配列アンテナの地中レーダで収集したタイムラプス マルチ オフセットを使用してフロントの深さを収集の浸透を追跡

この実験の全体的な目標は、アレイアンテナ地中レーダーを使用して、野外土壌の浸潤前線を追跡することです。この方法は、降雨時に水が土壌にどのように浸透するかを理解するなど、バドースゾーン水文学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、タイムラプスマルチオフセットギャザーを、浸潤などの動的な地下プロセス中に最小限の労力でシームレスに収集できることです。

その手順を実演するのは、永井信仁氏と戸部幸夫氏です。アンテナアレイは、この実験の中核です。このハウジング内には、この実験用の21アンテナがあります。

この回路図には、追加の詳細が記載されています。ステップ周波数連続波形レーダーユニットによって制御される10の送信および11の受信ボウタイモノプルアンテナがあります。アレイは、110の送信機受信機ペアすべてを介して切り替えることができます。

侵入テストのサイトを特定します。表面がむき出しで平らで、約3メートル×3メートルであることを確認してください。長さ2.5メートルの多孔質チューブを入手します。

チューブの多孔性により、水を地面に放出することができます。チューブを使用して、プロット上に灌漑浸透システムを構築します。このシステムのチューブは平行で、15センチメートル離れています。

チューブの一方の端を、水源に接続されたバルブ調整給水口に接続します。そして、もう一方の端をコンセントに接続します。次に、アンテナアレイより少し大きい薄い木製パネルを用意し、これを多孔質チューブの上に置きます。

パネルは平らで、チューブを覆う必要があります。パネルの近くに土壌水分センサーを取り付けます。このロッドタイプのセンサーは、いくつかの深さで水分を測定します。

まず、センサーのアクセスチューブを木製パネルの横の地面に取り付けます。次に、ロッドタイプのセンサーをアクセスチューブに埋め込みます。まず、アンテナアレイを浸透システムを中心に、木製パネルに配置します。

アレイを同軸ケーブルでコントローラーに接続し、コントローラーをコンピューターに接続します。アンテナシーケンスを設定して、すべての送信機受信機の組み合わせでフルスキャンを実行し、データの収集を開始します。この時点で、水源に行き、流れと浸透を開始します。

所定の量が注入されたら水を止めます。次に、レーダーアレイでのデータ収集を停止します。データを収集した後、それを分析して速度の推定値を見つけます。

これは、アンテナアレイからのタイムラプスレーダーグラムの例です。データは実験の60分以上にわたって取得されました。黒い線で囲まれた各領域は、1つの送信機と11の受信機によって収集されたデータに対応します。

送信機の位置は赤い三角形で示されます。3 番目の軸に沿って、反射信号の送信から受信までの合計時間です。異なる色は信号の振幅を示します。

このデータを使用して、共通の中点データ キューブを構築します。新しい軸は、送信アンテナと受信アンテナの分離です。これは、実験中の特定の時点における共通の中点データキューブの断面です。

そのような各フレームの濡れ前面からの反射を特定します。この方程式を使用して、t0 と vr の 2 つのパラメーターを調整して双曲線を近似します。白い曲線は、濡れた前面からの反射の移動時間を表しています。

紫色の曲線は、空気波と地上波の移動時間です。潜入実験の代表的なレーダーグラムです。各セクションは送信機に関連付けられています。

垂直軸に沿って、送信機からリフレクター、レシーバーまでの移動時間です。グレースケールカラーマップは、信号の振幅を示します。この時間経過では、一般的な中点データ領域の 1 つから、実験が進行するにつれて高振幅信号が着実に下方に移動するのを観察します。

信号は、水が地下を貫通する際の濡れフロントでの反射によって生成されます。速度解析では、毎分取得される共通の中点データを使用します。このサンプルデータでは、実験開始から5分後、反射波の最適な曲線は白い実線で、電波の曲線は破線です。

時間が経つにつれて、移動時間は直線的に増加します。これらは、推定された濡れフロントの深さを経過時間の関数としてプロットしたものです。三角形は、均一な媒体のモデル用です。

正方形は、配列の下の木製パネルを考慮に入れた2層モデル用です。黒の間隔は、特定の深さでの読み取り水分センサーがいつ増加し始めたか、いつ安定するかを示しています。この方法のアイデアを最初に思いついたのは、アレーアンテナ地中レーダーのデモンストレーションでした。

タイムラプスのマルチオフセットデータを修正することです。この手順の最も大きな利点は、一般的な地中貫通型システムとは異なり、マルチオフセットギャザーを収集するためにアンテナを移動する必要がないことです。測定を開始すると、監視するだけで何もしません。

この手順を試行する際は、データの再現性を確保するためにアンテナを動かさないように注意することが重要です。その開発後、この技術は、バドースゾーン水文学の分野の研究者が野外土壌の水の動きを調査するための道を開くでしょう。このビデオを見れば、アレイアンテナの地中レーダーを使用して潜入前線を追跡する方法について十分に理解できるはずです。