考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法、装置、存储介质及设备与流程

1.本发明涉及一种考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法、装置、存储介质及设备。适用于大坝安全监测领域。


背景技术：

2.土石坝在设计建造过程中，会布置测压管或渗压计来监测坝体和坝基渗压水位情况。各种监测设施实测渗压水位普遍具有滞后性，目前，土石坝渗流分析中基本未考虑渗流滞后效应的影响，导致坝体浸润线、渗透坡降等分析中会出现偏差，出现与设计和实际情况不符的现象，对渗流分析结果存在一定影响，因此土石坝渗流分析中有必要寻找新的思路和方法考虑渗流滞后效应的影响。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法、装置、存储介质及设备。
4.本发明所采用的技术方案是：一种考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法，其特征在于：
5.获取土石坝上游水位监测数据序列x和土石坝内各测点的测点布置信息及与水位数据对应的延时ti后的测点渗压水位监测数据序列yi；
6.基于土石坝上游水位监测数据序列x和土石坝内各测点的测点渗压水位监测数据序列yi确定各测点的渗流实际滞后时间τ；
7.基于各测点的渗流实际滞后时间和测点布置信息绘制特征水位下坝体浸润线，计算渗流速度及坡降，分析评价渗流的稳定性。
8.所述基于土石坝上游水位监测数据序列x和土石坝内各测点的测点渗压水位监测数据序列yi确定各测点的渗流实际滞后时间τ，包括：
9.计算x与yi的互信息i(x；yi)和yi的信息熵h(yi)，采用公式计算x对yi的有向信息传递指数，并构建不同滞后时间下的有向信息传递指数函数diti(t)；
10.当函数diti(t)取得第一个极大值时，不同信息之间的耦合程度最高，信息传递量达到最大，此时对应的时间ti＝τ即为该测点的渗流实际滞后时间τ。
11.所述基于各测点的渗流实际滞后时间和测点布置信息绘制特征水位下坝体浸润线，计算渗流速度及坡降，分析评价渗流的稳定性，包括：
12.基于上述得到的坝体各渗流测点实际滞后时间τ，利用实测的坝体各渗流测点时间序列减去各测点实际滞后时间，重构坝体各渗流测点时间序列测值过程线，消除渗流滞后效应影响。
13.根据重构的坝体各渗流测点时间序列测值过程线，选取特征水位下坝体各渗流测点对应水位，绘制特征水位下的坝体真实水位分布(浸润线)，并根据真实水位分布及实际
滞后时间τ，采用公式真实分布渗径/滞后时间τ计算渗流速度，公式真实分布水位差/真实分布渗径计算坡降，分析评价渗流的稳定性。
14.一种考虑滞后效应的土石坝渗流分析装置，其特征在于：
15.数据获取模块，用于获取土石坝上游水位监测数据序列x和土石坝内各测点的测点布置信息及与水位数据对应的延时ti后的测点渗压水位监测数据序列yi；
16.滞后时间确定模块，用于基于土石坝上游水位监测数据序列x和土石坝内各测点的测点渗压水位监测数据序列yi确定各测点的渗流实际滞后时间τ；
17.后续处理模块，用于基于各测点的渗流实际滞后时间和测点布置信息绘制特征水位下坝体浸润线，计算渗流速度及坡降，分析评价渗流的稳定性。
18.所述滞后时间确定模块，包括：
19.数据计算模块，用于计算x与yi的互信息i(x；yi)和yi的信息熵h(yi)，采用公式计算x对yi的有向信息传递指数，并构建不同滞后时间下的有向信息传递指数函数diti(t)；
20.滞后时间求解模块，用于当函数diti(t)取得第一个极大值时，不同信息之间的耦合程度最高，信息传递量达到最大，此时对应的时间ti＝τ即为该测点的渗流实际滞后时间τ。
21.所述后续处理模块，包括：
22.消除渗流滞后影响模块，用于基于滞后时间确定模块计算得到的坝体各渗流测点实际滞后时间τ，利用实测的坝体各渗流测点时间序列减去各测点实际滞后时间，重构坝体各渗流测点时间序列测值过程线，消除渗流滞后效应影响。
23.成果计算及显示模块，用于根据重构的坝体各渗流测点时间序列测值过程线，选取特征水位下坝体各渗流测点对应水位，绘制特征水位下的坝体真实水位分布(浸润线)，并根据真实水位分布及实际滞后时间τ，采用公式真实分布渗径/滞后时间τ计算渗流速度，公式真实分布水位差/真实分布渗径计算坡降，分析评价渗流的稳定性。
24.一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实所述考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法的步骤。
25.一种考虑滞后效应的土石坝渗流分析设备，具有存储器和处理器，其中存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被执行时实现所述考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法的步骤。
