汤井田，王小鹏，胡双贵，郭士明，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：