추운 지역에서 얼음 축적은 종종 항해, 홍수 제어, 물 공급, 발전 및 기타 인간 활동에 영향을 미칩니다. 극한의 조건에서는 얼음 홍수가 발생할 수 있습니다. Heilongjiang River의 빙상 및 빙상의 예는 그림 1과 2에 나와 있습니다.
따라서 강, 호수, 운하 및 저수지의 얼음 상태의 현장 측정은 얼음 재난을 완화하고 예방하는 데 중요합니다.
얼음 두께와 수심은 이러한 관찰의 중요한 매개 변수이며, 이들의 측정 방법은 일반적으로 접촉 및 비접촉 측정의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 접촉 측정에는 전통적인 시추 및 저항 가열 라인 및 압력 센서 사용이 포함됩니다. 비접촉 측정 방법에는 소나; 위성에 의한 원격 감지, 공중 및 지상 레이더; 지상 침투 레이더 (GPR).
최근 몇 년 동안 GPR 측정 방법의 지속적인 개선이 있었으며,이 기술은 소형, 저렴한 비용 및 고효율의 장점을 제공합니다. GPR은 또한 얼음 상태 측정을 위해 장거리에서 드래그 할 수 있으므로 GPR 방법은 얼음 측정에 매우 적합합니다.
GPR의 원리는 고주파 단락 전자기파가 지상에 놓인 레이더 시스템의 전달 안테나로부터 얼음으로 전달된다는 것입니다. 파도는 다른 전기 특성의 지하 형성 또는 대상을 만나고 레이더 시스템의 수신 안테나에 의해 수신되는 지표면으로 다시 반사됩니다 (그림 3). 공기의 유전 상수는 1이고, 물의 상수는 약 80, 얼음의 상수는 3-4이고 사암 (미사)의 상수는 5-30입니다. 공기, 얼음, 물 및 사암의 유전체 특성 사이의 차이는 GPR을 사용하여 다른 유전체 유출을 갖는 두 재료 사이의 층을 감지 할 수있게한다.
얼음 두께 외에도 얼음 두께는 얼음 잼 또는 얼음 댐의 원인 중 하나이기 때문에 측정 부위의 해당 수심이 필요합니다. 예를 들어, 수심이 충분히 높으면 얼음이 강에서 쉽게 운반 될 수 있으므로 두꺼운 얼음이 항상 얼음 잼이나 댐을 유발하지는 않습니다.
GPR 시스템은 얼음 두께 및 수심 측정에 널리 사용되지만, 현재의 단일 주파수 GPR은 얼음 두께와 수심의 정확한 동시 측정을 할 수 없습니다. 물론, 수심은 여름에 측정 될 수 있지만 단일 주파수 GPR로 겨울에 얼음 두께를 측정하면 동일한 측정 경로를 따르기가 어렵습니다. 얼음 두께와 수심을 동시에 측정하기 위해 단일 주파수지면 침투 레이더 (GPR)의 사용의 단점을 고려하여 100 및 1500 MHz 안테나가있는 이중 주파수 GPR이 개발되었습니다 (그림 4).
이중 주파수 GPR의 장점은 얼음 두께와 수심 데이터의 동시 수집입니다. 또한 관찰 프로세스의 효율성을 향상시키고 ICE 재해에 대한 예측 및 반응을 향상시키기 위해 GIS 시스템과 완벽하게 통합 될 수 있습니다. 시간 공유 공정을 통해 시스템은 각각 100 및 1500MHz 주파수를 사용하여 수심과 얼음 두께를 각각 측정합니다. 측정 결과의 예는 그림 5에 나와 있습니다.
개발 된 이중 주파수 GPR에 의해 수집 된 데이터의 분석에 따르면 얼음 두께와 수심 측정 정확도에 영향을 미치는 몇 가지 요인이 다음과 같습니다. 1) 얼음 재밍의 복잡한 과정은 무작위로 분포 된 다공성을 포함하는 다층 구조로 얼음 잼을 생성합니다. 이것은 재료의 유전 상수를 변경하며, 이는 레이더 시스템의 측정 원리의 기초입니다. 2) 모래 강에있는 얼음에는 다양한 퇴적물이 포함되어 있으며 강 바닥의 물에 의해 추가 퇴적물이 있습니다. 이것은 물과 얼음의 유전 상수에 영향을 미치는 요인 중 하나이며, 따라서 GPR의 측정 정확도
이러한 결과는 강과 운하의 얼음 두께 및 수심 측정을위한 이중 주파수지면 침투 레이더라는 제목의 기사에 설명되어 있습니다. 최근 저널 콜드 지역 과학 및 기술 에 발표 된 개발, 검증 및 응용 . 이 작업은 Hui Fu, Zhiping Liu, China Water Resources and Hydropower Research의 Xinlei Guo, Dalian Zhongrui Science and Technology Development Company의 Haitao Cui에 의해 수행되었습니다.
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