[发明专利]一种包气带土壤与地下潜水水力联系的测定方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种水力联系状况的测定方法，特别是包气带土壤与地下潜水之间水力联系的测定方法。

背景技术

水力联系可分为两个方向，一种是地表水向下入渗补给地下水；另一种是地下潜水通过毛细管作用向水位面上方包气带土壤补给。地下潜水与包气带土壤之间的水力联系状况将直接影响根系层土壤水的分布，以及植被的生长发育。在干旱缺水地区实施植被建设，评价采矿、地下水抽排等人类活动引起的地下水位变化对植被的影响；认识地下水与天然植被之间的复杂关系；判定地表水对地下水的入渗补给能力以及地下潜水对包气带土壤的供给能力，都需要测定这种水力联系。

当地下潜水埋深较浅时，地下潜水对包气带土壤水补给明显，具有较为强烈的水力联系。但是，当地下潜水埋深较深时（比如10m以下），由于毛细管作用有限，不同的土壤结构、地下潜水与上方土壤是否产生水力联系很难确定。测定水力联系，本质上是掌握土壤水的纵向分布情况。通常采用的测定方法主要有两种：一种是开挖土壤剖面取土样，这种方法耗时、费力、破坏地表、开挖深度往往较浅，很难满足对地下水位埋藏较深地区水力联系的测定。第二种方法是借助钻孔，向孔中投放探测仪器，进行土壤水测定。其缺点在于打钻成本较高，普及性、可操作性较差。总体来说，传统的测定方法探测深度有限、费时费力、成本高，并且对地表土体的破坏还将会影响到土壤水力联系测定结果的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、能直接探测包气带土壤水与地下潜水之间水力联系的测定方法，解决传统的测定方法探测深度有限、费时费力、成本高，并且对地表土体的破坏还将会影响到土壤水力联系测定结果精度的问题。

为实现上述目的，本发明的包气带土壤与地下潜水水力联系测定方法：

a．采用探地雷达系统，当地下潜水埋深10m以内，采用100MHz至 50MHz雷达天线；当潜水埋深大于10m时，采用50MHz 至 25MHz天线；同时配备便捷式手持GPS一台，30m的皮尺一把；根据地物特性设定相应仪器参数：休样频率为512MHz、采样点距为1m 至 2m、天线间距为1m、叠加次数为128次；

b．搜集探测区域水文地质条件、地形信息，连续平缓布设探地雷达观测线，避免地形起伏明显的区域，使雷达天线与地面良好接触，并尽量保证测线长度在30m以上；从测线一端开始向另一端展开皮尺，然后从测线起点开始按设定点距探测，探测同时利用手持GPS记录下每个测点的空间坐标信息，直到完成整条测线；

c．将采集的数据导入电脑，利用Reflex专业分析软件对现场采集的雷达数据进行处理解译、与时深转换，从处理得到的雷达剖面图识别出明显的同相轴，并确定地下潜水位面及其上方1m高的毛细水带在剖面图中位置；

d．从剖面图中提取靠近毛细水带上方雷达信号振幅相对稳定的区间，此区间即为地下潜水与包气带土壤的水力联系中断带；从中断带的厚度、深度，及其上方雷达振幅信号的分布变异程度即可确定地下潜水与包气带土壤的水力联系状况。

有益效果，由于采用了上述方案，利用探地雷达发射与接收的低频电磁波信号对土壤水分敏感这一特点，根据解译获得的电磁波反射信号振幅强度剖面图，判别地下潜水位、毛细水带位置，以及水力中断带的厚度与深度，从而掌握上方土壤与地下潜水之间的水力联系补给状况。解决了传统的测定方法探测深度有限、费时费力、成本高，并且对地表土体的破坏还将会影响到土壤水力联系测定结果精度的问题，达到了本发明的目的。

优点：该方法具有灵活、高效率、成本低、直观等特点，尤其适用于土壤水含量较低、地下潜水埋深较大的区域。

1、相比传统方法这种探测方法不需开挖、钻探，灵活方便，探测效率大大提高，并减少了测定成本。

2、避免了对土体结构的破坏，保护了地表的景观环境，并保证了测定结果的准确性。

3、能有效地提高测定深度，解决了测定方法探测深度有限、费时费力、成本高，并且对地表土体的破坏还将会影响到土壤水力联系测定结果精度的问题。

附图说明

图1为本发明包气带土壤与地下潜水水力联系测定剖面示意图。

具体实施方式

实施例1：采用现代地球物理探测技术－—探地雷达GPR测定地下潜水与其上方包气带土壤之间的水力联系；该方法尤其适用于土壤含水量较低、地下潜水埋深较大的区域。

首先搜集探测区域水文地质条件、地形信息，尤其适合土壤水含量偏小、电阻率偏大、潜水埋深偏大的区域，连续平缓布设探地雷达观测线，避免地形起伏明显的区域布设测线，以使雷达天线与地面良好接触，并尽量保证测线长度在30m以上；采用瑞典RAMAC探地雷达系统，当地下潜水埋深10m以内时，采用100MHz至 50MHz雷达天线；当潜水埋深大于10m时，采用50MHz 至 25MHz天线；同时携带便捷式手持GPS一台，30m的皮尺一把；根据地物特性设定相应仪器参数：采样频率为512 MHz；采样点距为1m 至 2m；天线间距为1m；叠加次数为128次；从测线一端开始向另一端展开皮尺，然后从测线起点开始按设定点距探测，探测同时利用手持GPS记录下每个测点的空间坐标信息，测定过程中应关闭手机及无线信号传输设备，直到完成整条测线；将采集的数据导入电脑，利用Reflex专业分析软件对现场采集的雷达数据进行处理解译、与时深转换，从处理得到的雷达剖面图识别出明显的同相轴，并确定地下潜水位面及其上方1m高的毛细水带在剖面图中位置；从剖面图中提取靠近毛细水带上方雷达信号振幅最为稳定的区间，此区间即为地下潜水与包气带土壤的水力联系中断带；该中断带受地下潜水与地表水下渗影响较弱，土壤水分无显明变化，即为地下潜水与包气带土壤的水力联系中断带；从中断带的厚度、深度，及其上方土壤水的分布变异程度即可确定地下潜水与包气带土壤的水力联系状况。对于有水文钻孔或观测水井的区域，可通过人工观测潜水位埋深，以验证GPR信号解译的准确性。