一种基于无线通信的管道型岩溶地下水渗漏路径确定方法与流程

本发明涉及地下工程，更具体地说，它涉及一种基于无线通信的管道型岩溶地下水渗漏路径确定方法。

背景技术：

1、在水库勘测设计和蓄水运行过程中，由于地质条件复杂多样，在灰岩地区常常存在管道型岩溶地下水渗漏现象，准确查明地下水的渗漏路径对于后续分析治理至关重要。通过一种全新的方法分析确定地下水渗漏路径的发育深度、发育方向、发育特征等能为设计和防渗施工提供精确指导。

2、现有的地下水渗漏路径确定一般是在做完联通试验后对渗漏区域范围内布置钻孔进行勘探，对钻孔做各种水文试验来确定渗透系数，配合钻孔下探头进行影像窥视，并分析钻孔内水温水化学变化特征，辅助进行物探分析确定渗漏位置；此方法只能确定一个大概的渗漏路径带，对于一些蓄水溶洞及水不流动的支洞等，不能判断是否为渗漏主通道，并且由于勘探钻孔数量有限，各个勘探钻孔揭示的预测渗漏点的联通关系只能靠猜测，故不能准确得出地下渗漏通道的发育联通方式及主渗漏路径。因此现有工程上在管道型岩溶地下水渗漏分析模拟时一般采用对渗漏路径区域进行整体赋吕荣值，通过片区化赋一个参数的形式来概化处理分析，但这种方法确定的渗漏路径和片区化赋水文参数的方式，无法准确反应出具体的渗漏路径及主渗漏通道发育情况，对于蓄水工程后续设计及防渗施工指导意义较弱。

3、地下水渗漏路径的具体发育形式一直是蓄水工程勘察和防渗的重难点研究方向，由于渗漏通道处于地层内部，处于无信号环境，常规gps轨迹记录仪器均不可用，目前工程上尚无有效可行方法查明具体渗漏路径。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于无线通信的管道型岩溶地下水渗漏路径确定方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，本技术提供了一种基于无线通信的管道型岩溶地下水渗漏路径确定方法，包括以下具体步骤：

4、对工程现场进行常规水文地质勘察，根据勘察结果发现存在蓄水渗漏时，确定渗漏进水口的位置；

5、对确定的渗漏进水口进行联通视踪试验，判断与渗漏进水口联通的出水口的数量，以及判断多个出水口之间的联通关系，并根据联通关系从多个出水口中确定出主渗漏出水口；

6、监测得到主渗漏出水口的出水流量，并根据联通视踪试验记录得到地下水从渗漏进水口到主渗漏出水口的运移时间；

7、将预先准备好的轨迹记录胶囊从渗漏进水口中释放，在释放后达到运移时间时在多个出水口处对释放的轨迹记录胶囊进行收集，轨迹记录胶囊的密度与地下水密度相同；

8、从收集到的轨迹记录胶囊中获取从渗漏进水口到对应出水口的探测数据，并根据探测数据分析得到渗漏进水口到各个出水口的渗漏路径。

9、本发明的有益效果是：本方案中，由于当水库蓄水渗漏时，进出水口之间具有一定的高程差，地下水渗漏时则具有很大的冲击力，因此可以将很轻的轨迹记录胶囊冲走；通过控制轨迹记录胶囊与水密度几乎一致，则可以保证胶囊在水中顺水一起流动，综上则保证了整体方案的可行性；其中，首先对工程现场进行常规水文地质勘察以判断是否发生地下水渗漏的情况，并在存在渗漏情况时则可以通过勘察结果确定出渗漏进水口的位置，再者，确定出渗漏进水口后再进行联通视踪实验则可以得到与该渗漏进水口连通的多个出水口；其次，将预先准备好的轨迹记录胶囊从渗漏进水口中释放，并在运移时间后在各个出水口处收集轨迹记录胶囊；最后通过从轨迹记录胶囊中获取的探测数据来计算得到在不同时刻轨迹记录胶囊相对于渗漏进水口的位置，并利用此位置就可以得到对应轨迹记录胶囊的流经路径。

