تتبع تسلل يجمع الجبهة العمق باستخدام الإزاحة المتعددة الوقت الفاصل بين جمع الصفيف هوائي رادار باطن الأرض

Environment
 

Summary

وهنا يقدم نظام رادار اختراق أرض (غرينلاند) يستند إلى مجموعة هوائي بالإضافة إلى الأرض، مكتظة بالسكان لرصد عملية دينامية لتسلل المياه الجوفية. صورة رادار الوقت الفاصل بين عملية تسلل يسمح بتقدير عمق الجبهة التبول وأثناء عملية تسلل.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Saito, H., Kuroda, S., Iwasaki, T., Fujimaki, H., Nagai, N., Sala, J. Tracking Infiltration Front Depth Using Time-lapse Multi-offset Gathers Collected with Array Antenna Ground Penetrating Radar. J. Vis. Exp. (135), e56847, doi:10.3791/56847 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

واستخدمت نظام رادار اختراق أرض (غرينلاند) يستند إلى مجموعة هوائي بالإضافة إلى الأرض، مكتظة بالسكان لجمع البيانات خلال تسلل تجربة أجريت في موقع اختبار القرب من "الكثبان الرملية توتوري"، اليابان. الصفيف هوائي المستخدمة في هذه الدراسة تتكون من هوائيات يحيل 10 (تكساس) و 11 تلقي هوائيات (Rx). لهذه التجربة، تم تكوين النظام لاستخدام جميع الأزواج Tx Rx الممكنة، الناتجة في إزاحة متعددة جمع (موج) تتألف من 110 Tx Rx تركيبات. ترك الصفيف ثابتة في موقف مباشرة فوق منطقة عمليات التسلل، وجمعت بيانات كل 1.5 ثانية باستخدام مشغل يستند إلى الوقت. مكعبات البيانات المشتركة-إزاحة جمع (COG) ونقطة الوسط المشترك (CMP) تم بناؤها من البيانات موج خلال مرحلة ما بعد المعالجة. وهناك دراسات قليلة أن الوقت الفاصل بين CMP البيانات المستخدمة لتقدير التغيرات في سرعة الانتشار. في هذه الدراسة، والكهرومغناطيسي سرعة الموجه (م) قدرت تجريبيا في فواصل زمنية دقيقة واحدة من البيانات CMP أعيد بناؤها من خلال المنحنى المناسب، واستخدام معادلة القطع الزائد. ثم انتقلنا إلى حساب عمق الجبهة التبول. الحصول على تطور الجبهة التبول على مر الزمن من خلال هذا الأسلوب يتسق مع الملاحظات من جهاز استشعار رطوبة تربة التي تم وضعها على عمق أقل من 20 سم. النتائج التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة إثبات قدرة هذه المجموعة نظام لائحة برلمان غرينلاند على رصد عملية دينامية باطن الأرض مثل المياه التسلل بدقة كما ونوعاً.

Introduction

فهم عمليات النقل الجماعي والطاقة في منطقة المياه الارتشاحية مهمان للعديد من التطبيقات في المجالات الزراعية والبيئية. بين تلك العمليات، وهي عملية أساسية كالعديد من العمليات الأخرى، مثل العمليات المادية والجيوكيميائية والبيولوجية والميكانيكية حتى تدفق المياه المشبعة مغايرة، تقترن عادة بتدفق المياه. وأتاحت التطورات الحديثة في التقنيات الجيوفيزيائية واحد لرصد العمليات الهيدرولوجية في منطقة المياه الارتشاحية غير إينفاسيفيلي. من بين العديد من التقنيات الجيوفيزيائية، الرادار اختراق الأرض (لائحة برلمان غرينلاند) أحد الأساليب الأكثر استخداماً لرصد وتوصيف التربة المياه حيوية نظراً لانتشار الموجات (م) الكهرومغناطيسية المنبعثة وتلقاها هوائيات لائحة برلمان غرينلاند وتتميز بتربة رطوبة محتوى1،2،،من34. بين النظم المتاحة، على أرض الواقع سطح لائحة برلمان غرينلاند (المشار إليها كسطح لائحة برلمان غرينلاند في ما تبقى المخطوطة) هو الأكثر شيوعاً للاستخدام في حقل. ويشيع استخدام أنظمة لائحة برلمان غرينلاند السطحية التقليدية مع واحد من جهاز الإرسال والاستقبال واحد (أنظمة رادار أمكن) لتفحص تحت السطح مع فصل رسم ثابت (الإزاحة). مجموعات البيانات التي تم جمعها في هذا التكوين، المعروف أيضا إزاحة مشترك يجمع (COG). يتم عرض البيانات الرادارية كالسلاسل الزمنية على أساس السفر مجموع الوقت بين جهاز الإرسال، في نهاية المطاف عاكسات والعودة إلى المتلقي. من أجل تحويل وقت السفر إلى عمق المعلومات، م موجه السرعة في الاحتياجات تحت السطحية التي يمكن تقدير. على سبيل المثال، يمكن أن يتم ذلك من خلال تحليل مجموعات البيانات جمع الإزاحة المتعددة (موج)5.

