探地雷达地波法测定红壤区土壤水分的参数律定研究

探地雷达地波法是一种农田尺度快速测量土壤体积含水量的有效技术,能够弥补传统方法和卫星遥感方法在含水量监测上的不足。但地波法在红壤地区进行含水量反演的最佳参数仍未确定,相关研究鲜有报道。本研究以位于南方红壤区江西省鹰潭市孙家流域为例,采用地波法对区域土壤体积含水量进行了探测:先使用共中心点法确定所用雷达的系统延时、有效反演深度,并利用Topp、Roth、Ferre和朱安宁四种常用的经验模型由介电常数ε反演土壤含水量;然后通过固定间距法进行区域性的土壤体积含水量测量,确定雷达测量时的最佳天线间距。这一系列过程中,土壤含水量实测值是用烘干法校正的管式时域反射仪(time domain reflectometry,TDR)测定的土壤体积含水量。研究的目的是为了律定地波法在红壤区测定土壤含水量的有效反演深度、最优模型和最佳天线间距等参数。结果表明:60 MHz探地雷达地波法反演0～40 cm土层的土壤体积含水量时精度最高,误差最小;Roth经验模型更适合于红壤地区0～40 cm土层土壤含水量的反演,均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.022 m3m-3;地波...     

基于探地雷达的典型喀斯特坡地土层厚度估测

土层厚度是坡地水文过程的一个重要控制因素。本研究使用MALA公司的探地雷达,分别采用100和500MHZ频率的天线对土层厚度进行探测,然后通过开挖探槽实测土层厚度,同时调查了影响探地雷达结果的因素—土石交界面的基岩风化度,并建立了不同输入下的线性回归模型和GEP模型,对探地雷达在喀斯特坡地土层厚度估测的适用性进行了探讨。结果表明,喀斯特坡面土层浅薄且含有较多碎石,使用频率较高的天线可以提高探测精度;同时将不同频率天线探测的结果以及基岩风化度作为输入,均能提高对土层厚度的模拟精度;相同输入条件下,总体来看,基于GEP算法建立的土层厚度模型模拟精度较经典统计的线性回归和多元回归模型高,R2最大能提高7.6%     

基于探地雷达的地下水土流失研究

西南山区地下水土流失是水土流失的重要途径之一,而表层岩溶带是整个地表物质、生物迁移和转化最活跃的部分,是地表水土物质迁移的主要通道。利用探地雷达对研究区内表层岩溶带发育状况开展实测调查,初步构建喀斯特坡耕地表层岩溶带结构特征、发育状况勘测方法,为判别喀斯特地区地下水土流失方式与途径提供基础数据,以期为西南山区水土流失治理、水土资源优化配置,以及石漠化生态恢复等相关工程措施方案制订提供科学依据。     

探地雷达在土层厚度调查中的试验研究

土层厚度是评价土壤质量的一个重要指标,如何快捷、准确获取土层厚度及相关特性一直是土壤、土地、水利、农学等领域专家关注的问题之一。早在20世纪70年代末期,美国的佛罗里达州就开始用探地雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)等地球物理技术来研究农业土壤性质的变异性。GPR监测可分直接和间接应用两种情形。     

基于探地雷达的土壤水分测定方法研究进展

农田和小流域尺度土壤水分空间和时间分布信息的快速、准确、无损获取是土壤学、农学以及生态环境学等相关科学研究的重要需求.探地雷达作为一种新型地球物理技术, 近年来在多个领域有了应用和推广.本文针对探地雷达技术在土壤水分监测方面应用的科学问题, 在总结国内外相关研究的基础上, 重点阐述了探地雷达技术测定土壤含水量的基本原理、土壤含水量和土壤介电常数的常用关系式、探地雷达技术测定土壤含水量的研究方法及其在国内外的研究进展, 评价了各方法的优势和不足及其在农田土壤中的适用性, 并提出存在的问题和研究展望, 以期为相关科学研究以及探地雷达在我国农田土壤上应用开创新的领域提供参考.     

利用探地雷达测定东北黑土层厚度在坡面的空间变化

准确掌握黑土层厚度分布信息对于黑土资源评价和保护具有重要意义。然而,传统土层厚度测定方法包括土壤剖面法、插钎法和钻孔法等对于大范围的土壤厚度测定效率较低且连续性较差。本研究利用探地雷达探测了东北黑土区直型、凸型和凹型3种坡型坡面的黑土层厚度。室内模拟试验对黑土及黄土母质土壤分别设置不同的容重和含水量,探究土壤含水量和容重对土壤介电常数的影响以及探地雷达测定黑土厚度的可行性。野外试验通过开挖剖面和预埋标识物,验证了探地雷达测量黑土厚度的准确性。结果表明：土壤介电常数随容重的增大而增大,随土壤含水量的增加而减小;黑土和黄土母质层土壤含水量、容重和介电常数之间的关系可以用两个对数方程来描述,其精确度为95.26%~99.66%。探地雷达测量黑土厚度与剖面实测厚度相比,精确度为87.05%~95.58%。3个坡面的黑土厚度空间分布不同,且坡脚发生沉积处的黑土厚度较大,坡肩和坡背土壤侵蚀较严重处的黑土厚度较薄。本研究可为进一步探明和保护黑土资源提供一种高效、准确的土壤厚度调查方法。     

