[發(fā)明專利]一種包氣帶土壤與地下潛水水力聯(lián)系的測(cè)定方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210348566.4
• 申請(qǐng)日: 2012-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN102866427A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷少剛;卞正富;劉振國(guó);劉志新;姜智海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V3/12
• 分類號(hào): G01V3/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)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(cè)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(cè)定方法。

背景技術(shù)

水力聯(lián)系可分為兩個(gè)方向，一種是地表水向下入滲補(bǔ)給地下水；另一種是地下潛水通過毛細(xì)管作用向水位面上方包氣帶土壤補(bǔ)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(zhǎng)發(fā)育。在干旱缺水地區(qū)實(shí)施植被建設(shè)，評(píng)價(jià)采礦、地下水抽排等人類活動(dòng)引起的地下水位變化對(duì)植被的影響；認(rèn)識(shí)地下水與天然植被之間的復(fù)雜關(guān)系；判定地表水對(duì)地下水的入滲補(bǔ)給能力以及地下潛水對(duì)包氣帶土壤的供給能力，都需要測(cè)定這種水力聯(lián)系。

當(dāng)?shù)叵聺撍裆钶^淺時(shí)，地下潛水對(duì)包氣帶土壤水補(bǔ)給明顯，具有較為強(qiáng)烈的水力聯(lián)系。但是，當(dāng)?shù)叵聺撍裆钶^深時(shí)（比如10m以下），由于毛細(xì)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(cè)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(cè)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(shí)、費(fèi)力、破壞地表、開挖深度往往較淺，很難滿足對(duì)地下水位埋藏較深地區(qū)水力聯(lián)系的測(cè)定。第二種方法是借助鉆孔，向孔中投放探測(cè)儀器，進(jìn)行土壤水測(cè)定。其缺點(diǎn)在于打鉆成本較高，普及性、可操作性較差。總體來說，傳統(tǒng)的測(cè)定方法探測(cè)深度有限、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高，并且對(duì)地表土體的破壞還將會(huì)影響到土壤水力聯(lián)系測(cè)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(jiǎn)單、能直接探測(cè)包氣帶土壤水與地下潛水之間水力聯(lián)系的測(cè)定方法，解決傳統(tǒng)的測(cè)定方法探測(cè)深度有限、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高，并且對(duì)地表土體的破壞還將會(huì)影響到土壤水力聯(lián)系測(cè)定結(jié)果精度的問題。

為實(shí)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(cè)定方法：

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

b．搜集探測(cè)區(qū)域水文地質(zhì)條件、地形信息，連續(xù)平緩布設(shè)探地雷達(dá)觀測(cè)線，避免地形起伏明顯的區(qū)域，使雷達(dá)天線與地面良好接觸，并盡量保證測(cè)線長(zhǎng)度在30m以上；從測(cè)線一端開始向另一端展開皮尺，然后從測(cè)線起點(diǎn)開始按設(shè)定點(diǎn)距探測(cè)，探測(cè)同時(shí)利用手持GPS記錄下每個(gè)測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息，直到完成整條測(cè)線；

c．將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，利用Reflex專業(yè)分析軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解譯、與時(shí)深轉(zhuǎn)換，從處理得到的雷達(dá)剖面圖識(shí)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(xì)水帶在剖面圖中位置；

d．從剖面圖中提取靠近毛細(xì)水帶上方雷達(dá)信號(hào)振幅相對(duì)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(dá)振幅信號(hào)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(dá)發(fā)射與接收的低頻電磁波信號(hào)對(duì)土壤水分敏感這一特點(diǎn)，根據(jù)解譯獲得的電磁波反射信號(hào)振幅強(qiáng)度剖面圖，判別地下潛水位、毛細(xì)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(bǔ)給狀況。解決了傳統(tǒng)的測(cè)定方法探測(cè)深度有限、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高，并且對(duì)地表土體的破壞還將會(huì)影響到土壤水力聯(lián)系測(cè)定結(jié)果精度的問題，達(dá)到了本發(fā)明的目的。

優(yōu)點(diǎn)：該方法具有靈活、高效率、成本低、直觀等特點(diǎn)，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(cè)方法不需開挖、鉆探，靈活方便，探測(cè)效率大大提高，并減少了測(cè)定成本。

2、避免了對(duì)土體結(jié)構(gòu)的破壞，保護(hù)了地表的景觀環(huán)境，并保證了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3、能有效地提高測(cè)定深度，解決了測(cè)定方法探測(cè)深度有限、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高，并且對(duì)地表土體的破壞還將會(huì)影響到土壤水力聯(lián)系測(cè)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(cè)定剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：采用現(xiàn)代地球物理探測(cè)技術(shù)－—探地雷達(dá)GPR測(cè)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(cè)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(shè)探地雷達(dá)觀測(cè)線，避免地形起伏明顯的區(qū)域布設(shè)測(cè)線，以使雷達(dá)天線與地面良好接觸，并盡量保證測(cè)線長(zhǎng)度在30m以上；采用瑞典RAMAC探地雷達(dá)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)叵聺撍裆?0m以內(nèi)時(shí)，采用100MHz至?50MHz雷達(dá)天線；當(dāng)潛水埋深大于10m時(shí)，采用50MHz?至?25MHz天線；同時(shí)攜帶便捷式手持GPS一臺(tái)，30m的皮尺一把；根據(jù)地物特性設(shè)定相應(yīng)儀器參數(shù)：采樣頻率為512?MHz；采樣點(diǎn)距為1m?至?2m；天線間距為1m；疊加次數(shù)為128次；從測(cè)線一端開始向另一端展開皮尺，然后從測(cè)線起點(diǎn)開始按設(shè)定點(diǎn)距探測(cè)，探測(cè)同時(shí)利用手持GPS記錄下每個(gè)測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息，測(cè)定過程中應(yīng)關(guān)閉手機(jī)及無線信號(hào)傳輸設(shè)備，直到完成整條測(cè)線；將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，利用Reflex專業(yè)分析軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解譯、與時(shí)深轉(zhuǎn)換，從處理得到的雷達(dá)剖面圖識(shí)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(xì)水帶在剖面圖中位置；從剖面圖中提取靠近毛細(xì)水帶上方雷達(dá)信號(hào)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(duì)于有水文鉆孔或觀測(cè)水井的區(qū)域，可通過人工觀測(cè)潛水位埋深，以驗(yàn)證GPR信號(hào)解譯的準(zhǔn)確性。??