LTD-11雷达冰厚测量仪在水文测验中的应用

魏　然，牛玉朕

(黑龙江省哈尔滨水文局，哈尔滨 150010)



LTD-11雷达冰厚测量仪在水文测验中的应用

魏然1，牛玉朕2

(黑龙江省哈尔滨水文局，哈尔滨 150010)

摘要：文章介绍了LTD—11雷达冰厚测量仪的探测原理及其在水文测验中的应用。该测量设备体积小、重量轻、操作简单方便，误差较小，测量方便快捷，可以减少大量人力，既可以进行单点测量，也可以进行整个断面的连续测量，在水文测验冬季的冰厚测量工作中将会发挥重要作用。

关键词：雷达冰厚测量仪；水文试验；探测原理；应用

1LTD-11雷达冰厚测量仪探测原理

雷达冰厚测量仪工作时向冰面下发射脉冲形式的高频宽带电磁波，电磁波在冰层传播过程中遇到水面与其具有电性差异时发生发射，反射信号到达冰层上表面时由接收天线感应接收，并经过超宽带接收机的转换、放大、量化后形成雷达回波。根据回波极性、幅度、走时等参数以及形状，通过内嵌于雷达内的DSP信号处理器中的层位自动识别算法自动的寻找到冰层与水面的分界面也即冰层的下底界面，从而计算出冰层厚度[1]。原理示意图见图1。

图1冰层厚度探测雷达工作原理示意图

根据电磁波在冰层中的双程走时以及冰层的相对介电常数，则可以采用下式确定冰层的厚度：

(1)

式中：T为冰层厚度，mm；c为雷达波在面层中的双程走时，μs；c为电磁波在空气中的传播速度(30mm/μs)；εr为冰层中相对介电常数。

雷达冰厚测量仪具有毫米级距离分辨能力，能够精准地探知冰层的厚度信息。

2雷达冰厚测量仪在水文测验中应用的概述

本次实验由黑龙江省哈尔滨水文局哈尔滨水文勘测队实验完成，哈尔滨水文局主管副局长对实验给予了专业指导。主要实验目的是：进行冰层厚度的探测测试与人工观测对比分析，以推广该设备在水文测验冬季冰厚测量的应用。实验地点为松花江哈尔滨段铁路桥水文观测站旁，该处江面宽度约为1 100 m。实验分两天完成，2016年2月23日—24日采用定点测量方式，测量点选择在哈尔滨水文站流速仪测流断面进行，采用冰钻和人工开孔相合进行冰孔开凿，共开凿了33个冰孔，共进行了33次人工观测数据和33次雷达冰厚测量仪的采集数据。

3测试数据及结果

3.1冰厚及雪深探测

冰厚的测试，其中一处的雷达回波图像如图2所示：

图2　冰源测试雷达回波图像

3.2试验数据结果

试验数据结果见表1。

经过人工与雷达冰厚测量仪的对比观测结果分析，误差变动范围为0.00～0.02 m。

4结论

通过以上两天的松花江江面实验工作和实测数据表明：

1)雷达冰厚测量仪采用的单点测测量方式，快速精确地测定冰层厚度，与人工凿冰孔测量结果比对，误差<0～2 cm范围内变动。同时，雷达冰厚测量方法快捷精确地完成了断面定点冰厚测量，显示了雷达冰厚测量快速准确的显著优势。

考虑人工凿冰孔存在冰孔不均匀情况导致人工测量冰厚固有偏差，通过雷达测冰理论计算论证，结合2016年2月松花江取冰场雷达测冰试验结果与冰层冰钻钻孔的冰厚比对、雷达直接测量冰厚比对，可以确认雷达测量冰层厚度准确性大大高于人工凿冰眼测量冰层厚度，在测量精度、可靠性和测量效率上远远优于传统的人工冰厚测量方式[2]。

2)该测量设备体积小、重量轻、操作简单方便，误差较小，测量方便快捷，可以减少大量人力，既可以进行单点测量，也可以进行整个断面的连续测量，在水文测验冬季的冰厚测量工作中将会发挥重要作用。

表1　哈尔滨站LTD-11雷达冰厚测量仪试验数据

参考文献：

[1]杨瑞波,吴斌,孙汝霖.天然河道最大冰厚推求方法探讨[J].黑龙江水利科技，2001(01)：23-24.

[2]李志军,韩明,秦建敏,郗玉珠,卢鹏.冰厚变化的现场监测现状和研究进展[J].水科学进展，2005(05)：89-91.

中图分类号：P343.6

文献标识码：B

[作者简介]魏然(1975-)，女，黑龙江双鸭山人，工程师；牛玉朕(1988-)，男，河北藁城人，助理工程师。

[收稿日期]2015-08-28

文章编号：1007-7596(2016)01-0111-02