رغم أنه كانت هناك عدد من الدراسات باستخدام لائحة برلمان غرينلاند لمراقبة التسلل تحت السطح العمليات6،7،،من89، أيا منهم مباشرة تحدد موقع الجبهة ترطيب أو موجه EM هيكل السرعة التي تتغير مع مرور الوقت أثناء عمليات التسلل. نهج مشترك استخدام الكائنات المدفونة في أعماق المعروفة عاكسات مرجع لتحديد متوسط السرعة موجه EM وترطيب الجبهة العمق. منذ الجبهة ترطيب التغييرات بشكل حيوي أثناء عمليات التسلل، يجب جمع موج الوقت الفاصل في فترات زمنية قصيرة استغلال التغييرات في هيكل سرعة موجه م دون استخدام كائنات مرجعية. مع المشتركة أمكن السطحية لائحة برلمان غرينلاند الهوائيات، جمع موج الوقت الفاصل بين فترات قصيرة بين بعضها البعض أمرا صعباً أو مستحيلاً كما أنه يتطلب يدوياً نقل هوائيات لإعداد تكوينات مختلفة الإزاحة. في الآونة الأخيرة، عائلة من هوائي طائفة لائحة برلمان غرينلاند (المشار إليها كطائفة لائحة برلمان غرينلاند أدناه) قد استخدمت على نطاق واسع صورة سريعة تحت السطح، ودقة10. المفهوم الأساسي للمصفوفة لائحة برلمان غرينلاند لتوفير مساحات كثيفة مع الحد أدنى من جهد عن طريق التحول إلكترونيا هوائيات متعددة في إطار واحد. استخدمت طائفة لائحة برلمان غرينلاند نظم أساسا لتوليد الصور تحت السطحية ثلاثية الأبعاد لمناطق واسعة بسرعة. بعض الأمثلة عن التطبيقات العملية لهذه النظم هي شركة الطرق والجسور التفتيش11، والتنقيب الأثرية12 والمتفجرات من مخلفات الحرب والألغام الأرضية13،الكشف عن14. لمثل هذه الأغراض، الصفيف لائحة برلمان غرينلاند يستخدم أساسا لمسح تحت السطح مع تكوين فصل هوائي ثابت لجمع لعب دوراً مهما. على الرغم من أن قد ثبت أن موج المجمعة مع صفيف يمكن استخدامها ل تقدير سرعة15لائحة برلمان غرينلاند، التطبيق العملي لهذه المنهجية قد تقتصر على عدد قليل من الحالات. بوضع مصفوفة الهوائي في مكان ثابت، ويمكن بسهولة جمع موج الوقت المنقضي. كما هو موضح في أعمالنا المنشور مؤخرا16، الوقت الفاصل بين رادارجرامس التي تم جمعها مع الصفيف نظام لائحة برلمان غرينلاند تصوير بدلاً من وضوح إشارات انعكاس من الجبهة التبول وهو يتحرك نزولا تدريجيا خلال تجربة تسلل العمودي أجريت على كثبان الرملية. وكان الهدف الرئيسي من هذه الورقة لإظهار كيفية استخدام الصفيف لائحة برلمان غرينلاند لجمع موج الوقت الفاصل بين أثناء اختبار عمليات التسلل وكيفية تحليل هذه البيانات لتتبع عمق الجبهة التبول.

