Bijhouden van infiltratie Front diepte met behulp van Time-lapse multi offset verzamelt verzameld met Array antenne Ground-Penetrating Radar

Het algemene doel van dit experiment is om de infiltratiefront in veldgrond te volgen met behulp van een array-antenne grondpenetrarend radar. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van vadose zone-hydrologie, zoals het begrijpen hoe water infiltreert in de bodem tijdens regenval. Het grote voordeel van deze techniek is dat time lapse multi-offset verzamelgegevens naadloos kunnen worden verzameld met minimale inspanning tijdens dynamische ondergrondse processen zoals infiltratie.

Nobuhito Nagai en Yukio Tobe zullen de procedure demonstreren. De antennewervel staat centraal in dit experiment. Binnen deze behuizing bevinden zich de 21 antennes voor dit experiment.

Deze schema biedt aanvullende details. Er zijn 10 zendende en 11 ontvangende bow-tie mono pull antennes die worden bestuurd door een radareenheid met een continu golfvorm in stapsgewijze frequentie. De array kan schakelen door alle 110 zender-ontvangerparen.

Selecteer een locatie voor de infiltratietest. Zorg ervoor dat het oppervlak kaal, vlak en ongeveer drie meter bij drie meter is. Verkrijg poreuze buizen van 2,5 meter lang.

De porositeit van de buis laat toe dat water op de grond wordt vrijgelaten. Gebruik de buizen om een irrigatie-infiltratiesysteem op het perceel te bouwen. De buizen van dit systeem zijn parallel en gescheiden door 15 centimeter.

Verbind de buizen aan het ene uiteinde met een klepgeregelde waterinlaat die is aangesloten op een waterbron. En verbind het andere uiteinde met de uitlaat. Haal vervolgens een dun houten paneel, iets groter dan de antennewervel, en plaats dit over de poreuze buizen.

Het paneel moet vlak zijn en de buizen bedekken. Ga verder met het installeren van bodemvochtsensoren nabij het paneel. Deze stangtype sensor meet vocht op verschillende diepten.

Installeer eerst de toegangsbuis van de sensor in de grond naast het houten paneel. Plaats vervolgens stangtype sensoren in de toegangsbuis. Begin met het plaatsen van de antennewervel op het houten paneel, gecentreerd op het infiltratiesysteem.

Verbind de array met de controller met coaxkabels en verbind de controller met een computer. Stel de antennevolgorde in om een volledige scan uit te voeren door alle zender-ontvangercombinaties en begin met het verzamelen van gegevens. Ga op dit punt naar de waterbron en start de stroom en infiltratie.

Stop het water wanneer een vooraf bepaald bedrag is geïnjecteerd. Stop vervolgens met het verzamelen van gegevens met de radararray. Na het verzamelen van gegevens, analyseer deze om een snelheidsschatting te vinden.

Dit is een voorbeeld van de time lapse radargram van de antennewervel. De gegevens zijn verzameld over 60 minuten van het experiment. Elke regio begrensd door zwarte lijnen komt overeen met gegevens verzameld door één zender en de 11 ontvangers.

De locatie van de zender wordt aangegeven door de rode driehoek. Langs de derde as is de totale tijd van transmissie tot ontvangst van het gereflecteerde signaal. De verschillende kleuren geven de signaalamplitude aan.

Gebruik deze gegevens om de gegevenskubus van de gemeenschappelijke middelpunt te construeren. De nieuwe as is de scheiding van de zendende en ontvangende antennes. Dit is een dwarsdoorsnede van de gegevenskubus van de gemeenschappelijke middelpunt op een bepaald tijdstip tijdens het experiment.

Identificeer de reflectie van de vernattingsfront voor elke dergelijke frame. Gebruik deze vergelijking om de hyperbolische curven aan te passen door de twee parameters, t0 en vr, aan te passen. De witte curve vertegenwoordigt de reistijd van de reflectie van de vernattingsfront.

De paarse curven zijn reistijd voor de lucht- en grondgolven. Dit is een representatief radargram voor een infiltratie-experiment. Elke sectie is gekoppeld aan een zender.

Langs de verticale as is de reistijd van zender naar reflector naar ontvanger. De grijstintenkleurenkaart geeft de signaalamplitude aan. In deze time lapse van een van de gegevensregio's van de gemeenschappelijke middelpunt observeer je dat het signaal met hoge amplitude gestaag naar beneden beweegt naarmate het experiment vordert.

Het signaal wordt geproduceerd door de reflecties bij de vernattingsfront terwijl het water de ondergrond penetreert. Voor snelheidsanalyse, gebruik gegevens van de gemeenschappelijke middelpunt die elke minuut worden genomen. In deze steekproefgegevens, vijf minuten na het begin van het experiment, is de beste pascurve voor de gereflecteerde golf de witte doorlopende lijn en die van de luchtgolf is de stippellijn.

Naarmate de tijd verstrijkt, neemt de reistijd lineair toe. Dit zijn grafieken van de geschatte diepte van de vernattingsfront als functie van de verstreken tijd. De driehoeken zijn voor een model van een uniform medium.

De vierkanten zijn voor een tweedelig model dat rekening houdt met het houten paneel onder de array. De intervallen in zwart geven aan wanneer een vochtsensormeting op een bepaalde diepte begon te stijgen en wanneer deze stabiliseerde. We hadden het idee voor deze methode voor het eerst tijdens een demonstratie voor array antenne grondpenetrarend radar.

Het kwam ons voor om time lapse multi-offset gegevens te corrigeren. Het grootste voordeel van deze procedure is dat we de antennes niet hoefden te verplaatsen om multi-offset gegevens te verzamelen, in tegenstelling tot gebruikelijke grondpenetratiesystemen. Zodra u met de meting begint, hoeft u alleen maar te monitoren en niets te doen.

Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de antennes niet te verplaatsen, zodat de reproduceerbaarheid van de gegevens wordt gegarandeerd. Na de ontwikkeling ervan, zal deze techniek de weg banen voor onderzoekers op het gebied van vadose zone-hydrologie om waterbeweging in veldgrond te verkennen. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u array antenne grondpenetrarend radar kunt gebruiken om infiltratiefronts te volgen.