基于非接触观测法的水文地质参数的时空定量表达

The spatial and temporal quantitative information of hydrogeologic parameters is control factors of the interaction process of GSPAC system, and they also are the core factors of uncertainly of eco-hydrological modle. Based on the conventional methods in hydrogeological survey, and GPR is applied as a more promising geophysical method to provide high-resolution information of aquifers. The physical theory of estimating parameters of porous materials by the GPR is also presented. The collection of drilling and test data, and the study of data fusion for the heterogeneity in porous aquifers, quantitative analysis of the spatial and temporal information of hydrogeologic parameters.This study provide the scientific foundation for estimating the parameters of eco-hydrological model and interpretation the hydrogeological mechanisms of the eco-hydrological processes in tarim river riparian.

水文地质参数的时空定量表达是影响GSPAC系统物理、化学和生物过程的主要控制要素，也是引起生态水文模拟不确定性的重要因子。在水文地质参数传统勘察技术的基础上，应用非接触观测技术（GPR）进行水文地质参数的多方法同步定位监测，阐明GPR技术获取水文地质参数的物理机制，收集钻孔及试验数据，将多源、多尺度的水文地质参数进行数据融合，实现高分辨率的水文地质参数的时空定量表达，建立多孔介质水文地质参数的综合表征系统,为提高对流域尺度水文地质条件的认识，获取有效的水文地质参数，减小地下水流及溶质运移数值模拟的不确定性提供技术支撑。

基于塔里木河干流地质、地貌、水系、植被的分异规律，自上游至下游垂直河道布置物探断面，运用探地雷达技术（GPR）、瞬变电磁技术（TEM）和核磁共振技术（NMR），获取多源、多尺度的水文地质参数监测的电性数据。建立电性参数（介电常数、视电阻率、弛豫时间、初始振幅、初始相位等）与水文地质参数（体积含水量、孔隙度、给水度与渗透系数）的数学关系模型，并应用地质钻孔资料、抽水试验数据及室内试验数据，对所建数学模型进行校验和修正。再运用DS证据冲突理论将少量的钻孔及试验数据与大量的地球物理探测数据进行数据融合，实现地球物理数据、钻孔、试验等数据的互相支持与优势互补，以此获取多源水文地质参数集成的优化结果。最后运用空间插值技术建立水文地质参数的3D 地质模型，从而实现区域尺度上水文地质参数的尺度拓展。得到以下结论：. （1）NMR技术的研究结果探明了塔河干流沿河岸和垂直河岸方向地下水的赋存和分布规律。潜水位埋深1.60～9.05 m，最大体积含水量为8%~36.08%。衰减时间T2*从11.7ms到286ms，极个别层位T2*超过286ms，说明含水层岩性以中细砂、细砂以及粉砂为主，富水性各地不一，各测点单层或多层含水层结构清晰。反演研究区给水度范围为0.001~0.318,平均0.085；渗透系数0.17~31.77m/d，平均3.068m/d。.（2）基于TEM技术反演结果区域物性呈现出了地表高阻，且视电阻率随深度加深呈逐渐降低的特征。区域气候较为干旱，视电阻率的差异性变化是含水层岩性变化与地下水矿化度变化的综合反映。由视电阻率估算所得的渗透系数，与抽水试验结果对比误差率为14%。.（3）基于GPR技术探明研究区地层分界与潜水位的分布。塔河干流的潜水面基本位于5m到20m的深度范围内，潜水面以下的相对介电常数从8到20浮动；研究区近地表层位包括细砂层，砂层，粗砂层等，但是其介电常数差异小。由介电常数估算研究区孔隙度范围0.03~0.36，平均0.126。.（4）对比NMR,GPR,TEM获取的地球物理场的异常特征，且利用数据融合技术将少量钻孔资料、实验数据与大量的地球物理数据进行融合，实现测量尺度、垂向分辨率和质量控制等方面的优势互补，获取了区域水文地质条件的整体认识，集成多源多尺度水文地质参数的表征体系，从而为资料缺失地区，提供一种低成本、高精度的水文地质参数获取的手段。