ООО ЛогиС: Георадары, сейсмостанции, георадиолокация, геофизическое оборудование, поиск коммуникаций, обнаружители взрывчатых веществ

ПУБЛИКАЦИИ

 

 

Георадиолокационные исследования пресных речных льдов. Измерение толщины льда

Авторы: Семейкин Н.П., Монахов В.В., Зверев Е.О., Еременко А.В.

Доклад на Международной научно-практической конференции по георадиолокации "ГЕОРАДАР-2004"

Большая часть водоемов на территории России в течение холодного времени года покрывается льдом. Ледостав на водоемах длится от 2-3 до 8-9 месяцев в зависимости от климатических условий и динамики водоемов.

С возникновением ледяного покрова останавливается навигация, ограничиваются промыслы.

Весной ледяной покров разрушается и под действием ветра, осадков и течения начинает перемещаться, оказывая динамическое воздействие на берега и гидротехнические сооружения, что нередко приводит к чрезвычайным ситуациям.

Ледостав и ледоход сопровождаются характерными явлениями. Самые распространенные из них это образование торосов и заторов.

Георадиолокация позволяет производить контроль над толщиной и состоянием льда, как в период ледостава, так и в период паводка.

Рассмотрим лед с точки зрения георадиолокации. Лед является высокоскоростной средой с низкими поглощающими свойствами. Диэлектрическая проницаемость пресного льда на частотах порядка 10^6-10^8 Гц равна 3.15, скорость распространения электромагнитной волны внутри льда 17,3 см/нс.

Классификация льдов основывается на динамике вод, размере водной поверхности и ходе развития ледяного покрова.

На водоемах со стоячей водой или очень слабыми течениями формируется так называемый "водный" лед (рис. 1).

Водный лед формируется из местной воды и отличается большей плотностью и прочностью. Водный лед характеризуется относительно ровной нижней поверхностью.

На рисунке 1 показан пример радарограммы, полученной на водоеме с водным типом льда. Радарограмма получена георадаром серии "ОКО" с антенным блоком АБ-1700. Толщина льда составляет 23 см. Нижняя поверхность льда ровная.


Рисунок 1. Водный тип льда. Георадар ОКО. Антенный блок АБ-1700

На водоемах с быстрыми течениями формируется "водно-шуговой" лед.

Водно-шуговой лед (рис. 2) формируется из воды и шуги, характеризуется меньшей прочностью и большей пористостью. Водно-шуговой лед преимущественно имеет неровную нижнюю границу.

На рисунке 2 показана радарограмма, полученная георадаром серии "ОКО" с антенным блоком АБ-400. Работы проведены на реке Лена под руководством доктора технических наук Омельяненко А.В. Толщина льда порядка 130 см. Нижняя граница льда неровная.


Рисунок 2. Водно-шуговый тип льда. Георадар ОКО. Антенный блок АБ-400

Рассмотрим возможности применения георадаров для контроля над состоянием автомобильных ледовых переправ.

В период ледостава на водоемах вблизи трасс или населенных пунктов организовываются автомобильные ледовые переправы. Официальное разрешение на их эксплуатацию дается в том случае, если толщина льда достигает определенной величины. Например, автомобильная ледовая переправа с ограничением по грузоподъемности до 10 тонн разрешается при толщине льда не менее 40-50 см.

Толщина льда в течение периода эксплуатации ледовой переправы может меняться под воздействием различных факторов, как погодных, так и техногенных. Следовательно, возникает необходимость постоянного контроля над состоянием ледовой переправы - необходимы регулярные измерения толщины льда, отслеживание трещиноватых зон и прочих дефектов.

Минимальная толщина льда, которая возможна на автомобильных ледовых переправах, как указано выше, составляет 0,4-0,5 м, в то время как максимальная - может составлять 2-3 м. Соответственно, для повышения производительности работ, необходимо выбрать антенну, рабочий диапазон глубин которой удовлетворяет имеющимся условиям. Определяющими параметрами для выбора антенны являются максимальная глубинность антенны в условиях льда, с одной стороны, и минимальная толщина льда, отражение от нижней границы которого может быть зарегистрировано с помощью данной антенны, с другой стороны. Такие параметры рассчитаны для различных антенн георадара на примере георадаров серии "ОКО".

Для исследования пресных речных льдов подходят высокочастотные антенные блоки АБ-700, АБ-1200 и АБ-1700 (рис. 3, рис. 4).

В отдельных случаях, при георадиолокационных исследованиях льдов с повышенной минерализацией, целесообразно использовать более низкочастотные антенные блоки.


Рисунок 3. Измерение толщины льда на озере Гидра. Георадар ОКО. Антенные блоки АБ-400, АБ-700, АБ-1700

 

 


Рисунок 4. Измерение толщины льда на озере Гидра. Сравнение полученных радарограмм. Георадар ОКО. Антенные блоки АБ-400, АБ-700, АБ-1700

 

На рисунке 5 приведен пример георадиолокационного обследования пресного речного льда в районе действующих ледовых переправ. Работы проведены на реке Лена под руководством доктора технических наук Омельяненко А.В. Толщина льда составляет порядка 1.5 м, а в районе ледовых переправ достигает 2 м.


Рисунок 5. Измерение толщины льда в районе действующих ледовых переправ. Георадар ОКО. Антенный блок АБ-400

В период паводка, для обследования ледовых заторов, а также для решения масштабных задач удобно проводить дистанционные георадиолокационные измерения.

На рисунке 6 показаны возможности отрыва антенного блока от поверхности льда.


Рисунок 6. Дистанционное измерение толщины льда (работа с отрывом). Георадар ОКО. Антенный блок АБ-1700

В качестве примера дистанционного георадарного обследования действующей ледовой переправы покажем пример, полученный на реке Лена (рис. 7). Работы проведены на реке Лена под руководством доктора технических наук Омельяненко А.В. При исследованиях с воздуха антенна георадара была прикреплена к конструкции летательного аппарата, с которого производлась съемка. На радарограмме колебания положения отражающей границы воздух-лед не превышают 20-30 см и вызваны изменениями высоты полета вертолета. Толщина льда достигает 270 см.


Рисунок 7. Дистанционное измерение толщины льда с борта вертолета. Георадар ОКО. Антенный блок АБ-400

Выводы:

Метод георадиолокации позволяет изучать пресные речные льды с целью определения их толщины, проводить мониторинговые наблюдения в районе автомобильных ледовых переправ, выявлять и локализовывать неоднородности внутри ледяного массива. Георадиолокационные наблюдения можно производить контактно: посредством перемещения антенны георадара по поверхности льда, и бесконтактно - располагая георадар на борту летательного аппарата.

 
   
 

Rambler's Top100 2005 © ООО "Логические системы"
Дизайн: www.apu.ru