發(fā)布時(shí)間：2020-05-22 14:06

【摘要】：土壤重金屬污染問題已成為世界性的環(huán)境問題。土壤中的重金屬污染具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),殘留毒性強(qiáng),短期內(nèi)難以恢復(fù)的特點(diǎn),不僅影響植物生長(zhǎng),而且會(huì)通過食物鏈進(jìn)入動(dòng)物和人體內(nèi)部,從而導(dǎo)致人類健康受到嚴(yán)重威脅。雖然傳統(tǒng)的檢測(cè)方法精準(zhǔn)度較高,但其檢測(cè)方法復(fù)雜、操作繁瑣,導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng),并且容易產(chǎn)生二次污染。然而,一些新型的檢測(cè)方法還未得到推廣,很難滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求,因此急需探索一種簡(jiǎn)單高效、方便快捷、準(zhǔn)確度高、成本較低的重金屬檢測(cè)方法。本文以國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目:小流域尺度上包氣帶水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)與探地雷達(dá)信號(hào)的耦合過程研究(41372260)為依托,在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和野外取樣原位探測(cè)的基礎(chǔ)上,分析在不同土、重金屬種類和含水率下介電常數(shù)的變化規(guī)律,研究介電常數(shù)與重金屬污染特征的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上研究地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)波與重金屬污染的關(guān)系,構(gòu)建重金屬污染濃度與電磁波振幅屬性之間的特征函數(shù),并在濟(jì)源市開展原位探測(cè)進(jìn)行應(yīng)用,為建立重金屬污染濃度與電磁波振幅屬性之間的關(guān)系模型提供理論依據(jù),并對(duì)土壤環(huán)境保護(hù)以及探測(cè)、治理和修復(fù)土壤重金屬污染具有重要意義。本文在大量試驗(yàn)和理論探索的基礎(chǔ)上,取得了以下主要結(jié)論:(1)土壤介質(zhì)與介電常數(shù)關(guān)系無污染條件下,當(dāng)含水率高于15%時(shí),在粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂和中砂五種介質(zhì)中,介電常數(shù)的變化規(guī)律為:粉質(zhì)黏土粉土粉砂細(xì)砂中砂,表明細(xì)顆粒土壤對(duì)介電特性影響比粗顆粒土壤的影響要大。(2)含水率、重金屬濃度與介電常數(shù)關(guān)系當(dāng)含水率低于5%時(shí),Cd、Pb污染對(duì)中砂介質(zhì)的介電特性影響不明顯;在粉質(zhì)黏土和粉土介質(zhì)中,當(dāng)含水率高于20%時(shí),Cd、Pb污染對(duì)粉質(zhì)黏土、粉土介質(zhì)的介電特性影響十分顯著,并且重金屬Cd、Pb濃度越高,對(duì)粉質(zhì)黏土、粉土介質(zhì)的介電特性影響越明顯;在粉砂、細(xì)砂、中砂介質(zhì)中,當(dāng)含水率高于15%時(shí),Cd、Pb污染對(duì)粉砂、細(xì)砂、中砂介質(zhì)的介電特性影響十分顯著,并且重金屬Cd、Pb濃度越高,對(duì)粉砂、細(xì)砂、中砂介質(zhì)的介電特性影響越明顯。在粉質(zhì)黏土介質(zhì)中,當(dāng)含水率低于20%,重金屬濃度的變化對(duì)土樣的介電常數(shù)影響不大。當(dāng)含水率高于20%,且Pb、Cd濃度分別高于200 mg/kg、1.3 mg/kg時(shí),濃度對(duì)介電常數(shù)影響較為明顯,隨著重金屬濃度增大,介電常數(shù)呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。當(dāng)含水率接近30%,且Pb、Cd濃度分別高于200 mg/kg、1.3 mg/kg時(shí),介電常數(shù)達(dá)到最大值。土壤的介電常數(shù)受到含水率、重金屬污染濃度和土壤顆粒三者的共同影響,當(dāng)含水率較高時(shí),土壤介質(zhì)顆粒越細(xì),其介電常數(shù)對(duì)重金屬污染濃度的變化越敏感。(3)電磁波屬性與重金屬濃度的關(guān)系均方根振幅和平均絕對(duì)值振幅趨勢(shì)線的相關(guān)性系數(shù)較高,達(dá)到0.7和0.8329,均方根振幅在濃度為250mg/kg到300mg/kg的范圍內(nèi)一直在2000到3000之間上下波動(dòng),在濃度為50mg/kg到100mg/kg的范圍在1000左右,平均絕對(duì)值振幅和均方根振幅圖形相似,同樣是濃度為50mg/kg到100mg/kg,振幅減小。因此,均方根振幅和平均絕對(duì)值振幅這兩種電磁波屬性對(duì)地質(zhì)雷達(dá)隨濃度變化的反應(yīng)最為敏感。(4)通過利用編制的地質(zhì)雷達(dá)電磁波屬性分析處理軟件提取振幅數(shù)據(jù),并構(gòu)建重金屬污染濃度與電磁波振幅屬性之間特征函數(shù)。通過利用地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)波與重金屬污染的關(guān)系函數(shù)計(jì)算出重金屬濃度。經(jīng)過對(duì)比,重金屬濃度與實(shí)測(cè)重金屬濃度吻合程度較好。因此,可以通過平均絕對(duì)值振幅屬性變化規(guī)律預(yù)測(cè)出實(shí)際重金屬濃度變化規(guī)律。
【圖文】：

圖 2-2 介電常數(shù)測(cè)試原理示意圖Fig. 2-2 Principle of dielectric constant test達(dá)探測(cè)方法探測(cè)的方法分為 3 種，包括多偏移距反射法、固定距離方法利用雷達(dá)波的旅行時(shí)間推算出速度，再通過速度推距反射法心點(diǎn)法法(Common Midpoint)是通過固定兩個(gè)天線的一個(gè)中心，向移動(dòng)。共中心點(diǎn)法在介質(zhì)中傳播的路徑如圖 2-3 所示線， r 代表接收天線。

圖 3-3 介質(zhì)制備過程示意圖Fig.3-3 Schematic diagram of media preparation3.5 測(cè)試方法3.5.1 含水率測(cè)量本試驗(yàn)使用電熱恒溫干燥箱，選取傳統(tǒng)的烘干法測(cè)量含水率。首先，將采回的擾動(dòng)土置于瓷盤中放入電熱恒溫干燥箱中，烘干時(shí)間達(dá) 12 小時(shí)以上并設(shè)定溫度為 105℃，然后用振篩機(jī)和篩網(wǎng)對(duì)烘干后的土進(jìn)行篩分，得到純度較高的五種介質(zhì)，即粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、中砂，再將盛裝介質(zhì)土樣的容器進(jìn)行稱重并記錄，烘干后的介質(zhì)土樣裝入容器后再次稱重記錄，減去容器質(zhì)量，即為土樣的質(zhì)量，，并依此計(jì)算出配制不同含水率土樣所需的蒸餾水的質(zhì)量。最后，在測(cè)定介電常數(shù)后，取出干凈樣本盒稱重記錄，裝入試驗(yàn)樣本后再次稱重記錄，并放入電熱恒溫干燥箱烘干，烘干后再次稱重，即可根據(jù)以上數(shù)據(jù)通過以下公式得到
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X833

【參考文獻(xiàn)】

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5 鄭喜s

本文編號(hào)：2676112