DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 我国资源辽阔，负荷量大且分布广泛，电力系统的运行模式为层层降压运行送电，电压等级越高传输距离越远，故从经济送电的角度应采用高压远送到达位于电力系统末端、规模最大的配电网络。但是中低压公共配电系统的电压等级比较单一，中压配电网一般采用10 kV供电；而在低压配电网仅采用0.4 kV电压等级直配电方式 [ 1 ] ，对1~6这一中间电压等级鲜少有人合理运用。根据配电设计规范要求 [ 2 ] [ 3 ] ，用电设备总容量低于250 kW或变压器容量低于160 kVA的距离在400 m至20 km之间的远距离负荷在低压直配电方式情况下线损较大，电压合格率、电能质量、供电可靠性无法保证，可能出现设备不能工作在额定电压甚至无法运行的情况。 为解决这个矛盾文献 [ 4 ] 提出了基于两级变压模式的配电电压选择方式，通过在10 kV出线处采用三绕组变压器，增设一个高于0.4 kV的补充电压层级U m ，形成对近距离负荷和远距离分散负荷分电压供电的双电压配电模式，可有效降低原直配电方式下的线损，保障电能质量。但该研究未考虑具有季节性特点负荷的选择方案，也未分析负荷密度不均时候的情形。根据文献 [ 5 ] [ 6 ] ，负荷密度也可用电量密度和电能密度来表征，文献 [ 7 ] 采用了基于负荷特性指标降维聚类研究负荷密度分布，研究供电半径圆覆盖范围内的不同负荷密度与不同负荷的特性是有必要的。 常见于农村和小城镇低压配电台区以及煤矿、石化工业供配电系统的“星云状”和“卫星状”负荷 [ 8 ] 分布形式具有不同于负荷密度大的城市中心区域的负荷特性，其季节性、地区性、利用小时少、负荷密度与功率因数低均为潜在损失因子，很可能会影响两级变压模式下的降损结果，从而影响其经济性。本文主要针对含季节性负荷的配电台区，提出一种分季节考虑直配电方式与10/1/0.4 kV两级变压配电方式损耗情况的配电规划方案。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 由于季节性负荷在不同时期最优降损方式不一致，故考虑负荷特性很有必要。本文针对待规划的配电台区中含有季节性负荷的情况，计及负荷特性进行双电压配电网的损耗计算，通过算例将采用0.4 kV直配电方式以及10/1/0.4 kV两级变压模式配电时的损耗进行了计算比较，说明了两级变压配电方式有助于降低网损。通过合理配电方式的选择，采用10/1/0.4 kV两级变压配电相较于传统的0.4 kV直配电方式更能降低配电台区的总体损耗，契合我国节能的目标，但具体的经济性问题后续将进一步深研。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 随着电力系统大数据时代的到来，因此对电力负荷量测数据进行聚类分析显得尤为重要，它是我们整个电力系统电力建模，需求侧管理，乃至整体规划等工作的基石，对电力系统安全，经济，稳定运行具有重大意义。对电力负荷的聚类分析，可以精确的提炼出负荷的共性以及差别。对用户侧的负荷聚类分析可以提取出用户的用电习惯及用电模式，精确把握用户用电规律，从而优化电力调度，调控整个电网的运行。作为本文的主要工作，首先对复杂高维的原始样本数据进行降维处理，然后进行聚类分析，通过对比常用的几种聚类算法结果，选择较优算法对用户用电负荷属性进行分类。 关键词 :大数据，用户负荷，降维处理，聚类算法 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 基于实际电网模型进行的电力系统仿真分析，经过对在提前设定的时间内对电力系统的特性以及行为进行研究，它是电力系统分析、决策、控制等相关内容的基础，并成为整个电力系统规划、运行及分析的重要工具。提高电力系统负荷的聚类分析准确性，我们可以深度挖掘出更多的负荷特性，针对用电侧用户的聚类分析可以挖掘出用户负荷的电力负荷模型，掌握用户的用电习惯，进一步对评估电力市场工序，指导上网电价制定具有重要意义。本文重点是根据用户在实际用电规律中对用电用户属性进行分类，结果得出，有些用户虽然隶属同一行业或相近行业，但用电负荷特存在很大差异，相反，不同行业的用户用电负荷特性往往存在高度相似性 [ 1 ] 。因此，倘若分类结果不准确，结果导致电力市场决策和需求侧评估的偏差。 聚类算法之所以受到研究学者的广泛关注，是因为现实生活中的数据集大多都是没有标记的数据。其中，比较著名的算法有基于划分的k-means算法、基于层次的CURE算法、基于模型的COBWEB算法、基于密度的DBSCAN算法、基于网格的STING算法 [ 2 ] 。k-means属于划分聚类算法，Wang [ 3 ] 等人通过引入蝙蝠算法(Bat)和模拟退火算法来改进k-means算法；Alsayat [ 4 ] 等人将遗传算法和簇间距离(OCD)引入到k-means算法中，优化和实现了社会媒体数据的实时聚类，准确地区分了不同类型的用户；Meng [ 5 ] 等人提出了一种基于噪声数据滤波和新的相似性距离度量公式，提高了稳定性。 用户负荷聚类方面，李志勇等人 [ 6 ] 基于自组织映射神经网络对用户负荷数据进行聚类处理，可视化程度较高；Jungsuk Kwac [ 7 ] 提出了基于自适应K均值等算法对住宅用户负荷进行聚类的方法；G Chicco [ 8 ] 等人基于蚁群和支持向量机算法提出了改进的用户负荷聚类算法；Albert等人 [ 9 ] 首先建立回归模型，然后使用HMM计算一系列参数，然后通过谱聚类方法对用户负荷进行聚类分析处理。
system: [SYSTEM]

user: 2. 负荷聚类基础理论 2.1. 聚类分析理论 2.1.1. 定义和过程 聚类分析，是将N个数据对象集合按照某种相似度规则划分为K个子集的过程，同时保证同一个子集中数据对象相似，不同子集中数据对象相异。聚类算法的数学表述形式为：若给定样本数据集合为A，集合B定义为A的一个非空子集，即： (2-1) (2-2) (2-3) 聚类实现的过程主要是探索性地挖掘有价值的数据间内在联系。 2.1.2. 性能要求 聚类算法也许是数据挖掘中“新算法”出现最多、最快的领域，拥有如下典型要求： 1) 可伸缩性。 2) 处理多样化属性值。 3) 可以发现任何簇。 4) 输入参数的限制。 5) 抗噪能力。 6) 处理高维数据的能力。 7) 聚类评价。 2.1.3. 常见聚类算法 总的来说，聚类算法分为五类：层次方法、划分方法、网络方法、密度方法、模型方法，如下图1所示。 2.2. 两种聚类算法 2.2.1. k-means算法 k-means [ 10 ] 是一种无监督式学习算法，它是将M个数据集合按照某种特征划分为N个子集的过程。其基本原理如下：首先通过经典的统计学分析方法选取合适的聚类数目K；然后随机地选取K个初始值聚类中心，计算所有数据对象和K个聚类中心的距离，将其划分到就近的类中；接下来分别各个类中所 图1. 常用聚类算法 有数据点的平均值作为新的聚类中心，通过迭代的运算方式，重复计算数据点到聚类中心的距离；最后直到聚类中心不再改变或者准则函数收敛到某一个确定的值，算法迭代结束。