[发明专利]基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法

权利要求书

1.基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)在航道整治坝体上选取所述探测区域，在探测区域钻取若干呈网状分布的电势探井；钻取所述电势探井过程中采集不同深度的土样，测量土体的孔隙度、电阻率、含水率和渗透系数，作为前期勘探数据。

2)在每个所述电势探井内布设若干探测电极，若干探测电极沿电势探井的长度方向间隔布设，将每个探测电极与探测装置连接；其中，所述探测装置包括相互连接的电位探测仪器和放电电池箱；

3)采用所述电位探测仪器测量待测区域的自然电位值，并选定零势点，将探测过程中放电的负极以及电势测量的负极统一连接至零势点；

4)随机选取若干所述探测电极，放电电池箱依次对每个探测电极进行试放电，电位探测仪器对其它探测电极上的电势进行探测；试放电电压进行由低到高的调试，放电电压选值不超过电势测量量程的80％；待一轮次试放电结束后，对每次放电条件测量电极的电势响应进行统计，依据测量的电势值对下一轮放电电压进行调节；其中，若测量的电势响应的最大值达到了电势测量量程的80％，或50％以上的测量电极都有电势响应，即选定本轮次的试放电电压为正式探测的放电电压值；

5)根据放电、测量计划，所述放电电池箱依次对计划的探测电极按正式探测的放电电压值进行放电，电位探测仪器检测其余探测电极的电势响应，测量探测电极与零势点之间的电流值；

6)根据所述电位探测仪器采集到的测量数据，建立探测区域静电场三维正、反分析模型，利用连续线性估计算法对探测区域进行三维成像；

7)结合电阻率在地层中的三维分布规律，以及探测区域外的地层参数与电阻率之间的对应关系，分析航道整治坝体三维结构反演结果，并识别坝体内部侵蚀的位置及规模；

8)每隔一周开展一次航道整治坝体内部侵蚀探测，从而实现内部侵蚀的监测，根据历次探测得到的内部侵蚀结构变化，对侵蚀位置及规模的变化进行评估，进而对坝体失稳破坏进行预警。

2.根据权利要求1所述的基于三维层析成像的航道整治坝体内部侵蚀探测、监测与预警方法，其特征在于：步骤6)包括以下步骤：

6.1)根据步骤1)中的前期勘探数据，推算出地层电阻率的均值、方差和尺度参数；

6.2)根据探测区域实际结构及尺寸建立坝体数值模型网格，并将电阻率的均值赋予每一个网格内，赋予整个模型电阻率方差和尺度，设置边界条件，输入放电方式，获取探测区域三维静电场正分析模型，获得每一次放电计划下每个探测位置在估计参数条件下的电阻率，并利用连续线性估计算法计算相对应的电压电流值；

6.3)利用连续线性估计算法对探测区域内待估点的电阻率值进行估计，未知电阻率的迭代计算公式为：

式中，u_c为待估的探测区域电阻率参数向量，u_c^(r+1)为参数向量u_c在第r+1次的条件估计值，其中r＝0时，u_c⁽⁰⁾为参数向量初始条件估计值，来源于步骤6.2)正分析的结果以及前期勘探数据；d^*为每次放电接收试验作用下电压电流的观测值，d^(r)为利用三维电场正分析模型的模拟值，T为转置，权重系数矩阵ω计算公式为：

[ε_dd+λdiag(ε_dd)]ω＝ε_du (2)

其中，ε_dd是观测数据之间的协方差矩阵，ε_du为观测数据与参数之间的协方差矩阵，λ为Levenberg-Marquardt算法动态乘子，diag()运算符代表取对角阵；协方差由敏感度得到：

式中，J_du是电压电流观测数据对探测区域电阻率变化的敏感度矩阵，参数协方差矩阵ε_uu在r＝0时由前期勘探数据给出，随后每次迭代按照下式逐步更新：

6.4)重复式(1)的迭代过程，直至得到的参数估计值条件下得到的计算值与探测值之差小于0.1％时停止迭代，当计算值与探测值之差无法小于0.1％时，迭代步数达到预设值即停止迭代。