26.本发明的有益效果是：本发明提出优化渗流监测设施布置的原则，分析前首先评价监测数据序列可靠性，把握土石坝渗流过程中的信息传递特性，构建土石坝上游水位监测信息与坝体渗压水位监测信息之间的信息传递模型，定量计算土石坝渗流滞后效应，分析评价中考虑土石坝渗流过程中的滞后效应，更准确的确定土石坝浸润线以及计算渗流相关参数，为土石坝渗流分析提供一条新的思路。
附图说明
27.图1为实施例中考虑滞后效应的土石坝渗流分析流程图。
28.图2为实施例中土石坝坝体渗流监测布置示意图。
29.图3为实施例中上游水位与图2中c测点渗压水位的diti变化过程图。
30.图4为不同方法确定的浸润线比对图。
具体实施方式
31.如图1所示，本实施例为一种考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法，具体包括以下步骤：
32.s1、获取在t1,t2,
…
,tn时刻坝体上游水位监测数据序列x＝{x1,x2,
…
,xn}，作为信息源输入矩阵；获取t1,t2,
…
,tn时刻坝体内各测点(图2中a、b、c、d、e测点)的坝体测点渗压水位监测数据序列y＝{y1,y2,
…
,yn}，作为信息作用矩阵；获取t1 ti,t2 ti,
…
,tn ti时刻坝体内各测点的坝体测点渗压水位监测数据序列，构建坝体测点渗压水位监测数据序列y延时ti(i＝1,2,
…
,m)后的监测数据序列
33.s2、基于土石坝上游水位监测数据序列x和土石坝内各测点的测点渗压水位监测数据序列yi确定各测点的渗流实际滞后时间τ，包括：
34.采用高斯核函数法计算坝体上游水位监测数据序列x的边缘分布f
x
(x)和渗压水位延时ti后的数据序列yi的边缘分布同理采用高斯核函数法计算x与yi的联合分布
35.采用公式计算yi的信息熵h(yi)，采用公式计算x与yi的联合分布的互信息i(x；yi)；
36.采用公式计算x对yi的有向信息传递指数；
37.基于不同滞后时间下的有向信息传递指数构建有向信息传递指数函数diti(t)；图3为不同滞后时间下坝体上游水位和c测点渗压水位的diti分布，拟合形成有向信息传递指数函数；
38.根据信息传递原理，当有向信息传递指数函数diti(t)取得第一个极大值时，两个信息集之间的耦合性最高，有向信息传递量达到最大，此时对应的时间为该测点的渗流实际滞后时间τ，实际滞后时间τ满足
39.s3、基于各测点的渗流实际滞后时间和测点布置信息绘制特征水位下坝体浸润线(见图4)，计算渗流速度及坡降，分析评价渗流的稳定性，包括：
40.基于上述得到的坝体各渗流测点实际滞后时间，利用实测的坝体各渗流测点时间序列减去各测点实际滞后时间，重构坝体各渗流测点时间序列测值过程线，消除渗流滞后效应影响。
41.根据重构的坝体各渗流测点时间序列测值过程线，选取特征水位下坝体各渗流测点对应水位，绘制特征水位下的坝体真实水位分布(浸润线)，并根据真实水位分布及实际滞后时间，采用公式真实分布渗径/滞后时间计算渗流速度，公式真实分布水位差/真实分布渗径计算坡降，分析评价渗流的稳定性。
42.土石坝防渗体后渗压水位一般较小，防渗体后渗流监测宜采用测压管或测压管 渗压计组合布置形式。实际监测数据中存在异常或错误数据，渗流分析前应评价监测数据可靠性，并剔除异常测值。
43.本实施例还提供一种考虑滞后效应的土石坝渗流分析装置，包括数据获取模块、滞后时间确定模块和后续处理模块。
44.本例中数据获取模块用于获取土石坝上游水位监测数据序列x和土石坝内各测点的测点布置信息及与水位数据对应的延时ti后的测点渗压水位监测数据序列yi；滞后时间确定模块用于基于土石坝上游水位监测数据序列x和土石坝内各测点的测点渗压水位监测数据序列yi确定各测点的渗流实际滞后时间τ；后续处理模块用于基于各测点的渗流实际滞后时间和测点布置信息绘制特征水位下坝体浸润线，计算渗流速度及坡降，分析评价渗流的稳定性。
45.本实施例中滞后时间确定模块包括数据计算模块和滞后时间求解模块，其中数据计算模块用于计算x与yi的互信息i(x；yi)和yi的信息熵h(yi)，采用公式计算x对yi的有向信息传递指数，并构建不同滞后时间下的有向信息传递指数函数diti(t)；滞后时间求解模块用于当函数diti(t)取得第一个极大值时，不同信息之间的耦合程度最高，信息传递量达到最大，此时对应的时间ti＝τ即为该测点的渗流实际滞后时间τ。
46.本实施例还提供一种存储介质，其上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法的步骤。
47.本实施例还提供一种定量确定土石坝渗流滞后时间的方法，具有存储器和处理器，其中存储器上存储有能被处理器执行的计算机程序，该计算机程序被执行时实现本例中考虑滞后效应的土石坝渗流分析方法的步骤。