في هذه الدراسة، استخدمنا صفيف هوائي يتألف من 10 تحيل (Tx0-Tx9) و 11 تلقي (Rx0-Rx10) العنق monopole الهوائيات. تشريد عناصر الهوائي داخل الصفيف ويرد في الشكل 1 (انظر الجدول للمواد). ويسيطر وحدة رادار الموجي خطوة التردد مستمر (سفكو) تعمل على نطاق الترددات من 100 ميجاهرتز إلى ميغاهرتز 3,000 الصفيف الهوائي. الصفيف تبديل لائحة برلمان غرينلاند من خلال تسلسل المعرفة من قبل المستخدم من أزواج Rx-Tx باستخدام أجهزة تردد الراديو (RF) في صفيف الهوائي10. الحد الأقصى لعدد التوافيق Tx Rx لهذا النظام خاصة هو 110. لهذه التجربة، يمكننا تكوين الصفيف لائحة برلمان غرينلاند لاستخدام كافة تركيبات 110، برمجة تسلسل المسح الضوئي حيث أن كل جهاز الإرسال، من Tx0 إلى Tx9، كان يقترن التتابع في جميع أجهزة الاستقبال 11 من Rx0 إلى Rx10. الوقت اللازم لإجراء فحص عبر كافة تركيبات 110 أقل من 1.5 ثانية. وكان حساب الإزاحة بين المرسل والمتلقي استناداً إلى المسافة بين النقاط التي تغذية من عناصر الهوائي، حيث الإزاحة العمودية 85 ملم كما هو مبين في الشكل 1.

Protocol

وكان الهدف الرئيسي لهذه الدراسة باستخدام صفيف نظام لائحة برلمان غرينلاند لتصور العمليات الحيوية تحت السطح، مثل تسرب الماء، من المهم أيضا لوصف كيف أجرى اختبار عمليات التسلل.

1-مجال تسلل الاختبار

  1. حدد موقع مع سطح عارية لاختبار عمليات التسلل.
    ملاحظة: لهذه الدراسة، أجرى اختبار تسلل في منشأة كبيرة الدفيئة الجامعة "مركز بحوث الأراضي القاحلة في توتوري"، اليابان. انظر المنشور مؤخرا لمزيد من التفاصيل16.
  2. الموقف على خط أنابيب طويل مسامية 2.5 م السطح ستة على مسافة 15 سم بين بعضها البعض، بغية ضمان تسلل موحدة (الشكل 2).
  3. الاتصال واحدة من نهاية الأنابيب إلى مدخل صمام تنظيم، الذي يرتبط بخزان مياه أو صنبور، والطرف الآخر إلى منفذ بغية إزالة المياه الزائدة.
  4. ضع رقيقة 910 × 1802 مم2 خشب لوحة (أكبر قليلاً من الصفيف هوائي)، لتغطية هذه الأنابيب المسامية.
  5. تحقق من تأثير لوحة خشبية على إشارة الرادار قبل الاختبار تسلل.
  6. تركيب أجهزة الاستشعار في رطوبة التربة بجوار لوحة خشبية لرصد التغيرات في رطوبة التربة على أعماق مختلفة.
    ملاحظة: والغرض من هذه المجسات توفير البيانات المرجعية المستخدمة للتثبت من صحة النتائج التي تم الحصول عليها من تحليل البيانات لائحة برلمان غرينلاند. في هذه الدراسة، (انظر الجدول للمواد) تم تركيب جهاز استشعار رطوبة تربة من نوع رود جوار الهوائي لرصد التربة ثابت في 10، 20، 30، 40، 60، وأعماق 100 سم.

2-لائحة برلمان غرينلاند القياس

  1. وضع الهوائي لائحة برلمان غرينلاند الصفيف على لوحة خشبية.
    ملاحظة: في هذه الدراسة، وقد ترك الهوائي ثابتة لضمان الاتساق في الإشارات المسجلة.
  2. قم بتوصيل الهوائي إلى وحدة تحكم باستخدام الكابلات المحورية.
  3. قم بتوصيل وحدة تحكم الكمبيوتر محمول مع كبل Ethernet.
  4. تقرر تركيبات هوائي وتسلسلها لضمان جمع الإزاحة المشتركة (COG) وجمع الإزاحة المتعددة (موج) جمعت بسلاسة.
    ملاحظة: في هذه الدراسة، كان جميع التركيبات الممكنة لمصفوفة لائحة برلمان غرينلاند في حوزتنا المستخدمة (110). واستغرق الأمر أقل من 1.5 ثانية لإجراء فحص كامل من خلال كافة مجموعات.
  5. بدء التسجيل للائحة برلمان غرينلاند البيانات باستخدام برامج جمع البيانات.
    ملاحظة: من المهم أن تبدأ في الحصول على البيانات قبل أن يتم حقن الماء في الأنابيب المسامية.
  6. فتح صمام لتطبيق الماء (أي، تبدأ عملية التسلل).
    ملاحظة: ويمكن تحديد معدل حقن المياه في باطن الأرض من خصائص هيدروليكية (مثلاً، الموصلية الهيدروليكية) التربة المستهدفة. وكان معدل التدفق المستخدمة في هذه الدراسة 7,000 سم3دور/دقيقة، الذي كان أقل من الموصلية الهيدروليكية المشبعة من كثبان الرمال.
  7. بعد أن يتم حقن كمية محددة سلفا من الماء، قم بإغلاق الصمام.
    ملاحظة: تم حقن الماء بشكل مستمر ح 4، واستخدمت مجموعة 1,680 لتر مياه للاختبار.
  8. الاحتفاظ بالمسح مع الصفيف لائحة برلمان غرينلاند لفترة إضافية من الوقت، من أجل رصد عملية إعادة توزيع لمزيد من التحليل.
    ملاحظة: الصفيف لائحة برلمان غرينلاند قد تم الاحتفاظ بجمع البيانات من أجل ح 4 بعد أن تم إغلاق الصمام. ومع ذلك، هذه البيانات قد تم تحليلها لا للدراسة المقدمة هنا.

