Infiltration en profondeur avant à l’aide de Time-lapse multi-offset rassemble de suivi recueillies avec tableau antenne géoradars

L’objectif global de cette expérience est de suivre le front d’infiltration dans le sol du terrain à l’aide d’un radar à pénétration de sol à antenne réseau. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l’hydrologie de la zone vadose, comme la compréhension de l’infiltration de l’eau dans le sol pendant les précipitations. Le principal avantage de cette technique est que le regroupement multi-offset en accéléré peut être collecté de manière transparente avec un minimum d’effort lors de processus souterrains dynamiques tels que l’infiltration.

Nobuhito Nagai et Yukio Tobe feront la démonstration de la procédure. Le réseau d’antennes est au cœur de cette expérience. À l’intérieur de ce boîtier se trouvent les 21 antennes de cette expérience.

Ce schéma fournit des détails supplémentaires. Il y a 10 antennes mono pull d’émission et 11 antennes de réception en forme de nœud papillon contrôlées par une unité radar à onde continue à fréquence de pas. Le réseau peut commuter à travers les 110 paires d’émetteurs-récepteurs.

Identifiez un site pour le test d’infiltration. Assurez-vous que la surface est nue, plane et d’environ trois mètres sur trois mètres. Obtenez des tubes poreux de 2,5 mètres de long.

La porosité du tube permet à l’eau d’être libérée sur le sol. Utilisez les tubes pour construire un système d’infiltration d’irrigation sur la parcelle. Les tubes de ce système sont parallèles et séparés de 15 centimètres.

Connectez les tubes à une extrémité avec une entrée d’eau régulée par soupape reliée à une source d’eau. Et connectez l’autre extrémité à la prise. Ensuite, procurez-vous un panneau de bois fin, légèrement plus grand que le réseau d’antennes, et placez-le sur les tubes poreux.

Le panneau doit être plat et couvrir les tubes. Installez ensuite des capteurs d’humidité du sol près du panneau. Ce capteur de type tige mesure l’humidité à plusieurs profondeurs.

Tout d’abord, installez le tube d’accès du capteur dans le sol à côté du panneau de bois. Placez ensuite les capteurs à tige dans le tube d’accès. Commencez par placer le réseau d’antennes sur le panneau de bois, centré sur le système d’infiltration.

Connectez la matrice au contrôleur à l’aide de câbles coaxiaux et connectez le contrôleur à un ordinateur. Réglez la séquence d’antenne pour effectuer un balayage complet de toutes les combinaisons émetteur-récepteur et commencez à collecter des données. À ce stade, allez à la source d’eau et commencez le flux et l’infiltration.

Arrêtez l’eau lorsqu’une quantité prédéterminée a été injectée. Ensuite, arrêtez de collecter des données avec le réseau de radars. Après avoir collecté des données, analysez-les pour trouver une estimation de la vitesse.

Voici un exemple de radargramme en accéléré du réseau d’antennes. Les données ont été prises pendant 60 minutes de l’expérience. Chaque région délimitée par des lignes noires correspond aux données collectées par un émetteur et les 11 récepteurs.

L’emplacement de l’émetteur est indiqué par le triangle rouge. Le long du troisième axe se trouve le temps total entre l’émission et la réception du signal réfléchi. Les différentes couleurs indiquent l’amplitude du signal.

À l’aide de ces données, construisez le cube de données du point médian commun. Le nouvel axe est la séparation des antennes d’émission et de réception. Il s’agit d’une coupe transversale du cube de données médian commun à un moment donné de l’expérience.

Identifiez la réflexion du front de mouillage pour chaque image. Utilisez cette équation pour ajuster les courbes hyperboliques en ajustant les deux paramètres, t0 et vr. La courbe blanche représente le temps de trajet de la réflexion depuis le front de mouillage.

Les courbes violettes sont les temps de trajet pour l’air et les ondes terrestres. Il s’agit d’un radargramme représentatif d’une expérience d’infiltration. Chaque section est associée à un émetteur.

Le long de l’axe vertical se trouve le temps de trajet de l’émetteur au réflecteur et au récepteur. La carte des couleurs de l’échelle de gris indique l’amplitude du signal. Dans ce laps de temps à partir de l’une des régions de données médianes courantes, observez que le signal de haute amplitude se déplace régulièrement vers le bas au fur et à mesure que l’expérience progresse.

Le signal est produit par les réflexions au niveau du front de mouillage lorsque l’eau pénètre dans le sous-sol. Pour l’analyse de la vitesse, utilisez des données de point médian communes prises toutes les minutes. Dans cet exemple de données, cinq minutes après le début de l’expérience, la courbe la mieux ajustée pour l’onde réfléchie est la ligne blanche continue et celle de l’onde est la ligne pointillée.

Au fil du temps, le temps de trajet augmente linéairement. Il s’agit de graphiques de la profondeur estimée du front de mouillage en fonction du temps écoulé. Les triangles sont pour un modèle d’un support uniforme.

Les carrés sont pour un modèle à deux couches qui prend en compte le panneau de bois sous le réseau. Les intervalles en noir indiquent quand la lecture d’un capteur d’humidité à une profondeur donnée a commencé à augmenter et quand elle s’est stabilisée. Nous avons d’abord eu l’idée de cette méthode lors d’une démonstration de radar à pénétration de sol à antenne réseau.

Il nous est venu à l’esprit de corriger les données multi-offset en accéléré. Le plus grand avantage de cette procédure est que nous n’avons pas eu besoin de déplacer les antennes pour collecter des rassemblements multi-décalés, contrairement aux systèmes communs pénétrant dans le sol. Une fois que vous avez commencé la mesure, il suffit de surveiller et de ne rien faire.

Lors de la tentative de cette procédure, il est important de ne pas déplacer les antennes afin d’assurer la reproductibilité des données. Après sa mise au point, cette technique ouvrira la voie aux chercheurs dans le domaine de l’hydrologie des zones vadoses pour explorer le mouvement de l’eau dans les sols de terrain. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’utiliser le radar à pénétration de sol à antenne réseau pour suivre les fronts d’infiltration.