基于Cole-Cole模型的鉻污染土壤時頻域聯(lián)合反演算法的研究.pdf

1、目前我國土壤正遭受著嚴重的重金屬污染，總體表現(xiàn)為：污染元素趨向多樣化，污染范圍更加廣闊，污染程度更加嚴重，這些問題已嚴重影響了國家農(nóng)業(yè)、工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，更是給人類以及動物的生命健康帶來極大的威脅。因此，重金屬污染場地的修復工作刻不容緩，但要進行污染場地修復，須先明確場地的具體范圍和污染程度，還要進行土壤地質條件的取樣分析，這就需要進行污染探測工作。傳統(tǒng)的污染探測方法是鉆探取樣結合室內(nèi)化學分析，鉆探取樣可大致界定出污染范圍，但是受到

2、地質條件的影響，準確性無法保證，而且浪費大量的人力、物力；化學分析對于污染元素的種類和污染程度的鑒定比較準確，但是又浪費了大量的時間?？傊摲椒ǖ牡托詫е挛覈亟饘傥廴緢龅靥綔y工作的開展進度緩慢。復電阻率是物探領域廣泛使用的一種探測方法，但是在土壤復電阻率方面的研究還很少。本文對該方法應用于鉻金屬污染土壤的探測進行了研究，主要包括Cole-Cole模型參數(shù)擬合算法的研究，從而驗證Cole-Cole模型作為土壤電路模型的有效性，為建立

3、土壤物理參數(shù)與Cole-Cole模型參數(shù)之間的量化關系提供了依據(jù)，推動了重金屬污染探測的實際應用。
　　鉻污染土壤物理參數(shù)的變化會引起土壤電學參數(shù)的變化，找到土壤物理參數(shù)和土壤電學參數(shù)之間的內(nèi)在關系將對重金屬污染場地的探測和修復工作帶來巨大的推動作用。關于鉻金屬污染場地的研究已進行多年，本文在劉豪睿等人的研究基礎上，繼續(xù)選擇復電阻率法作為鉻污染土壤的探測方法，選擇Cole-Cole模型作為土壤復電阻率的電路模型，采用時頻域聯(lián)合測量

4、的方法采集實驗數(shù)據(jù)，從頻率域測量中獲得土壤復電阻率的四個分量，從時間域測量中獲取直流電阻率和充電率作為先驗數(shù)據(jù)，進行Cole-Cole模型參數(shù)的擬合，進而驗證了該模型有效性。
　　Cole-Cole模型參數(shù)的擬合是本課題的重點，本文采用模擬退火算法進行參數(shù)擬合。通俗來講，該算法是模擬固體退火的思想來求解函數(shù)最小值的一種方法，它適合解決大規(guī)模組合優(yōu)化問題，具有不依賴于初始解、描述簡單、參數(shù)設置靈活多變的特點，而且它具有運行效率高和可

5、達到全局最優(yōu)的優(yōu)點。針對復電阻率數(shù)據(jù)進行參數(shù)擬合，該算法可從根本上保證了參數(shù)解為實數(shù)的要求。為了獲得更好的優(yōu)化效果，本文還對模擬退火算法進行了改進，在算法的狀態(tài)接受函數(shù)中引入了遺傳算法中交叉和變異的思想，模擬退火與遺傳算法的結合有效克服了模擬退火搜索效率逐步降低的問題，也有效克服了遺傳算法的早熟現(xiàn)象，使得優(yōu)化效果得到進一步改善。
　　本文的研究內(nèi)容主要包括：第一章介紹了重金屬污染土壤的現(xiàn)狀，探討了鉻金屬污染場地探測的必要性，總結了

6、污染探測技術的發(fā)展現(xiàn)狀，最后提出了本論文的研究思路和主要研究內(nèi)容。第二章介紹了土壤極化理論，為電法測量提供了理論依據(jù)，將描述巖石電阻率的Cole-Cole模型作為土壤的電路模型，并根據(jù)已有的研究結論，詳細介紹了Cole-Cole模型參數(shù)的物理意義；第三章為鉻污染土壤復電阻率特性的研究，包括實驗內(nèi)容和方法，以及對土壤復電阻率特性結果的分析；第四章為基于土壤復電阻率模型反演的參數(shù)擬合，主要包括模擬退火算法的研究，并進行算法的改進，得到了更好