人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在物探方法預(yù)測含水層含水量中的應(yīng)用.pdf

1、據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,新中國成立以來,我國地下水資源開發(fā)利用量迅速增加。20世紀(jì)50年代只有零星開采,70年代增加到每年570億立方米,80年代增加到每年750億立方米,目前地下水開采已超過每年1000億立方米,約占全國總供水量的1/5,全國地下水開采利用潛力很大。但長期以來,地下水資源量評價使用費工費時費錢的大型抽水試驗方法,其存在的問題有:一是長時間大量抽取地下水造成寶貴的地下水浪費;二是工作成本高、效率低。然而隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,當(dāng)前的物

2、探技術(shù)已發(fā)展到足以適應(yīng)水文勘探的要求,為了改變傳統(tǒng)的對地下水含量進(jìn)行預(yù)測的方法,利用綜合物探技術(shù)預(yù)測含水層含水量可以避免上述問題,為開展水資源評價提供一種新的技術(shù)手段。
　　目前雖然利用物探方法進(jìn)行地下含水量預(yù)測已經(jīng)進(jìn)行了多年的研究,如1992年河北物探隊?wèi)?yīng)用頻率測深技術(shù)在也門共和國北部三省戈壁區(qū)找水打井項目,找到侏羅系生物灰?guī)r裂隙含水構(gòu)造,成井后日出水量400t;另一高產(chǎn)自流井深300m,涌水量日達(dá)1100t。再如地礦部水文地質(zhì)

3、工程地質(zhì)技術(shù)方法研究所1991年在尼日利亞,進(jìn)行物探找水工作,定井位成功率也很高。還有河北水文隊在索馬里援外打井工作中為城鎮(zhèn)打供水井,物探定井準(zhǔn)確率也非常高;即便在地質(zhì)條件非常復(fù)雜的牧區(qū),成井率也達(dá)到了令人滿意的結(jié)果。種種物探找水的實例說明,將物探方法用于水文地質(zhì)找水工作已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)一致的認(rèn)同,但依然擺脫不了大量的打井進(jìn)行抽水試驗的困擾。該研究課題就是為解決一直伴隨著水文物探工作的傳統(tǒng)的抽水試驗方法費水、費時、費力等難題,盡量做到少打井

4、就可以解決地下水資源的評價問題[1][10]。
　　傳統(tǒng)的水文水資源預(yù)測工作主要以線性回歸分析、先知型函數(shù)的非線性分析等等算法的模型為主,這些模型的結(jié)構(gòu)過于簡單并難逃經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)的范疇,依賴于大數(shù)量的樣本,使得預(yù)測精度難以保證。而以非線性預(yù)測為主的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在地質(zhì)建模應(yīng)用中的發(fā)展已經(jīng)較為成熟,但將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于第四紀(jì)水資源評價工作在其應(yīng)用領(lǐng)域尚屬空白。因此本課題通過對第四系松散地層孔隙含水層巖性特征、水文地質(zhì)條件的分析,開展地面

5、物探技術(shù)查明含水層結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)參數(shù)的分布狀況的新技術(shù)新方法研究,建立水文物探綜合方法的優(yōu)化模式;為克服現(xiàn)有基于地球物理參數(shù)的含水量預(yù)測模型不足,即:①利用線性模型代替客觀的非線性關(guān)系,②僅限于先知函數(shù)類型的非線性模型,③建立在統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)上,具有對大樣本統(tǒng)計的依賴性。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)技術(shù)對物探方法所探得的一些地球物理參數(shù)進(jìn)行分析,并建立非線性BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)含水層含水量預(yù)測模型,該模型具有很好的自適應(yīng)性,顯示出較強地推廣能力,最終

6、成立一套較為系統(tǒng)的孔隙含水層含水量預(yù)測的綜合物探技術(shù)方法體系,為地下水資源評價提供一種新型實用技術(shù)[1][3]。
　　本研究課題主要的成果為采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),利用若干已知抽水試驗井旁的物探測試數(shù)據(jù),以地下含水層的地球物理參數(shù)與單孔單位涌水量組成建模訓(xùn)練樣本集,建立誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)(Back-PropagationNetwork,簡稱BP網(wǎng)絡(luò))預(yù)測模型,用于未知地區(qū)物探方法進(jìn)行地下含水量預(yù)測,這將是對傳統(tǒng)含水量預(yù)測法的一大改進(jìn)。

7、r>　　本課題研究依托國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目“含水層含水量預(yù)測綜合物探技術(shù)研究”,在收集大量前人有關(guān)建立水模型預(yù)測水文參數(shù)研究工作資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行物探方法優(yōu)化組合分析、相關(guān)參數(shù)研究工作。采用的技術(shù)路線為:首先進(jìn)行物探工作獲取相應(yīng)的物探數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選整理;然后從中選出合適的參量作為模型輸入量,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立地下含水層含水量預(yù)測模型;最后利用部分已知區(qū)測試樣本對所建立的預(yù)測模型進(jìn)行推廣能力的測試,以便選出最佳模型。將最終預(yù)測模

8、型用于未知區(qū)的含水層含水量預(yù)測,對所建立模型做出推廣能力的性能評價。課題研究取得的成果有二:其一,對各種物探方法進(jìn)行了可行性研究并最終總結(jié)出行之有效的物探方法組合模式;其二,建立了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的含水層含水量的非線性預(yù)測模型。
　　本研究課題創(chuàng)新之處為:①建立了利用綜合物探方法進(jìn)行水文地質(zhì)勘探工作的優(yōu)化模式;②利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了非先知條件下的非線性預(yù)測模型,與以往預(yù)測模型相比提高了準(zhǔn)確度和推廣能力,克服了對大樣本統(tǒng)計的依