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对多孔介质中水体入渗过程的非破坏性监测是水文及环境科学研究中的一个重要方面。本文应用高密度电阻率成像法探讨了室内实验尺度岩柱中这一入渗过程。
首先在一高为335mm,直径为60mm的岩柱上进行了蒸馏水及NaCl溶液的入渗实验。在入渗过程中通过多通道高密度电阻率勘测系统对岩柱的电性特征在三维空间上进行了动态的监测。然后根据高密度电阻率成像法勘测及实验布置建立了相应的电流场数学模型。本文中采用三维点电源二维地电体模型。电流场正演问题的求解采用有限元法进行。在电流场模型正演计算的基础上,基于序列二次规划方法建立了电阻率成像的反演算法。针对高密度电法勘测中所采用电极间距的不同,本文提出了根据电极间距分别建立目标函数进行参数优化的方法。通过对模拟电阻率模型和高密度电法勘测实测数据的反演计算表明应用该方法进行电阻率反演是可行的。这样,应用这一反演算法对入渗过程岩柱高密度电法勘测数据进行了反演,获得了岩柱不同截面上的电阻率值;作出了各截面的电阻率分布图像。
各勘测截面上电阻率的分布和变化基本上反映了岩柱内水分及NaCl溶液的时空变化特征。这表明应用高密度电阻率成像法动态监测室内实验尺度岩石中的水体及NaCl溶液的入渗是可行的。岩柱中电阻率的空间分布及随时间的变化显示在蒸馏水入渗初期,水体沿岩柱表层渗流较快,而在中部存在滞后现象;水体及溶液的入渗过程是不均匀的,存在优势入渗。所得结果对从三维角度分析和理解水体和溶液的入渗过程具有重要意义。