利用GPR天线-目标极化的瞬时属性分析方法探测LNAPL污染土壤

轻非水相流体(LNAPL)泄漏后会对土壤和地下水造成严重污染,为了准确探测出LNAPL泄漏范围,本文将GPR天线-目标极化的瞬时属性分析方法应用于轻非水相流体污染土壤探测的研究中。采用注入柴油的石英砂砂箱在实验室建立污染土壤模型,利用探地雷达对该污染土壤分别进行天线方位为0°、90°的测量。LNAPL土壤污染物形状、大小、结构并不规则,因此可以通过0°和90°方位天线测量来分析天线-目标极化特征,了解目标物的走向、形状等地下介质信息。通过对预处理后的包含天线-目标极化特征的信息进行瞬时属性分析,LNAPL污染范围可以被清晰地识别,提高了GPR探测能力。     

LNAPL在含裂隙层状非均质地层中运移模拟研究

为研究轻非水相流体（LNAPL）泄露后在土壤中扩散情况,基于室内试验,使用TOUGH2软件进行数值模拟,分析探讨含裂隙层状非均质地层中LNAPL的运移及分布情况。并对LNAPL入渗过程及停止入渗并静置一定时间后,不同粒径砂层及裂隙中LNAPL的分布特征及残留含量进行对比研究。在LNAPL泄露入土壤后,优先进入土壤中的裂隙,形成快速通道,使LNAPL的扩散方式不局限于自上而下逐层渗入,同时也从裂隙中向两侧水平扩散,加快了LNAPL扩散入地层中的速度;停止入渗并静置一定时间后,包气带细砂中的LNAPL饱和度大于粗砂中的饱和度,而饱水带中两种砂土中的LNAPL饱和度相差较小。     

LNAPL污染物及水含量对石英砂介电常数的影响

为研究LNAPL污染物及水含量对石英砂介电常数的影响,首先以石英砂模拟单一土壤环境,利用柴油和水的混合物来模拟轻非水相液体(LNAPL)污染物污染土壤,然后通过矢量网络分析仪和开口同轴探头,分析高频超宽带电磁波在土壤中的反射并计算介电常数。实验结果显示,石英砂介电常数随着体积含水量和含油量的增加而增加,直到达到饱和状态,此时石英砂介电常数趋于稳定;石英砂介电常数实测值处于极化模型和De Loor模型之间,结果与De Loor模型接近。     

加油站渗漏污染快速调查方法及探地雷达的应用

利用探地雷达进行加油站快速调查的主要程序包括收集资料、走访、现场踏勘、物探初勘以及试采样等,最终达到初步了解加油站的基本情况、渗漏污染风险以及可能污染渗漏点的目的。选择上海、北京、南京地区各一座加油站,详细介绍了快速调查的过程及结果。其中,上海和北京的两座加油站经钻孔采集土壤气体及探地雷达探测后,判断存在污染,而在南京加油站,探地雷达探测结果表明场地经过修复已不存在污染。     

基于竖管法的轻非水相液体毛细上升特性研究

被称为“工业血液”的轻非水相液体(LNAPL)及其衍生物在开采、生产、运输过程中所产生的污染已经成为常见的污染物,目前诸多学者对LNAPL污染进行了广泛研究,但对于LNAPL在土壤中的迁移及毛细作用研究尚不充分。本次试验的目的是通过室内模拟试验分析不同竖管直径条件下LNAPL在不同介质中的毛细上升规律,为研究LNAPL对地下水污染提供一定的理论依据。结果表明：影响毛细上升高度的因素大小依次为：溶液>介质>竖管直径;竖管直径与最大毛细上升高度并不是完全成比例关系,并且对毛细上升高度的影响相对较小;水与柴油在不同介质中毛细上升高度、毛细上升速率变化趋势基本一致,但是具体数值上存在差异,柴油的最大毛细上升高度与水相比降低了40%～50%,柴油的最大毛细上升速率与水相比降低30%～50%。这些特征都能够较好地体现LNAPL在不同介质中的毛细上升规律,在认识LNAPL对地下水的污染以及污染土地修复方面具有重要意义。     

2D有限差分偏移技术在探地雷达信号成像中的应用

由于绕射波的存在,很难准确估计探地雷达剖面中目标的尺寸,因此,对目标进行成像研究具有重要意义和应用价值。采用2D有限差分偏移技术对典型的合成记录及实测探地雷达剖面进行了成像处理,结果表明,偏移可以大大提高探地雷达资料的横向分辨率。在实际资料处理中,通过对点目标绕射波的准确归位,可以简单估计地下介质的电磁波速度。讨论了工程处理中速度模型的建立,实际数据的非零偏等偏移处理中的核心问题。      