3-بيانات التحليل لتقدير سرعة

  1. إعادة بناء البيانات الترس واجتماع الأطراف عن طريق استخراج تركيبات Tx Rx النسبي من المكعب البيانات الشاملة. وتحقق ذلك من خلال بعض التعليمات البرمجية المخصصة التي وضعت قبل المؤلفين التي ترتيبها الملامح الرادار حتى لتجميع أزواج Tx Rx في الإزاحة متطابقة (COG) وهم مع نفس نقطة منتصف (CMP).
    ملاحظة: لأنه تم استخدام وحدة لائحة برلمان غرينلاند سفكو لهذه الدراسة، البيانات الخام في مجال التردد؛ تم إجراء عملية التردد إلى وقت التحويل باستخدام البرمجيات التي توفرها الشركة المصنعة للنظام لائحة برلمان غرينلاند.
  2. تقدير سرعة الموجه أم أمثل في منطقة التبول في وقت المنقضي من المناسب في الوقت محسوب السفر ذات اتجاهين،، رجم الموجه تنعكس في الجبهة تسلل إلى الإشارات الملحوظة. تم تحديد السرعة مع منحنى أفضل تناسب تجريبيا.
    Equation 1(1)
    د0 فيها عمق إلى نقطة الانعكاس، x هو المسافة بين Tx و Rx، vr السرعة الجذر-يعني-ساحة للطائرة انعكاس و ر0 هو وقت السفر ذات اتجاهين في صفر الإزاحة تحديد من رادارجرام كيوتو.
    ملاحظة: الأسلوب الأكثر شيوعاً في تقدير سرعة استخدام موج هو ما يشبه التحليل5،،من1517. في ما يشبه التحليل، يتم انتقاؤها على جذر متوسط مربع السرعة باستخدام نطاق سرعة. ولم يستخدم تحليل مظاهر لتقدير سرعة في هذه الدراسة نظراً لانخفاض نسبة إشارة إلى الضجيج ولاحظ في صفيف بيانات لائحة برلمان غرينلاند لم تسمح لنا بتطوير طائفة سرعة يمكن الاعتماد عليها. يجري التحقيق في العثور على أسلوب تصفية مناسبة لتوليد طيف سرعة يمكن الاعتماد عليها من هذه البيانات في البحوث الجارية الأخرى. لنطاق هذه الدراسة، استخدمت المنحنى المناسب أسلوب لتلائم رادارجرامس CMP Eq (1).
  3. استخدام مكافئ. (1)، يتم حساب عمق الجبهة التبول د0 في وقت المنقضي معين باستخدام سرعة م ما يقدر بتص.
    ملاحظة: لهذا الجزء من تحليل البيانات، استخدمت مجموعة البيانات لعب دوراً مهما في مقابل x يساوي 113 ملم.

