探地雷达方法对近地表LNAPL污染物的探测研究

论文摘要

地下水是人类赖以生存的宝贵资源,用水安全的保证是人类健康的前提,但是,由于人类发达的工业建设,给人类带来便利和进步的同时,也对生态环境造成的很多严重的破坏,地下水污染的防治如今成为人类共同面对的问题。对地下水检测工作不宜采用打井取样检测方法,不仅造价昂贵还破坏了地层结构。探地雷达（Ground Penetrating Radar:GPR）作为一个成熟的地球物理探测工具,可以用于实时监测地下水的活动,和对轻非水相污染物（Light non-aqueous phase liquids,LNAPL）的检测。人们对探地雷达探测的能力提出更高的要求,并希望得到水文地质方面的物性参数,对地下水和污染情况做出定量的解释分析。本文首先基于多相流理论建立了LNAPL污染物在土壤中的渗漏迁移模型,得到LNAPL污染迁移的水文参数饱和度分布,然后通过已获得的介电模型将水文参数转换为介电常数,得到介电常数模型。然后基于时域用有限差分法（FDTD）对LNAPL污染的介电常数模型进行探地雷达正演模拟,获得并分析了LNAPL污染区域的雷达信号响应特征。探地雷达波阻抗反演可以用于求取地层的阻抗参数,用波阻抗反演方法对LNAPL污染数据进行处理,包括随机介质正演数据和实测数据,对比了阻尼最小二乘法和基于L1范数的系数反褶积方法的阻抗反演精度。然后反演出的阻抗参数可以转换成介电常数和含水饱和度信息,估算出地下LNAPL污染的位置和分布范围。本文从建立油污染水文模型、探地雷达正演、探地雷达数据预处、波阻抗反演解释四个方面介绍了探地雷达在LNAPL污染物探测的应用,为探地雷达正演模拟提供更加接近真实情况的模型,和得到水文地质的物性参数提供有效的理论基础。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 非水相液体（LNAPL）的污染
•     1.1.2 探地雷达对LNAPL污染的检测
•     1.1.3 GPR波阻抗反演的研究意义
•   1.2 国内外研究现状和进展
•     1.2.1 GPR的研究和发展
•     1.2.2 GPR在 NAPL污染检测的研究现状
•     1.2.3 GPR正演的研究现状
•   1.3 本文研究内容
•     1.3.1 本文主要内容
•     1.3.2 本文创新点
• 第2章 GPR基本原理
•   2.1 麦克斯韦方程组
•   2.2 GPR应用于LNAPLs污染探测指标
•   2.3 波阻抗反演前的预处理
• 第3章 LNAPLs的迁移与建模
•   3.1 LNAPLs迁移的理论基础
•   3.2 LNAPLs建模
• 第4章 LNAPLs的雷达数值模拟
•   4.1 雷达介电常数模型
•   4.2 正演模拟的基础
•     4.2.1 有限差分（FDTD）原理
•     4.2.2 PML吸收边界条件
•     4.2.3 数值稳定条件
•   4.3 LNAPLs的探地雷达正演
• 第5章 GPR波阻抗反演理论及实现
•   5.1 GPR波阻抗反演基本原理
•   5.2 一维GPR波阻抗反演
•   5.3 二维随机介质波阻抗反演
•   5.4 实测数据的波阻抗反演
• 第6章 结论与展望
•   6.1 主要工作和结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 佘松盛

导师: 鹿琪

关键词: 探地雷达,轻非水相液体,多相流理论,相对介电常数,波阻抗反演

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程,环境科学与资源利用

单位: 吉林大学

分类号: P631.3;X83

总页数: 52

文件大小: 4112K

下载量: 112