k-means算法流程如图2所示。 k-means算法的优点包括适合发现球状簇，聚类准确高，运行时间快。 2.2.2. DBSCAN算法 DBSCAN [ 11 ] 是一种基于密度的聚类算法，是通过观察点的密度来识别不同的类别。一般在密度点比较高的区域会存在一个簇，而在低密度的区域也表示了噪声数据或者数据的离群值，它可以在高密度集群和噪声的数据库中发现任意形状的簇。DBSCAN总共需要两个参数：一个是邻域半径Eps，一个是MinPts，邻域半径的选择决定了聚类结果的好坏，如果邻域设置太大，会将异常值归到类别中，如果邻域设置太小，会将同一个类中的数据对象划分到别的类中。而同样MinPts如果选择太大，会导致样本点比较少的类消失，如果选择太小，就会导致一个类被划分到别的类中。其相关定义如下： 1) 邻域e：给定对象半径e内的区域称为该对象的e邻域。 2) 核心对象：假如给定对象e邻域内的样本点数大于等于MinPts，则称该对象为核心对象。 3) 直接密度可达：给定对象集合D，如果p在q的e邻域内，且q是一个核心对象，则规定对象p从对象q出发是直接密度可达的。 4) 密度可达：对于样本集合D，假如存在对象链 ，则 是从 关于e和MinPts直接密度可达，则可以得出对象p是从对象q关于e和MinPts密度可达的。 DBSCAN算法对异常值不敏感，可以发现任意形状的簇，还可以识别出异常噪声点。但是需要设置邻域半径e和MinPts两个参数，其主要的缺点有如下几个方面： 图2. 算法流程图 1) 时间复杂度。DBSCAN的时间复杂度高，在面对高维数据集时显得异常困难。 2) 邻域半径Eps和MinPts的选取。对于在一个类中的所有点，这些点的第k个最近邻大概距离是相同的，所以要保证噪声点的第k个最近邻的距离较远，然后依据每个点和它的第k个最近邻之间的距离来选定。 3) 当空间聚类的密度不均匀时，聚类质量较差。某些簇内距离很小，相反某些些簇内距离很大，但Eps是可以确定的，那么大的点可能被误判为边界点或离群点，如果Eps过大，会导致小距离的簇内含有一部分便捷点或离群点。 2.2.3. 两种算法比较 综上所述，表1比较了本章中两种不同的聚类算法的性能。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 本文的研究对象为某一地区的用户用电负荷数据，通过对样本数据进行聚类分析等初步研究，证明了所提方法的可行性和有效性。不过在聚类算法的研究和应用拓展方面仍然有较大的提升空间，总结为以下三点： 1) 在当今信息化和智能化时代，数据无时无刻都在产生，当我们面临海量数据进行进行聚类分析时，使用的主流工具依然是Hadoop等大数据平台，而没有从聚类算法本身进行改进和推广，比如在聚类分析 图14. 平稳型用户中心负荷曲线 图15. 平稳型用户聚类中心包络图 之前对样本数据的预处理以及降维处理，都是非常重要的，所以我们需要进一步的研究相关的数据挖掘算法以及聚类方法，以缩短运行时间，提高计算效率以及准确度。 2) 在用户电力负荷研究方面，应用聚类分析方法对电力用户的构成进行分析，但是负荷建模以及负荷预测等方面的精确度还有待提升。 3) 负荷聚类算法的改进方面，本质上来讲，聚类算法是一个优化的过程，聚类算法求解的过程是经过多次迭代，所以其全局收敛性不能得到精确的把握；一些算法可能取得的聚类效果较好，但是所需参数会过多，计算时间过长，从而拉低了运算效率，面对实际问题时可用价值不高。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 在南海西部深水区的钻探阶段，钻井工程与地层评价主要面临着如何在强噪音、深水疏松地层中实时获得高品质的全波列信息，以及应用实时随钻声波数据提高层位与压力预测精度这两个挑战。利用最新一代的随钻四极子声波技术能够获取高质量的实时全波列数据，对初始的岩石力学模型进行刻度从而进行实时压力监测与井眼稳定性分析。本文对在南海西部陵水区块服务的新一代随钻四极子声波数据质量、影响实时数据质量的钻井环境及计算方法进行了分析，结果表明，随钻四极子声波技术的应用提高了钻井作业的安全系数，优化了经济效益，在油田勘探中具有较强的应用价值。 关键词 :随钻声波，实时数据，钻井风险，中国南海 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 由于复杂的沉积环境及地质构造，南海西部深水地层孔隙压力和地层破裂压力相差不大，导致安全钻井的钻井液比重窗口偏窄，进而导致各种各样的钻井风险。为了更好的降低钻井风险，可以利用钻井过程中或已钻井的声波数据计算安全钻井的钻井液比重窗口，进而评估钻井风险 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。 电缆声波测井技术的不足之处主要体现在：1) 测井作业滞后于钻井，一般是在地层钻开后数天甚至数周才进行电缆测井；若是停止钻井来进行测井则会大大增加成本，尤其是深水钻井作业，单日作业综合费用一般都在一百万美元左右。2) 声波资料受到井筒条件和复杂环境的影响，如钻井液侵入和井壁不规则会导致测量误差，往往是完钻时间越长情况越严重。3) 对于很多应用，包括孔隙压力预测和井筒稳定性分析，需要在钻井过程中采集数据，并尽早使用这些数据，才能体现这些数据的价值，而电缆声波测井数据只能用于钻后评价，对钻井实时评价作用甚微。近几年随着随钻测井技术的快速发展，在钻井过程中可以采集越来越多的随钻测井数据，特别是在高风险的钻井项目中，实时数据有助于实现实时储层评价和决策，从而降低钻井风险。 常规随钻声波测井技术由于受到钻杆挠曲波的干扰导致无法准确识别地层横波，而新一代随钻四极子声波测井技术克服了钻杆挠曲波的干扰，能获得所有类型地层的全波列资料，这一点用单极子与偶极子声源无法做到，获取的实时声波数据质量优良，为实时评价提供坚实的基础，包括实时井震标定优化套管下深、实时孔隙压力监测及井壁稳定性分析等。目前国内对于随钻四极子声波测井技术还处于研发阶段，国外的一些大型石油服务公司相继推出了随钻四极子声波测井仪器，如贝克休斯公司的Sound Trak仪器，哈里伯顿公司的QBAT仪器，斯伦贝谢公司的Sonic Scope仪器；随钻四极子声波测井技术目前在国内外石油天然气钻探领域已经广泛应用，在国内主要应用于海上钻探 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。本文重点介绍了新一代随钻四极子声波测井工具Sonic Scope的设计和算法，以及几个探井应用实例的展示。
system: [SYSTEM]