Representative Results

ويبين الشكل 3 لوحة الوقت الفاصل بين مخطط 110 Tx Rx تركيبات اكتسبت كل 1.5 ثانية خلال أول 60 دقيقة تجربة التسلل، بعد تحويل البيانات من التردد إلى مجال الوقت. وتعزيزا لتأملات في العمق، تم تطبيق عامل تصفية ممر الموجه متبوعاً بتعويض الكسب. يمكن تقسيم لوحة الرسم التخطيطي إلى 10 أقسام، كل قسم تناظر تكساس خاصة. تتم الإشارة إلى موقع تكساس بمثلث أبيض، ويتوافق مع كل شريحة إلى إشارة مرور الزمن المسجل Rx. المحور العمودي يظهر وقت السفر ذات اتجاهين أو TWT، أي الوقت اللازمة لموجة EM للسفر من جهاز الإرسال، إلى العاكس في نهاية المطاف والعودة إلى المتلقي. عرض ملفات التعريف مطال إشارة في مخطط لون رمادي. تباين كبير في لون يشير إلى السعة العالية في إشارة الرادار المسجلة. تأملات موجه م يتم إنتاجها في مجال التفاعل بين الطبقات في مختلف ثابت أو بواسطة الكائنات مع خصائص كهربائية مختلفة من المتوسط المحيطة بها؛ وستحدد عازل عالي تباين انعكاس عالية سعة. وخلال عملية تسلل المياه، هناك منطقة يشار إليها كمنطقة انتقالية حيث يزيد محتوى الماء تدريجيا من حافة منطقة التبول، التي يتم فيها تخترق المياه في التربة الجافة في البداية. من المرجح أن تنعكس ليس على حافة جداً ولكن ضمن المنطقة الانتقالية، كما لوحظ في دراسات ل الكشف عن المياه الجوفية18موجه م. في الجزء المتبقي المخطوط، هذا المجال انعكاس يشار إلى الجزء الأمامي من المرطب. في الشكل 3، تظهر إشارة عالية سعة ويتحرك اطراد أسفل مع تقدم الوقت أثناء التجربة. انعكاس هذا الواقع تنتجها الجبهة ترطيب كما تخترق المياه تدريجيا نزولا في تحت السطح. من هذا المخطط، ويمكن بناؤها الترس واجتماع الأطراف كما هو مبين في الشكل 2 من ايواساكي et al. 16

وأجرى تحليل السرعة في CMP البيانات المتحصل عليها كل 1 دقيقة. لكل مجموعة من البيانات CMP، مزودة وقت السفر اتجاهين معين بمكافئ. (1) للانعكاس من الجبهة التبول عن طريق ضبط ر0 و الخامسr، مع افتراض طبقة موحدة في منطقة رطبة. تم تصحيح الوقت صفر باحتواء موجه الهواء مع سرعة 0.3 متر/ns. ويبين الشكل 4 CMP البيانات على فترات مدة 5 دقائق من الوقت المنقضي تيه = 5 دقيقة إلى te = 50 دقيقة جنبا إلى جنب مع منحنيات أفضل احتواء عرض كخطوط بيضاء (خطوط متصلة للموجة المنعكسة) وخط متقطع لموجة هواء. منذ موجه الهواء ليس موجه ينعكس بل الإشارة المباشرة بين المرسل والمتلقي، يزيد الوقت السفر خطيا مع الإزاحة. تم تركيب جميع المنحنيات إلى قمم إيجابية (باللون الأبيض) من الموجات المنعكسة. جميع المنحنيات المجهزة جيدا للمنحنيات ينعكس الملاحظ هو موضح في رادارجرامس CMP في إزاحة كافة، مما يعني أن القيم المقدرة ر0 و الخامسr جيدة. لتجربة التسلل، وضعت لوحة خشبية جافة بين الهوائي والأنابيب المسامية. ولأن الفريق ثابت عازل أقل بكثير منه في التربة الرطبة، آثارها على الموجات م قد لا يكون ضئيلة، على الرغم من أنها رقيقة. واعتبر نموذجا طبقتين ثم بالإضافة إلى نموذج طبقة الموحدة المشار إليها أعلاه، على افتراض قيمة 3 لثابت 5 سم أعلى. أيضا لهذا النموذج الثاني، قدرت سرعة موجه م تص المنحنى المناسب في التفكير التي تنتجها الجبهة التبول.

