專利名稱：一種基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，尤其是涉及一種基于優(yōu)化控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配線確定承壓含水層導(dǎo)水系數(shù)、貯水系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著我國(guó)人口的迅速增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模和速度前所未有，城市建設(shè)用地日益緊張，地下空間的開(kāi)發(fā)和利用也日益緊迫，北京和沿海一些大城市地下軌道交通和車(chē)站、大型地下商場(chǎng)、地下停車(chē)場(chǎng)等大型深基坑工程層出不窮，這些深基坑的施工成敗與能否較好的控制地下水關(guān)系密切，為降低深基坑工程的設(shè)計(jì)與施工風(fēng)險(xiǎn)，有必要通過(guò)抽水試驗(yàn)確定各含水層，特別是承壓含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。此外，抽水試驗(yàn)也是煤炭資源等地質(zhì)勘探的重要手段，其目的是研究含水層重要水文地質(zhì)特征，取得含水層水文地質(zhì)參數(shù)，評(píng)價(jià)含水層的富水性，并為預(yù)計(jì)礦井涌水量與對(duì)地下水綜合利用的評(píng)價(jià)提供資料。因此，承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)的確定對(duì)揭示抽取地下水引起地下水變化和運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律有著重要的意義，而且為開(kāi)采地下水和石油以及地下工程建設(shè)等生產(chǎn)活動(dòng)提供理論依據(jù)和技術(shù)保障。非穩(wěn)定流承壓完整井求取水文地質(zhì)參數(shù)的方法主要有Jacob直線法、配線法和水位恢復(fù)法，其中配線法是最為常用的方法。傳統(tǒng)方法采用人工配線，步驟相對(duì)繁瑣，工作量較大，而且利用配線觀察者的目測(cè)進(jìn)行配線，存在較大的隨意性，從而引入不必要的誤差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)配線早年主要停留在手動(dòng)配線的階段，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)錄入，但曲線的擬合仍然依據(jù)主觀的判斷；近年來(lái)興起了智能算法，如基于配線法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解Theis模型(2010)等，但是這些智能算法已失去了配線法實(shí)現(xiàn)過(guò)程的直觀性。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明基于配線法標(biāo)準(zhǔn)曲線與實(shí)測(cè)曲線基本重合，采用控制點(diǎn)帶動(dòng)所有實(shí)測(cè)點(diǎn)沿標(biāo)準(zhǔn)曲線移動(dòng)，尋找離差平方和最小值的原理，提出一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配線確定承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)的方法，并結(jié)合抽水試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。這一方法不僅精度高、易操作，而且具有計(jì)算快速，配線過(guò)程直觀可見(jiàn)等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案:為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案:一種基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，包括如下步驟:A、進(jìn)行承壓含水層非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，得試驗(yàn)資料；B、基于非穩(wěn)定流承壓含水層抽水試驗(yàn)資料，繪制實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與配線法標(biāo)準(zhǔn)曲線，給出通過(guò)基于優(yōu)化控制點(diǎn)的自動(dòng)配線法實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合；C、選取匹配點(diǎn)計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)。為了提高配線的精度和易操作性，所述步驟B為:采用控制點(diǎn)和輔助控制點(diǎn)帶動(dòng)所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)沿標(biāo)準(zhǔn)曲線移動(dòng)，尋找離差平方和最小值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配線；所述步驟C為:根據(jù)配線結(jié)果計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)。為了進(jìn)一步提高配線的精度、易操作性及直觀性，所述步驟B包括如下步驟:B1、繪制配線法標(biāo)準(zhǔn)曲線，所述標(biāo)準(zhǔn)曲線由m個(gè)理論點(diǎn)連線而成；B2、錄入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，所述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為n個(gè)，由程序直接讀取Excel表格錄入；B3、確定控制點(diǎn)坐標(biāo)A(xa，yA)，所述控制點(diǎn)A取n個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的均值作為橫坐標(biāo)xa，然后在xA左右各取0.25，計(jì)算該范圍內(nèi)實(shí)測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)的均值yA，得到控制點(diǎn)A (xA, yA)；由控
