我国第四纪红土下伏的网纹红土质地黏重，水分不易下渗，是影响水文活动的主要层次，很容易造成严重的水土流失。准确、定量监测土壤含水量的动态变化对于理解红壤地区水循环过程、合理调控水资源、预防水土流失及指导农业生产有积极意义。探地雷达是一种成熟且应用广泛的浅表层地球物理测量方法，该技术从二十世纪七十年代后期开始逐步应用于土壤学研究，可以用来识别土壤层次分布并解译砾石含量。其中，探地雷达地波法是快速准确测定浅表层土壤含水量的最佳方法之一。由于土壤类型的多样性和水分运动的复杂性，地波法的研究目前仍局限于传统的经验公式和反演验证方法，并未能开展大量的野外雷达试验对经验公式进行改进。
　　本研究利用探地雷达技术在南方典型红壤区开展了两部分研究。首先，为完成网纹红土层识别研究，本文在研究区内布设了6个地质钻井，以此观察获得网纹红土层的真实分布情况。然后通过60、120和200 MHz三种中心频率的雷达天线对网纹红土层进行探测，结合地质钻井和探地雷达的观测结果，以不同天线组合方式探测的精度验证和影响因素分析为基础，提出了一种适合南方红壤地区探地雷达识别网纹红土层的方法。
　　其次，土壤含水量反演实验主要包括前期的地波法参数校准实验和后期的区域三维含水量反演研究。为完成探地雷达地波法红壤区参数律定研究，本文在核心研究区内进行了32次共中心点法雷达测量，以此获取不同时期、土地利用和土壤含水量情况下探地雷达地表波的传播速度、土壤相对介电常数和雷达系统延时，拟合并优化得到当地土壤介电常数与含水量之间的经验模型。基于前期的参数校准结果，研究区内布设了24次固定间距法雷达测线，结合地统计普通克里金插值方法，完成了强降雨事件前后1m土体含水量变化的三维空间分布图。主要研究结论如下:
　　(1)多频率天线组合的方法（利用200 MHz和60 MHz天线分别探测网纹红土层上、下界面）有助于提高雷达探测的精度，平均相对误差由16.2％缩小至6.8％。120MHz的雷达天线有效探测深度大约是4m，当网纹红土层深度大于该值时，需要使用更低频率的雷达天线。120 MHz天线探测的界面深度拟合结果R2为0.86，略低于60 MHz与组合天线的拟合结果。利用200 MHz和60 MHz天线组合方法能够较为准确地获得网纹红土层上、下界面的深度，进而识别网纹红土层厚度（R2=0.97）。
　　(2)通过不同时期的共中心点法雷达测量，确定了研究区内的雷达系统延时大约为11 ns。将介电常数与0～20、0～40、0～60、0～80和0～100 cm深度的土壤含水量进行相关分析，结果表明:在这五个深度范围的土壤体积含水量和介电常数之间均存在显著相关性。拟合获得的经验函数能够解释47％以上的土壤含水量，当土壤相对介电常数介于10～15之间，五个函数反演的土壤体积含水量之间不存在明显的差异，反之，差异逐渐增大。
　　(3)降雨前研究区0～20 cm平均土壤含水量为0.255 m3·m-3，变异系数为4.7％。降雨过后，0～20 cm平均土壤体积含水量为0.272 m3·m-3，增幅为6.7％，较小的土壤含水量值主要出现在研究区的中间部分和道路附近。降雨期间，0～40cm平均土壤体积含水量从0.269 m3·m-3升高至0.299 m3·m-3，增幅为11.2％。对0～60、0～80和0～100 cm深度而言，降雨前的平均土壤含水量约等于0.275 m3·m-3，降雨后土壤含水量达到0.300 m3·m-3。与此同时，衍生得到20～40、40～60、60～80和80～100 cm的雨前平均土壤含水量约等于0.28 m3·m-3。降雨过后，每个深度范围内的土壤含水量值均超过0.299 m3· m-3，增幅分别为16.0％、7.2％、6.7％和5.7％。
　　(4)在雨前雨后两个时间段内，F0～20、F0～40、F0～60、F0～80和F0～100五个经验模型的整体均方根误差(RMSE)分别为0.046、0.027、0.028、0.032和0.031 m3·m-3。其中F0～40模型的预测效果最好，拟合方程为y=0.447x+0.153（RMSE=0.027m3· m-3和R2=0.725）。研究发现雨前探地雷达预测土壤含水量的效果均比雨后好，这是因为降雨导致土壤含水量升高，雷达波的反射和折射受到一定程度的影响。此外，由于种植作物不同，根系吸水作用和树冠截留作用会导致含水量在空间上出现较大的变异，从而对雷达探测产生一定的影响。