user: 2. 技术介绍 2.1. 仪器基本结构与技术参数 Sonic Scope随钻声波测井仪器能在不同模式下采集井下资料。它提供的成果取决于采集的资料类型和处理方式，但不同专业的数据应用人员，包括钻井工程师、地球物理工程师、地质师、油藏工程师和完井工程师都能使用该仪器提供的信息。该仪器采用功能强大的宽带发射器，并在井筒内以单极子和四极子两种模式激发声波，频率范围从1 kHz到20 kHz，四极子模式下记录数据频率最低为2 kHz。在仪器外侧的保护槽内有48个声波接收器用于采集单极子和四极子模式声波数据，彼此间隔4英寸，保护槽之间以90˚角分开(如图1所示)。接收器排列成四个阵列，每排阵列包含12个数字转换器，每个转换器对应一个传感器，因此可以提供12个轴向和4个方位的测量值。通过优化发射器到接收器之间的距离，使信噪比达到最大。SonicScope测井仪器最高工作温度150˚C，最高工作压力173 MPa，配置了2 GB的存储器，即使记录速度达到每秒一次，也能保证存储所有测量模式下记录的数据。 目前SonicScope测井仪器有三种尺寸，直径分别为4-3/4英寸、6-3/4英寸和8-1/4英寸，以满足不同尺寸井眼。SonicScope测井仪器通常在现场进行编程，记录高频单极子资料以获得快地层的纵波和横波时差数据，记录低频单极子资料和四极子资料，分别用于获得慢地层的斯通利波和横波时差数据。通过声波频散分析(采用反演算法使记录结果与模拟响应达到最佳拟合)，能提取到低于2000微秒/米(600微秒/英尺)的横波时差值。SonicScope测井仪器与其他MWD和LWD测井仪器完全兼容。 2.2. 关键性处理技术特点 首先，Sonic Scope测井仪器采用宽频多极子发射器和接收器，频率范围从1 kHz到20 kHz，工具能够记录更多低频信息。接收器安装在工具本体的外围，这使得接收器更靠近地层，从而记录到高信噪比的优质数据。接收器间距为4英寸，是目前业界最小的，避免了接收间距过大产生假频信号，也有助于提供更高质量更精确的声波时差数据。 图1. SonicScope测井仪器示意图 其次，噪音衰减部分是该仪器重要的一个机械设计，它能够更好的衰减直接沿钻铤传播到接收器的直达波噪音 [ 8 ] 。此外，软件方面通过有限差分模拟算法，进一步减弱钻铤直达波噪音，从而记录更高质量的纵波、横波及斯通利波等信息。仪器在井下实时计算也采用有限差分模拟算法去除钻铤直达波，并且不影响数据质量，从而提供更准确的实时信息。 第三，声波工具的居中性对于提供更纯净的激发模式以及高质量的数据至关重要。新一代随钻声波仪器采用两个斜刀翼扶正器螺旋固定在仪器上下两端，以保证工具的居中性，同时这种设计提供了更大的过流面积，有助于提高井眼清洁。 最后，仪器本身具有“自诊”能力和强大的井下计算能力，从而使得井下仪器实时计算的数据质量远远高于老一代随钻声波仪器。48个接收器中每一个接收器都有一个内置的信号测试装置，自动探测该接收器是否工作正常。仪器会对工作不正常和失效信号进行快速分析，并且自动设置对失效信号进行补偿，从而保证高质量的实时数据。强大的处理能力能够使该仪器进行模态分解以保证记录数据之前各个测量模式的纯粹性，同时对数据进行叠加最后得到实时处理的声波数据 [ 9 ] [ 10 ] 。 图2是新一代随钻声波测井仪器采集的实时和内存数据处理结果对比图(最后一道)，二者匹配良好，证明在钻井过程中钻具粘卡很严重的环境下仍然获得了高质量的实时数据。高质量的随钻声波实时数据极大的扩展了声波资料的用途，尤其是在降低钻井风险方面。 图2. 高质量的实时和内存声波数据
system: [SYSTEM]

user: 3. 南海深水区应用实例分析 到目前为止，Sonic Scope随钻声波测井仪器在南海西部深水几口井中进行了数据采集。其独特的设计和先进的井下模拟处理能力使之能够提供多种测量模式，从而保障获取高质量的纵波数据，同时无论地层快慢都能获取连续的横波数据，证明Sonic Scope仪器充分适用于中国南海深水区高挑战性地层的测量。从实时数据和内存处理数据比较来看，新一代随钻声波测井仪器提供的实时数据质量可靠，与内存处理数据的吻合很好。图3所示的是中国南海深水区LSXX井中声波实时数据和内存处理数据对比 [ 11 ] ，可见二者非常吻合。通过几口井的跟踪对比，证明新一代随钻声波测井仪器提供的实时数据质量是可靠的，结合其他测量资料如地层密度等，声波测井数据可广泛应用于钻井、地层评价、完井等领域，包括实时井震标定、优化套管程序、岩石力学分析、固井质量评价、孔隙度与含气饱和度计算及渗透率反演等应用，下面列举了几个应用案例。 3.1. 克服慢地层对气层识别影响 在中国南海深水区地层速度相对较慢，尤其是慢速地层储层含气的情况下，发射信号的频率经过地 图3. 实时和内存声波数据对比 层滤波，频带变得更低，在这种情况下，泄漏模式纵波处理是必不可少的。泄漏模式纵波处理需要足够多的低频信息从而得到一个稳定、可靠的结果，处理过程需要复杂的参数以及对参数多次调试，因此在实时测量情况下井下随钻声波测井仪器很难提供有效的结果。图4是在慢速地层含气情况下采集的数据实例，气层段的地层时差是利用泄漏模式纵波处理得到的。可以明显的看到常规处理(左图)和泄漏模式纵波处理结果(中间图)的差异。 3.2. 实时井震标定和钻前深度预测 实时声波数据最普遍的一个应用就是计算合成地震记录、在钻井过程中及时准确标定钻头在地震剖面上的位置，优化下套管的位置。合成地震记录是利用实时声波数据和密度数据综合计算得到的。通过合成地震记录跟地面地震数据对比标定，识别地质层位并分析其和地面地震的相关性。这个技术能够帮助预测钻头前方目的层的深度位置。 利用声波数据进行实时井震标定和预测钻头前方目标体深度位置的方法原理简单易行，但是对实时声波数据质量要求很高，同时要了解钻井区块的地质背景。首先要对声波数据和地面地震数据进行层位解释，建立初始的速度模型以便进行钻头前方目标体的深度预测。接下来，利用实时的声波数据计算反射系数，并与子波褶积合成地震记录。然后利用合成地震记录跟地面地震进行相关性分析，标定当前钻头的位置。由于利用地面地震速度建立的速度模型具有不确定性，合成地震记录和地面地震不可避免的存在差异。调整实时声波数据保证与地面地震资料的匹配，从而更新已钻地层的初始速度模型并保持未钻地层的初始速度模型。利用更新后的速度模型标定钻头在地面地震上的位置并预测钻头前方的地质体深度。 图5是利用声波测量成功确定12-1/4英寸井眼下套管位置的实例，其目的是将9-5/8英寸套管下深尽可能靠近储层上部但不能钻开储层。根据钻前设计，计划下套管位置在斜深3175 m (垂深2750 m)。利 图4. 气层段声波资料常规处理和泄漏模式纵波处理结果对比 图5. 利用基于随钻四极子声波数据的井震标定结果优化套管下深 用该井采集的随钻测井实时声波数据，通过标定合成地震记录和地面地震剖面，建立了时间域和深度域之间的关系。在浅层可以看到少许的差异，但是随着深度增加差异越来越大。利用实时标定得到的时深曲线进一步优化9-5/8英寸套管位置，最终下至斜深2978 m，比设计位置浅了约200 m。图5所示的是钻前模型和更新模型后套管下放位置的预测深度。后续电缆VSP测井的标定结果进一步证实了套管下放位置的准确性，如图6所示。 3.3. 随钻压力监测 陵水XX气田第一口井钻前模型存在很大的不确定性，需要在随钻过程中利用随钻声波数据结合电阻率、伽马、密度以及地漏测试、录井等数据，实时计算监测孔隙压力和破裂压力。