一種基于電阻率勘探法的地下水脆弱性評價方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電阻率勘探法的地下水脆弱性評價方法,包括以下步驟：步驟一，根據(jù)待評價區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，制定一維及二維電阻率測定方案；步驟二，根據(jù)測定方案，采集待評價區(qū)的一維及二維視電阻率數(shù)據(jù)；步驟三，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，得到待評價區(qū)的真實(shí)電阻率分布及二維電阻率成像結(jié)果；步驟四，根據(jù)以上結(jié)果，提取待評價區(qū)脆弱性評價所需關(guān)鍵參數(shù)；步驟五，依據(jù)提取的參數(shù)，根據(jù)IEC計(jì)算公式，計(jì)算出待評價區(qū)的IEC值；步驟六，根據(jù)IEC值及其輻射范圍編制地下水脆弱等級圖，輸出脆弱性評價結(jié)果；本發(fā)明提出的方法得到的結(jié)果具有高分辨率、非侵入、低成本等特點(diǎn)。
【專利說明】
一種基于電阻率勘探法的地下水脆弱性評價方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種地下水脆弱性評價方法，具體是一種基于電阻率勘探法的地下水 脆弱性評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下水水資源是地球是重要的水源之一，是維持人類生活和生態(tài)環(huán)境不可或缺的 重要資源。近年來地下水資源的過度開采以及地下水污染已經(jīng)成為人類可持續(xù)發(fā)展的一個 限制性因素，地下水污染也是目前最常見的環(huán)境問題之一，地下水易受工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等 人類活動帶來的潛在污染，尤其是在大量使用化肥、農(nóng)藥的地區(qū)。因此，避免地下水超采，保 護(hù)地下水資源免受污染對于地下水資源規(guī)劃、管理及土地利用規(guī)劃等方面是非常重要的。 由于地下水監(jiān)測需要花費(fèi)大量的時間和費(fèi)用，因此，利用有限的數(shù)據(jù)來進(jìn)行地下水脆弱性 評價是保護(hù)地下水資源的一個有效方法。地下水脆弱性評價是根據(jù)某一地區(qū)的地下水比其 它地區(qū)更易受污染而進(jìn)行的，因此，地下水脆弱性評價一般包含了對污染物從地表通過包 氣帶向含水層迀移的判斷。脆弱性評價的成果一般為脆弱性圖，用于描述不同地區(qū)的脆弱 性程度。
[0003] 目前，一種整合了地球物理信息的含水層脆弱等級法(AVI)在國內(nèi)外地下水脆弱 性評價中取得了廣泛的應(yīng)用。該方法主要使用飽和含水層上方的沉積層厚度h除以該沉積 層的水力傳導(dǎo)率K從而獲得水力阻抗c來完成地下水脆弱性等級劃分。h通常通過研究區(qū)的 鉆孔資料來獲得，K是根據(jù)研究區(qū)的巖性特征來估算。水力阻抗表示污染進(jìn)入含水層的難易 程度，C值越小，受污染的風(fēng)險(xiǎn)越大。
[0004] 但是，由于含水層脆弱等級法(AVI)是一種基于研究區(qū)鉆孔資料的評價方法，主要 數(shù)據(jù)來源于研究區(qū)域內(nèi)的鉆孔及巖心資料，從而使得該技術(shù)具有較高的人力及財(cái)力成本， 且對研究區(qū)域具有一定的破壞性，另外，鉆孔資料往往是以點(diǎn)帶面，在各向異性較大的非均 值沉積層中，評價結(jié)果精度較低，應(yīng)用價值大打折扣。基于此，本發(fā)明提出的基于電阻率成 像技術(shù)的無損、低成本地下水脆弱評價方法具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于電阻率勘探法的地下水脆弱性評價方法，本發(fā)明 提出的方法得到的結(jié)果具有高分辨率、非侵入、低成本等特點(diǎn)，解決上述【背景技術(shù)】中提出的 問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于電阻率勘探法的地下水脆弱性評價方法，包括以下步驟:步驟一，根據(jù)待 評價區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，制定一維及二維電阻率測定方案;步驟二，根據(jù)測定方案，采集待 評價區(qū)的一維及二維視電阻率數(shù)據(jù);步驟三，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，得到待評價區(qū) 的真實(shí)電阻率分布及二維電阻率成像結(jié)果;步驟四，根據(jù)以上結(jié)果，提取待評價區(qū)脆弱性評 價所需關(guān)鍵參數(shù);步驟五，依據(jù)提取的參數(shù)，根據(jù)IEC計(jì)算公式，計(jì)算出待評價區(qū)的IEC值;步 驟六，根據(jù)IEC值及其輻射范圍編制地下水脆弱等級圖，輸出脆弱性評價結(jié)果。
