研究目的
利用电磁感应地球物理学支持的分布式光纤温度传感技术来识别和区分地下水渗出、壤中流排泄以及深部含水层交换流。
研究成果
FO-DTS技术能基于时空温度模式有效区分地下水和壤中流成分，而电磁感应法（EMI）可辅助识别地下结构。联合使用这些技术能提高水交换过程识别的可靠性，但更精细尺度的分析需要高分辨率地球物理与地形测量方法。未来研究应拓展FO-DTS功能并整合多种技术，以全面理解地下水-地表水交换机制。
研究不足
FO - DTS 推断导致温度模式空间异质性的因素的能力有限。由于空间平均化，电磁感应法（EMI）的分辨率有限，无法捕捉到上层沉积物中的小尺度异质性。电磁感应法针对特定地下特征的校准精度尚不确定。洪水期间的下沉流识别可能无法反映基流状况。研究场地的人工洪水事件和茂密的森林冠层给全球定位系统（GPS）定位和自然洪水观测带来了挑战。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用多线性二维布局的分布式光纤温度传感系统（FO-DTS）获取沉积物-水界面（SWI）温度图，并运用电磁感应（EMI）地球物理技术探测地下沉积结构。该设计利用温度作为水交换示踪剂，通过EMI进行质地分析。
2：样本选择与数据来源：
研究区域为德国上施劳贝河45米河段，包含多样化的水文地貌区段。数据包括FO-DTS温度测量值、EMI勘测数据、孔隙水样本、沉积物岩芯及环境监测数据（如压力、温度、河流流量）。
3：实验设备与材料清单：
FO-DTS系统（Silixa Ultima控制单元、Brugg BRUsens光纤电缆）、EMI设备（CMD Explorer）、测压计、数据记录仪（HOBO Tidbitv2、Schlumberger Mini-Diver）、OTT-MFpro测深仪、Pürckhauer取芯器及沉积物分析实验室设备。
4：Schlumberger Mini-Diver）、OTT-MFpro测深仪、Pürckhauer取芯器及沉积物分析实验室设备。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：将FO-DTS光纤电缆以3-8厘米深度埋设于10条平行线沉积层中，通过冰浴校准后进行高分辨率温度测量。沿纵向剖面以人工步进方式开展EMI勘测，并采用RES2Dinv软件进行数据反演。采集沉积物与孔隙水样本用于水力与热力特性分析。
5：数据分析方法：
通过从SWI温度中减去空间平均表层水温计算温度异常值（ΔT）。采用平滑约束最小二乘优化法对EMI数据进行电导率反演。统计分析包括确定洪水事件阈值（如ΔT/Δt95%）及相关性评估。
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Total station
TPS1200
Leica Geosystems
Used for georeferencing cable locations and EMI survey points.
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FO-DTS control unit
Silixa Ultima
Silixa Ltd.
Control unit for fiber-optic distributed temperature sensing system, used to measure temperature variations at the sediment-water interface.
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Fiber optic cable
BRUsens 2 x MMF metallic armoured 4.6 mm Red 25/125 nm
Brugg
Distributed sensor for temperature measurement, buried in sediment to capture thermal patterns.
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EMI device
CMD Explorer
GF Instruments
Electromagnetic induction geophysics device for subsurface exploration, used to detect sediment texture structures.
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Data logger
Mini-Diver
Schlumberger
Monitors groundwater and surface water pressure heads.
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Data logger
Tidbitv2
HOBO
Records air and water temperatures.
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Electromagnetic sounder
OTT-MFpro
OTT Hydromet
Measures streamflow velocity and cross-sectional bed morphology.
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Conductivity meter
GMH3410
Greissinger
Measures electrical conductivity of pore water samples.
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Permeameter
K-SAT dynamic head permeameter
UMS (now METER)
Determines saturated hydraulic conductivity of sediment samples.
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Thermal probe
K2PRO
Decagon (now METER)
Measures thermal properties of sediment samples.
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Soil borer
Pürckhauer
Used for sediment coring to unveil subsurface stratification and sediment types.
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