ERT與染色示蹤方法在土壤入滲監(jiān)測中的應用.pdf

1、大氣降水入滲到地下轉(zhuǎn)化成土壤水，土壤水經(jīng)由非飽和帶（或滲流帶）到達地下水面，補給地下水。土壤水和地下水是干旱半干旱地區(qū)水資源最重要的組成部分，它們支撐著該地區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活及生態(tài)需水。為了保證水資源的可持續(xù)利用，需要準確地估計地下水補給量（或速率）。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，青島市水資源日益匱乏。大沽河作為青島市的重要水源地，雖然流域面積廣闊，但面臨著地下水位下降、海水入侵和地下水污染等諸多問題，而探究土壤水入滲過程

2、是研究這些問題的關鍵之一。近二十年來，高密度電阻率成像法（ERT）作為一種新興的水文地球物理技術，因其非破壞性、時空連續(xù)性和高分辨率等特點在土壤水分入滲研究中得到廣泛應用，而染色示蹤試驗由于能清晰、直觀地反映土壤水分流動路徑而受到人們的關注。
　　為了解水分在土壤中的運動過程，本文共進行了室內(nèi)土壤水分入滲實驗和田間土壤水分入滲試驗兩個部分，分析了在不同入滲量條件下，均質(zhì)土壤和非均質(zhì)土壤中水分的運動過程。室內(nèi)土柱水分入滲實驗過程中，

3、采用土壤水分傳感器作為監(jiān)測裝置，將其安裝于土柱的不同深度處，監(jiān)測不同入滲水量時剖面含水量變化情況，并利用不同的模型模擬水分的運動。田間水分入滲試驗于大沽河下游的即墨市藍村鎮(zhèn)四里村農(nóng)田進行，布設2～4條測線，采用類似于雙套環(huán)的試驗裝置，在測線中央插入尺寸為0.5m×0.5m×0.5m的鐵框（內(nèi)框）和1.2m×1.0m×0.8m的有機玻璃框（外框），內(nèi)框中注入3.0g/L的亮藍溶液，外框內(nèi)注入同等高度的水，在內(nèi)外框水頭高度都是3.0cm的條

4、件下，亮藍溶液和水分都會向下入滲。利用DCX-1G多功能高密度電法儀—實時成像系統(tǒng)（ERT）原位監(jiān)測水分和亮藍溶液入滲前、入滲過程中及入滲后的電阻率變化。將二維剖面電阻率信息整理并導入到三維Voxler軟件中，實現(xiàn)由二維到三維圖像的轉(zhuǎn)換，以便更加清晰地觀察土壤水分入滲過程，并用Hydrus-1D軟件模擬土壤水分運動，以便進一步驗證ERT監(jiān)測土壤入滲過程的可行性。在試驗結束后，對鐵框范圍內(nèi)的土壤沿東西方向每隔5～10cm開挖剖面，一直開挖

5、至無法看到染色示蹤劑為止，并用數(shù)碼相機記錄剖面的染色狀況。本文的研究得出以下幾點結論：
　?。?）通過對室內(nèi)土柱入滲實驗的分析，發(fā)現(xiàn)水分在入滲開始時的入滲率較大，累積入滲量的變化較快；隨著時間的推移，入滲率逐漸減小并趨于穩(wěn)定。室內(nèi)實驗的入滲過程可用Philip模型和Kostiakov模型進行模擬，Kostiakov模型的擬合度優(yōu)于Philip模型；入滲過程和再分布過程均可用Hydrus-1D模擬，它對前者的模擬結果較好，但對后者的

6、模擬結果稍差。
　　（2）根據(jù)ERT反演后計算得到的電阻率值，將其與實測的含水量數(shù)據(jù)用改進后的Archie公式擬合，獲得了含水量與電阻率之間的定量關系，其擬合度為0.765，相關性較好，能較為準確地反映含水量與電阻率之間的關系。
　?。?）利用ERT監(jiān)測田間土壤水分運動時，在入滲初期，入滲區(qū)域土壤的表層電阻率迅速降低，隨著時間的延續(xù)，表層電阻率的變化逐漸減?。槐容^試驗不同時刻土壤水分入滲剖面和亮藍溶液入滲剖面，發(fā)現(xiàn)土壤水分的

7、入滲速度比亮藍溶液的入滲速度要快；在亮藍溶液入滲的過程中，由于上部土壤會對亮藍溶液產(chǎn)生吸附，所以在優(yōu)先流區(qū)域引起電阻率變化的主要原因是水分的運動；在入滲量特別大時，水分會在滲透性較差的區(qū)域產(chǎn)生積聚。
　?。?）將系列二維電阻率剖面信息導入到Voxler軟件轉(zhuǎn)換成三維空間電阻率分布模型，得到了更加豐富的地電斷面信息，可以更清晰地反映土壤水分入滲過程。通過將二維電阻率剖面信息與三維電阻率立體信息相對比，發(fā)現(xiàn)三維電阻率模型能夠準確地反映