低频探地雷达地波法测定土壤含水量的可行性研究

利用地波法来探讨低频探地雷达(GPR)在土壤含水量测定方面的可行性。分别采用50 MHz和100 MHz天线的探地雷达地波法对黄淮海平原潮土地区砂壤土和砂土中的含水量进行了探测研究。结果表明,50 MHz天线GPR分辨率过低,在砂土和砂壤土中均无地波信号。100 MHz天线在砂壤土中无地波信号,但在砂土中可清晰读取出空气波和地波。TDR测得含水量为6.3%的砂土,用100 MHz天线地波法3次测定结果分别为5.9%,6.2%和6.5%,绝对误差均在0.4%以内。采用共中点法(CMP)和固定间距法(FO)相结合探测土壤含水量,在FO最佳天线间距1 m时测得灌水前后的砂土含水量分别为6.5%和20.2%,与TDR测定结果6.3%和19.7%相比,绝对误差在0.5%以内。100 MHz天线CMP和FO相结合的方法兼顾了CMP法读取地波的精确和FO法的快速便捷,在砂土的含水量测定应用中是可信、可行的。     

探地雷达测定土壤含水率研究综述

准确快速测定土壤含水率,在理论研究与实际应用中都具有重要意义。在综合分析烘干法、中子法、时域反射法和遥感4种土壤含水率测定方法的优缺点基础上,指出探地雷达是一种适合于中尺度的土壤含水率测定的技术。对探地雷达以及探地雷达测定土壤含水率的技术原理与方法进行全面介绍,并以介电常数与土壤含水率的关系模型为主,对国内外这方面的研究工作以及存在的问题进行了总结。最后指出,探地雷达测定土壤含水率是一项非常有前景的技术,但目前国内在这方面的研究工作与国外相比远远不够,今后应加强这方面的研究工作。     

基于探地雷达的滨海盐渍土表层含水量测定研究

本研究选取了17个植被类型不同或长势不同的典型地块,利用250 MHz中心频率探地雷达,采用固定间距法和共中心点法两种测量方法,分析电磁波信号对土壤剖面特性变异分层的响应特征,提取地面波和表层反射波的传播速度,代入常用的11个土壤介电常数—含水量经验模型,反演表层土壤(0~30 cm)体积含水量。GPR图像可清晰识别0~1m土层的空气波、地面波和反射波信号;GPR反演体积含水量与农田表层土壤实测质量含水量的相关系数可达0.8以上,其中以Topp模型与巨兆强模型的相关系数最高,朱安宁粉砂黏潮土的θ~ε经验模型的平均反演误差为0.012 m~3 m~(-3);对于表层土壤盐分较高的地块,反射波信号反演表层土壤含水量的效果优于地面波;表层土壤扰动越大,雷达波信号提取误差越大,GPR反演含水量的精确度越低。     

基于探地雷达功率谱和雷达波振幅包络估算砂壤含水率

为实现探地雷达(ground penetrating radar,GPR)技术对中国西部干旱地区浅部砂壤介质含水率分布精确、快速、连续的探测,该文研究了耦合自回归滑动平均功率谱估计方法(auto regressive and moving average,ARMA)和雷达波振幅包络平均值方法(average envelope amplitude,AEA)反演含水率提高反演精度的可行性。首先,使用自回归滑动平均功率谱估计方法(auto regressive and moving average,ARMA)和雷达波振幅包络平均值方法(average envelope amplitude,AEA)分别反演雷达有效探深范围内的砂壤介质体积含水率值。将雷达探测结果分别与取样烘干法在各深度的测试结果进行对比分析,发现针对研究区内的干燥砂壤介质,使用ARMA方法能够有效地反演出地表10 m深度内砂壤介质的体积含水率值,但0~0.5 m范围内含水率值反演结果不准确;而AEA方法可准确反演出该地区0~0.5 m范围内的体积含水率值。根据2种方法的适用性,构建典型干旱地区浅部砂壤介质(0~10 m)含水率的反演模型。实际探测显示,联合模型平均相对误差为5.57%~16.71%、均方根误差为0.62%~2.08%,在0~0.5 m范围内反演的含水率平均相对误差比ARMA方法减少16.81%~41.80%,与AEA方法相比,联合模型能够反演更深地表的含水率。综合表明联合模型能够快速、准确、连续地获得西部干旱区0~10 m范围内浅部砂壤介质的体积含水率值。     

