基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法技术

本发明专利技术属于水文地质参数测量技术领域，公开了一种基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法，基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法包括：利用不同场源形式的NMR物探法、GPR物探法、TEM物探法采集不同类型、不同结构的地球物理数据；并基于所述不同类型、不同结构的地球物理数据进行反演得到水文地质参数；基于D

【技术实现步骤摘要】
基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法


[0001]本专利技术属于水文地质参数测量
，尤其涉及一种基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法。

技术介绍

[0002]目前，水文地质参数是地下水流和溶质运移模拟的重要参数。传统的水文地质勘探方法成本高，数据量少，水文地质参数的空间变化很难准确地测定和描述。与此相比，地球物理探测技术具有快速、便捷、无损、多尺度、数据量大等优点，是近年来获取水文地质参数的重要手段。然而，地球物理测量通常不提供直接的水文地质信息，需要通过建立物性参数和水文地质参数之间的关系，实现水文地质参数的估计。此外，不同的物探方法的测量尺度、分辨率和质量控制均不同。因此，如何将少量钻孔、实验数据与大量的地球物理数据融合，对于实现可靠的水文地质参数估计与尺度拓展至关重要。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的水文地质勘探方法成本高，数据量少，水文地质参数的空间变化很难准确地测定和描述；同时现有技术对于区域尺度水文地质参数的预测不确定性较大。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法，所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法包括：
[0006]方案概括：基于研究区地质、地貌、水系、植被的分异规律，自上游至下游垂直河道布置物探断面，运用探地雷达技术(GPR)、瞬变电磁技术(TEM)和核磁共振技术(NMR)，获取多源、多尺度的水文地质参数监测的电性数据。建立电性参数(介电常数、视电阻率、弛豫时间、初始振幅、初始相位等)与水文地质参数(体积含水量、孔隙度、给水度与渗透系数)的数学关系模型，并应用地质钻孔资料、抽水试验数据及室内试验数据，对所建数学模型进行校验和修正。再运用DS证据冲突理论将少量的钻孔及试验数据与大量的地球物理探测数据进行数据融合，实现地球物理数据、钻孔、试验等数据的互相支持与优势互补，以此获取多源水文地质参数集成的优化结果。最后运用空间插值技术建立水文地质参数的3D地质模型，从而实现区域尺度上水文地质参数的尺度拓展。
[0007]基于D
‑
S证据理论进行多源水文参数信息的融合，结合NMR、GPR、TEM及钻孔数据，得到多源水文地质参数集成的优化结果。
[0008]进一步，所述基于D
‑
S证据理论进行多源水文参数信息的融合，结合NMR、GPR、TEM及钻孔数据，得到多源水文地质参数集成的优化结果包括：
[0009]首先，利用不同场源形式的NMR物探法、GPR物探法、TEM物探法，反演获取得到水文地质参数；
[0010]其次，基于D
‑
S证据理论将反演得到的水文地质参数与收集的水文地质数据进行互补信息合并，得到水文地质参数的最佳估计。
[0011]进一步，所述利用不同场源形式的NMR物探法、GPR物探法、TEM物探法，反演获取得到水文地质参数包括：
[0012]利用不同场源形式的NMR物探法、GPR物探法、TEM物探法采集不同类型、不同结构的地球物理数据；并基于所述不同类型、不同结构的地球物理数据进行反演得到水文地质参数。
[0013]进一步，所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法包括以下步骤：
[0014]步骤一，获取水文地质背景资料、野外与室内试验数据以及物探数据；并对获取的数据进行汇总、整理、分析与计算；
[0015]步骤二，对获取的数据进行地层划分融合、岩性对比融合以及水文地质参数融合；进行水文地质参数的综合表征体系集成。
[0016]进一步，所述步骤二中，对获取的数据进行地层划分融合、岩性对比融合包括：
[0017](1)获取水文地质背景资料、钻孔采样数据、GPR探测数据、NMR探测数据以及TEM探测数据；
[0018](2)构建识别框架θ＝{粘土层，粉细砂，细砂，不确定}，并获取基于所述水文地质背景资料、钻孔采样数据、GPR探测数据、NMR探测数据以及TEM探测数据的识别框架θ的基本概率分配BPA；
[0019](3)利用Dempster证据合成法则基于所述水文地质背景资料、钻孔采样数据、GPR探测数据、NMR探测数据以及TEM探测数据的识别框架θ的基本概率分配BPA进行证据合成，并判断不同层位的岩性组成。
[0020]进一步，所述获取基于所述水文地质背景资料、钻孔采样数据、GPR探测数据、NMR探测数据以及TEM探测数据的识别框架θ的基本概率分配BPA包括：
