一种地下水渗流原位测试系统及方法与流程

本发明涉及水文地质测试，具体而言，涉及一种地下水渗流原位测试系统及方法。

背景技术：

1、深埋长隧洞工程勘察中，钻孔压水试验与示踪试验是获取岩体水文地质参数的主要手段。然而传统方法存在以下突出问题：泥浆护壁形成的泥皮堵塞岩体裂隙，导致压水试验测得的渗透系数明显偏小，数据失真；地面注水设备与孔内监测装置相互独立，激发与监测难以同步，无法获取原位动态响应数据；缺乏针对动态渗压耦合效应的实时补偿手段，注水激扰下传感器基线漂移及温度干扰导致动态测试数据可靠性不足；传统方法仅能提供宏观渗透性指标，难以辨识断层破碎带等优势导水通道；固定压力注入模式缺乏自适应性，盲目高压易造成水力劈裂，致密岩层中又常因压力不足导致测试失败。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地下水渗流原位测试系统及方法，以提高深埋长隧洞水文地质勘察中渗流测试数据的真实性与精度，增强对断层优势导水通道的识别能力，并提升测试过程的自适应控制水平与作业安全性。

2、第一方面，本申请提供了一种地下水渗流原位测试系统，包括：

3、双封隔探舱，设于钻孔内，包括上封隔器和下封隔器，上封隔器、钻孔的侧壁与下封隔器形成密封测试段，双封隔探舱内设有注水与示踪模块和原位监测模块，注水与示踪模块和原位监测模块位于上封隔器和下封隔器之间，并与密封测试段连通，注水与示踪模块用于向密封测试段内注水并释放示踪剂；原位监测模块用于实时采集密封测试段的测试参数；

4、中央处理模块，设置于双封隔探舱内，分别与注水与示踪模块和原位监测模块连接，用于对测试参数进行动态补偿，得到补偿测试参数，并基于补偿测试参数执行渗流反演，得到钻孔的水文地质参数。

5、可选地，注水与示踪模块包括注水单元，测试参数包括渗压参数和浓度参数，注水单元与中央处理模块连接；

6、中央处理模块还用于基于渗压参数得到渗压变化率；基于浓度参数得到浓度变化率；基于渗压变化率与预设阈值，以及浓度变化率，生成用于调节注水单元的输出流量或压力的控制指令。

7、可选地，中央处理模块还用于当渗压变化率超过预设阈值时，生成降低注水单元输出流量的控制指令；

8、当渗压变化率在预设时间内保持为零且浓度变化率为零时，生成阶梯式提升注水单元输出压力的控制指令。

9、可选地，测试参数包括注水温度参数、静水压力参数和渗压参数；中央处理模块对测试参数进行动态补偿，得到补偿测试参数，包括：

10、基于注水温度参数与预设温度，得到温度偏差；

11、基于静水压力参数与预设压力，得到静水压力偏差；

12、基于渗压参数与静水压力参数的差值，得到注水激发引起的孔压增量；

13、基于温度偏差、静水压力偏差、孔压增量与修正系数，得到补偿测试参数。

14、可选地，修正系数包括温度补偿系数、静水压补偿系数和渗压耦合补偿系数；原位监测模块包括示踪剂浓度传感器和渗压传感器；中央处理模块还用于：

15、获取示踪剂浓度传感器在不同温度条件下的浓度值，对浓度值与对应温度进行线性拟合，将所得直线斜率确定为温度补偿系数；

16、获取示踪剂浓度传感器在不同静水压力条件下的浓度读数偏移量，对浓度读数偏移量与对应的静水压力进行线性拟合，将所得直线斜率确定为静水压补偿系数；

17、获取多组现场实测数据，每组数据包括示踪剂浓度传感器在测试现场的实际浓度值、对应的真实浓度、实测温度、实测静水压力及渗压增量；基于多组现场实测数据，通过多元非线性回归算法确定渗压耦合补偿系数；其中渗压增量是基于渗压传感器在注水激发前的静水压力基准值与注水激发过程中的实时孔压值之差确定。

