一種包氣帶土壤與地下潛水水力聯繫的測定方法
2023-11-04 18:36:02 3
專利名稱：一種包氣帶土壤與地下潛水水力聯繫的測定方法
技術領域：
本發明主要涉及一種水力聯繫狀況的測定方法，特別是包氣帶土壤與地下潛水之間水力聯繫的測定方法。
背景技術：
水力聯繫可分為兩個方向，一種是地表水向下入滲補給地下水；另一種是地下潛水通過毛細管作用向水位面上方包氣帶土壤補給。地下潛水與包氣帶土壤之間的水力聯繫狀況將直接影響根系層土壤水的分布，以及植被的生長發育。在乾旱缺水地區實施植被建設，評價採礦、地下水抽排等人類活動引起的地下水位變化對植被的影響；認識地下水與天然植被之間的複雜關係；判定地表水對地下水的入滲補給能力以及地下潛水對包氣帶土壤的供給能力，都需要測定這種水力聯繫。當地下潛水埋深較淺時，地下潛水對包氣帶土壤水補給明顯，具有較為強烈的水力聯繫。但是，當地下潛水埋深較深時(比如IOm以下)，由於毛細管作用有限，不同的土壤結構、地下潛水與上方土壤是否產生水力聯繫很難確定。測定水力聯繫，本質上是掌握土壤水的縱向分布情況。通常採用的測定方法主要有兩種一種是開挖土壤剖面取土樣，這種方法耗時、費力、破壞地表、開挖深度往往較淺，很難滿足對地下水位埋藏較深地區水力聯繫的測定。第二種方法是藉助鑽孔，向孔中投放探測儀器，進行土壤水測定。其缺點在於打鑽成本較高，普及性、可操作性較差。總體來說，傳統的測定方法探測深度有限、費時費力、成本高，並且對地表土體的破壞還將會影響到土壤水力聯繫測定結果的精度。
發明內容
本發明的目的是提供一種操作簡單、能直接探測包氣帶土壤水與地下潛水之間水 力聯繫的測定方法,解決傳統的測定方法探測深度有限、費時費力、成本高,並且對地表土體的破壞還將會影響到土壤水力聯繫測定結果精度的問題。為實現上述目的，本發明的包氣帶土壤與地下潛水水力聯繫測定方法
a.採用探地雷達系統，當地下潛水埋深IOm以內，採用IOOMHz至50MHz雷達天線；當潛水埋深大於IOm時，採用50MHz至25MHz天線；同時配備便捷式手持GPS —臺，30m的皮尺一把；根據地物特性設定相應儀器參數休樣頻率為512MHz、採樣點距為Im至2m、天線間距為lm、疊加次數為128次；
b.搜集探測區域水文地質條件、地形信息，連續平緩布設探地雷達觀測線，避免地形起伏明顯的區域，使雷達天線與地面良好接觸，並儘量保證測線長度在30m以上；從測線一端開始向另一端展開皮尺，然後從測線起點開始按設定點距探測，探測同時利用手持GPS記錄下每個測點的空間坐標信息，直到完成整條測線；
c.將採集的數據導入電腦，利用Reflex專業分析軟體對現場採集的雷達數據進行處理解譯、與時深轉換，從處理得到的雷達剖面圖識別出明顯的同相軸，並確定地下潛水位面及其上方Im高的毛細水帶在剖面圖中位置；d.從剖面圖中提取靠近毛細水帶上方雷達信號振幅相對穩定的區間，此區間即為地下潛水與包氣帶土壤的水力聯繫中斷帶；從中斷帶的厚度、深度，及其上方雷達振幅信號的分布變異程度即可確定地下潛水與包氣帶土壤的水力聯繫狀況。有益效果，由於採用了上述方案，利用探地雷達發射與接收的低頻電磁波信號對土壤水分敏感這一特點，根據解譯獲得的電磁波反射信號振幅強度剖面圖，判別地下潛水位、毛細水帶位置，以及水力中斷帶的厚度與深度，從而掌握上方土壤與地下潛水之間的水力聯繫補給狀況。解決了傳統的測定方法探測深度有限、費時費力、成本高，並且對地表土體的破壞還將會影響到土壤水力聯繫測定結果精度的問題，達到了本發明的目的。優點該方法具有靈活、高效率、成本低、直觀等特點，尤其適用於土壤水含量較低、地下潛水埋深較大的區域。I、相比傳統方法這種探測方法不需開挖、鑽探，靈活方便，探測效率大大提高，並減少了測定成本。
2、避免了對土體結構的破壞，保護了地表的景觀環境，並保證了測定結果的準確性。3、能有效地提高測定深度，解決了測定方法探測深度有限、費時費力、成本高，並且對地表土體的破壞還將會影響到土壤水力聯繫測定結果精度的問題。
圖I為本發明包氣帶土壤與地下潛水水力聯繫測定剖面示意圖。
