基于三维井间电阻率成像技术的优势流特征识别及其模拟研究

Preferential flow (PF) always plays big role in the hydrologic cycle, since a good characteristics of PF will help us to understand mechanism of runoff formation and forest water conservation. It also provides the crucial information for groundwater quality improvement. However, the existence of diversity of PF in time and space make the identification work very difficult. The other problem is that the parameters for PF modelling are always not easy to acquire. Based on that, the project presents the basic idea for feature identification and numerical modeling of PF in soil covered by forest typical plants using cross-hole electrical resistivity tomography. And the main content is listed as follow: (1) the construction of approach for 3-D cross-hole electrical resistivity tomography for PF; (2) the method for identification of PF feature; (3) the numerical modeling and application scheme for PF. The objective of the project is to get a refined feature and a stabled modelling program of PF though geophysical method which shows the great significance in science and technology.

优势流是水文循环中的一个非常重要的环节，准确识别土壤优势流的特征是正确认识径流形成机制、了解森林涵养水源机理及地下水环境治理中一项重要基础性工作。然而，由于优势流在时间和空间上存在较大的变异性，使得对其准确识别的困难较大。同时，现有的优势流模型需要众多参数来描述，而这些参数又难以直接测得。为此，本项目提出基于三维井间电阻率成像法的流域典型覆被下的土壤优势流系统的识别与模拟，研究的主要内容包括（1）优势流的三维井间电阻率成像方法研究；（2）优势流特征识别方法研究；(3) 耦合成像结果的优势流过程数值模拟及其应用研究。其目的就是要通过对现代水文地球物理成像方法的进一步研究和实际应用，结合现有优势流研究工作进展，进一步的突破相关关键技术，达到不断细化认识土壤优势流系统特征、进行地下水系统可靠模拟、研发的目标，具有十分重要的科学意义和应用价值。

准确识别土壤优势流的特征依然是土壤水分运移机制研究中的一项重要而艰巨的任务，是正确认识径流形成机制和了解土壤水文功能形成机制重要基础工作。然而现实中，由于优势流的非均质性较为突出，从而使得优势流的定量模拟充满挑战。因此，本项在室内、室外试验及数值模拟的基础上对土壤优势流系统的识别与模拟技术进行了深入的研究，研究的主要成果如下：.1）在数值模拟及室内外试验反复验证的基础上建立了适用于优势流尺度的电阻率勘探及电阻率成像方法。2）通过室内、室外试验，建立了基于电阻率技术的土壤水分特征曲线获取方法，为优势流过程的定量描述提供了重要的数据支撑。3）对土壤优势流路径识别方法进行了深入的研究，建立了通过联合去离子水入渗试验与电阻率监测技术识别土壤优势流区域与基质区域的理论与方法。4）实现了基于电阻率成像技术的土壤优势流区域参数获取方法，并成功开展了基于双孔隙度模型的优势流过程的定量模拟。5）建立了基于电阻率勘探技术的地下水脆弱性评价方法，并应用于区域范围内地下水脆弱性等级划分。.本项目通过利用现代水文地球物理成像方法，结合现有优势流研究工作的进度，进一步的突破了优势流识别与模拟的关键技术问题，对细化认识土壤优势流系统特征以及地下水系统可靠模拟具有十分重要的科学意义和应用价值。