Rilevamento delle infiltrazioni frontale profondità utilizzando multi-offset time-lapse raccoglie raccolti con Array Antenna terra penetrante Radar

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di tracciare il fronte di infiltrazione nel terreno del campo utilizzando un radar a penetrazione del suolo. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'idrologia delle zone vadose, come capire come l'acqua si infiltra nel terreno durante le piogge. Il vantaggio principale di questa tecnica è che la raccolta multi-offset time lapse può essere raccolta senza soluzione di continuità con il minimo sforzo durante i processi dinamici del sottosuolo come l'infiltrazione.

A dimostrare la procedura saranno Nobuhito Nagai e Yukio Tobe. L'array di antenne è al centro di questo esperimento. All'interno di questo alloggiamento si trovano le 21 antenne per questo esperimento.

Questo schema fornisce ulteriori dettagli. Ci sono 10 antenne trasmittenti e 11 riceventi mono pull controllate da un'unità radar a forma d'onda continua a frequenza di passo. L'array può commutare tutte le 110 coppie di ricevitori del trasmettitore.

Identificare un sito per il test di infiltrazione. Assicurati che la superficie sia nuda, piana e di circa tre metri per tre metri. Ottenere tubi porosi lunghi 2,5 metri.

La porosità del tubo consente il rilascio dell'acqua sul terreno. Utilizzare i tubi per costruire un sistema di infiltrazione irrigua sul terreno. I tubi di questo sistema sono paralleli e separati da 15 centimetri.

Collegare i tubi a un'estremità con un ingresso dell'acqua regolato da una valvola collegato a una fonte d'acqua. E collegare l'altra estremità alla presa. Quindi, prendi un pannello di legno sottile, leggermente più grande dell'array di antenne, e posizionalo sopra i tubi porosi.

Il pannello deve essere piatto e coprire i tubi. Passare all'installazione dei sensori di umidità del suolo vicino al pannello. Questo sensore ad asta misura l'umidità a diverse profondità.

Innanzitutto, installa il tubo di accesso del sensore nel terreno accanto al pannello di legno. Quindi posizionare i sensori ad asta nel tubo di accesso. Inizia posizionando l'array di antenne sul pannello di legno, centrato sul sistema di infiltrazione.

Collegare l'array al controller con cavi coassiali e collegare il controller a un computer. Impostare la sequenza dell'antenna per eseguire una scansione completa attraverso tutte le combinazioni di ricevitori del trasmettitore e iniziare a raccogliere i dati. A questo punto, recatevi alla fonte d'acqua e avviate il flusso e l'infiltrazione.

Interrompere l'acqua quando è stata iniettata una quantità predeterminata. Quindi, interrompere la raccolta dei dati con l'array radar. Dopo aver raccolto i dati, analizzarli per trovare una stima della velocità.

Questo è un esempio del radargramma time lapse dall'array di antenne. I dati sono stati presi nell'arco di 60 minuti dell'esperimento. Ogni regione delimitata da linee nere corrisponde ai dati raccolti da un trasmettitore e dagli 11 ricevitori.

La posizione del trasmettitore è indicata dal triangolo rosso. Lungo il terzo asse c'è il tempo totale dalla trasmissione alla ricezione del segnale riflesso. I diversi colori indicano l'ampiezza del segnale.

Utilizzando questi dati, costruire il cubo di dati del punto medio comune. Il nuovo asse è la separazione delle antenne trasmittenti e riceventi. Questa è una sezione trasversale del cubo di dati del punto medio comune in un dato momento durante l'esperimento.

Identificare il riflesso dal fronte di bagnatura per ciascuno di questi fotogrammi. Utilizzare questa equazione per adattare le curve iperboliche regolando i due parametri, t0 e vr. La curva bianca rappresenta il tempo di percorrenza della riflessione dal fronte di bagnatura.

Le curve viola sono i tempi di percorrenza delle onde aeree e terrestri. Questo è un radargramma rappresentativo per un esperimento di infiltrazione. Ogni sezione è associata a un trasmettitore.

Lungo l'asse verticale è indicato il tempo di percorrenza dal trasmettitore al riflettore al ricevitore. La mappa dei colori della scala di grigi indica l'ampiezza del segnale. In questo lasso di tempo, da una delle comuni regioni di dati del punto medio, osservare il segnale di alta ampiezza si muove costantemente verso il basso man mano che l'esperimento procede.

Il segnale è prodotto dalle riflessioni sul fronte di bagnatura quando l'acqua penetra nel sottosuolo. Per l'analisi della velocità, utilizzare i dati comuni del punto medio acquisiti ogni minuto. In questo campione di dati, a cinque minuti dall'inizio dell'esperimento, la curva di adattamento migliore per l'onda riflessa è la linea bianca continua e quella dell'onda radio è la linea tratteggiata.

Con il passare del tempo, il tempo di percorrenza aumenta in modo lineare. Questi sono grafici della profondità stimata del fronte di bagnatura in funzione del tempo trascorso. I triangoli sono per un modello di un medium uniforme.

I quadrati sono per un modello a due strati che tiene conto del pannello di legno sotto l'array. Gli intervalli in nero indicano quando la lettura di un sensore di umidità a una data profondità ha iniziato ad aumentare e quando si è stabilizzata. Abbiamo avuto l'idea di questo metodo per la prima volta durante una dimostrazione per un radar a penetrazione del suolo con antenna array.

Ci è venuto in mente di correggere i dati multi-offset time lapse. Il vantaggio più grande di questa procedura è che non abbiamo bisogno di spostare le antenne per raccogliere la raccolta multi-offset, a differenza dei comuni sistemi più grandi che penetrano nel terreno. Una volta avviata la misurazione, è sufficiente monitorare e non fare nulla.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di non spostare le antenne in modo da garantire la riproducibilità dei dati. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica aprirà la strada ai ricercatori nel campo dell'idrologia delle zone vadose per esplorare il movimento dell'acqua nei terreni dei campi. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare il radar a penetrazione del suolo con antenna array per tracciare i fronti di infiltrazione.