其中以随钻声波数据为主，因为声波对压力的变化较其他数据诸如电阻率等更为敏感，受其它因素如温度、地层水矿化度等影响较小，能更准确地对地层压力进行监测。 在钻井过程中，随钻压力监测进行24小时的全程跟踪。作业支持中心接收井场的随钻声波数据，实时监测井下压力并反馈回钻井现场。在实时监测井段上部，每30米报告一次孔隙压力和破裂压力；在井段中部和接近储层段时，频率加密到每10米、5米汇报一次；在储层中每3米汇报一次。通过随钻压力监测，现场钻井作业部门获得准确的井下压力数据，为该井的安全完钻提供了技术保障。 图7为陵水XX气田1井实际作业过程中应用的最终孔隙压力监测模型，表1为随钻监测地层孔隙压力系数与实测结果对比。钻前预测与随钻监测结果存在一定的偏差。这种偏差尤其在勘探新区的预探井中更为突出，所以利用随钻压力监测数据可以有效地减小预测不确定性。实时孔隙压力监测结果与钻 图6. 基于电缆VSP测井数据与随钻实时声波数据的地层标定结果一致 Table 1 The contrast of the real-time monitoring pore pressure and the direct pore pressure measurement result 地层层位 随钻监测结果 电缆地层测试结果 误差 备注 黄流组I段上 1.24 1.20 相差0.04 含气影响计算孔隙压力略高 黄流组I段下 1.22 1.20 相差0.02 含气影响计算孔隙压力略高 黄流组II段 1.19 1.19 符合 黄流组III段 1.20 未测 - 黄流组IV段 1.19 1.18 相差0.01 表1. 随钻监测地层孔隙压力系数与实测结果对比 开砂岩段的孔隙压力实测结果相比，二者吻合很好，因此利用实时声波数据监测的孔隙压力结果完全能够用于指导实时钻井决策。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论与认识 在南海西部深水区陵水XX气田的钻探阶段，随钻多极子声波测井技术的应用实现了实时获取各种钻井环境与地层类型下的高质量全波列资料，实现了实时井震标定、优化套管程序、随钻孔隙压力和破裂压力的实时监测，拓宽了声波测井资料的应用范围，降低钻井风险，节约平台占用时间，优化了经济 图7. 实际作业过程中应用的最终孔隙压力监测模型 效益，同时也对进一步开展声波实时数据的更多高级应用提供了基础。 1) 将实时声波测井资料综合应用到钻井、完井和评价流程中可以大大增加随钻声波测井技术的实用价值。可以实时进行岩石力学分析，优化钻井液密度选择和洗井程序，避免和减少井下复杂情况的发生；同时，有助于优化井身结构和套管下放位置，节约钻井成本。 2) 时效性是深水钻探的关键之一。通过运用随钻多极子声波测井技术，可以减少电缆声波测井时间，规避电缆测井带来的作业风险，从而优化整体勘探经济效益。 3) 通过在陵水XX气田运用基于随钻四极子声波数据的实时压力监测技术，确保多口探井顺利完成，建立了适应本区块的压力模型和方法参数，为后续开发提供技术支持，证明了随钻四级子声波测井技术作为新技术在深水区应用的可靠性。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 本文概述了聊城市地热资源，对聊城市地热资源的开发与保护现状进行了总结，指出了地热资源在开发利用中存在的问题，并对地热开采引起的水土污染、地面沉降等地质环境问题进行了初步的分析与研究，在以上工作的基础上提出了合理开发地热资源的对策和建议。 关键词 :地热资源，开发利用，地质环境问题 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 地热能源是一种清洁能源，具有经济效益高、改善环境质量等优点，其价值已得到人们越来越多的认可。近年来，随着经济社会快速发展，聊城市地热资源勘查和开发利用迅速加快，地热资源在提高人民群众生活质量，推动旅游、房地产等相关产业发展方面起到了积极作用，促进了聊城市经济社会又好又快发展，但开发利用过程中的利用粗放、污染环境、方式单一、违法违规等问题愈发凸显 [ 1 ] 。
system: [SYSTEM]

user: 2. 全市地热资源概况与开发利用情况 2.1. 地热资源概况 聊城市地质构造属华北陆块的一部分，聊考断裂带又将全市分为2个二级构造单元，其西部为华北坳陷，东部为鲁西隆起。地热类型以聊考断裂、齐广断裂为界限分为两种类型，界限以西称为聊城西地热田，面积5637 km 2 ，以新近纪馆陶组和古近纪东营组砂砾岩孔隙-裂隙型为主，分布范围广，热储层稳定，热储层深度为1000~2000 m，热储层累积厚度245~480 m，出口水温45˚C~70˚C左右。20 m降深时地热流体单井涌水量为40~60 m 3 /h，地热流体矿化度一般在6500~11，000 mg/L，属咸水，水化学类型属Cl∙SO 4 -Na型 [ 2 ] 。界限以东至东阿断裂称为聊城东地热田，面积2583 km 2 ，以奥陶-寒武纪碳酸盐裂隙岩溶型为主，分布范围广，出口水温62.0˚C左右。20 m降深时地热流体单井涌水量为60~100 m 3 /h，地热流体矿化度一般在5200 mg/L左右，属咸水，水化学类型属C1·SO 4 -Na∙Ca型 [ 3 ] [ 4 ] 。经过前几年勘查查明，目前聊城市可供开发利用的地热资源分布面积达5408平方公里，占全市总面积的62%。聊城市地热水中含有丰富的微量元素，其中偏硅酸、偏硼酸、氟、碘等微量元素达到矿水浓度和医疗价值浓度，可利用资源丰富，具有广阔的开发应用前景。 2.2.开发利用及保护现状 2.2.1. 地热矿权设置情况 截止2014年底，聊城市现有地热探矿权5处，其中东昌府区3处，经济开发区1处，高唐县城区1处。现有地热采矿权6处，其中东昌府区4处，临清市城区1处，另外1处位于冠县马颊河林场(即天沐温泉度假村) [ 5 ] 。6处地热采矿权可采热流体量合计3039.178 m 3 /d，开发利用方式主要为供暖、洗浴、温泉旅游。 2.2.2. 开发利用现状 目前，聊城市地热资源已经得到广泛的使用，但利用结构比较单一，主要用于小区供暖、洗浴、温泉旅游(沐浴)。截止目前，合计共有112眼地热井，分布于东昌府区(26眼)、经济开发区(3眼)、临清(37眼)、高唐(13眼)、冠县(19眼)、茌平(6眼)、莘县(6眼)、阳谷(2眼)。 目前，112眼地热井中有3眼地热井有勘查许可证，6眼地热井有采矿许可证，其余103眼地热井为违法开采井，违法现象严重。112眼地热井中停用31眼，开发利用81眼。以目前开发利用的81眼地热井分析，从用途上划分，供暖72眼，洗浴6眼，温泉旅游2眼，养殖1眼；从开采温度划分上，开采温度大于60˚C的43眼，开采温度小于60˚C的38眼。安装有远程监控系统的地热井数量为60眼，其中东昌府区11眼，经济开发区2眼，临清市31眼，高唐县10眼。2013年供暖季开采利用的地热资源量可达128，960 m 3 /d，非供暖季开采利用的地热资源量可达7865 m 3 /d。 2.2.3. 