[0008] 其中在所述的步驟一中，針對待評價區(qū)的特點(diǎn)，建立電阻率測量方案，分別使用一 維電阻率、二維電阻率成像測量設(shè)備進(jìn)行待評價區(qū)的視電阻率測量，獲得視電阻率數(shù)據(jù)；
[0009] 在所述的步驟二中，使用全局牛頓-高斯方程法對一維、二維電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演 計(jì)算，具體方程如下：
[0010]
⑴
[0011] 公式（1)中S為感度矩陣，d為觀測數(shù)據(jù)，P為模型的電阻率，G為正演算子，Rdd與Rmm 分別表示觀測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，Po為初始電阻率模型，A pk為第k此迭代后的 模擬電阻率；
[0012] 在所述的步驟三中，根據(jù)以上反演計(jì)算的結(jié)果，得到電阻率分布與二維電阻率成 像結(jié)果，分別提取出測量點(diǎn)含水層上方第i層沉積層電阻率Pi、含水層上方第i層沉積層厚 度hi，根據(jù)公式(2)
[關(guān)]
⑵
[0014] 在所述的步驟四和五中，計(jì)算出待評價區(qū)內(nèi)所有測量點(diǎn)的含水層上方每一層IEC 值，測量點(diǎn)含水層上方若有多個不同電阻率的沉積層時，取IEC值最大的一層作為該測量點(diǎn) 的評價參數(shù)；
[0015] 在所述的步驟四中，根據(jù)待評價區(qū)的實(shí)際需求，將IEC值分極(脆弱區(qū)、較脆弱區(qū)、 較安全區(qū)、安全區(qū)等），結(jié)合每一測量點(diǎn)的輻射范圍（極距*極距），即可得到待評價區(qū)的地下 水脆弱性評價結(jié)果空間分布圖。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果:本發(fā)明提出的方法得到的結(jié)果具有高分辨率、 非侵入、低成本等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的步驟圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合說明書附圖，將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯 然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí) 施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬 于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019] 請參見說明書附圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，一種基于電阻率勘探法的地下水脆弱性評 價方法，包括以下步驟:步驟一，根據(jù)待評價區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，制定一維及二維電阻率測 定方案;步驟二，根據(jù)測定方案，采集待評價區(qū)的一維及二維視電阻率數(shù)據(jù);步驟三，對采集 到的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，得到待評價區(qū)的真實(shí)電阻率分布及二維電阻率成像結(jié)果;步驟四， 根據(jù)以上結(jié)果，提取待評價區(qū)脆弱性評價所需關(guān)鍵參數(shù);步驟五，依據(jù)提取的參數(shù)，根據(jù)IEC 計(jì)算公式，計(jì)算出待評價區(qū)的IEC值;步驟六，根據(jù)IEC值及其福射范圍編制地下水脆弱等級 圖，輸出脆弱性評價結(jié)果；
[0020] 其中在所述的步驟一中，針對待評價區(qū)的特點(diǎn)，建立電阻率測量方案，分別使用一 維電阻率、二維電阻率成像測量設(shè)備進(jìn)行待評價區(qū)的視電阻率測量，獲得視電阻率數(shù)據(jù)；
[0021] 在所述的步驟二中，使用全局牛頓-高斯方程法對一維、二維電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演 計(jì)算，具體方程如下：
[0022]
(1)
[0023]公式（1)中s為感度矩陣，d為觀測數(shù)據(jù)，P為模型的電阻率，G為正演算子，Rdd與Rmm 分別表示觀測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，Po為初始電阻率模型，A pk為第k此迭代后的 模擬電阻率；
[0024] 在所述的步驟三中，根據(jù)以上反演計(jì)算的結(jié)果，得到電阻率分布與二維電阻率成 像結(jié)果，分別提取出測量點(diǎn)含水層上方第i層沉積層電阻率Pi、含水層上方第i層沉積層厚 度hi，根抿公忒
[0025] (2)
[0026] 在所述的步驟四和五中，計(jì)算出待評價區(qū)內(nèi)所有測量點(diǎn)的含水層上方每一層IEC 值，測量點(diǎn)含水層上方若有多個不同電阻率的沉積層時，取IEC值最大的一層作為該測量點(diǎn) 的評價參數(shù)；