FDTD方法模拟探地雷达探测硝基苯在介质中分布及电磁波响应特征

采用时间域有限差分方法对硝基苯在介质中的存在状态进行探地雷达的探测模拟,研究硝基苯在介质中的分布及电磁响应,讨论使用探地雷达探测硝基苯污染的可行性和分析污染程度,为污染的监测和治理提供信息。     

水位波动下包气带透镜体影响LNAPL迁移的数值模拟研究

轻质非水相液体（LNAPLs）在土壤包气带中具有多相态特征,非均质性、地下水位波动等因素将显著增加包气带内LNAPLs污染的复杂程度。已有研究多关注于揭示包气带内自由相LNAPLs的污染过程,少有更为深入地探究水位波动时非均质结构对LNAPLs迁移及各相态分布规律的影响。基于TOUGH2程序构建包气带多相流数值模型,以揭示透镜体结构与地下水位波动共同作用下LNAPLs迁移过程及相态分布。研究结果表明:（1）含水率变化是LNAPLs迁移分布的主要控制因素,包气带内受透镜体介质岩性、水位波动影响所呈现的含水率变化直接控制LNAPLs迁移规律及分布特征;（2）水位恒定时,细砂透镜体使LNAPL呈“蓄积穿透-横向扩展-绕流”迁移,粗砂透镜体则是LNAPL垂向迁移的“优势通道”,水位波动引起的细砂透镜体含水率变化使“绕流”显著增强,粗砂透镜体则进一步呈现“优势空间”作用;（3）水位恒定时,细砂透镜体模型中LNAPL滞留于透镜体内部,粗砂模型中LNAPL则集中于透镜体下方,水位波动下透镜体附近LNAPL分布范围扩展,两模型LNAPL分布面积较水位恒定时分别增大51%、63%;（4）两模型中LNAPL挥发通量均呈“先减小-后增大”规律,并受LNAPL-气体接触条件及LNAPL分布状况共同作用,水位波动打破三相平衡状态,主要表现为水位抬升阶段LNAPL挥发增强,此时两模型中平均挥发量较水位恒定时增大124%～126%。研究为非均质石油污染场地中的LNAPL污染过程认识提供了科学的理论依据。     

一种用于混凝土结构探测的探地雷达天线阵列的设计

基于脉冲体制探地雷达天线原理,针对混凝土结构探测的需求,以变形领结天线为基础,设计了一种双极化、多天线的探地雷达天线阵列,该天线阵列具有0.75~2.25 GHz的频带宽度,且方向性良好。该天线阵列不仅可以提高雷达系统的探测深度,也提高了雷达的探测效率。设计的天线阵列已成功应用于成像探地雷达项目中,对工程质量检测具有重要意义,为探地雷达三维成像设备的进一步开发提供了强有力的技术支撑。     

叠前深度偏移技术在城市活动断层探测中的优势

本文介绍了Kirchhoff积分法叠前深度偏移和波动方程叠前深度偏移两种偏移方法,并通过对Marmousi数据模型和实际数据资料处理,对比叠前深度偏移成像与叠后时间偏移成像和常规叠加剖面的应用效果。实际结果表明：对于速度横向变化剧烈的复杂地质体,叠前深度偏移成像精度更高,适合于城市活动断层的高精度探测。     

轻非水相液体在地下环境中的运移特征与模拟预测研究

通过自行设计制备的二维砂箱模拟轻非水相液体(LNAPL)在湿润多孔介质中的渗漏,得出LNAPL在地下环境中的入渗、迁移及分布规律,并利用多相流体理论对其污染机理进行分析.在实验基础上建立模型来预测渗漏的基本特征,即渗流带中污染锋面扩展速度和透镜体的最终形状,预测结果与实测结果较为接近.这种预测模型对控制和治理地下水中LNAPL污染是至关重要的.     

轻非水相液体污染源区结构的影响因素数值分析

轻非水相液体（light non-aqueous phase liquid,LNPAL）在地下介质中的运移分布与残余捕获受多种因素影响和控制。LNAPL污染场地概念模型中一般视LNAPL从地表泄漏后穿过包气带至潜水面。然而地下介质的非均质性与包气带含水量的空间变异分布可形成复杂的LNAPL污染源区结构,LNAPL可能无法到达潜水面,而在毛细水带蓄积。文章基于数值模型综合分析了LNAPL泄漏量、介质非均质性与含水量空间变异分布、潜水面周期性变化等多种因素对LNAPL污染源区结构的影响。研究表明:（1）当泄漏量较大时,LNAPL可运移至潜水面;（2）当泄漏量较小时,对于上粗下细的层状非均质条件,LNAPL可能在毛细水带边缘发生蓄积,无法到达潜水面;（3）包气带中黏土透镜体并非都是LNAPL运移的阻碍,LNAPL可以穿透低含水量的黏土透镜体,只有高含水量的黏土透镜体才对LNAPL的入渗有阻碍作用;（4）潜水面周期性变化将导致污染范围扩大。     