地热资源开发保护现状 1) 回灌工程建设 聊城市地热资源回灌工程处于研究阶段，2013年已经开展了《聊城市地热回灌试验项目》，编制完成了《聊城市地热回灌实施方案》、《聊城市地热回灌试验设计书》。目前在聊城市城区光岳宾馆、聊城市经济开发区昌华造纸机械厂分别施工一眼地热回灌井，试验热储层位分别为古近纪东营组孔隙-裂隙热储层组、奥陶-寒武纪碳酸盐岩裂隙岩溶热储层组，野外回灌试验工作目前已经完成。 2) 监测系统建设 聊城市地热资源的动态监测最早是从2004年开始的，当时由于缺乏统一的管理体系，监测点的布设较少，监测项目不全面，监测资料不系统。2009年，在高唐县初步建立了地热资源动态监测系统，对地热流体的水量、水温、水位进行了系统的监测。目前，聊城市国土资源局逐步加强了对地热资源的监管力度，下达了《关于安装地热水井GPRS远程控制系统的通知》 (聊国土资发[ 2007 ]150号)、《关于加强全市地热资源管理的意见》 (聊国土资发[ 2013 ]1191号)、《关于严格加强地热监管工作的通知》 (聊国土资发[ 2013 ]9号)、《关于印发<全市整顿和规范地热矿泉水资源开发秩序实施方案>的通知》 (聊国土资发[ 2014 ]52号)等文件，计划在2015年底前完成全部地热井的动态监测系统的建设工作。
system: [SYSTEM]

user: 3. 当前地热资源开发利用中存在的主要问题 目前聊城市地热资源勘查开发已初具规模，但是在开采利用地热资源的同时还存在一些问题，主要表现为： 1) 违法现象比较突出 聊城市共有112眼地热井，103眼地热井没有取得勘查许可证和采矿许可证，违法现象严重。 2) 开发缺乏统一规划，地热开发布局不够合理 由于前期缺乏统一规划，开发单位仅从自身需要和便于使用出发安排地热井，造成开发布局不合理，局部地热井过密、井距过小及过量开采等问题。 3) 利用方式粗放，用途单一，尾水排放温度偏高，资源浪费严重 聊城市地热井主要用于供暖和洗浴，开发利用方式还是粗放型的，技术含量较低。地热梯级利用、综合利用、循环利用程度低，尾水排放温度较高，一般在30˚C以上，有大量的热能还没有利用就被排放掉，资源浪费严重。 4) 不同热储层混采问题普遍 目前开发的地热项目，多数存在热储层的混采现象。实际上每个热储层的地热流体在温度、水质、出水量等方面均有各自特点，混采造成地热流体串层，给有针对性地利用带来困难。 5) 地热科研力量薄弱 主要体现在三方面：一是没有开展尾水排放技术研究；二是回灌技术研究处于初级阶段；三是缺乏完善的地热资源开采动态监测系统。
system: [SYSTEM]

user: 4. 地热开采对地质环境的影响 通过水土样品分析测试、地热流体水位的监测及其它相关的数据资料分析得知，聊城市目前地热资源开发所排放的地热尾水温度高，矿化度高，对地表水、地下水、土壤及自然生态环境造成一定的影响，主要表现为地表水污染、地下水污染、土壤污染。此外，长时间的超采地热流体也可能引发地面沉降地质灾害的发生。 4.1. 水土污染 通过对水土样品的分析测试可知，地热尾水排放对地表水水质的影响较小；对地下水水质的影响较小；地热尾水排放对土壤环境的影响主要表现为改变土壤中易溶盐的含量，对土壤环境的影响较小；未发现热污染现象。 4.2. 地面沉降 目前，聊城市以开采新近纪馆陶组和古近纪东营组热储层的地热资源为主，开采深度为1000~2000 m，岩性主要为砂岩及砂砾岩，成岩性差，孔隙度约28%，属正常固结的地层。区内地热流体只存在侧向径流补给，补给途径远，在天然状态下侧向径流补给很小，所开采地热资源量基本上来自热储层组的弹性释放能量，由于地热流体的弹性释放，必然导致热储层组的压密，从而在地表形成地面沉降。 为了解地热资源过量开采对地面沉降造成的影响，在聊城市城区化工机械厂、高唐县城区大顺小区、聊古1地震观测井三处进行了相关地热井水位的资料收集工作，形成以下结论： 1) 根据已收集的聊城市城区化工机械厂地热井(开采东营组热储层，目前未开发利用)的水位动态监测资料(2013年3月至2014年11月)可知，2013年的水位最大变幅为15.8 m，2014年的水位最大变幅为18.84 m；2014年较2013年最低水位下降了8 m，2014年较2013年水位最高水位下降了4.96 m。因此可以推断聊城市城区的地下水水位在冬季采暖期急速下降，水位在非采暖期又逐渐回升，但整体水位呈现下降的趋势。这符合聊城市城区地热资源开发利用现状情况。 2) 根据已收集的高唐县城区大顺小区地热井(开采馆陶组热储层)的水位动态监测资料(2010年12月至2014年2月)可知，高唐县地热流体水位在冬季采暖期急速下降，在非采暖期又逐渐回升。通过对比2011年8月与2013年8月的水位埋深可知，2013年水位比2011年水位埋深下降了7.5 m，降速达到了0.0375 Mpa/a，说明目前高唐县城区地热处于超采状态。 3) 通过收集2011年~2013年的聊古1井(位于聊城东地热田)地热流体水位动态监测资料分析，聊城东地热田寒武-奥陶纪热储层地热流体压力呈现逐年下降的总趋势，其中从2011年至2013年水位埋深下降了约3.2 m，降速0.016 Mpa/a；2012年地热流体压力年降速0.023 Mpa/a。 4) 根据《山东省聊城市地质灾害防治规划》 (2012~2025年)，聊城市城区地热流体水位埋深由1999年的2 m降到2012年的45 m，水头压力年降速0.033 Mpa；冠县城区地热流体水位埋深由2007年的11.46 m降到2012年的30.5 m，水头压力年降速0.038 Mpa。 由以上分析可以看出，聊城市地热资源在开发利用过程中，当地热流体开采量超过天然补给量时，会引起水位持续下降，必然要引起热储层及上部盖层的压缩变形而导致地面沉降的发生。特别是最近几年时间，由于地热资源的大规模的开发利用，下降趋势有加剧现象。
system: [SYSTEM]

user: 5. 对策和建议 地热资源不同于中浅层地下水，补给慢，再生能力差，合理科学有序地开发地热资源，有利于地热资源的可持续发展，有利于保护地质环境。因此要严格控制地热资源开发总量和密度，控制地热井的总数和保持合理的井距，严禁过量开采地热资源。主要从以下几个方面： 1) 进一步加大勘查评价力度，严格勘查开发统一管理 开展区内地热资源调查、重点地区地热资源预可行性勘查，对已开发地热田的远景可利用资源量进行评价论证，对开发地热潜力较大的地区开展进一步勘查，圈定地热开发有利地段，为制定全面的开发利用规划提供依据。 今后，凡新设地热开采项目，必须符合《聊城市矿产资源总体规划》、《聊城市矿业权设置方案》及相关产业政策，依法取得勘查许可证或采矿许可证后，方可进行勘查或开采活动。严禁乱上地热项目，防止因无序开采造成地热资源浪费破坏和矿山地质环境问题的发生。 2) 从严执法，强化日常监管 进一步完善和落实地热执法监察机制，将各项管理职责落实到具体科室和人员，切实负起责任，依法履职到位。对拒不停止违法行为的，要根据《聊城市地热资源管理办法》第三十二条的规定，采取封闭井口、查封采矿设备和工具等措施，并按照执法程序依法实施行政处罚。 