基于探地雷达技术的盐碱地地下分层导电特性无损探测方法研究

Remote Sensing Method can achieve monitoring wide spread saline-alkali soil area rapidly, and it play very important role in saline-alkali management and improvement. Under the limitation of electromagnetic wave frequency, the spectrum, active and passive microwave remote sensing method can't penetrate soil effectively, on the contrary, the low frequency electromagnetic induction method can penetrate the soil, but has low vertical resolution. Metric waves ground penetrating radar(GPR) can emit and receive the electromagnetic echo from a few meter depth under ground, this advantage give GPR the ability to achieve nondestructive survey on underground structure parameter of saline-alkali soil. This subject is aimed at the nondestructive survey on underground structure parameter of saline-alkali soil problem. We propose the forward and frequency domain analysis method on the underground structure parameter of saline-alkali soil based on wave equation, then we can synthesize the time domain echo according to the frequency domain respond, and establish the wave form library. At last, we perform the inversion progress on underground structure parameter, dielectric constant and medium layer thickness, of saline-alkali soil. Our research can provide theory and practice basis to achieving nondestructive survey on underground salinization character of saline-alkali soil.

盐碱地的改良对粮食增产具有十分重要的意义。空间光学和微波遥感方式能够对盐碱土表层介电特性等参数进行有效探测。探地雷达具有一定的穿透能力和较高的垂直分辨率，可以探测盐碱地浅层地下的导电特性分布情况，进而为盐碱地地下水盐分布特征的探测提供了可能。 本课题针对盐碱地地下分层导电特性的探地雷达无损探测方法开展研究，采用波动方程法对不同地下介质结构参数的盐碱地进行频域内正演分析，根据合成后的频域响应经傅氏反变换获得探地雷达时域回波，以此建立回波波形先验知识库；采用时域回波波形知识库查找表法和频域波动方程求解法对盐碱地地层结构的厚度和介电特性等参数进行反演，从而实现盐碱地地下分层导电特性的无损探测，其探测深度0~5m，垂直分辨率≤20cm，该技术将与空间遥感技术组成盐碱地完备的探测体系，为盐碱地改良和促进农业增产提供有效的信息技术支持。

在吉林西部地区盐碱地的改良过程中，需要事先对改造地域表层盐碱土电导率进行探测和标识，以确定改造区域内的盐渍化程度及分布特征，并以此为依据制定改造策略。目前已有的电导率探测手段主要有EM38电导仪与Veris3100两种方式，但这两种方法各有局限性，EM38对金属材料敏感，难以实现车载及自动化测量，Veris3100则需要探头与地面接触才能完成测量。探地雷达作为地下介质的有效探测手段，具有部署快捷、探测速度快、无损非接触探测等优点，如果能利用探地雷达技术进行盐碱地电导率测量，进而实现对土地的盐渍化程度进行判读，该技术将具有其特有的巨大优势。.本课题根据电磁波传播理论与波动方程理论，开展基于探地雷达技术的盐碱土水盐特征探测方法研究，并通过理论分析与野外实验结果相结合，提出盐碱土电导率反演的新方法。首先，在低电导率普通壤土条件下提取探地雷达的发射子波，并将该子波作为雷达的基准回波；然后，在吉林西部盐碱地选择不同盐碱化程度的典型区域进行探地雷达探测，采集不同电导率条件下盐碱土的雷达回波，同时，使用WET探测盐碱土电导率，并进行土样采集进行化验分析；之后，将不同盐碱化程度下的雷达回波与基准雷达回波做相关计算，以相关系数表征盐碱土的盐碱化程度，并与WET电导率测量结果和土样化验结果进行对比。结果显示，本课题提出的基于回波相关的盐碱土电导率反演方法与WET测量结果有较好的一致性，该方法能对吉林西部地区盐碱土的电导率进行有效探测。.基于探地雷达技术的盐碱土电导率反演方法的提出，为使用探地雷达技术实现盐碱土盐渍化程度的判定提供了依据，该方法可用于盐碱地改良过程中前期的土地盐碱化判读，为制定盐碱地改良策略提供依据。本课题的相关研究对于盐碱地的改良与再利用、实现东北地区的粮食增产等具有积极意义，具有重要的学术价值和广阔的应用前景。