利用探地雷达（GPR）进行土中水油盐含量的快速确定研究

论文摘要

基于探地雷达探测剖面反射波特征定性研究土壤污染时空分布与变化已取得良好效果,但利用探地雷达信息定量进行土壤污染程度评价的研究起步伊始。本文试图通过从GPR探测剖面上提取介电常数信息,并与土壤中污染物含量建立对应关系,从而实现利用GPR探测结果定量评价土壤污染程度。本论文主要开展了以下四方面工作:一是室内模拟实验研究了未污染土壤、石油污染土壤、无机盐污染土壤的探地雷达探测图像特征;二是现场探测研究不同含水量土壤探地雷达图像特征;三是研究开发了依据探地雷达图像提取介电常数的方法;四是建立了不同污染物浓度与介电常数之间的定量关系。研究发现:利用公式求取介电常数的方法简单易行,式中波速可采用原位直达波测试或波速分析等方法确定,但取样标定的方式更为准确;基于探地雷达剖面信息确定的介电常数能够反映出土壤物质组成和含量变化,可用以量化分析土壤污染程度;未污染土壤孔隙水含量和雷达实测介电常数的关系遵循传统的Alharathi公式,可由此量化分析土壤含水量;被油类污染的土壤,其介电特性符合扩散介电模型,可采用体积混合模式的CRIM介电模型量化分析土中油类含量;被盐类物质侵入的土壤,可采用介电常数和振幅作为输入参数的神经网络方法,进行污染物的量化分析。本论文建立的利用探地雷达进行土壤污染程度定量评价方法,及土壤介电常数与污染物浓度之间的量化分析公式,为探地雷达这种快速简便的地球物理探测方法在土壤污染评价中的广泛应用奠定了基础。后续工作中将广泛而深入的研究不同类型的土壤污染物对介电常数的影响,并建立针对土壤类型、物理力学状态、污染物种类的土壤介电常数与污染程度之间的定量关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 土壤污染调查的地球物理方法
• 1.2 利用探地雷达（GPR）进行地下污染调查的国内外研究概况
• 1.3 论文的选题依据
• 1.4 论文的研究内容与技术路线
• 1.5 本文的主要研究成果与创新
• 2. 室内实验设计与实施
• 2.1 实验材料与设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验物理模型
• 2.1.3 实验采用的探地雷达设备及其主要参数
• 2.2 实验的内容与方法
• 2.2.1 未污染砂土探地雷达实验
• 2.2.2 有机污染（油类）砂土的探地雷达实验
• 2.2.3 无机污染（盐类）砂土的探地雷达实验
• 2.3 室内实验结果
• 3. 现场实验设计与实施
• 3.1 现场实验方法与过程
• 3.1.1 现场实验布置
• 3.1.2 实验过程
• 3.2 现场实验结果
• 4. 实验数据处理方法
• 4.1 土壤介电常数的求取方法
• 4.2 土壤介电模型
• 4.2.1 常用土壤介电模型
• 4.2.2 基于介电模型的实验土样介电常数确定
• 4.3 基于GPR 探测剖面的室内实验数据提取
• 4.3.1 探地雷达反射信号产生的原理
• 4.3.2 走时和振幅信息提取方法
• 4.3.3 雷达剖面信息提取结果
• 4.4 基于GPR 探测剖面的现场实验数据提取
• 4.4.1 GPR 现场实验雷达剖面信息提取
• 4.4.2 GPR 现场实验雷达剖面信息提取结果
• 4.5 统计分析指标
• 5.利用探地雷达（GPR）进行土中水、油和盐含量的确定
• 5.1 土中含水量的确定与讨论
• 5.1.1 未污染砂土探地雷达剖面特征的定性分析
• 5.1.2 砂土类型对介电常数的影响分析
• 5.1.3 土中含水量与介电常数的关系
• 5.1.4 土中含水量的确定
• 5.1.5 现场实验结果讨论
• 5.2 土中含油量的确定与讨论
• 5.2.1 有机污染（油类）砂土探地雷达剖面特征的定性分析
• 5.2.2 土中含油量与介电常数的关系
• 5.2.3 土中含油量的确定
• 5.3 土中盐含量的确定与讨论
• 5.3.1 无机污染（盐类）砂土探地雷达剖面特征的定性分析
• 5.3.2 土中含盐量与介电常数的关系
• 5.3.3 土中含盐量的确定
• 6. 结论与进一步工作
• 6.1 结论
• 6.2 进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文