10、本方案中，对于可能出现通道卡住轨迹记录胶囊的情况，出于概率学考虑，则需在进水口分时间间隔多批次释放多个传感器，保证出水口能接收一定数量的传感器，为保证能传感器胶囊能流出，可以尽量在丰水期渗漏通道地下水冲力较大时开展该试验；室内试验用的传感器体积约40mm*35mm*15mm，通过对传感器进行拆分去壳，电路板线路重新规划，在保证核心器件功能完整的情况下，轨迹记录胶囊可做到直径为15～20mm的球体，大大缩小了体积，岩溶通道发育一般高低起伏，但由于轨迹记录胶囊体积质量较小，水的压力和水流动的冲击力足以冲走轨迹记录胶囊，确保能从渗漏通道流出。

11、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

12、进一步，上述将预先准备好的轨迹记录胶囊从渗漏进水口中释放，具体为：

13、在释放前将渗漏进水口外围安装隔着滤网，并对渗漏进水口处进行清理，直到各个出水口的出水干净无渣；

14、将轨迹记录胶囊在渗漏进水口出按入水中后释放。

15、采用上述进一步方案的有益效果是：首先对渗漏入水口进行清渣，在释放胶囊时，需将渗漏进水口的枯枝等易卡住渗漏通道的杂物清除，并在外围安装隔渣滤网，待水流通一段时间，下游出水口出水干净无渣后再释放胶囊，胶囊应在入水口处手动按入水中让其随地下水流入渗漏通道，且不能让其漂浮在水面。

16、进一步，上述轨迹记录胶囊包括球形外壳体、填充介质和数据采集模块，数据采集模块位于球形外壳体内，且数据采集模块与球形外壳体的内壁之间通过填充介质填充。

17、采用上述进一步方案的有益效果是：填充介质可以是泡沫、铁球等混合物，以调整轨迹记录胶囊整体的密度与水的密度一致。

18、进一步，上述数据采集模块包括单片机、陀螺仪、加速度传感器、电子罗盘、无线收发线路和存储单元，其中：

19、陀螺仪，用于采集轨迹记录胶囊在运动过程中产生的角速度数据；

20、加速度传感器，用于采集轨迹记录胶囊在运动过程中产生的加速度数据；

21、电子罗盘，用于采集轨迹记录胶囊在运动过程中的方向数据；

22、陀螺仪、加速度传感器和电子罗盘均通过无线收发线路与单片机连接，单片机将接收的角速度数据、加速度数据和方向数据传输至存储单元进行保存。

23、采用上述进一步方案的有益效果是：陀螺仪和加速度传感器，分别对物体运动过程中产生的角速度信号和加速度进行信号采集；电子罗盘负责角度采集，即对物体定位航行方向进行数据采集。

24、进一步，上述探测数据包括角速度数据、加速度数据和方向数据。

25、进一步，上述根据探测数据分析得到渗漏进水口到各个出水口的渗漏路径具体为：

26、获取渗漏进水口的位置坐标，并将位置坐标作为初始坐标建立空间直角坐标系；

27、基于收集的各个轨迹记录胶囊的探测数据，利用各个探测数据计算得到在运移时间中不同时刻对应轨迹记录胶囊在空间直角坐标系中相对于初始坐标的空间位置；

28、基于各个轨迹记录胶囊在运移时间中的不同时刻的空间位置，按照时间顺序将不同时刻的空间位置进行连接，得到渗漏进水口到各个出水口的渗漏路径。

29、进一步，上述方法还包括：

30、利用主渗漏出水口的出水流量、运移时间和渗漏路径，并基于对工程现场进行物探试验得到的地下地层的岩溶及宽大裂隙基本发育情况，通过三维建模软件建立与工程现场对应的三维地质模型。

31、采用上述进一步方案的有益效果是：三维地质模型可以用于后续处理，后续可将该三维地质模型用feflow等地下水三维数值模拟软件进行地下水发育特征研究和防渗模拟预测分析，此对于蓄水工程的勘测设计和防渗等具有重要指导意义。

32、第二方面，本技术提供了一种基于无线通信的管道型岩溶地下水渗漏路径确定系统，应用于第一方面中任一项的一种基于无线通信的管道型岩溶地下水渗漏路径确定方法，包括：

