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透地雷達的水下探測—水深和海底剖面
 
透地雷達常被用來繪製水深和海底地層圖,這樣的應用打破了透地雷達不能在水中使用錯誤認知。淡水是使用透地雷達的理想環境,電磁波在淡水中傳播速度非常慢,可以藉此獲得高解析度,其傳播速度約為光速的1/9。例如,空氣中100兆赫的波長是3米,而水中大約是33釐米,空氣-水交界處,故其折射聚焦產生一束非常窄的能量射入地下,圖1說明了電磁波在水±7°中呈現的窄波。
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圖1、水面下透地雷達電磁波傳遞圖。
 
水中的測深受到水的導電性的限制,其導電性是由水中的鹽度或完全溶解的固體所控制的。
透地雷達在水中穿透深度的約為:
D = 40/α 米
其中α為衰减係數;σ(ms/m)為導電率,為
α = 0.18 σ dB/m
 
圖2說明了訊號振幅與水的導電率相關深度的下降。淡水(Fresh water)顯示,隨著深度增加,振幅訊號衰減緩慢;海水(Sea water)則在水深不到1米處振幅訊號就迅速衰減完畢。
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圖2、不同介質其透地雷達振幅訊號隨著水深增加的衰減狀況。
 
水的導電率又該如何計算呢 ? 通常我們利用鹽度或總溶解固體量去粗略估算水的電導率:
σ = 0.12 x S mS/m  -(1)
σ = 0.12 x TDS mS/m  -(2)
其中S是百萬分之幾的鹽度,TDS是以每升毫克為單位的總溶解固體。 將結果組合在一起得到:
圖3為透地雷達掃描亞利桑那州一個湖泊其波形剖面,湖泊其導電率為6ms/m。這項調查是通過簡單地將雷達其發射和接收天線懸掛在船隻兩側來完成的,本次快速量測說明了透地雷達在水底量測中的應用。
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圖3 : 利用50 MHz的透地雷達在亞利桑那湖執行掃描後結果。
 
原文出處: https://www.sensoft.ca/blog/gpr-sounding-in-water/

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