[發(fā)明專利]一種包氣帶土壤與地下潛水水力聯(lián)系的測定方法

無效

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• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102866427A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設計）人: 雷少剛;卞正富;劉振國;劉志新;姜智海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及一種水力聯(lián)系狀況的測定方法，特別是包氣帶土壤與地下潛水之間水力聯(lián)系的測定方法。

背景技術(shù)

水力聯(lián)系可分為兩個方向，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(lián)系狀況將直接影響根系層土壤水的分布，以及植被的生長發(fā)育。在干旱缺水地區(qū)實施植被建設，評價采礦、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復雜關(guān)系；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(lián)系。

當?shù)叵聺撍裆钶^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(lián)系。但是，當?shù)叵聺撍裆钶^深時（比如10m以下），由于毛細管作用有限，不同的土壤結(jié)構(gòu)、地下潛水與上方土壤是否產(chǎn)生水力聯(lián)系很難確定。測定水力聯(lián)系，本質(zhì)上是掌握土壤水的縱向分布情況。通常采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(qū)水力聯(lián)系的測定。第二種方法是借助鉆孔，向孔中投放探測儀器，進行土壤水測定。其缺點在于打鉆成本較高，普及性、可操作性較差?？傮w來說，傳統(tǒng)的測定方法探測深度有限、費時費力、成本高，并且對地表土體的破壞還將會影響到土壤水力聯(lián)系測定結(jié)果的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(lián)系的測定方法，解決傳統(tǒng)的測定方法探測深度有限、費時費力、成本高，并且對地表土體的破壞還將會影響到土壤水力聯(lián)系測定結(jié)果精度的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的包氣帶土壤與地下潛水水力聯(lián)系測定方法：

a．采用探地雷達系統(tǒng)，當?shù)叵聺撍裆?0m以內(nèi)，采用100MHz至?50MHz雷達天線；當潛水埋深大于10m時，采用50MHz?至?25MHz天線；同時配備便捷式手持GPS一臺，30m的皮尺一把；根據(jù)地物特性設定相應儀器參數(shù)：休樣頻率為512MHz、采樣點距為1m?至?2m、天線間距為1m、疊加次數(shù)為128次；

b．搜集探測區(qū)域水文地質(zhì)條件、地形信息，連續(xù)平緩布設探地雷達觀測線，避免地形起伏明顯的區(qū)域，使雷達天線與地面良好接觸，并盡量保證測線長度在30m以上；從測線一端開始向另一端展開皮尺，然后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．將采集的數(shù)據(jù)導入電腦，利用Reflex專業(yè)分析軟件對現(xiàn)場采集的雷達數(shù)據(jù)進行處理解譯、與時深轉(zhuǎn)換，從處理得到的雷達剖面圖識別出明顯的同相軸，并確定地下潛水位面及其上方1m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(wěn)定的區(qū)間，此區(qū)間即為地下潛水與包氣帶土壤的水力聯(lián)系中斷帶；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(lián)系狀況。

有益效果，由于采用了上述方案，利用探地雷達發(fā)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(jù)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(lián)系補給狀況。解決了傳統(tǒng)的測定方法探測深度有限、費時費力、成本高，并且對地表土體的破壞還將會影響到土壤水力聯(lián)系測定結(jié)果精度的問題，達到了本發(fā)明的目的。

優(yōu)點：該方法具有靈活、高效率、成本低、直觀等特點，尤其適用于土壤水含量較低、地下潛水埋深較大的區(qū)域。

1、相比傳統(tǒng)方法這種探測方法不需開挖、鉆探，靈活方便，探測效率大大提高，并減少了測定成本。

2、避免了對土體結(jié)構(gòu)的破壞，保護了地表的景觀環(huán)境，并保證了測定結(jié)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，并且對地表土體的破壞還將會影響到土壤水力聯(lián)系測定結(jié)果精度的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明包氣帶土壤與地下潛水水力聯(lián)系測定剖面示意圖。

具體實施方式

實施例1：采用現(xiàn)代地球物理探測技術(shù)－—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(lián)系；該方法尤其適用于土壤含水量較低、地下潛水埋深較大的區(qū)域。

首先搜集探測區(qū)域水文地質(zhì)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(qū)域，連續(xù)平緩布設探地雷達觀測線，避免地形起伏明顯的區(qū)域布設測線，以使雷達天線與地面良好接觸，并盡量保證測線長度在30m以上；采用瑞典RAMAC探地雷達系統(tǒng)，當?shù)叵聺撍裆?0m以內(nèi)時，采用100MHz至?50MHz雷達天線；當潛水埋深大于10m時，采用50MHz?至?25MHz天線；同時攜帶便捷式手持GPS一臺，30m的皮尺一把；根據(jù)地物特性設定相應儀器參數(shù)：采樣頻率為512?MHz；采樣點距為1m?至?2m；天線間距為1m；疊加次數(shù)為128次；從測線一端開始向另一端展開皮尺，然后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(guān)閉手機及無線信號傳輸設備，直到完成整條測線；將采集的數(shù)據(jù)導入電腦，利用Reflex專業(yè)分析軟件對現(xiàn)場采集的雷達數(shù)據(jù)進行處理解譯、與時深轉(zhuǎn)換，從處理得到的雷達剖面圖識別出明顯的同相軸，并確定地下潛水位面及其上方1m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(wěn)定的區(qū)間，此區(qū)間即為地下潛水與包氣帶土壤的水力聯(lián)系中斷帶；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(lián)系中斷帶；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(lián)系狀況。對于有水文鉆孔或觀測水井的區(qū)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。??