ERT與染色示蹤方法在土壤入滲監(jiān)測(cè)中的應(yīng)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(dá)地下水面，補(bǔ)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(zhǔn)確地估計(jì)地下水補(bǔ)給量（或速率）。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)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(wèn)題，而探究土壤水入滲過(guò)程

2、是研究這些問(wèn)題的關(guān)鍵之一。近二十年來(lái)，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(shù)，因其非破壞性、時(shí)空連續(xù)性和高分辨率等特點(diǎn)在土壤水分入滲研究中得到廣泛應(yīng)用，而染色示蹤試驗(yàn)由于能清晰、直觀地反映土壤水分流動(dòng)路徑而受到人們的關(guān)注。
　　為了解水分在土壤中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，本文共進(jìn)行了室內(nèi)土壤水分入滲實(shí)驗(yàn)和田間土壤水分入滲試驗(yàn)兩個(gè)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(yùn)動(dòng)過(guò)程。室內(nèi)土柱水分入滲實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，

3、采用土壤水分傳感器作為監(jiān)測(cè)裝置，將其安裝于土柱的不同深度處，監(jiān)測(cè)不同入滲水量時(shí)剖面含水量變化情況，并利用不同的模型模擬水分的運(yùn)動(dòng)。田間水分入滲試驗(yàn)于大沽河下游的即墨市藍(lán)村鎮(zhèn)四里村農(nóng)田進(jìn)行，布設(shè)2～4條測(cè)線，采用類似于雙套環(huán)的試驗(yàn)裝置，在測(cè)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(jī)玻璃框（外框），內(nèi)框中注入3.0g/L的亮藍(lán)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(lán)溶液和水分都會(huì)向下入滲。利用DCX-1G多功能高密度電法儀—實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)（ERT）原位監(jiān)測(cè)水分和亮藍(lán)溶液入滲前、入滲過(guò)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(dǎo)入到三維Voxler軟件中，實(shí)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(guò)程，并用Hydrus-1D軟件模擬土壤水分運(yùn)動(dòng)，以便進(jìn)一步驗(yàn)證ERT監(jiān)測(cè)土壤入滲過(guò)程的可行性。在試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)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(wú)法看到染色示蹤劑為止，并用數(shù)碼相機(jī)記錄剖面的染色狀況。本文的研究得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：
　　（1）通過(guò)對(duì)室內(nèi)土柱入滲實(shí)驗(yàn)的分析，發(fā)現(xiàn)水分在入滲開始時(shí)的入滲率較大，累積入滲量的變化較快；隨著時(shí)間的推移，入滲率逐漸減小并趨于穩(wěn)定。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的入滲過(guò)程可用Philip模型和Kostiakov模型進(jìn)行模擬，Kostiakov模型的擬合度優(yōu)于Philip模型；入滲過(guò)程和再分布過(guò)程均可用Hydrus-1D模擬，它對(duì)前者的模擬結(jié)果較好，但對(duì)后者的

6、模擬結(jié)果稍差。
　?。?）根據(jù)ERT反演后計(jì)算得到的電阻率值，將其與實(shí)測(cè)的含水量數(shù)據(jù)用改進(jìn)后的Archie公式擬合，獲得了含水量與電阻率之間的定量關(guān)系，其擬合度為0.765，相關(guān)性較好，能較為準(zhǔn)確地反映含水量與電阻率之間的關(guān)系。
　?。?）利用ERT監(jiān)測(cè)田間土壤水分運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)間的延續(xù)，表層電阻率的變化逐漸減??；比較試驗(yàn)不同時(shí)刻土壤水分入滲剖面和亮藍(lán)溶液入滲剖面，發(fā)現(xiàn)土壤水分的

7、入滲速度比亮藍(lán)溶液的入滲速度要快；在亮藍(lán)溶液入滲的過(guò)程中，由于上部土壤會(huì)對(duì)亮藍(lán)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(yùn)動(dòng)；在入滲量特別大時(shí)，水分會(huì)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(dǎo)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(guò)程。通過(guò)將二維電阻率剖面信息與三維電阻率立體信息相對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三維電阻率模型能夠準(zhǔn)確地反映