[0027] 在所述的步驟四中，根據(jù)待評價區(qū)的實(shí)際需求，將IEC值分極(脆弱區(qū)、較脆弱區(qū)、 較安全區(qū)、安全區(qū)等），結(jié)合每一測量點(diǎn)的輻射范圍（極距*極距），即可得到待評價區(qū)的地下 水脆弱性評價結(jié)果空間分布圖。
[0028]實(shí)施例：選取江蘇省南京市具有鉆孔資料的一塊試驗(yàn)場地進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)場地面 積約25km2,測點(diǎn)數(shù)50個，每個相距100m，使用數(shù)字電法儀進(jìn)行ID視電阻率測定，測量采用對 稱四級裝置，
[0029] 測量時，可通過改變測量電極的距離來獲得不同深度的視電阻率值。同時，根據(jù)試 驗(yàn)的需要布置了相應(yīng)的5條二維電阻率測量剖面，每條剖面長320米，電極個數(shù)64個，電極極 距5m。依據(jù)公式（1)對測得的一維、二維視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代反演計(jì)算。根據(jù)ID視電阻率、 2D的視電阻率反演結(jié)果可以得到每個測點(diǎn)地下水含水層及其上方每一層沉積物的真實(shí)電 阻率值P以及對應(yīng)的沉積物的厚度h，再根據(jù)公式(2)計(jì)算出測點(diǎn)內(nèi)每一層的IEC值。選取IEC 值最大的一層作為評價層，并依據(jù)其深度確立其輻射的面積(極距*極距）。如此，計(jì)算出試 驗(yàn)區(qū)內(nèi)50個測點(diǎn)對應(yīng)的IEC值及輻射面積。為了保持整個區(qū)域IEC值的連續(xù)性，對于未包含 在測點(diǎn)輻射范圍的區(qū)域，需要進(jìn)行補(bǔ)測IEC值。將獲得的IEC值分級并與計(jì)算得到輻射的面 積結(jié)合即可獲得試驗(yàn)區(qū)的地下水脆弱評價結(jié)果空間分布圖。通過與基于鉆孔資料制作的地 下水脆弱性等級圖相比，基于本發(fā)明提出的方法得到的結(jié)果具有高分辨率、非侵入、低成本 等特點(diǎn)。
[0030] 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0031] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包 含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電阻率勘探法的地下水脆弱性評價方法，其特征在于:包括W下步驟:步驟 一，根據(jù)待評價區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，制定一維及二維電阻率測定方案;步驟二，根據(jù)測定方 案，采集待評價區(qū)的一維及二維視電阻率數(shù)據(jù);步驟Ξ，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，得 到待評價區(qū)的真實(shí)電阻率分布及二維電阻率成像結(jié)果;步驟四，根據(jù)W上結(jié)果，提取待評價 區(qū)脆弱性評價所需關(guān)鍵參數(shù);步驟五，依據(jù)提取的參數(shù)，根據(jù)IEC計(jì)算公式，計(jì)算出待評價區(qū) 的IEC值;步驟六，根據(jù)IEC值及其福射范圍編制地下水脆弱等級圖，輸出脆弱性評價結(jié)果； 其中在所述的步驟一中，針對待評價區(qū)的特點(diǎn)，建立電阻率測量方案，分別使用一維電 阻率、二維電阻率成像測量設(shè)備進(jìn)行待評價區(qū)的視電阻率測量，獲得視電阻率數(shù)據(jù)； 在所述的步驟二中，使用全局牛頓-高斯方程法對一維、二維電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì) 算，具體方程如下：公式(1)中S為感度矩陣，d為觀測數(shù)據(jù)，P為模型的電阻率，G為正演算子，Rdd與R?分別表 示觀測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，P0為初始電阻率模型，A Pk為第k此迭代后的模擬電 阻率； 在所述的步驟Ξ中，根據(jù)W上反演計(jì)算的結(jié)果，得到電阻率分布與二維電阻率成像結(jié) 果，分別提取出測量點(diǎn)含水層上方第i層沉積層電阻率Pi、含水層上方第i層沉積層厚度hi， 根據(jù)公式(2)(2) 在所述的步驟四和五中，計(jì)算出待評價區(qū)內(nèi)所有測量點(diǎn)的含水層上方每一層IEC值，測 量點(diǎn)含水層上方若有多個不同電阻率的沉積層時，取IEC值最大的一層作為該測量點(diǎn)的評 價參數(shù)； 在所述的步驟四中，根據(jù)待評價區(qū)的實(shí)際需求，將IEC值分極，結(jié)合每一測量點(diǎn)的福射 范圍，即可得到待評價區(qū)的地下水脆弱性評價結(jié)果空間分布圖。
【文檔編號】G01N27/04GK105938204SQ201610512180
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】盧德寶, 王鳳, 王蕙, 陳曉東, 歐劍
【申請人】浙江水利水電學(xué)院