基于探地雷达的喀斯特峰丛洼地土壤深度和分布探测

[目的]研究喀斯特土壤的深度和分布,为利用探地雷达(GPR)技术开展喀斯特地区峰丛洼地土壤分布的研究提供理论依据。[方法]通过室内模拟试验,建立喀斯特地区3种典型质地土壤(砂质黏壤土、黏壤土、粉(砂)质黏土)中探地雷达电磁波波速和土壤含水量的关系式。通过实地测定土壤质地和含水量,选择合适的关系式,对探地雷达图像进行校准、解译,获得土壤深度,并采用开挖法进行验证。[结果]得到了3种质地土壤中电磁波波速(ν)与含水量(θ)关系的三次多项式。利用该关系式探测的喀斯特土壤理论深度与实地开挖的结果相符,误差为0—10cm。利用探地雷达软件生成了反映测线下不同位置土壤深度的二维图像和样方内土壤深度分布的三维图像,表明土壤主要分布在0—50cm。[结论]利用探地雷达技术探测喀斯特地区土壤深度和分布是切实可行的。     

福建赤红壤、红壤旱地土壤水库容状况及水分问题研究

本文采取点面结合 ,运用区域对比方法 ,剖析了福建赤红壤、红壤旱地土壤水总库容、贮水库容、有效水库容和通透库容的差异 ,指出了其目前存在的水分问题     

江西丘陵红壤区坡面径流及其与降雨关系的影响因素

通过径流小区方法,对比观测了采取提高植被盖度,改顺坡耕作为横坡耕作,改直坡为梯田,地表覆盖死地被物4类治理措施9个不同小区地表径流量和同期降雨特征。在比较不同小区地表径流量的基础上,分别建立降雨量、降雨强度、降雨历时与地表径流量回归方程,分析了各种措施对于降雨径流相关性的影响。（1）采取4类措施后,地表径流量显著减少;（2）4种措施对于地表径流与降雨关系的影响存在相同趋势,即措施在降低地表径流量的同时,提高降雨量、降雨历时与地表径流量的相关性,降低降雨强度与地表径流的相关性。在耕作方式对比试验中．横坡耕作与顺坡耕作相比．在减少地表径流的同时,降雨强度与径流量相关性略有提高。地表覆盖和耕作措施在降低地表径流量的同时．也降低了降雨历时与地表径流相关性。     

南方红壤丘陵区土壤侵蚀-沉积作用对土壤酶活性的影响

土壤酶与土壤矿质营养元素循环、能量转移等密切相关。明确土壤酶对土壤侵蚀—沉积作用的响应机制,有助于进一步把握土壤侵蚀在全球碳循环中的作用。通过分析湘中红壤丘陵区松林坡面侵蚀区及沉积区土壤酶活性的变化特征,揭示了酶活性与土壤主要养分因子之间的关系,并在此基础上深入探讨了土壤侵蚀—沉积作用对土壤酶活性的影响。结果表明:沉积区绝大多数土层土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、全氮(total nitrogen,TN)、可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、脲酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶活性均要显著高于侵蚀区。土壤沉积作用明显提高了土壤养分含量及酶活性。其次,侵蚀区与沉积区土壤养分含量及酶活性差异在侵蚀干扰较为严重的表层(0~30 cm)土壤表现较为明显,随着土壤深度的增加差异逐渐减小。侵蚀区与沉积区SOC、TN、DOC及酶活性均随土壤深度的增加呈现总体下降的趋势。相关性分析表明,土壤脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶之间及其与SOC、TN、DOC之间均存在极显著正相关关系(p0.01)。此外,偏冗余分析结果进一步表明SOC是解释土壤酶活性动态变化的主要因子,其解释量达7.5%,侵蚀诱导SOC在坡面的再分布是影响土壤酶活性的重要途径之一。     

不同水分条件下粗砂土剖面中目标物的GPR 图像特征及其解译

通过粗砂土人工土槽试验,研究了不同水分处理下土壤剖面中目标物探地雷达波形态特征的变化及其解译.结果表明,采用500 MHz中心频率天线采集GPR数据,可以获取不同水分条件下粗砂土1 m土体内介电性质异常的目标物较高分辨率的形态特征和位置信息数据:土壤含水量的增加会导致土壤中目标物界面反射信号强度减弱、双程走时增加以及目标物GPR图像形态特征的变化;在土壤性质、水分条件较均一的情况下,利用GPR数据通过时间一深度转换可以准确地确定目标物的埋藏深度.