18、可选地，中央处理模块基于补偿测试参数执行渗流反演，得到钻孔的水文地质参数，包括：

19、根据密封测试段的边界条件和注入参数，构建对流-弥散方程解析解模型，并将各采样时间点的补偿测试参数构建为实测穿透曲线；

20、将密封测试段的渗透系数和弥散度作为待反演变量输入解析解模型，得到模型模拟浓度随时间变化的模拟曲线；

21、以实测穿透曲线与模拟曲线之间的拟合误差最小化为优化目标，采用粒子群优化算法迭代调整待反演变量，得到渗透系数和弥散度。

22、可选地，中央处理模块还用于：

23、根据补偿测试参数与对应的时间，得到变化曲线，当变化曲线出现多峰或响应时间小于预设时间阈值时，判定密封测试段存在优势导水通道。

24、第二方面，本申请提供了一种地下水渗流原位测试方法，适用于上述地下水渗流原位测试系统，包括：

25、将双封隔探舱放置至钻孔内的目标深度，控制双封隔探舱的上封隔器和下封隔器膨胀，使上封隔器、钻孔的侧壁与下封隔器围成密封测试段；

26、通过注水与示踪模块向密封测试段内注水并释放示踪剂；

27、通过原位监测模块实时采集密封测试段的测试参数；

28、通过中央处理模块对测试参数进行动态补偿，得到补偿测试参数，并基于补偿测试参数执行渗流反演，得到钻孔的水文地质参数。

29、可选地，通过注水与示踪模块向密封测试段内注水并释放示踪剂之前，还包括：

30、以高压脉冲水流冲刷钻孔的侧壁的孔壁泥皮。

31、可选地，得到钻孔的水文地质参数之后，还包括：

32、释放上封隔器和下封隔器的压力使其收缩；

33、控制原位监测模块的进水阀，获取密封测试段内的原位水样。

34、本发明提供了一种地下水渗流原位测试系统及方法，通过双封隔探舱的上封隔器、钻孔的侧壁与下封隔器形成密封测试段，并利用双封隔探舱内的注水与示踪模块向密封测试段内注水并释放示踪剂，以及原位监测模块实时采集密封测试段的测试参数，中央处理模块对测试参数进行动态补偿，得到补偿测试参数，并基于补偿测试参数执行渗流反演，得到钻孔的水文地质参数，从而提高深埋长隧洞水文地质勘察中渗流测试数据的真实性与精度，增强对断层优势导水通道的识别能力，并提升测试过程的自适应控制水平与作业安全性。

35、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

1.一种地下水渗流原位测试系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的地下水渗流原位测试系统，其特征在于，所述注水与示踪模块包括注水单元，所述测试参数包括渗压参数和浓度参数，所述注水单元与所述中央处理模块连接；

3.根据权利要求2所述的地下水渗流原位测试系统，其特征在于，所述中央处理模块还用于当所述渗压变化率超过所述预设阈值时，生成降低所述注水单元输出流量的控制指令；

4.根据权利要求1所述的地下水渗流原位测试系统，其特征在于，所述测试参数包括注水温度参数、静水压力参数和渗压参数；所述中央处理模块对所述测试参数进行动态补偿，得到补偿测试参数，包括：

5.根据权利要求4所述的地下水渗流原位测试系统，其特征在于，所述修正系数包括温度补偿系数、静水压补偿系数和渗压耦合补偿系数；所述原位监测模块包括示踪剂浓度传感器和渗压传感器；所述中央处理模块还用于：

6.根据权利要求1所述的地下水渗流原位测试系统，其特征在于，所述中央处理模块基于所述补偿测试参数执行渗流反演，得到所述钻孔的水文地质参数，包括：

7.根据权利要求1所述的地下水渗流原位测试系统，其特征在于，所述中央处理模块还用于：

8.一种地下水渗流原位测试方法，适用于如权利要求1至7任一项所述的地下水渗流原位测试系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的地下水渗流原位测试方法，其特征在于，通过注水与示踪模块向所述密封测试段内注水并释放示踪剂之前，还包括：

10.根据权利要求8所述的地下水渗流原位测试方法，其特征在于，得到所述钻孔的水文地质参数之后，还包括：