LTD-11雷達冰厚測量儀在水文測驗中的應用

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雷達冰厚測量儀在水文測驗中的應用

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雷達冰厚測量儀的探測原理及其在水文測驗中的應用。該測量設備體積小、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，既可以進行單點測量，也可以進行整個斷面的連續測量，在水文測驗冬季的冰厚測量工作中將會發揮重要作用。

關鍵詞：雷達冰厚測量儀；水文試驗；探測原理；應用

1LTD-11雷達冰厚測量儀探測原理

雷達冰厚測量儀工作時向冰面下發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生發射，反射信號到達冰層上表面時由接收天線感應接收，并經過超寬帶接收機的轉換、放大、量化后形成雷達回波。根據回波極性、幅度、走時等參數以及形狀，通過內嵌于雷達內的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冰層厚度探測雷達工作原理示意圖

根據電磁波在冰層中的雙程走時以及冰層的相對介電常數，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。

雷達冰厚測量儀具有毫米級距離分辨能力，能夠精準地探知冰層的厚度信息。

2雷達冰厚測量儀在水文測驗中應用的概述

本次實驗由黑龍江省哈爾濱水文局哈爾濱水文勘測隊實驗完成，哈爾濱水文局主管副局長對實驗給予了專業指導。主要實驗目的是：進行冰層厚度的探測測試與人工觀測對比分析，以推廣該設備在水文測驗冬季冰厚測量的應用。實驗地點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。實驗分兩天完成，2016年2月23日—24日采用定點測量方式，測量點選擇在哈爾濱水文站流速儀測流斷面進行，采用冰鉆和人工開孔相合進行冰孔開鑿，共開鑿了33個冰孔，共進行了33次人工觀測數據和33次雷達冰厚測量儀的采集數據。

3測試數據及結果

3.1冰厚及雪深探測

冰厚的測試，其中一處的雷達回波圖像如圖2所示：

圖2　冰源測試雷達回波圖像

3.2試驗數據結果

試驗數據結果見表1。

經過人工與雷達冰厚測量儀的對比觀測結果分析，誤差變動范圍為0.00～0.02 m。

4結論

通過以上兩天的松花江江面實驗工作和實測數據表明：

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

考慮人工鑿冰孔存在冰孔不均勻情況導致人工測量冰厚固有偏差，通過雷達測冰理論計算論證，結合2016年2月松花江取冰場雷達測冰試驗結果與冰層冰鉆鉆孔的冰厚比對、雷達直接測量冰厚比對，可以確認雷達測量冰層厚度準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遠優于傳統的人工冰厚測量方式[2]。

2)該測量設備體積小、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，既可以進行單點測量，也可以進行整個斷面的連續測量，在水文測驗冬季的冰厚測量工作中將會發揮重要作用。

表1　哈爾濱站LTD-11雷達冰厚測量儀試驗數據

參考文獻：

[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.冰厚變化的現場監測現狀和研究進展[J].水科學進展，2005(05)：89-91.

中圖分類號：P343.6

文獻標識碼：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