LTD-11雷達(dá)冰厚測量儀在水文測驗(yàn)中的應(yīng)用

魏　然，牛玉朕

(黑龍江省哈爾濱水文局，哈爾濱 150010)

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LTD-11雷達(dá)冰厚測量儀在水文測驗(yàn)中的應(yīng)用

魏然1，牛玉朕2

(黑龍江省哈爾濱水文局，哈爾濱 150010)

摘要：文章介紹了LTD—11雷達(dá)冰厚測量儀的探測原理及其在水文測驗(yàn)中的應(yīng)用。該測量設(shè)備體積小、重量輕、操作簡單方便，誤差較小，測量方便快捷，可以減少大量人力，既可以進(jìn)行單點(diǎn)測量，也可以進(jìn)行整個斷面的連續(xù)測量，在水文測驗(yàn)冬季的冰厚測量工作中將會發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)冰厚測量儀；水文試驗(yàn)；探測原理；應(yīng)用

1LTD-11雷達(dá)冰厚測量儀探測原理

雷達(dá)冰厚測量儀工作時向冰面下發(fā)射脈沖形式的高頻寬帶電磁波，電磁波在冰層傳播過程中遇到水面與其具有電性差異時發(fā)生發(fā)射，反射信號到達(dá)冰層上表面時由接收天線感應(yīng)接收，并經(jīng)過超寬帶接收機(jī)的轉(zhuǎn)換、放大、量化后形成雷達(dá)回波。根據(jù)回波極性、幅度、走時等參數(shù)以及形狀，通過內(nèi)嵌于雷達(dá)內(nèi)的DSP信號處理器中的層位自動識別算法自動的尋找到冰層與水面的分界面也即冰層的下底界面，從而計(jì)算出冰層厚度[1]。原理示意圖見圖1。

圖1冰層厚度探測雷達(dá)工作原理示意圖

根據(jù)電磁波在冰層中的雙程走時以及冰層的相對介電常數(shù)，則可以采用下式確定冰層的厚度：

(1)

式中：T為冰層厚度，mm；c為雷達(dá)波在面層中的雙程走時，μs；c為電磁波在空氣中的傳播速度(30mm/μs)；εr為冰層中相對介電常數(shù)。

雷達(dá)冰厚測量儀具有毫米級距離分辨能力，能夠精準(zhǔn)地探知冰層的厚度信息。

2雷達(dá)冰厚測量儀在水文測驗(yàn)中應(yīng)用的概述

本次實(shí)驗(yàn)由黑龍江省哈爾濱水文局哈爾濱水文勘測隊(duì)實(shí)驗(yàn)完成，哈爾濱水文局主管副局長對實(shí)驗(yàn)給予了專業(yè)指導(dǎo)。主要實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵哼M(jìn)行冰層厚度的探測測試與人工觀測對比分析，以推廣該設(shè)備在水文測驗(yàn)冬季冰厚測量的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為松花江哈爾濱段鐵路橋水文觀測站旁，該處江面寬度約為1 100 m。實(shí)驗(yàn)分兩天完成，2016年2月23日—24日采用定點(diǎn)測量方式，測量點(diǎn)選擇在哈爾濱水文站流速儀測流斷面進(jìn)行，采用冰鉆和人工開孔相合進(jìn)行冰孔開鑿，共開鑿了33個冰孔，共進(jìn)行了33次人工觀測數(shù)據(jù)和33次雷達(dá)冰厚測量儀的采集數(shù)據(jù)。

3測試數(shù)據(jù)及結(jié)果

3.1冰厚及雪深探測

冰厚的測試，其中一處的雷達(dá)回波圖像如圖2所示：

圖2　冰源測試?yán)走_(dá)回波圖像

3.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。

經(jīng)過人工與雷達(dá)冰厚測量儀的對比觀測結(jié)果分析，誤差變動范圍為0.00～0.02 m。

4結(jié)論

通過以上兩天的松花江江面實(shí)驗(yàn)工作和實(shí)測數(shù)據(jù)表明：

1)雷達(dá)冰厚測量儀采用的單點(diǎn)測測量方式，快速精確地測定冰層厚度，與人工鑿冰孔測量結(jié)果比對，誤差<0～2 cm范圍內(nèi)變動。同時，雷達(dá)冰厚測量方法快捷精確地完成了斷面定點(diǎn)冰厚測量，顯示了雷達(dá)冰厚測量快速準(zhǔn)確的顯著優(yōu)勢。

考慮人工鑿冰孔存在冰孔不均勻情況導(dǎo)致人工測量冰厚固有偏差，通過雷達(dá)測冰理論計(jì)算論證，結(jié)合2016年2月松花江取冰場雷達(dá)測冰試驗(yàn)結(jié)果與冰層冰鉆鉆孔的冰厚比對、雷達(dá)直接測量冰厚比對，可以確認(rèn)雷達(dá)測量冰層厚度準(zhǔn)確性大大高于人工鑿冰眼測量冰層厚度，在測量精度、可靠性和測量效率上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的人工冰厚測量方式[2]。

2)該測量設(shè)備體積小、重量輕、操作簡單方便，誤差較小，測量方便快捷，可以減少大量人力，既可以進(jìn)行單點(diǎn)測量，也可以進(jìn)行整個斷面的連續(xù)測量，在水文測驗(yàn)冬季的冰厚測量工作中將會發(fā)揮重要作用。

表1　哈爾濱站LTD-11雷達(dá)冰厚測量儀試驗(yàn)數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)：

[1]楊瑞波,吳斌,孫汝霖.天然河道最大冰厚推求方法探討[J].黑龍江水利科技，2001(01)：23-24.

[2]李志軍,韓明,秦建敏,郗玉珠,盧鵬.冰厚變化的現(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)狀和研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展，2005(05)：89-91.

中圖分類號：P343.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

[作者簡介]魏然(1975-)，女，黑龍江雙鴨山人，工程師；牛玉朕(1988-)，男，河北藁城人，助理工程師。

[收稿日期]2015-08-28

文章編號：1007-7596(2016)01-0111-02