[0021]水文地质背景资料的BPA通过直接判断为0或1确定；钻孔采样数据的BPA根据土壤质地的组成确定为0或1；其中，0表示否，1表示是；
[0022]GPR探测数据、NMR探测数据以及TEM探测数据的BPA分别根据电性参数介电常数、弛豫时间T2和视电阻率在不同岩性时的分类范围，由隶属度函数确定。
[0023]进一步，所述步骤二中，进行水文地质参数融合包括：
[0024]1)统一水文地质参数在垂向的分辨率；采用等效渗透系数法利用下式计算渗透系数：
[0025][0026]其中，Kp表示等效渗透系数，K
i
表示第i层渗透系数，M
i
表示第i层地层厚度；
[0027]2)分别建立GPR、TEM的电性参数与NMR估算的水文地质参数的相关分析模型，并检验相关性，分别筛选最优的分析模型；所述分析模型包括：线性模型、对数模型、指数模型、幂模型和多项式拟合模型；
[0028]3)利用所述分析模型进行GPR、TEM的电性参数与NMR估算的水文地质参数的相关
性分析，基于所述相关性分析结果进行水文地质参数垂向尺度的拓展；
[0029]4)利用抽水试验和钻孔试验数据，校准水文地质参数的区间范围。
[0030]进一步，所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法还包括：
[0031]采用多点随机建模的方法，进行多源数据融合、尺度扩展并构建三维含水层水文地质参数模型，进行水文地质参数的模拟与评估。
[0032]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法的步骤。
[0033]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法的步骤。
[0034]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0035]针对传统的监测手段和抽水试验很难确切的获取研究区详细大量的非均质性参数信息这一科学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法，其特征在于，所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法包括：基于研究区地质、地貌、水系、植被的分异规律，自上游至下游垂直河道布置物探断面，运用探地雷达技术GPR、瞬变电磁技术TEM和核磁共振技术NMR，获取多源、多尺度的水文地质参数监测的电性数据；建立电性参数与水文地质参数的数学关系模型，并应用地质钻孔资料、抽水试验数据及室内试验数据，对所建数学模型进行校验和修正；再运用DS证据冲突理论将少量的钻孔及试验数据与大量的地球物理探测数据进行数据融合，实现地球物理数据、钻孔、试验数据的互相支持与优势互补，以此获取多源水文地质参数集成的优化结果；最后运用空间插值技术建立水文地质参数的3D地质模型，从而实现区域尺度上水文地质参数的尺度拓展。2.如权利要求1所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法，其特征在于，所述基于D
‑
S证据理论进行多源水文参数信息的融合，结合NMR、GPR、TEM及钻孔数据，得到多源水文地质参数集成的优化结果包括：首先，利用不同场源形式的NMR物探法、GPR物探法、TEM物探法，反演获取得到水文地质参数；其次，基于D
‑
S证据理论将反演得到的水文地质参数与收集的水文地质数据进行互补信息合并，得到水文地质参数的最佳估计。3.如权利要求2所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法，其特征在于，所述利用不同场源形式的NMR物探法、GPR物探法、TEM物探法，反演获取得到水文地质参数包括：利用不同场源形式的NMR物探法、GPR物探法、TEM物探法采集不同类型、不同结构的地球物理数据；并基于所述不同类型、不同结构的地球物理数据进行反演得到水文地质参数。4.如权利要求1所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法，其特征在于，所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法包括以下步骤：步骤一，获取水文地质背景资料、野外与室内试验数据以及物探数据；并对获取的数据进行汇总、整理、分析与计算；步骤二，对获取的数据进行地层划分融合、岩性对比融合以及水文地质参数融合；进行水文地质参数的综合表征体系集成。5.如权利要求4所述基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达方法，其特征在于，所述步骤二中，对获取的数据进行地层划分融合、岩性对比融合包括：(1)获取水文地质背景资料、钻孔采样数据、GPR探测数据、NMR探测数据以及TEM探测数据；(2)构建识别框架θ＝{粘土层，粉细砂，细砂，不确定}，并获取基于所述水文地质背景资料、钻孔采样数据、GPR探测数...

【专利技术属性】
技术研发人员：施枫芝，盛钰，王跃辉，姚鹏，
申请(专利权)人：中国科学院新疆生态与地理研究所，
类型：发明
国别省市：