制點(diǎn)A帶動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平移，每個(gè)理論點(diǎn)與控制點(diǎn)A在橫、縱坐標(biāo)方向有絕對(duì)距離Axi4和Ag ,
所述絕對(duì)距離即控制點(diǎn)至理論點(diǎn)的實(shí)際距離，與坐標(biāo)無(wú)關(guān)，將控制點(diǎn)和所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)按
平移量(M〗，Ay).移動(dòng)至標(biāo)準(zhǔn)曲線附近，計(jì)算每次的離差平方和fA(k) (k=l、2…m)，確定fA
的最小值，所述k表示第k次平移，同時(shí)也表示第k個(gè)理論點(diǎn)，k的取值范圍為[l，m]；B4、取輔助控制點(diǎn)B(xb，yB),xB=2/3X (實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最大值_實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最小值)+實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最小值，然后在xB左右各取0.25，計(jì)算該范圍內(nèi)實(shí)測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)的均值yB，得到控制點(diǎn)B(xb, yB)，用與步驟B3同樣的方法尋找離差平方和fB的最小值，取fA、fB中較小值，按對(duì)應(yīng)的平移量移動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即可完成配線。上述步驟B3中，標(biāo)準(zhǔn)曲線(理論點(diǎn)組成)和實(shí)測(cè)曲線(實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)組成)的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)值可能不同。所述步驟B3中，第k次平移的離差平方和fA(k)，即每次移動(dòng)后，計(jì)算第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)曲線上m個(gè)理論點(diǎn)的距離式(k=l、2-m)，所述4為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和第k個(gè)理
論點(diǎn)的絕對(duì)距離，與坐標(biāo)無(wú)關(guān)，找出4 (k=l、2…m)中的最小值，該值是第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)至
理論點(diǎn)的最短斜距，與求第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲線的最小距離等效，因?yàn)榍箅x差平方和的目的在于找到實(shí)測(cè)曲線距離標(biāo)準(zhǔn)曲線最近的位置，所以該等效基本不影響自動(dòng)配線的精度，而且不需要求點(diǎn)到曲線的距離，便于實(shí)現(xiàn)。所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)用同樣的方法確定到標(biāo)準(zhǔn)曲線的絕對(duì)距離，平方求和就可以得到離差平方和fA(k);步驟B4中，同樣的方法，得到離差平方和fB(k)。為了提高精度，上述離差平方和最小值的確定包括如下步驟:l)k=l,即控制點(diǎn)A帶動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)第一次平移，所述k同時(shí)是第k個(gè)理論點(diǎn)，k的取值范圍為[1，m]；2)控制點(diǎn)A及n個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)均平移所述為控制點(diǎn)A至第k個(gè)理論點(diǎn)的絕對(duì)距離，即控制點(diǎn)至理論點(diǎn)的實(shí)際距離，與坐標(biāo)無(wú)關(guān)，作第k次平移；3) =minjy丨](k=l、2…m; i=l、2*“n)，所述是第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和m個(gè)理論
點(diǎn)距離的最小值(k=U2-m),即第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)至理論點(diǎn)的最短斜距，與求第i
個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲線的最小距離等效，其中4力第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和第k個(gè)理論點(diǎn)的絕對(duì)距離，與坐標(biāo)無(wú)關(guān)；4)/400 = 5_[(<皿)2](1=1、2-11)，所述4(10為第k次平移后n個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)曲線的離差平方和；5)當(dāng)k〈m時(shí)，k=k+l,即平移次數(shù)小于m次時(shí),均由控制點(diǎn)A帶動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)向下一個(gè)理論點(diǎn)平移，求得相應(yīng)的離差平方和，直到m次平移完成后，終止循環(huán)；每一次平移后求得的離差平方和fA(k) (k=l、2…m)均存儲(chǔ)在數(shù)列中；6)循環(huán)終止,fA=min[fA(k) ] (1^=1、2夂111),得到控制點(diǎn)A帶動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平移m次的
最小尚差平方和。上述步驟B4中按對(duì)應(yīng)的平移量移動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即可完成配線，所述相應(yīng)的平移量，如果fA彡fB,則相應(yīng)的平移量為(Ax14^i)，其中k為fA所對(duì)應(yīng)的第k次平移；如果