具體實施例方式實施例I :採用現代地球物理探測技術一一探地雷達GPR測定地下潛水與其上方包氣帶土壤之間的水力聯繫；該方法尤其適用於土壤含水量較低、地下潛水埋深較大的區域。首先搜集探測區域水文地質條件、地形信息，尤其適合土壤水含量偏小、電阻率偏大、潛水埋深偏大的區域，連續平緩布設探地雷達觀測線，避免地形起伏明顯的區域布設測線，以使雷達天線與地面良好接觸，並儘量保證測線長度在30m以上；採用瑞典RAMAC探地雷達系統，當地下潛水埋深IOm以內時,採用IOOMHz至50MHz雷達天線；當潛水埋深大於IOm時，採用50MHz至25MHz天線；同時攜帶便捷式手持GPS—臺，30m的皮尺一把；根據地物特性設定相應儀器參數採樣頻率為512 MHz ;採樣點距為Im至2m ;天線間距為Im ;疊加次數為128次；從測線一端開始向另一端展開皮尺，然後從測線起點開始按設定點距探測，探測同時利用手持GPS記錄下每個測點的空間坐標信息，測定過程中應關閉手機及無線信號傳輸設備，直到完成整條測線；將採集的數據導入電腦，利用Reflex專業分析軟體對現場採集的雷達數據進行處理解譯、與時深轉換，從處理得到的雷達剖面圖識別出明顯的同相軸，並確定地下潛水位面及其上方Im高的毛細水帶在剖面圖中位置；從剖面圖中提取靠近毛細水帶上方雷達信號振幅最為穩定的區間，此區間即為地下潛水與包氣帶土壤的水力聯繫中斷帶；該中斷帶受地下潛水與地表水下滲影響較弱，土壤水分無顯明變化，即為地下潛水與包氣帶土壤的水力聯繫中斷帶；從中斷帶的厚度、深度，及其上方土壤水的分布變異程度即可確定地下潛水與包氣帶土壤的水力聯繫狀況。對於有水文鑽孔或觀測水井的區域，可通過人工觀測潛水位埋深，以驗證GPR信號解譯的 準確性。
權利要求
1.一種包氣帶土壤與地下潛水水力聯繫的測定方法，其特徵是測定方法 a.採用探地雷達系統，當地下潛水埋深IOm以內，採用IOOMHz至50MHz雷達天線；當潛水埋深大於IOm時，採用50MHz至25MHz天線；同時配備便捷式手持GPS —臺，30m的皮尺一把；根據地物特性設定相應儀器參數休祥頻率為512MHz、採樣點距為Im至2m、天線間距為lm、疊加次數為128次； b.搜集探測區域水文地質條件、地形信息，連續平緩布設探地雷達觀測線，避免地形起伏明顯的區域，使雷達天線與地面良好接觸，並儘量保證測線長度在30m以上；從測線一端開始向另一端展開皮尺，然後從測線起點開始按設定點距探測，探測同時利用手持GPS記錄下每個測點的空間坐標信息，直到完成整條測線； c.將採集的數據導入電腦，利用Reflex專業分析軟體對現場採集的雷達數據進行處理解譯、與時深轉換，從處理得到的雷達剖面圖識別出明顯的同相軸，並確定地下潛水位面及其上方Im高的毛細水帶在剖面圖中位置； d.從剖面圖中提取靠近毛細水帶上方雷達信號振幅相對穩定的區間，此區間即為地下潛水與包氣帶土壌的水力聯繫中斷帯；從中斷帶的厚度、深度，及其上方雷達振幅信號的分布變異程度即可確定地下潛水與包氣帶土壌的水力聯繫狀況。
全文摘要
一種包氣帶土壤與地下潛水水力聯繫的測定方法，屬於水力聯繫狀況的測定方法。搜集探測區域水文地質條件、地形信息布設測線，雷達天線與地面接觸；採用探地雷達系統，手持GPS，皮尺；從測線一端開始向按設定點距探測，手持GPS記錄下每個測點的空間坐標信息；利用分析軟體對採集的雷達數據進行處理解譯、與時深轉換，從得到的雷達剖面圖識別出明顯的同相軸，並確定地下潛水位面的毛細水帶在剖面圖中位置；從剖面圖中提取靠近毛細水帶上方雷達信號振幅強度相對穩定的區間；從中斷帶的分布變異程度即可確定地下潛水與包氣帶土壤的水力聯繫狀況。該方法具有靈活、高效率、成本低、直觀等特點，尤其適用於土壤水含量較低、地下潛水埋深較大的區域。
文檔編號G01V3/12GK102866427SQ20121034856
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者雷少剛, 卞正富, 劉振國, 劉志新, 姜智海 申請人:中國礦業大學