3) 严格控制与管理新增地热井的布局及相关设施的建设 对于新建地热井，要严格按照合理井距的要求进行布设，严禁混层开采，开发企业要严格按照国土部门审批的最大允许开采量进行开发利用，开采影响半径控制在合理开采权益保护范围内，严禁超采现象的出现。同时要安装动态监测系统，对地热流体的水量、水温、水化学成分、压力进行监测；建设地热回灌井，实现地热回灌工程。 4) 整合违法开采地热井，补办完善相关手续 聊城市违法开采的地热井主要集中在聊城市城区、临清城区、高唐城区、冠县城区、莘县城区，存在井距过密，布局不合理等现象。整顿规范期间，主动按照要求申请完善相关手续的地热开发单位和个人，不再进行处罚，经资源核实后，对不宜进行招拍挂方式出让的，可按协议方式出让采矿权。 5) 加大科技投入与科技创新 充分发挥科技进步和技术创新在地热开发中的作用，不断推行新工艺、新技术，提高地热资源利用率，逐步实现地热资源的梯级利用、深度开发利用、可持续利用。同时，可利用热泵技术，充分利用其热能，使热能利用率达到70%以上。 6) 积极推进地热回灌开采制度，有效保护地质环境 要建立实行“谁开采谁回灌”的制度，地热开采单位或个人必须承担回灌义务。地热资源的开发应坚持“分层开采、同层回灌、灌采结合”的原则，严禁混层开采，要大力推广一采一灌，鼓励一采多灌，确保全市地热资源的采、补平衡和永续利用。建立采灌结合、定期轮换的水热均衡开发利用模式，做到以灌定采、用热不耗水，回灌率达到90%以上。在确保回灌率的前提下，严格控制地下水污染问题的发生。对于不具备回灌条件的废弃水，开发利用单位要建设地热尾水集中处理点，集中对尾水进行相关处理，处理达标后才能排入城市污水管网。 7) 完善地热井监测网络和信息系统建设 要建立健全地热开发自动化监测控制系统，对地热井的开采动态进行全面监测，建立完整的动态监测数据库。新增地热井必须安装监测设施，对地热流体的开采量、水质、水温、水头压力进行动态监测；已有地热井应逐步完成动态监测设备的安装，并将监测结果定期报送国土资源主管部门。 8) 积极营造良好的舆论氛围 要充分发挥广播、报刊、电视、网络等主流媒体舆论导向和监督作用，采取多种形式，大力宣传有关地热资源开发利用的法律法规及相关政策，广泛宣传加强地热开发监管的重要意义，不断营造全社会共同监督管理的良好舆论氛围。
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 随着科技发展和社会的不断进步，我国经济、社会的快速发展和城市化进程的快速推进，工程以及基础建设项目日益增多，地下地质结构与环境污染等问题越来越引起人们的关注。工程地质与环境问题等的探测属于浅地表探测，此类情况均反映为地下的电性和磁性异常，因此应用电法仪器对浅层地下地质信息进行追踪和调查，通过研究电磁场的空间与时间的分布规律，来找寻地下异常目标、解决地质工程环境等问题是完全可行的。多频电磁探测系统在同一次测试时间内同时工作于多个频率状态，由电磁波的衰减性决定了不同频率的电磁波可以探测不同的目标深度，因此多频电磁探测技术可以实现对地下不同深度目标体的探测。 浅地表电磁技术可以运用于铁路隧道工程、水文地质、环境治理、防灾减灾等领域。浅地表电磁探测主要有三种方法：探地雷达，甚早期时间域电磁法、多频电磁感应探测技术 [ 1 ] 。多频电磁法探测装置可以较好地反映浅层地下信息，与探地雷达相比，具有设计成本低、体积小等优点，仪器可以在楼宇密集、条件恶劣的地方进行工作，并且能较好地克服低阻覆盖层的影响，克服了探测盲区；与甚早期时间域电磁法相比，可以获得甚早期时间域电磁法难以获得的磁性参量分布，由于是连续时间采集，不存在甚早期时间域电磁法早期采样记录困难等情况，有效覆盖工程地质与环境问题涉及的深度范围 [ 1 ] 。 以GEM-2型多频电磁探测仪 [ 2 ] 为例，工作频率范围在300 Hz至96 kHz之间，有效探测深度范围从几米至几十米，在一次探测操作过程中同时获得多个地层信息，覆盖了城市地质工程与环境问题。低频部分反映地下磁性参量的分布，可以根据多频信息反演出地下的电阻率分布，因此多频探测技术不仅能解决磁性异常问题，还能解决电性异常问题，对解决浅层地质问题、地下水勘探、环境污染评估、城市地下结构勘测以及考古都具有深远的意义 [ 3 ] 。 国外关于近地表电磁法正反演及资料解释发展得相对完善，正演方面，基于Frischknecht， Ward， and Ward和Hohmann等人的研究成果，在二维和三维方面以有限单元法，有限差分法和积分方程法为主，对于近场源情况，在水平层状大地上直接运用垂直磁偶源二次场与一次场的比值理论公式进行；反演研究可分为两类独立反演以及联合数据反演两大类。近地表多频电磁法一般采用电阻率深度转换成像技术、I分量与Q分量直接成图，以及传统的最小二乘法反演。相对于其他远区方法中正演公式的简化，在近区情况下，我们所采用的公式可以不做简化，二维及三维正反演较为困难，因此在近场源情况下正反演以一维为主。国内相关方面研究较完善的是航空电磁法的三维正反演研究，但在近场源情况下比较完善的研究，资料解释也比较困难，缺少理论依据。基于此，本文将以GEM-2型多频电磁探测仪为基础，进行频率域正演及阻尼最小二乘法反演研究。
system: [SYSTEM]

user: 2. 基本理论 2.1. 磁偶源电磁响应正演公式 本文中采用的GEM-2仪器采用了双线圈，除却接收线圈还有一个参考线圈用来接收一次场 H 0 从而消除接收线圈中的一次场。垂直磁偶源在半空间层状介质中的电磁响应由Frischknecht (1967)， Ward (1967)， and Ward和Hohmann (1988) [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 等人给出。 如图1所示，当测量系统位于地面以上h位置时，接收线圈中接收到的二次场 H s 与一次场 H 0 的比值 [ 6 ] 为： H s H 0 = r 3 ∫ 0 ∞ R ( λ ) λ 2 exp ( − 2 u 0 h ) ⋅ J 0 ( λ r ) d λ (1) 2.2. Hankel变换 对于解决含有零阶贝塞尔函数的积分，Hankel变换是一种高效的数值方法。其算法 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 的描述如下： 若连续函数 f ( r ) 表示为 f ( r ) = ∫ 0 ∞ K ( λ ) J 0 ( r λ ) d λ ，则 f ( r ) 的数值解为： f ( r ) = 1 r ∑ i = 1 n K ( λ i ) C i (2) 图1. 经典层状地电模型 其中 λ i = 1 r × 10 a + ( i − 1 ) s ， 为滤波系数，常用的滤波系数有47点、61点、120点和140点，当 n = 120 点时， a = − 8.385 为Hankel积分中波数的初值， s = 9.04226468670 e − 2 为波数间隔。 