地质雷达在地下埋藏物检测中的应用研究

运用地质雷达的理论办法,了解某区域范围内已知埋藏物所造成的地质污染情况,以便为下一步布置工程工作和环境保护提供依据。这里还建立了用于区域污染识别的探地雷达探测数据处理模型,对地下污染情况进行了探测和识别,并与实际结果进行了比较。实践证明,该方法既可以提高探地雷达信号解释精度,又提高了工作效率。     

地下水污染调查中探地雷达有限差分数值模拟

基于探地雷达正演模拟软件GprMax,针对地下水不同污染途径和不同污染介质,建立了地下水污染的5种模型,采用有限差分法进行了数值模拟计算。模拟结果表明探地雷达在探测地下水污染中有较好的应用效果。     

探地雷达探测地下管线机理研究及实例分析

探地雷达是一种适应快速、准确探测地下障碍物而迅速发展的新型电磁仪器。探讨了探地雷达探测地下管线的机理,得出了走时曲线方程,并通过对探测实例详细地分析亦探讨了复杂条件下探地雷达资料采集和图像解释的方法,介绍了一维滤波、偏移回归、时深转换等数据处理方法和经验,验证了该方法的可行性,表明该技术具有良好地应用前景。     

物探方法在浅源石油烃类污染探测中的应用

应用探地雷达和高密度电阻率法,在冀中平原中部某典型石油烃类污染场地进行探测,得到了浅源石油烃类污染物的异常特征。通过对探地雷达和高密度电法资料的分析,得出石油烃类污染物呈现低电阻率、低介电常数特性,根据这个特点圈定出了此污染场地内储油池区域的污染扩散晕。实践证明,这两种物探组合在此类污染场地探测中具有推广价值。     

电磁探测技术在工程与环境中的应用现状

电磁探测技术是工程和环境地球物理勘查中最有效的技术之一,近年来频率域和时间域电磁探测仪器不断发展,涌现出适用于地下管线探测、地下水污染监测、堤坝质量检测、土壤特性探测与评价的新型电磁探测仪器。频率域电磁探测仪器采用了传导电流和位移电流都不能忽略的频段以及位流发射技术;时间域电磁探测仪器向甚早期偏移,以弥补传统电磁法和探地雷达难以探测的盲区,提高探测的分辨率与探测效率。在美国爱得荷国家工程实验室(IdahoNationalEngineeringLaboratory)进行的电磁探测综合演示实验(EMID)反映出当今电磁探测仪器的水平和发展趋势。     

逆时偏移在探地雷达数据处理中的应用

探地雷达(GPR)作为一种浅部地球物理探测技术,在工程检测中得到广泛应用。为提高雷达资料的解译精度,本文将逆时偏移算法应用于实测数据处理和解释。首先,从Maxwell方程组出发推导了二维TM模式下电磁波时域有限差分(FDTD)方程、给出了CFL数值稳定性条件和数值频散关系。在此基础上,阐述了GPR逆时偏移成像原理及零时刻成像条件公式,并编制了相应GPR逆时偏移程序。为验证逆时偏移对提高成像精度的有效性,设置了两个典型空洞模型,将逆时偏移程序应用于空洞模型GPR正演数据的处理,并与克希霍夫偏移结果进行对比分析。结果表明:相比于克希霍夫偏移结果,逆时偏移剖面中反射波归位更加准确,绕射波收敛更加完全。最后,将逆时偏移算法应用于实测数据处理中,精确圈定了地下管线的空间位置,为道路的后续施工与处置提供了科学依据。     

注浆材料介电常数在雷达图像识别中的应用

利用探地雷达(GPR)方法探测软土盾构隧道盾尾壁后注浆分布效果时,电磁波在介质中的传播速度是准确识别介质界面的关键。在估计波速时常常将介质的介电常数假设为固定不变的常数,这不符合实际情况。为保证探测图像识别的精度,首次利用网络分析仪对不同配比、不同探测频率和不同龄期下软土隧道壁后注浆材料的介电常数进行了测定,对测定结果进行了基于射线追踪原理的GPR数据二维正演分析,并将分析结果与模拟的探地雷达隧道壁后注浆分布探测结果进行了比较。结果表明,针对不同的探地雷达探测频率而采用相应的介质介电常数来进行探地雷达探测图像的准确识别是十分必要的。     

三维探地雷达技术在市政工程中的应用研究

为了提高城市地下管线探测精度,对道路病害(尤其是空洞)进行提前预测,及时治理,避免或大大减少管线事故和道路塌陷事故发生,我们开展了三维探地雷达技术研究,并将其应用于城市地下管线探测、道路病害检测等市政工程领域。结果表明,由于三维探地雷达具有空间采样率高,成像准确,分辨能力强,解译技术手段丰富等优势,在城市地下管线探测、道路病害检测工作中应用效果显著。