في الرقم 5، قدرت المرسومة ترطيب أعماق الجبهة كدالة من تيه لكلا النموذجين واحد وطبقتين. فإنه يمكن تقدير أن الجبهة ترطيب يتحرك أسفل تقريبا خطيا مع الوقت لكلا النموذجين، باستثناء تباطؤ بين تيه = 10 دقيقة وتيه = 20 دقيقة في البداية لا تكون الاختلافات بين نموذجين انقضاء هامة، ولكن الوقت التقدير لنموذج موحد يتحرك أسرع قليلاً بالمقارنة مع النموذج طبقتين. في الشكل 5، تستخدم الرموز الماس بمناسبة الأوقات عندما بدأت القراءات من أجهزة استشعار الرطوبة في الزيادة وعندما أصبحت في وقت لاحق مطرد؛ وهذه ترتبط بخط متصل لكل عمق استشعار. وكما ذكر أعلاه، انعكاس لموجة م لا يحدث بالضرورة على حافة المنطقة الرطبة؛ وبعبارة أخرى، نظراً لعمق معين، لا أحد يتوقع هذا انعكاسا تكون مطابقة هذه النقطة في الوقت المناسب عندما تبدأ القراءات من جهاز استشعار لزيادة. وبهذا المعني، الانعكاس تعزى إلى مستوى عمق في الجبهة تسلل حيث تم التوصل إلى معينة تشبع مياه، مقارنة بمنطقة أدناه مباشرة. ونظرا لأن أجهزة الاستشعار في 30 و 40 و 60 سم عمق، يقع تقدير عمق الجبهة التبول التي تم الحصول عليها من بيانات لائحة برلمان غرينلاند جيدا في نطاق سيظهر بخطوط متصلة على الفترة الزمنية. الوقت عندما قدر لائحة برلمان غرينلاند ترطيب الجبهة وصلت إلى عمق 20 سم يتوافق مع الوقت عندما لاحظ الزيادة المفاجئة في قراءة أجهزة الاستشعار، بينما بلغت تقديرات لائحة برلمان غرينلاند عمق 10 سم أسرع بكثير من ما أنتج باستشعار الرطوبة ، على الرغم من وضوح يلاحظ إشارة انعكاس من الجبهة ترطيب بعد تيه = 5 دقيقة (الشكل 4). أيضا، فإنه قد تجدر الإشارة إلى أن استقراء لائحة برلمان غرينلاند قدر منحنى لا يمر من خلال الأصل. على الرغم من أنه من غير الواضح ما الذي سبب هذا التناقض في الأعماق الضحلة، قد يكون هناك عدد قليل من التفسيرات المحتملة. فإنه يمكن أن يعزى إلى عدم التجانس في خصائص التربة، أو قد يكون بسبب عدم الاتساق في تطبيق المياه. إذا كان الأمر فعلا كذلك، وهذا سيكون له أثر أكبر في وقت سابق خلال عملية تسلل أكثر في مرحلة لاحقة. يمكن أن يكون هناك تفسير آخر أن خشونة السطح يؤثر على تحديد الساعة الصفر. بالإضافة إلى تأثير لوحة الخشب والأنابيب المسامية، ينبغي مراعاة أثر خشونة السطح.

Figure 1
الشكل 1 : أرض المخطط بالصفيف اختراق التكوين هوائي الرادار المستخدمة في هذه الدراسة. هياكل على شكل V هي bowtie monopole الهوائيات. وهناك 10 هوائيات الإرسال (Tx) و 11 تلقي هوائيات (Rx) المحاذاة أفقياً. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2: مخططات لتجربة التسلل. (أ) عرض أعلى و (ب (طريقة عرض جانب الذي كان وضع الصفيف الهوائي أعلى الأنابيب المسامية 250 سم ستة الانحياز 15 سم عن بعضها البعض. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : الوقت الفاصل بين رادارجرام التي تم الحصول عليها خلال أول 60 دقيقة من التجربة تسلل. وتتكون البيانات الإشارات المسجلة لتركيبات هوائي 110. شريحة واحدة يتوافق مع الوقت الفاصل بين البيانات التي تم جمعها مع مزيج Tx Rx واحد. يستخدم لون مختلف لإشارة السعة. بيانات خطوط سوداء عمودية منفصلة لكل المثلثات Tx. الأبيض تشير إلى مواقع Tx. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 : رادارجرامس للرهن العقاري في تيه = 5 دقيقة إلى te = 55 دقيقة عند فواصل زمنية دقيقة 5. الأبيض تمثل الخطوط الصلبة يدوياً مزودة وقت السفر ذات اتجاهين من الانعكاس من الجبهة التبول، بينما تمثل الخطوط المتقطعة الأبيض وقت السفر موجه الهواء. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5 : ترطيب أعماق الجبهة. ترطيب أعماق الجبهة المقدر من الصفيف جمع لائحة برلمان غرينلاند في الوقت الفاصل بين الإزاحة المتعددة كدالة للوقت المنقضي للزي العسكري (مثلثات) ونماذج طبقتين (مربعة) على حد سواء. إظهار خطوط سوداء مع الماس في كلا طرفي الوقت بين الزيادة الأولى في القراءات وعندما هذه وصلت إلى مستوى ثابت لكل جهاز استشعار عمق (أي فترة انتقالية المنطقة). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

