伪随机流拟合法的基本原理与特点

  伪随机流拟合法是中国工程院何继善院士为探测堤坝管涌漏入水口而提出的一种特殊的电法探测方法。

  伪随机流场拟合法基本原理

  在没有管涌渗漏情况下，正常流速场分布类似于均匀半空间中的均匀电流场。当存在    管涌、渗漏时，将出现两方面的异常情况：

  1)在正常流速场基础上，出现了由于渗漏造成的异常流速场，异常流速场的重要特    征是水流速度矢量指向管涌渗漏的入水口。理论分析表明，在一定条件下，异常流速场满足的数学物理方程及边界条件与稳定电流场满足的数学物理方程及边界条件相同，因此场的分布也服从类似的规律。

  2)由于渗漏的出现，必然存在从迎水面向背水面的渗漏通道。管涌时，通道更为明显。

  根据上述物理事实，将一个电极置于背水面的出（渗）水点（区），另一个电极置于水体中，且距离出（渗）水点（区）相当远，以保证测量区域的电流场不受其影响。在水底附近测量三分量（矢量）的电流密度或垂直（标量）电流密度分布，并根据电流场异常情况判断管涌渗漏的入水口（区）。由于是用电流密度场拟合管涌渗漏造成的异常流速场分布，因此该方法被称为伪随机流场拟合法。

  “伪随机信号”有很多种，各有不同的用途。但他们都有类似的特征，即在较短时间内，它们的波形是没有规律的，类似随机信号。但在较长时间内，波形具有周期性，且频谱成分丰富。伪随机流场拟合法是伪随机信号电磁法的一种，是指将不同频率的方波电流波形合成为伪随机电流后向地下供电，接收机则同时接收这些频率经大地后的响应并将其分离，因此，一次供电，便可以完成频谱测量。这样的伪随机电流波形具有如下特点：

  1)不同频率的方波电流合成后的伪随机电流波形虽形似随机信号，但必须具有周期性，因而可以重复产生。

  2)伪随机电流波形中的主频率的频比是固定的，可以取2，称为2n系列伪随机信号，因此主频率在对数坐标上基本均匀分布，符合电磁勘探的要求。

  3)主频率的振幅要基本相等，保证各个频率的响应具有相同的信噪比，相对观测精度高。

  4)能量要大部分集中在主频率上，从而提高电源利用率，使仪器装备轻便化。

  5)伪随机电流要易于大功率产生和控制，从而方便应用，这要求各个主频率的初始相位关系要简单。

  伪随机流场拟合法基本特点

  1)解释参数为电流密度，而不是传统电法勘探的视电阻率等。由于一般局部水体的电导率非常稳定，因此不存在电导率非均匀性的影响。

  2)灵敏度高。由于测量电流密度的灵敏度比直接测量流速的灵敏度高几个量级，伪随机流场拟合法对微弱的渗漏也有明显的异常显示。

  3)分辨率高。在水底附近测量，探头靠近入水口，极大避免了一般电法勘探中的探测深度与分辨率的矛盾。

  4)测量速度快。在水体中不仅可以逐点观测，也可以随船拖曳测量。