[发明专利]一种基于地面磁共振弛豫信号的水力特征参数估计方法

说明书

本发明属于水文特性参数监测领域，为一种基于地面磁共振弛豫信号的水力特征参数估计方法，利用地面磁共振仪器测量得到多指数弛豫信号，利用QT反演方法获得地下每一深度的含水量和横向弛豫时间谱分布，再对横向弛豫时间的谱分布进行累加计算，得到横向弛豫时间的累计谱根据含水量和横向弛豫时间谱分布随深度的变化，确定非饱和带和饱和带的分界面；根据饱和带含水量和横向弛豫时间得到饱和水力传导度；根据非饱和带含水量和横向弛豫时间的累计谱得到相对水力传导度，得到非饱和水力传导度和有效饱和度。本发明克服传统的电阻率成像和地质雷达等非入侵地球物理方法只能获得电阻率和介电常数等地球物理信息，校正困难和计算结果不确定度高问题。

技术领域

本发明属于水文特性参数监测领域，具体来讲为基于地面磁共振弛豫信号的水力特征参数估计方法。

背景技术

研究饱和-非饱和水分运动规律，首先要确定水分特征曲线和非饱和水力传导度等水力特征参数。目前，非饱和水力传导度等水力特征参数通常在实验室内使用，使用滤纸法、压力板仪法获来获得，费时费力，且难以得到任意条件下的结果。地面磁共振作为一种地下水直接探测方法，具有定量探测地下水分布的优势，且其信号的多弛豫特性与孔径分布相关，进而可以确定水分特征曲线和非饱和水力传导度。因此研究基于地面磁共振弛豫信号的水力特征参数估计方法具有重要意义。

CN107014975A公开了一种轴径向变形可测的非饱和水力特性测量装置及测量方法，其水力特性测量系统包括计重装置和水势测量仪，通过将待测土体试样放置在测量仪器试样容器内，记录体积测量装置、位移传感器的读数，计算所述待测土体试样的轴向变形再结合土体水势测量仪和重装置的读数，实现待测土体试样土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量。但是该方法测量步骤复杂，测量效率低。

CN104537714A公开了一种测量土壤水分特征曲线与非饱和水力传导度的方法。根据土柱水分消耗状况和若干张力计读数变化，利用土壤蒸发过程中土壤剖面基质势等有关数据，借助反复迭代修正技术，求得土壤水分特征和非饱和水力传导度。但是该方法属于传统的在实验室中测量非饱和水力传导度的方法，十分耗时，其张力计和土柱重量需要每日测量1～2次。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于地面磁共振弛豫信号的水力特征参数估计方法，旨在基于地面磁共振方法，能够无损、快速的得出饱和度和水力传导度等水文特性参数，为地下水分运动等过程提供监测数据，。

本发明是这样实现的，

一种基于地面磁共振弛豫信号的水力特征参数估计方法,该方法包括如下步骤：

步骤1、利用地面磁共振仪器测量得到多指数弛豫信号e(t)，其表达式：

其中e₀为初始振幅，与含水量成正比，为第n个孔隙大小对应的横向弛豫时间，I_n为弛豫时间为的信号所占比例大小，t为时间；

步骤2、利用QT反演方法获得地下每一深度的含水量和横向弛豫时间谱分布，再对横向弛豫时间的谱分布进行累加计算，得到横向弛豫时间的累计谱

步骤3、根据步骤2得到的含水量和横向弛豫时间谱分布随深度的变化，确定非饱和带和饱和带的分界面；

步骤4、根据饱和带的含水量和横向驰豫时间得到饱和水力传导度以及根据非饱和带含水和横向驰豫时间的累计谱得到相对水力传导度，进而得到非饱和水力传导度和有效饱和度。

进一步地，所述饱和带，有效饱和度S_E＝1，饱和水力传导度为

其中，υ是密度，g是重力加速度，τ是弧弦比定义的曲率，η是动力粘度，θ_S是饱和含水量，D是自扩散常数，ρ是表面弛豫，T_B是体积水弛豫时间。