في هذه الدراسة، أجرت الأرض الصفيف الرادار اختراق (لائحة برلمان غرينلاند) استخدمت لتتبع عمق الجبهة التبول أثناء تجربة تسلل في حقل تجريبي القرب من "الكثبان الرملية توتوري"، اليابان. الصفيف نظام لائحة برلمان غرينلاند المستخدمة في هذه الدراسة تتكون من هوائيات يحيل 10 (تكساس) و 11 تلقي هوائيات (Rx). يمكن تكوين النظام لاستخدام ما يصل إلى 110 مجموعات Tx Rx مختلفة. خلال التجربة بالتسلل، كانت تفحص كافة تركيبات 110 بشكل مستمر على فترات 1.5 ثانية، تاركاً الصفيف ثابتة في الموقع حيث تم تطبيق المياه عن طريق بعض الأنابيب المسامية على السطح. أعيد جمع مشتركة الأوفست (COG) وبيانات نقطة منتصف المشتركة (CMP) من الوقت الفاصل بين بيانات المكعب. أنه سيكون من المستحيل عمليا جمع البيانات CMP بنفس المعدل مع نظم لائحة برلمان غرينلاند أمكن التقليدية. من المهم جداً لمغادرة الهوائي في تسجيل ثابتة خلال التجربة بغية الحصول على بيانات الوقت الفاصل بين استنساخه وذات مغزى.

على الرغم من أن صفيف بيانات لائحة برلمان غرينلاند قد استخدمت في تقدير سرعات موجه م15، هناك فقط عدد قليل من الدراسات أن تحليل بيانات الصفيف الوقت الفاصل بين لائحة برلمان غرينلاند لتقدير سرعات م الموجه لعمليات عابرة مثل الماء تسلل. في هذه الدراسة، قدرت الكهرومغناطيسي هيكل سرعة الموجه (م) من البيانات CMP الوقت الفاصل بين. بدلاً من القيام بتحليل مظاهر، كانت مزودة منحنى القطع الزائد لوقت السفر اتجاهين تجريبيا للإشارات التي تنعكس في رادارجرامس CMP بغية تقدير متوسط سرعة موجه م في منطقة التبول بسبب انخفاض إشارة إلى الضوضاء (S/ N) نسبة في البيانات. في حالة انخفاض نسبة S/N، لا يمكن استخدام تحليل مظاهر لتوليد طيف سرعة يمكن الاعتماد عليها. أسلوب تصفية مناسبة ستحتاج لاستخدام أسلوب تحليل مظاهر. تم تركيب جهاز استشعار رطوبة تربة من نوع رود جوار الهوائي لائحة برلمان غرينلاند لقياس التغيرات في محتوى الرطوبة في التربة خلال التجربة التسلل؛ أجهزة الاستشعار المشردين في الأعماق من 10، 20، 30 و 40 و 60 سم وعملت بشكل مستقل.

استخدام سرعة موجه EM المقدرة، تم حساب عمق الجبهة التبول في فواصل زمنية 1 دقيقة لعملية تسلل. التطور في الوقت المناسب للجبهة ترطيب المقدرة تتفق تماما مع الملاحظات من أجهزة الاستشعار رطوبة التربة على أعماق أدناه 20 سم. على أعماق أقل عمقاً، يظهر التقدير لائحة برلمان غرينلاند إلى عمق الجبهة ترطيب تناقض مع القراءات من أجهزة الاستشعار رطوبة التربة.

وعموما، توضح هذه الدراسة أن الصفيف نظام لائحة برلمان غرينلاند قادر على تتبع تطور عمق الجبهة التبول خلال تسرب المياه في التربة، عن طريق جمع الوقت الفاصل بين البيانات (CMP) الشائعة في نقطة الوسط. كما لا كان جمع هذا النوع من البيانات بسهولة من لائحة برلمان غرينلاند السطحية التقليدية قبل، البيانات التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة هي الأولى التي فعلا تظهر كيف تطورت الجبهة التبول على مر الزمن في باطن الأرض. العمل في المستقبل سوف تستكشف إمكانية استخدام البيانات انعكاس لتقدير المعلمات الهيدروليكية للتربة من البيانات التي تم الحصول عليها من خلال هذه التجربة.

