铬污染场地复电阻率法时频域联合探测技术研究

论文摘要

深入研究了基于复电阻率法的铬污染场地探测问题。在铬污染土壤复电阻率大量实验研究的基础上，得出了其复电阻率频谱和时谱符合Cole-Cole模型的结论。在深入分析Cole-Cole模型的频谱和时谱特性及时频域测量的等价性的基础上，提出了复电阻率法时频域联合探测的的技术。基于贝叶斯反演算法，提出了时频域数据联合反演Cole-Cole复电阻率模型参数的反演方法，克服了反演中的不确定性。基于阿尔奇经验公式和电化学相关理论，得出了直流电阻率和土壤物性参数间的关系；基于双电层理论和泊松方程，得出了Cole-Cole模型参数和土壤物性参数间的关系。对于具体的铬污染场地的土壤，采用最小二乘法反演拟合了Cole-Cole模型参数和土壤物性参数间的关系式中的参数，并通过牛顿迭代法获得铬污染土壤的铬含量及含水率等物性参数。建立铬污染模拟场地，并对测量的数据进行反演和解释。结果显示，采用本文提出的时频域联合探测的复电阻率法，可以很好地对铬污染场地中的铬含量和含水率分布进行分区，填补了国内在此领域的空白，解决了铬污染场地快速探测的迫切需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• Detailed Abstract
• 1 引言
• 1.1 土壤铬污染现状
• 1.1.1 土壤重金属污染现状
• 1.1.2 土壤铬污染现状
• 1.2 土壤污染探测技术研究概况
• 1.2.1 电阻率法
• 1.2.2 激发极化法
• 1.2.3 复电阻率法
• 1.2.4 目前研究存在的问题
• 1.3 研究内容
• 2 土壤激发极化机理及复电阻率模型
• 2.1 土壤激发极化机理
• 2.1.1 土壤激发极化的原因
• 2.1.2 土壤激发极化的数学描述模型
• 2.2 土壤复电阻率 Cole-Cole 经验模型
• 2.2.1 频率域 Cole-Cole 经验模型
• 2.2.2 时间域 Cole-Cole 经验模型
• 2.3 Cole-Cole 复电阻模型参数对激电谱的影响及物理意义
• 2.3.1 Cole-Cole 模型参数对复电阻率频谱的影响
• 2.3.2 Cole-Cole 模型参数对激电时间谱的影响
• 2.3.3 Cole-Cole 模型参数的物理意义
• 2.4 本章小结
• 3 铬污染土壤复电阻率特性实验研究
• 3.1 土壤复电阻率法测量原理和方法
• 3.1.1 测量原理
• 3.1.2 测量方法
• 3.2 土壤复电阻率法测量系统的研制
• 3.2.1 频域复电阻率测量系统
• 3.2.2 时域测量系统
• 3.2.3 Cole-Cole 模型电路测量验证
• 3.3 实验材料与方法
• 3.3.1 实验材料
• 3.3.2 实验装置
• 3.3.3 供电信号
• 3.3.4 土样制作和实验内容
• 3.4 实验结果及分析
• 3.4.1 频域复电阻率实验结果分析
• 3.4.2 时域实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 Cole-Cole 模型参数时频域数据联合反演
• 4.1 时域数据处理方法
• 4.1.1 ρ0的测量
• 4.1.2 m 的近似计算
• 4.1.3 c 的估算
• 4.1.4 τ的估算
• 4.2 Cole-Cole 模型参数贝叶斯反演方法
• 4.2.1 贝叶斯反演方法
• 4.2.2 Cole-Cole 模型参数的贝叶斯反演方法
• 4.2.3 Cole-Cole 模型参数的贝叶斯反演结果
• 4.3 铬污染土壤 Cole-Cole 模型参数时频域联合反演结果及分析
• 4.3.1 反演结果
• 4.3.2 反演结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 铬污染土壤物性特征参数的表征及求解
• 5.1 cole-cole 模型参数与铬污染土壤物性参数的关系
• 5.1.1 ρ0和铬污染土壤物性参数关系
• 5.1.2 m、c、τ和铬污染土壤物性参数关系
• 5.2 表达式参数最小二乘拟合
• 5.2.1 目标函数
• 5.2.2 拟合工具及结果
• 5.2.3 结果验证
• 5.3 铬污染土壤物性参数方程组求解
• 5.3.1 牛顿迭代法
• 5.3.2 牛顿迭代法求解步骤
• 5.3.3 铬污染土壤物性参数方程组求解结果
• 5.4 本章小结
• 6 铬污染场地复电阻率法探测及数据解释
• 6.1 铬污染模拟场地的建立
• 6.1.1 场地的设置
• 6.1.2 测线布置
• 6.1.3 测量方法
• 6.2 测量结果及数据解释
• 6.2.1 测量数据结果
• 6.2.2 数据处理及解释方法
• 6.2.3 定性解释
• 6.2.4 场地铬含量及含水率分布解释
• 6.3 和 AGI 高密度电法仪测量结果对比
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 进一步研究的建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在学期间发表的学术论文
• 在学期间参加科研项目