经由此变换，可以得出二次场 H s 与一次场 H 0 的比值的数值解： H s H 0 = r 3 ∫ 0 ∞ R ( λ ) λ 2 exp ( − 2 u 0 h ) J 0 ( λ r ) d λ = 1 r r 3 ∑ i = 1 n R ( λ ) λ 2 exp ( − 2 u 0 h ) C i (3) 2.3. 反射系数推导 式中 R ( λ ) 即前式中的 r T E ，为反射系数 [ 4 ] ，可由下式给出： r T E = Y 0 − Y ^ 1 Y 0 + Y ^ 1 (4) 其中， Y 0 = u 0 z ^ 0 为自由空间的本征导纳， Y ^ 1 为地表导纳， z ^ n = i ω μ n 。 对于N层层状大地，地表导纳为 Y ^ 1 = Y 1 Y ^ 2 + Y 1 tanh ( u 1 l 1 ) Y 1 + Y ^ 2 tanh ( u 1 l 1 ) (5) Y ^ n = Y n Y ^ n + 1 + Y n tanh ( u n l n ) Y n + Y ^ n + 1 tanh ( u n l n ) (6) Y ^ N = Y N (7) 式中， u n = ( λ 2 − i ω μ n σ n ) 1 / 2 (8) 由此，从最底层开始向上逐步递推可以得到地表导纳 Y ^ 1 和第一层地层导纳 Y 1 ，从而得出水平层状地层的反射系数 r T E ，进而求取层状介质磁偶源的频率域电磁响应。 2.4. 反演理论 阻尼最小二乘反演问题 [ 10 ] 的目的可视为使目标函数趋于极小，对于模型正演公式F(m)，在反演计算中，求解问题为使目标函数φ取值极小： φ = [ F ( m ) − d ] ′ ⋅ C ⋅ [ F ( m ) − d ] (9) 其中，m为模型向量( N × 1 )，d为数据向量( M × 1 )，C为数据方差倒数的对角方阵( M × M )。 取 e = F ( m ) − d 为当前拟合差向量( M × 1 )，则存在以下关系： g = J ′ ⋅ C ⋅ e (10) 其中， J ( M × N ) 为雅克比矩阵(灵敏度矩阵)， g ( N × 1 ) 为梯度向量 取 d m 为模型修正量，则高斯牛顿修订量公式为： ( J ′ ⋅ C ⋅ J ) ⋅ d m = − J ′ ⋅ C ⋅ e = − g (11) 阻尼最小二成方程为： ( J ′ ⋅ C ⋅ J + λ I ) ⋅ d m = − J ′ ⋅ C ⋅ e = − g (12) 计算机实现反演过程采用迭代格式为： m k + 1 = m k + i n v ( J ′ ∗ C ∗ J + λ ∗ I ) ∗ ( − g ) (13)
system: [SYSTEM]

user: 3. 正演结果及精度分析 对于给定的地电模型，其电磁响应是在每个频率上二次场与一次场比值的同相分量I与正交分量Q。如图2所示，为电导率为 σ = 0.01   S / m 的均匀大地电磁响应图。为便于比较，直接采用频率值为横坐标(一般采用响应数，与频率值相对应)。当频率过低时，电磁响应值过小，且与频率相关性小，使得频率测深没有意义。当频率值过高时，同相分量I达到了最大值，而正交分量Q也会急速趋近于零。因此实际工作中所用测量频率也应该在该范围之内。对于GEM-2型多频电磁探测仪而言，其最高工作频率超过48 kHz，低频低于1 kHz，所测的分量值强度高，且与频率相关性高 [ 4 ] [ 11 ] [ 12 ] 。文中正演过程采用的频点值也均在此范围之内。 3.1. 频率域电磁响应计算 图1为典型的层状介质地电模型，第一层电导率取 σ 1 = 0.01   S / m ，接近地表第四系覆盖物的电导率值，厚度取 l 1 = 10   m 。第二层厚度取 l 2 = 5   m ，第三层为向下无限延伸。通过改变第二层和底层的电导率值，依次获得五组层状地电模型：均匀层状模型M1，三层Q型地电模型M2，H型地电模型M3，K型地电模型M4以及A型地电模型M5，如表1所示。 通过对这五组模型进行正演计算，得到如图3所示的结果。为便于与已有结果进行比较，正演结果图采用以频点为横坐标，电磁响应值为纵坐标，双对数形式显示。在所取频点范围内，均匀地电模型的同相分量I和正交分量Q均极近似直线变化，I值处于0.7 ppm到60 ppm之间，Q值处于30 ppm到800 ppm之间。相同频率处，正交分量Q值均大于同相分量I值，与已知电磁响应分量关系一致。比较图3中(a)、(b)、(c)与(d)，发现地层电阻率的改变对同相分量及正交分量均有影响。由数值可知，地层电阻率值对正 图2. 电磁响应I & Q分量图 Table 1 Layered geoelectric model Model σ 1 (S/m) σ 2 (S/m) σ 3 (S/m) M1 0.01 0.01 0.01 M2 0.01 0.1 0.5 M3 0.01 0.1 0.0005 M4 0.01 0.001 0.5 M5 0.01 0.001 0.0005 表1. 层状介质模型分类 交分量的影响较小，而对同相分量的影响较大，在三层Q型模型中，I值变化区间为30 ppm~300 ppm，三层H型模型中，I值变化区间为1 ppm~200 ppm，三层K型模型中，I值变化区间为30 ppm~200 ppm，三层A型模型中，I值变化区间为0.09 ppm~30 ppm。分析地电模型，第一层电阻率相同，Q型模型以下为低阻地层，H型模型以下存在低阻薄层和高阻底层，K型模型以下存在高阻薄层和低阻底层，而A型模型以下地层为高阻，且有更高阻的底层。由此可知，地层电阻率越大，电磁响应同相分量I值越小。 3.2. 精度验证 Haoping Huang在之前的研究中 [ 3 ] 做过类似研究，我们将所得的结果与其结果进行比较，已验证其可靠性，如图4所示。 所采用模型为三层地电模型，第一层电导率为 σ 1 = 0.01   S / m ，地层厚度为 l 1 = 15   m ，第二层电导率为 σ 2 = 0.2   S / m ，地层厚度为 l 2 = 5   m ，底层电导率为 σ 3 = 0.005   S / m 。 由图4中(a)与(b)对比可知，在 f = 2000   Hz 时，三层地电模型中对比图中频率响应值的两个分量参考值分别为： I ≈ 7.3   ppm ， Q ≈ 88   ppm ，正演结果分量值分别为： I ≈ 7.5   ppm ， Q ≈ 90   ppm ，误差值分别为2.73%和2.27%。误差值均在5%以内，从而验证了正演计算的准确性与可靠性。