fA>fB，則相應(yīng)的平移量為，其中k為fB所對(duì)應(yīng)的第k次平移，根據(jù)平移量得到最終配線位置。上述步驟C中的水文地質(zhì)參數(shù)一般包括導(dǎo)水系數(shù)和貯水系數(shù)。導(dǎo)水系數(shù)和貯水系數(shù)的按如下方法計(jì)算:
權(quán)利要求
1.一種基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:包括如下步驟: A、進(jìn)行承壓含水層非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，得試驗(yàn)資料； B、基于非穩(wěn)定流承壓含水層抽水試驗(yàn)資料，繪制實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與配線法標(biāo)準(zhǔn)曲線，給出通過(guò)基于優(yōu)化控制點(diǎn)的自動(dòng)配線法實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合； C、選取匹配點(diǎn)計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:所述步驟B為:采用控制點(diǎn)和輔助控制點(diǎn)帶動(dòng)所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)沿標(biāo)準(zhǔn)曲線移動(dòng)，尋找離差平方和最小值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配線；所述步驟C為:根據(jù)配線結(jié)果計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:所述步驟B包括如下步驟: B1、繪制配線法標(biāo)準(zhǔn)曲線，所述標(biāo)準(zhǔn)曲線由m個(gè)理論點(diǎn)連線而成； B2、錄入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，所述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為η個(gè)，由程序直接讀取Excel表格錄入； B3、確定控制點(diǎn)坐標(biāo)A(xa，yA)，所述控制點(diǎn)A取η個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的均值作為橫坐標(biāo)χΑ，然后在xA左右各取0.25，計(jì)算該范圍內(nèi)實(shí)測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)的均值yA，得到控制點(diǎn)A (xA, yA)；由控制點(diǎn)A帶動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平移，每個(gè)理論點(diǎn)與控制點(diǎn)A在橫、縱坐標(biāo)方向有絕對(duì)距離Δχ:和,所述絕對(duì)距離即控制點(diǎn)至理論點(diǎn)的實(shí)際距離，與坐標(biāo)無(wú)關(guān)，將控制點(diǎn)和所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)按平 移量移動(dòng)至標(biāo)準(zhǔn)曲線附近，計(jì)算每次的離差平方和fA(k) α=1、2...πι)，確定fA的最小值，所述k表示第k次平移，同時(shí)也表示第k個(gè)理論點(diǎn)，k的取值范圍為[l，m]； B4、取輔助控制點(diǎn)B(xB，yB)，xb=2/3X (實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最大值-實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最小值)+實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最小值，然后在xB左右各取0.25，計(jì)算該范圍內(nèi)實(shí)測(cè)點(diǎn)縱坐標(biāo)的均值yB，得到控制點(diǎn)B(xb, yB)，用與步驟B3同樣的方法尋找離差平方和fB的最小值，取fA、fB中較小值，按對(duì)應(yīng)的平移量移動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即可完成配線。
4.如權(quán)利要求3所述的基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:所述步驟B3中，第k次平移的離差平方和fA (k)，即每次移動(dòng)后，計(jì)算第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)曲線上m個(gè)理論點(diǎn)的距離c/i(k=l、2…m)，所述<為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和第k個(gè)理論點(diǎn)的絕對(duì)距離，與坐標(biāo)無(wú)關(guān)，找出^ U=l、2…m)中的最小值，該值是第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)至理論點(diǎn)的最短斜距，與求第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲線的最小距離等效，所有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)用同樣的方法確定到標(biāo)準(zhǔn)曲線的絕對(duì)距離，平方求和就可以得到離差平方和fA(k);步驟B4中，同樣的方法，得到離差平方和fB(k)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:離差平方和最小值的確定包括如下步驟: 1)k=l,即控制點(diǎn)A帶動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)第一次平移，所述k同時(shí)是第k個(gè)理論點(diǎn)，k的取值范圍為[I，m]； 2)控制點(diǎn)A及η個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)均平移，所述為控制點(diǎn)A至第k個(gè)理論點(diǎn)的絕對(duì)距離，即控制點(diǎn)至理論點(diǎn)的實(shí)際距離，與坐標(biāo)無(wú)關(guān)，作第k次平移；3)d'mm =min[^] (k=l>2---m; i=l>2---n),所述4是第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和m個(gè)理論點(diǎn)距離的最小值(k=U2-m),即第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)至理論點(diǎn)的最短斜距，與求第i個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲線的最小距離等效，其中4為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和第k個(gè)理論點(diǎn)的絕對(duì)距離，與坐標(biāo)無(wú)關(guān)； 4)臟(i=l、2…n)，所述fA(k)為第k次平移后n個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)曲線的離差平方和； 5)當(dāng)k〈m時(shí)，k=k+l,即平移次數(shù)小于m次時(shí),均由控制點(diǎn)A帶動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)向下一個(gè)理論點(diǎn)平移，求得相應(yīng)的離差平方和，直到m次平移完成后，終止循環(huán)；每一次平移后求得的離差平方和fA(k) (k=l、2…m)均存儲(chǔ)在數(shù)列中； 6)循環(huán)終止，fA=min[fA(k)](1^=1、2夂111),得到控制點(diǎn)A帶動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平移m次的最小尚差平方和。
6.如權(quán)利要求3所述的基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:步驟B4中按對(duì)應(yīng)的平移量移動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即可完成配線，所述相應(yīng)的平移量，如果fA ( fB,貝U相應(yīng)的平移量為其中k為fA所對(duì)應(yīng)的第k次平移；如果fA>fB，則相應(yīng)的平移量為(A4，，其中k為fB所對(duì)應(yīng)的第k次平移，根據(jù)平移量得到最終配線位置。
7.如權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:所述步驟C中的水文地質(zhì)參數(shù)包括導(dǎo)水系數(shù)和貯水系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:導(dǎo)水系數(shù)和貯水系數(shù)的按如下方法計(jì)算: S=-Q-W{u)⑴ AnT 2 * r a,、 (J) ATt在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙下，Ku)，-1/U和S，-t/r2的曲線形態(tài)基本一致，當(dāng)配線完成后，在曲線上或曲線任取一匹配點(diǎn)，，記下匹配點(diǎn)的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值:W(u)，1/u, s和t/r2或t，代入(I)、(2)，分別計(jì)算有關(guān)參數(shù): ()* t(4)jl—口y I Ir" _ Ji —式中:W(u) —井函數(shù)；Q—抽水井流量，單位為m3/h ;T—導(dǎo)水系數(shù)，單位為m2/d —含水層的貯水系數(shù)；s—抽水影響范圍內(nèi)，任意一點(diǎn)任一時(shí)刻的水位降深，單位為m;t—自抽水開(kāi)始到計(jì)算時(shí)刻的時(shí)間，單位為min ；r一計(jì)算點(diǎn)到抽水井距離,單位為m。
9.如權(quán)利要求1或2所述的基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:所述步驟A抽水試驗(yàn)為在抽水孔周?chē)渲萌舾蓚€(gè)觀測(cè)孔，抽水過(guò)程中，保持抽水量固定而觀測(cè)地下水位變化的抽水試驗(yàn)。
10.如權(quán)利要求1或2所述的基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，其特征在于:所述步驟A抽水試驗(yàn)資料包括抽水井流量、觀測(cè)孔與抽水井的距離及觀測(cè)孔降深隨時(shí)間 的變化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于優(yōu)化控制點(diǎn)確定水文地質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)配線方法，包括如下步驟進(jìn)行承壓含水層非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，得試驗(yàn)資料；基于非穩(wěn)定流承壓含水層抽水試驗(yàn)資料，繪制實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與配線法標(biāo)準(zhǔn)曲線，給出通過(guò)基于優(yōu)化控制點(diǎn)的自動(dòng)配線法實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合；選取匹配點(diǎn)計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)。本發(fā)明提出的計(jì)算機(jī)自動(dòng)配線的新方法，人機(jī)交互簡(jiǎn)單，接近傳統(tǒng)配線法的基本操作模式；通過(guò)控制點(diǎn)帶動(dòng)所有實(shí)測(cè)點(diǎn)，可以大大減小沿標(biāo)準(zhǔn)曲線移動(dòng)的次數(shù)，相當(dāng)于尋找了一條最優(yōu)路徑移動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在保證精度的同時(shí)，縮短了后臺(tái)操作時(shí)間，提高了工作效率。
文檔編號(hào)G01V9/00GK103149600SQ20131004834
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者趙燕容, 朱旭芬, 張靜, 李志利, 李偉, 武立軍, 王璐佳 申請(qǐng)人:河海大學(xué)