关键词:
被动分布式温度传感(PDTS)
人工神经网络
含水率
水热盐运移
光纤布拉格光栅
摘要:
土体含水率时空分布的精准监测对于岩土工程监测、地质灾害防治具有重要意义.针对被动分布式温度传感(passive distributed temperature sensing,简称PDTS)技术在监测土体含水率方面存在的局限性,引入斯皮尔曼相关性分析法,定量分析辐射、气温、升温速率、土体温度、含盐量与含水率之间的相关性,并结合误差反向传播网络(back propagation network,简称BP神经网络),建立了一个考虑水-热-盐综合作用的土体含水率被动感测模型,用以替代传统PDTS技术中复杂的数值迭代算法.此模型不仅扩展了PDTS技术的应用范围,还大幅提高了含水率预测的精度.在黄土高原开展了长期观测,利用原位观测数据验证了所提模型的有效性.分析结果表明:黄土含水率与其含盐量、温度之间的极强正相关关系可以实现深度上的互补,输入变量与含水率在 2 m 深度内存在显著的相关关系;模型可对黄土含水率进行精确预测,其均方根误差低于0.006 8 m3·m-3;模型误差主要来源于降雨及土体冻融效应,且整体上呈现出冬季小、夏季大的特征.研究内容为将PDTS技术应用于土体含水率监测提供了理论支持和实践参考,并揭示了黄土水盐运移机制.