论文部分内容阅读
目前土壤水含量测量的研究越来越多地受到关注,其中探地雷达法在国内外已得到大力发展,而且很多集中于实验研究。本文主要目的是为了验证探地雷达测量土壤水含量的可行性和精确度,并对单偏移距反射法测量土壤水含量的整个过程进行评定。
本文的主要内容包括以下四个方面。
(1)分析介电特性与土壤水含量的关系。探地雷达是一种间接测量土壤水含量的方法,根据其剖面信息,只能得到土壤的介电特性,为了建立土壤水含量与介电常数之间的关系,本文总结了四种混合土壤介质模型,即Topp模型、折射系数(CRIM)模型、海涅一博格模型和自相似模型,其中Topp公式只含有一个参数,简单易行。
(2)理论分析探地雷达测量土壤水含量的方法,即反射波法、地面波法、钻孔探地雷达法和地表反射系数法,提出各自提取介电常数的方法,并比较四种方法的优缺点。反射波法包括单偏移距法和共中心点法,本文结合GV3探地雷达的特点,选择单偏移距反射法进行测量,提出该方法测量时介电常数的求取方法,即采用公式ε=(c/v)2。
(3)采用基于时域有限差分法的Gprmax软件对土壤介质模型进行数值模拟,模拟激励源采用雷克子波,Gprmax模拟生成的场值在MATLAB环境下成图,观测模型剖面图所反映的信息。根据剖面图分析探地雷达测量土壤水含量的可行性,同时对剖面信息进行提取,将获得的实测介电常数值与理论值比较,分析探地雷达测量土壤水含量可达到的准确度。
(4)室内实验的分析研究,为了说明数值模拟的准确性和实际测量中探地雷达法的精度,对实验模型同时采用探地雷达法和标准烘干法两种方法测量,并分析两者之间误差及产生原因。随着介电常数的增加,Topp公式计算的土壤水含量值与烘干法测量值之间的误差也相应增加,为了获得更准确的土壤水含量信息,根据探地雷达测量的介电常数值与烘干法获取的土壤水含量值,对Topp公式的系数进行重新拟合。
本文的数值模拟及实验分析结果表明探地雷达单偏移距反射法是一种可行且有效的测量土壤水含量的方法,其将会得到越来越广泛的应用。由于单偏移距法是在已知剖面深度的基础上进行探测的,后续可进一步将其与共中心点法相结合,建立更快速获取土壤水含量的方法。