Infiltração, profundidade da frente usando o lapso de tempo offset multi reúne de rastreamento coletados com matriz chão de antena Radar de penetração

O objetivo geral deste experimento é rastrear a frente de infiltração no solo do campo usando radar de penetração no solo de antena de matriz. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da hidrologia da zona vadosa, como entender como a água se infiltra no solo durante as chuvas. A principal vantagem dessa técnica é que a coleta multi-offset de lapso de tempo pode ser coletada perfeitamente com o mínimo de esforço durante processos dinâmicos de subsuperfície, como infiltração.

Demonstrando o procedimento estarão Nobuhito Nagai e Yukio Tobe. O conjunto de antenas está no centro deste experimento. Dentro desta caixa estão as 21 antenas para este experimento.

Este esquema fornece detalhes adicionais. Existem 10 antenas de transmissão e 11 de recepção mono de tração de gravata borboleta controladas por uma unidade de radar de forma de onda contínua de frequência de passo. A matriz pode alternar entre todos os 110 pares de transmissores e receptores.

Identifique um local para o teste de infiltração. Certifique-se de que a superfície esteja nua, plana e com cerca de três metros por três metros. Obtenha tubos porosos de 2,5 metros de comprimento.

A porosidade do tubo permite que a água seja liberada no solo. Use os tubos para construir um sistema de infiltração de irrigação no terreno. Os tubos deste sistema são paralelos e separados por 15 centímetros.

Conecte os tubos em uma extremidade com uma entrada de água regulada por válvula conectada a uma fonte de água. E conecte a outra extremidade à tomada. Em seguida, pegue um painel de madeira fino, um pouco maior que o conjunto de antenas, e coloque-o sobre os tubos porosos.

O painel deve ser plano e cobrir os tubos. Prossiga para instalar sensores de umidade do solo perto do painel. Este sensor tipo haste mede a umidade em várias profundidades.

Primeiro, instale o tubo de acesso do sensor no chão próximo ao painel de madeira. Em seguida, coloque sensores do tipo haste no tubo de acesso. Comece colocando o conjunto de antenas no painel de madeira, centralizado no sistema de infiltração.

Conecte a matriz ao controlador com cabos coaxiais e conecte o controlador a um computador. Defina a sequência da antena para realizar uma varredura completa em todas as combinações de transmissor e receptor e comece a coletar dados. Neste ponto, vá até a fonte de água e inicie o fluxo e a infiltração.

Pare a água quando uma quantidade predeterminada for injetada. Em seguida, pare de coletar dados com a matriz de radar. Depois de coletar dados, analise-os para encontrar uma estimativa de velocidade.

Este é um exemplo do radargrama de lapso de tempo do conjunto de antenas. Os dados foram coletados ao longo de 60 minutos do experimento. Cada região delimitada por linhas pretas corresponde aos dados coletados por um transmissor e os 11 receptores.

A localização do transmissor é indicada pelo triângulo vermelho. Ao longo do terceiro eixo está o tempo total desde a transmissão até a recepção do sinal refletido. As diferentes cores indicam a amplitude do sinal.

Usando esses dados, construa o cubo de dados do ponto médio comum. O novo eixo é a separação das antenas transmissoras e receptoras. Esta é uma seção transversal do cubo de dados do ponto médio comum em um determinado momento durante o experimento.

Identifique o reflexo da frente de umedecimento para cada um desses quadros. Use esta equação para ajustar as curvas hiperbólicas ajustando os dois parâmetros, t0 e vr. A curva branca representa o tempo de viagem do reflexo da frente de umedecimento.

As curvas roxas são tempos de viagem para as ondas aéreas e terrestres. Este é um radargrama representativo para um experimento de infiltração. Cada seção está associada a um transmissor.

Ao longo do eixo vertical está o tempo de viagem do transmissor ao refletor e ao receptor. O mapa de cores em escala de cinza indica a amplitude do sinal. Nesse lapso de tempo de uma das regiões de dados comuns do ponto médio, observe que o sinal de alta amplitude se move constantemente para baixo à medida que o experimento avança.

O sinal é produzido pelos reflexos na frente de umedecimento à medida que a água penetra no subsolo. Para análise de velocidade, use dados comuns do ponto médio obtidos a cada minuto. Neste exemplo de dados, cinco minutos após o início do experimento, a curva de melhor ajuste para a onda refletida é a linha branca sólida e a da onda de rádio é a linha tracejada.

Com o passar do tempo, o tempo de viagem aumenta linearmente. Estes são gráficos da profundidade estimada da frente de umedecimento em função do tempo decorrido. Os triângulos são para um modelo de um médium uniformizado.

Os quadrados são para um modelo de duas camadas que leva em consideração o painel de madeira sob a matriz. Os intervalos em preto indicam quando uma leitura do sensor de umidade em uma determinada profundidade começou a aumentar e quando se estabilizou. Tivemos a ideia desse método pela primeira vez durante uma demonstração de radar de penetração no solo de antena de matriz.

Ocorreu-nos corrigir os dados de multi-offset de lapso de tempo. A maior vantagem desse procedimento é que não precisamos mover as antenas para coletar a coleta multi-offset, ao contrário do solo comum que penetra em sistemas maiores. Depois de iniciar a medição, é só monitorar e não fazer nada.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de não mover as antenas para que a reprodutibilidade dos dados seja garantida. Após seu desenvolvimento, esta técnica abrirá caminho para pesquisadores no campo da hidrologia da zona vadosa explorarem o movimento da água em solos de campo. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como usar o radar de penetração no solo da antena de matriz para rastrear as frentes de infiltração.