Seguimiento infiltración frente profundidad usando Time-lapse offset múltiple reúne recogidos con arreglo antena tierra penetrante Radar

El objetivo general de este experimento es rastrear el frente de infiltración en el suelo del campo utilizando un radar de penetración terrestre de antenas de matriz. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la hidrología de la zona vadosa, como la comprensión de cómo el agua se infiltra en el suelo durante las lluvias. La principal ventaja de esta técnica es que la recopilación de múltiples desplazamientos de lapso de tiempo se puede recopilar sin problemas con un esfuerzo mínimo durante los procesos dinámicos del subsuelo, como la infiltración.

Los que demuestren el procedimiento serán Nobuhito Nagai y Yukio Tobe. El conjunto de antenas es el núcleo de este experimento. Dentro de esta carcasa se encuentran las 21 antenas para este experimento.

Este esquema proporciona detalles adicionales. Hay 10 antenas transmisoras y 11 receptoras de pajarita mono pull controladas por una unidad de radar de forma de onda continua de frecuencia escalonada. El conjunto puede conmutar a través de los 110 pares de transmisores y receptores.

Identifique un sitio para la prueba de infiltración. Asegúrese de que la superficie esté desnuda, plana y de unos tres metros por tres metros. Obtener tubos porosos de 2,5 metros de largo.

La porosidad del tubo permite que el agua se libere al suelo. Utilice los tubos para construir un sistema de infiltración de riego en la parcela. Los tubos de este sistema son paralelos y están separados por 15 centímetros.

Conecte los tubos en un extremo con una entrada de agua regulada por válvula conectada a una fuente de agua. Y conecte el otro extremo a la toma de corriente. A continuación, consigue un panel de madera fino, ligeramente más grande que el conjunto de antenas, y colócalo sobre los tubos porosos.

El panel debe ser plano y cubrir los tubos. Continúe instalando sensores de humedad del suelo cerca del panel. Este sensor tipo varilla mide la humedad a varias profundidades.

Primero, instale el tubo de acceso del sensor en el suelo junto al panel de madera. A continuación, coloque los sensores de tipo varilla en el tubo de acceso. Comience colocando el conjunto de antenas en el panel de madera, centrado en el sistema de infiltración.

Conecte la matriz al controlador con cables coaxiales y conecte el controlador a una computadora. Configure la secuencia de antenas para realizar un escaneo completo a través de todas las combinaciones de receptores del transmisor y comience a recopilar datos. En este punto, vaya a la fuente de agua e inicie el flujo y la infiltración.

Detenga el agua cuando se haya inyectado una cantidad predeterminada. A continuación, deje de recopilar datos con el conjunto de radares. Después de recopilar datos, analícelos para encontrar una estimación de velocidad.

Este es un ejemplo del diagrama de radar de lapso de tiempo del conjunto de antenas. Los datos se tomaron a lo largo de 60 minutos del experimento. Cada región delimitada por líneas negras corresponde a los datos recogidos por un transmisor y los 11 receptores.

La ubicación del transmisor se indica mediante el triángulo rojo. A lo largo del tercer eje está el tiempo total desde la transmisión hasta la recepción de la señal reflejada. Los diferentes colores indican la amplitud de la señal.

Con estos datos, construya el cubo de datos de punto medio común. El nuevo eje es la separación de las antenas transmisora y receptora. Se trata de una sección transversal del cubo de datos de punto medio común en un momento dado durante el experimento.

Identifique el reflejo del frente de humectación para cada uno de estos marcos. Utilice esta ecuación para ajustar las curvas hiperbólicas ajustando los dos parámetros, t0 y vr. La curva blanca representa el tiempo de viaje de la reflexión desde el frente de humectación.

Las curvas moradas son los tiempos de viaje de las ondas de aire y tierra. Este es un radargrama representativo de un experimento de infiltración. Cada sección está asociada a un transmisor.

A lo largo del eje vertical está el tiempo de viaje desde el transmisor hasta el reflector y el receptor. El mapa de colores de la escala de grises indica la amplitud de la señal. En este lapso de tiempo, desde una de las regiones de datos de punto medio comunes, observe que la señal de alta amplitud se mueve constantemente hacia abajo a medida que avanza el experimento.

La señal es producida por los reflejos en el frente de humectación a medida que el agua penetra en el subsuelo. Para el análisis de velocidad, utilice datos de punto medio comunes tomados cada minuto. En estos datos de muestra, a los cinco minutos del experimento, la curva de mejor ajuste para la onda reflejada es la línea blanca continua y la de la onda es la línea discontinua.

A medida que pasa el tiempo, el tiempo de viaje aumenta linealmente. Se trata de gráficas de la profundidad estimada del frente de humectación en función del tiempo transcurrido. Los triángulos son para un modelo de un medio uniformado.

Los cuadrados son para un modelo de dos capas que tiene en cuenta el panel de madera debajo de la matriz. Los intervalos en negro indican cuándo la lectura de un sensor de humedad a una profundidad determinada comenzó a aumentar y cuándo se estabilizó. La primera vez que tuvimos la idea de este método fue durante una demostración de un radar de penetración terrestre con antenas de matriz.

Se nos ocurrió corregir los datos de lapso de tiempo multi-offset. La mayor ventaja de este procedimiento es que no necesitábamos mover las antenas para recolectar multi-offset a diferencia de los sistemas comunes que penetran en terrenos más grandes. Una vez que comienzas la medición, es solo monitorear y no hacer nada.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar que no debe mover las antenas para garantizar la reproducibilidad de los datos. Después de su desarrollo, esta técnica allanará el camino para que los investigadores en el campo de la hidrología de la zona vadosa exploren el movimiento del agua en los suelos de los campos. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo usar el radar de penetración terrestre de antena de matriz para rastrear frentes de infiltración.