Acknowledgments

تم دعم هذه الدراسة ماليا من JSPS معونات برنامج البحث العلمي (رقم 16 ح 02580، ح 17 03885) والمشترك البحث البرنامج من المناطق القاحلة مركز بحوث الأراضي، جامعة توتوري.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
GeoScope Radar Unit 3D Radar AS
DXG1820 antenna 3D Radar AS
PR2/6 Profile Probe  Delta-T

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Huisman, J., Hubbard, S., Redman, J. D., Annan, P. Measuring soil water content with ground penetrating radar: A review. Vadose Zone Journal. 2, (4), 476-491 (2003).
  2. Lambot, S., Weihermüller, L., Huisman, J., Vereecken, H., Vanclooster, M., Slob, E. C. Analysis of air-launched ground-penetrating radar techniques to measure the soil surface water content. Water Resources Research. 42, 1-12 (2006).
  3. Binley, A., Hubbard, S., Huisman, J., Revil, A., Robinson, D., Singha, K., Slater, L. The emergence of hydrogeophysics for improved understanding of subsurface processes over multiple scales. Water Resources Research. 51, 3837-3866 (2015).
  4. Vereecken, H., Huisman, J., Hendricks, F. H., Bruggemann, N., Bogena, H., Kollet, S., Javaux, M., Van Der Kruk, J., Vanderborght, J. Soil hydrology: Recent methodological advances, challenges, and perspectives. Water Resources Research. 51, 2616-2633 (2015).
  5. Forte, E., Pipan, M. Review of multi-offset GPR applications: Data acquisition, processing and analysis. Signal Processing. 132, 1-11 (2017).
  6. Vellidis, G., Smith, M. S., Thomas, D. L., Asmussen, L. E. Detecting wetting front movement in a sandy soil with ground-penetrating radar. Transactions of the ASAE. 33, (6), 1867-1874 (1990).
  7. Trinks, I., Wachsmuth, D., Stumpel, H. Monitoring water flow in the unsaturated zone using georadar. First Break. 19, 679-684 (2001).
  8. Saintenoy, A., Schneider, S., Tucholka, P. Evaluating Ground Penetrating Radar Use for Water Infiltration Monitoring. Vadose Zone Journal. 7, (1), 208-214 (2008).
  9. Léger, E., Saintenoy, A., Coquet, Y. Hydrodynamic parameters of a sandy soil determined by ground-penetrating radar inside a single ring infiltrometer. Water Resources Research. 50, (7), 5459-5474 (2014).
  10. Eide, E., Valand, P. A., Sala, J. Ground-coupled antenna array for step-frequency GPR. Proceedings of 15th International Conference on Ground Penetrating Radar. 785-790 (2014).
  11. Eide, E., Hjelmstad, J. F. 3D utility mapping using electronically scanned antenna array, Proceedings of GPR 2002. Proceedings of Ninth International Conference on Ground Penetrating Radar. 192-196 (2002).
  12. Linford, N., Linford, P., Martin, L., Payne, A. Stepped frequency ground penetrating radar survey with a multi-element array antenna: Results from field application on archaeological sites. Archaeological Prospection. 17, 187-198 (2010).
  13. Eide, E., Hjelmstad, J. F. UXO and landmine detection using 3-dimensional ground penetrating radar system in a network centric environment. Proceedings of ISTMP 2004. (2004).
  14. Sato, M., Hamada, Y., Feng, X., Kong, F. N., Zeng, Z., Fang, G. GPR using an array antenna for landmine detection. Near Surface Geophysics. 2, (1), 7-13 (2004).
  15. Yi, L., Takahashi, K., Sato, M. Estimation of vertical velocity profile by multistatic GPR Yakumo. Proceedings of 2015 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 1060-1063 (2015).
  16. Iwasaki, T., Kuroda, S., Saito, H., Tobe, Y., Suzuki, K., Fujimaki, H., Inoue, M. Monitoring infiltration process seamlessly using array ground penetrating radar. Agricultural and Environmental Letters. 1, 160002 (2016).
  17. Booth, A. D., Clark, R., Murray, T. Semblance response to a ground-penetrating radar wavelet and resulting errors in velocity analysis. Near Surface Geophysics. 8, (3), 235-246 (2010).
  18. Saintenoy, A., Hopmans, J. W. Ground Penetrating Radar: Water Table Detection Sensitivity to Soil Water Retention Properties. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 4, (4), 748-753 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics