一种大坝渗漏的电法与水文耦合建模方法、设备及介质

本发明涉及大坝渗漏，尤其涉及一种大坝渗漏的电法与水文耦合建模方法、设备及介质。

背景技术：

1、现有电法正演方法中仅基于静态电阻率模型，无法反映地下水分动态变化对电场响应影响的问题，尤其是在大坝渗漏监测等工程场景中，难以根据水文状态演化过程预测电法响应变化，从而影响监测数据解释准确性和工程决策可靠性的问题。

2、在大坝渗漏监测领域，电阻率法（ert, electrical resistivity tomography）是一种常用的无损探测手段，其基本原理是通过在地表布设电极，注入电流并测量电位差（δv），反演地下电阻率分布。

3、当前主流方法包括：

4、静态电阻率正演方法：基于已知电导率分布，采用有限元或有限差分方法求解拉普拉斯方程，到电势分布u，进而计算电极间电位差δv。

5、常规电阻率反演方法：通过最小化观测数据与预测数据的差值反演电阻率分布。

6、archie经验关系（局部使用）：部分研究中采用经验公式，将水饱和度与电导率关联，但通常仅用于解释结果,未纳入正演流程。

7、现有方法的缺点包括：

8、电导率模型人为设定（非动态）,从而忽略水文过程时间演化，导致电法与水文模型相互独立，从而影响监测数据解释准确性和工程决策可靠性。

9、综上所述，亟需一种电法与水文耦合建模方法、设备及介质。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种大坝渗漏的电法与水文耦合建模方法、设备及介质。

2、在第一方面，本发明提供了一种电法与水文耦合建模方法，包括以下步骤：

3、s1、获取大坝研究区域的水文参数；

4、s2、构建电法与水文耦合关系，实现电导率动态计算；

5、s3、将非规则空间数据映射至计算网格，使用插值计算生成计算网格的介质电导率；

6、s4、执行电场正演计算，求解得到电势场；

7、s5、根据电极布设方式计算电位差，得到电法响应；

8、s6、基于电法响应分析变化趋势，并建立水文变化与电法响应之间的关系，实现电法与水文耦合。

9、可选的，在s1中，大坝研究区域的水文参数包括水饱和度、孔隙率、渗透系数和压力水头，其中，为二维计算剖面的水平坐标，为竖向坐标或深度坐标，为计算时间或监测时刻，表示时刻计算域内位置 处的状态。

10、可选的，在s2中，电法与水文耦合关系的表达式如下：

11、；

12、其中，表示介质电导率，表示经验参数，表示孔隙水电阻率。

13、可选的，在s3中，将非规则空间数据映射至计算网格，使用插值计算生成计算网格的介质电导率，过程包括：

14、将非规则空间数据映射至计算网格，采用插值方法生成时刻计算域内位置处的介质电导率，并基于介质电导率生成对应的介质电阻率，所述介质电导率和所述介质电阻率互为倒数。

15、可选的，在s4中，电场正演计算通过有限元方法执行，过程包括：

16、构建单元刚度矩阵，组装全局刚度矩阵

k，施加电流源边界条件，求解电势场，计算表达式为：，其中，

u表示电势场，

b表示根据供电电极和回流电极的电流源项及边界条件组装得到的全局电流源向量。

17、可选的，在s5中，电法响应的计算表达式如下：

18、；

19、其中，、分别表示在供电电极a和供电电极b构成的供电电极对作用下，测量电极m位置处和测量电极n位置处的电势。

20、可选的，在s6中，基于电法响应分析变化趋势，并建立水文变化与电法响应之间的关系，过程包括：

21、获取不同时刻的水饱和度；

22、当大坝研究区域的局部含水量或水饱和度升高时，根据archie关系，大坝研究区域的介质电阻率降低，相应介质电导率升高；

23、将介质电导率作为电场正演的输入，求解得到电场控制方程：

24、；

25、其中，为电势场，为电流源项，表示空间微分算子；当其作用于电势场 时， 表示电势梯度；

26、对于电极组合abmn，在每一个时刻提取测量电极m、n处的电势值，计算电位差：

27、；

28、其中，表示电极组合abmn不同时间下的电法响应序列，表示在时刻 供电电极a和b施加电流时测量电极m处的电势，表示在时刻 供电电极a和b施加电流时测量电极n处的电势。

29、基于所述电法响应序列构建水文变化与电法响应之间的关系，过程如下：

30、水饱和度变化导致介质电导率以及介质电阻率变化，进而导致电势场变化 ，最终体现在电法响应变化；

31、通过比较不同时刻的电法响应变化，得到大坝研究区域内部高含水区、低阻异常区及潜在渗漏通道的发展趋势。

32、在第二方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器；

33、所述存储器存储有计算机程序；

34、所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的电法与水文耦合建模方法的步骤。

35、在第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的电法与水文耦合建模方法。

36、应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

37、本发明提供了一种电法与水文耦合建模方法、设备及介质，本发明方法通过建立水饱和度与电导率之间的动态耦合模型，将水文时间演化过程引入电法正演计算，构建时变电法响应，实现水文过程和电场响应的统一建模。本发明方法构建的模型通过水文状态驱动电导率，构建的时变电法响应可以增强时间分辨能力，且本发明方法将电法观测变化与水文信息直接关联，可以直接应用在工程上预测渗漏发展趋势，并进行风险评估。

1.一种大坝渗漏的电法与水文耦合建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电法与水文耦合建模方法，其特征在于，在s1中，大坝研究区域的水文参数包括水饱和度、孔隙率、渗透系数和压力水头，其中，为二维计算剖面的水平坐标，为竖向坐标或深度坐标，为计算时间或监测时刻，表示时刻计算域内位置  处的状态。

3.根据权利要求2所述的电法与水文耦合建模方法，其特征在于，在s2中，电法与水文耦合关系的表达式如下：

4.根据权利要求3所述的电法与水文耦合建模方法，其特征在于，在s3中，将非规则空间数据映射至计算网格，使用插值计算生成计算网格的介质电导率，过程包括：

5.根据权利要求4所述的电法与水文耦合建模方法，其特征在于，在s4中，电场正演计算通过有限元方法执行，过程包括：

6.根据权利要求5所述的电法与水文耦合建模方法，其特征在于，在s5中，电法响应的计算表达式如下：

7.根据权利要求6所述的电法与水文耦合建模方法，其特征在于，在s6中，基于电法响应分析变化趋势，并建立水文变化与电法响应之间的关系，过程包括：

8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器；

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的电法与水文耦合建模方法。