我国西部矿区砂壤含水率精确计算方法研究

吴群英¹，王宏科¹，倪建宇²，杜云飞²，崔凡²

1. 陕西陕煤陕北矿业有限公司2. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院

摘 要：土壤介电常数和体积含水率定量关系的确定是发展基于探地雷达(GPR)技术测定土壤体积含水率的重要基础。传统的探地雷达技术计算土壤体积含水率一般基于经典的Topp公式,但计算值与实测数值误差较大,难以满足不同地质条件下土壤体积含水率的计算精度。为解决该问题,采用探地雷达与浅层钻探相结合的方法,利用浅层钻探对介质层位的描述和深度标定,通过精确计算雷达数据剖面中雷达波到达各反射界面的双程走时,更加准确地获得各层介质界面上方相对介电常数,并通过对各介质的实测含水率进行回归分析,建立了适用于中国西部不同粒径砂壤的体积含水率精确计算的Topp公式修正模型。结果表明:修正后的Topp公式形式的计算模型获取的体积含水率平均误差较修正前细砂降低了42%,中砂降低了56%,平均误差率较修正前细砂下降了近58%,中砂下降了近67%,2种粒径砂壤使用修正后计算模型的体积含水率计算准确度均获得大幅提高。对比结果说明了利用实测含水率对Topp公式修正的计算模型的准确性,同时验证了基于探地雷达与浅层钻探相结合的GPR波速标定方法对我国西部砂壤介质含水率的精确计算方法的合理性。

关键词：探地雷达;砂壤;体积含水率;Topp公式;