33、第一模块，用于对工程现场进行常规水文地质勘察，根据勘察结果发现存在蓄水渗漏时，确定渗漏进水口的位置；

34、第二模块，用于对确定的渗漏进水口进行联通视踪试验，判断与渗漏进水口联通的出水口的数量，以及判断多个出水口之间的联通关系，并根据联通关系从多个出水口中确定出主渗漏出水口；

35、第三模块，用于监测得到主渗漏出水口的出水流量，并根据联通视踪试验记录得到地下水从渗漏进水口到主渗漏出水口的运移时间；

36、第四模块，用于将预先准备好的轨迹记录胶囊从渗漏进水口中释放，在释放后达到运移时间时在多个出水口处对释放的轨迹记录胶囊进行收集，轨迹记录胶囊的密度与地下水密度相同；

37、第五模块，用于从收集到的轨迹记录胶囊中获取从渗漏进水口到对应出水口的探测数据，并根据探测数据分析得到渗漏进水口到各个出水口的渗漏路径。

38、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面中任一项的方法。

39、第四方面，本技术提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面中任一项的方法。

40、与现有技术相比，本发明至少具有以下的有益效果：

41、在本技术中，由于当水库蓄水渗漏时，进出水口之间具有一定的高程差，地下水渗漏时则具有很大的冲击力，因此可以将很轻的轨迹记录胶囊冲走；通过控制轨迹记录胶囊与水密度几乎一致，则可以保证胶囊在水中顺水一起流动，综上则保证了整体方案的可行性；其中，首先对工程现场进行常规水文地质勘察以判断是否发生地下水渗漏的情况，并在存在渗漏情况时则可以通过勘察结果确定出渗漏进水口的位置，再者，确定出渗漏进水口后再进行联通视踪实验则可以得到与该渗漏进水口连通的多个出水口；其次，将预先准备好的轨迹记录胶囊从渗漏进水口中释放，并在运移时间后在各个出水口处收集轨迹记录胶囊；最后通过从轨迹记录胶囊中获取的探测数据来计算得到在不同时刻轨迹记录胶囊相对于渗漏进水口的位置，并利用此位置就可以得到对应轨迹记录胶囊的流经路径。

42、在本技术中，对于可能出现通道卡住轨迹记录胶囊的情况，出于概率学考虑，则需在进水口分时间间隔多批次释放多个传感器，保证出水口能接收一定数量的传感器，为保证能传感器胶囊能流出，可以尽量在丰水期渗漏通道地下水冲力较大时开展该试验；室内试验用的传感器体积约40mm*35mm*15mm，通过对传感器进行拆分去壳，电路板线路重新规划，在保证核心器件功能完整的情况下，轨迹记录胶囊可做到直径为15～20mm的球体，大大缩小了体积，岩溶通道发育一般高低起伏，但由于轨迹记录胶囊体积质量较小，水的压力和水流动的冲击力足以冲走轨迹记录胶囊，确保能从渗漏通道流出。

43、在本技术中，首先对渗漏入水口进行清渣，在释放胶囊时，需将渗漏进水口的枯枝等易卡住渗漏通道的杂物清除，并在外围安装隔渣滤网，待水流通一段时间，下游出水口出水干净无渣后再释放胶囊，胶囊应在入水口处手动按入水中让其随地下水流入渗漏通道，且不能让其漂浮在水面；填充介质可以是泡沫、铁球等混合物，以调整轨迹记录胶囊整体的密度与水的密度一致；陀螺仪和加速度传感器，分别对物体运动过程中产生的角速度信号和加速度进行信号采集；电子罗盘负责角度采集，即对物体定位航行方向进行数据采集；三维地质模型可以用于后续处理，后续可将该三维地质模型用feflow等地下水三维数值模拟软件进行地下水发育特征研究和防渗模拟预测分析，此对于蓄水工程的勘测设计和防渗等具有重要指导意义。

44、在本技术中，通过无线收发的形式进行渗漏路径确定，避开了常规的gps获取运动轨迹的形式，运用的运动轨迹记录传感器胶囊很小，可实施操作性强，成本极低，一套传感器成本只需几十元，且无需开展钻探，同时可精确获取地下水具体渗漏路径，突破了常规勘察方法对地下水渗漏路径只是简单概化这一重点难题，对于岩溶管道裂隙等大通道地下水渗漏工程十分适用。