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 通过与现有文献的结果对比，证明了本文的正演结果正确，反演方法也表现出了很强的抗干扰能力，特别是对于H型地电模型而言，反演结果好，精确度高，为近场源频率域电磁测法提供了可靠的理论依据。即便是初始模型不确定时，该反演依然能够有较好的拟合效果。近场源多频电磁法野外施工方便，资料处理可靠，该方法在浅地表电磁勘探中具有广阔的应用前景。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 龙川江流域主要位于云南省中部的楚雄彝族自治州境内，对当地的社会经济发展有着重要作用，随着科研条件的完善和科研技术的进步，众多专家、学者对龙川江流域进行了大量研究，揭示该流域的生态学过程，为当地生产、生活提出了科学、多元的具有现实意义的指导意见，对当地的可持续发展有着重要意义。本文就本世纪初始，针对该流域展开的相关研究的主要研究方法进行简要的综合阐述。 关键词 :楚雄龙川江，流域，研究现状综述 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 流域是指汇集地表水和地下水的区域，即分水线所包围的区域 [ 1 ] 。流域是水文响应的基本单元，流域内进行着完整的水文循环过程，是景观生态学研究的理想空间尺度 [ 2 ] 。流域也是人类主要开展活动的区域，也因此，人类活动成为了影响流域生态系统、引起流域景观格局变化的重要因素。为更好地把握人与自然和谐、可持续发展的平衡点，积极了解流域内的自然生态现状、探究引起其变化的驱动机制、预测流域未来发展趋势，才能更好地为流域规划、开发、管理、保护以及修复提供理论和现实依据。 龙川江流域作为楚雄州境内重要的流域，与当地的生产、生活、发展都息息相关，因此，众多专家、学者开始以促进区域协调发展为目的，将龙川江流域作为主要研究区域，开展了一系列揭示自然变化、趋势预测等多方面的研究，为当地的规划发展提供了一定的参考依据。
system: [SYSTEM]

user: 2. 龙川江流域概况 龙川江流域位于北纬24˚45'~26˚15'，东经l00˚56'~102˚02'之间约9255 km 2 的区域内，云南省内集水面积9225 km 2 。流域内大部分河流自南向北汇集，由楚雄州元谋县北部的江边乡汇入金沙江，是长江上游河段——金沙江南岸的一级支流，自南华县天申堂乡的天子庙坡东侧的鱼肚拉的蒲藻塘向北，横跨楚雄州大部分地区，对当地气候生态、生产生活、经济发展都有着不可或缺的重要作用(表1)。 气候方面，龙川江流域位于亚热带季风区，受季风作用明显，干湿季分明，降雨时空分布不均匀，时间上集中在5至10月 [ 3 ] ，空间上集中于上游和中游。其中，地形阻挡并削弱了西南季风带来的暖湿气流，致使元谋地区形成干热河谷。 随着经济形势的稳步发展，滇中经济区在云南发展中的地位越发重要，龙川江作为其中的重要河流，以及其与居民生活的密切联系，渐渐受到更多专家、学者们的关注，在科研条件日趋成熟的背景下，科研内容逐步生活化，开展了多元化、生活化、更具针对性的研究。以揭示现状、分析历史统计数据为主，在技术帮助下进行部分预测研究。
system: [SYSTEM]

user: 3. 龙川江流域水文特征及其对气候变化响应的研究 河流是流域的主体，其水文特征一般包括河流的径流量、含沙量、水能资源、河流补给类型等。其中，流域的气候特征是河流形成和发展的主要影响因素，也是决定流域水文特征的重要因素，在一定程度上，河流是气候的产物 [ 1 ] 。 3.1. 基于气象、水文监测数据的分析研究 气象与水文数据是进行相关定量研究的首选，是当地气候状况的直接表现，同时，含沙量也是其中 Table 1 Land area and basin statistics of counties in Longchuanjiang River Basi 县市 行政区面积(km 2 ) 流域所占面积(km 2 ) 流域占所在辖区面积比例(%) 流域占全流域面积比例(%) 永仁 2189 1109.4309 50.68% 12.00% 大姚 4146 1686.3723 40.67% 18.24% 武定 3322 189.4383 5.70% 2.05% 元谋 1803 1416.6063 78.57% 15.32% 姚安 1803 976.9086 54.18% 10.57% 牟定 1464 1407.5433 96.14% 15.23% 禄丰 3631 703.9899 19.39% 7.62% 南华 2343 685.7001 29.27% 7.42% 楚雄市 4512 1065.6783 23.62% 11.53% 双柏 4045 2.3832 0.06% 0.03% 总面积 29，258 9244.0512 31.59% 表1. 龙川江流域各县土地、流域面积统计 (注：表中行政区面积为楚雄州统计局2016公布的2015统计年鉴数据。流域所占面积通过在Arc GIS中对2015年流域数据中面积字段进行计算几何获得。) 一个重要指标。以长时间、连续的监测数据为依据，以定量的方式来开展定性研究，更具有现实意义。在现有数据的基础上，还可以借助模拟技术，对流域未来的发展趋势进行了一定的探究，对流域内的规划建设具有指导意义。 在当前现有的研究结果中，蒋丽娟 [ 4 ] 较早地基于流量、降雨等数据的分析了楚雄城区防洪工程洪水特性，对当地的防洪体系建设提供了具有针对性的参考意见；许志敏 [ 5 ] 等曾基于径流数据，尝试以地区综合法推求年径流量，并在考虑不同影响因子的三种方案中，选用了考虑下垫面因素和降水因子的最佳方案；李澜 [ 6 ] 等运用了非参数Man-Kendall法、相关系数法等分析了径流量变化及其对气候变化的响应；姜世中 [ 7 ] 、何进花 [ 8 ] 等人基于小波分析对流域开展研究，等。 输沙量也是流域研究中的一个重要指标，姜世中等曾利用小波变换研究龙川江流域降水量和输沙率时间序列的多时间尺度变化特征和突变特征 [ 9 ] ；李澜更为深入地探讨了龙川江流域水沙变化及其变化趋势，以及水沙变化对景观格局变化的响应 [ 10 ] ，等。 因此，对于基础数据进行研究，可以揭示相关指标在时间上的变化。除此之外，罗艳 [ 11 ] 、顾世祥 [ 12 ] 、何茂恒 [ 13 ] 、丁文荣 [ 14 ] 、何进花 [ 15 ] 、赵翠娥 [ 16 ] 、陈光贤 [ 17 ] 等专家学者，开展了以气象、水文、输沙量等数据对流域内部分区域进行了水资源、水循环、土地利用格局、气候等方面现状研究和变化趋势研究，为相应研究区内的规划发展提供了一定的理论依据和指导意见。 3.2. 基于3S技术的分析研究 气象、水文数据等主要是揭示流域内相关要素在时间上的变化，而要了解相关要素在空间上的变化则需借助3S技术。随着3S技术在地理学领域的广泛应用，为了解地表形态，进行定量研究提供了更为可靠和可视的依据，同样，龙川江流域的研究者们也致力于用更形象的方式展现对龙川江流域的研究。 汪竹青曾基于3S技术水土定量遥感方法对龙川江流域水土流失状况进行了研究 [ 18 ] ；赵翠娥基于ENVI和GIS技术对龙川江流域植被覆盖度进行了估算，并分析了植被覆盖度变化的原因 [ 19 ] ；黎巍等曾以高级星载热发射反照辐射计(ASTER)影像作为数据源，在遥感和GIS技术支持下分析了龙川江流域土地利用/覆被景观空间格局的特点 [ 20 ] ，等。 3S技术开始被学者们广泛应用，结合相关监测数据，更为系统地揭示龙川江流域的时空变化，丰富了龙川江流域研究的内容。