oder mehr als vier Jahrzehnte sind Radiowellengeschwindigkeit und Bodenwassergehalt als stark gekoppelt bekannt. Durch Messung der Funkwellengeschwindigkeit kann eine indirekte Messung des Wassergehalts des Bodens erhalten werden. Solche Messungen haben das Potenzial, die landwirtschaftliche Bewässerung zu optimieren.
Bodenradar (Ground Penetrating Radar, GPR) bildet den Untergrund mithilfe von Funkwellen ab. In den frühen Tagen der GPR waren die Faktoren, die die Wellengeschwindigkeit steuern, nicht gut verstanden. Pionierarbeit in den späten 1970er Jahren stellte die empirische Beziehung zwischen Wassergehalt und GPR-Geschwindigkeit her. Tatsächlich wurde die Verwendung der Zeitbereichsreflektometrie (TDR), die eng mit GPR verwandt ist, ausgiebig verwendet, um kontrollierte Bodenproben zu untersuchen und die Beziehung herzustellen.
Seit dieser Zeit sind TDR-Geräte eine regelmäßige Methode zur Messung des Wassergehalts im Boden. Es gibt jetzt zahlreiche Variationen des TDR-Ansatzes, und die Methode wird allgemein akzeptiert. Die TDR-Technik ist begrenzt, da eine Sonde in den Boden eingeführt werden muss. Die Messung des Wassergehalts erfolgt über einen begrenzten Bereich, so dass das Verfahren nicht ohne weiteres zur Abdeckung großer Bereiche verwendet werden kann. Andererseits eignet sich das Verfahren hervorragend zur Überwachung des Wassergehalts über der Zeit an einer lokalisierten Position.
GPR hat immer das Potenzial geboten, ein leistungsfähiges Mittel für eine schnelle Flächendeckung bereitzustellen, da die Technik keinen direkten Kontakt mit dem Boden erfordert. Ein GPR-Gerät kann schnell über die Oberfläche bewegt und große Bereiche abgebildet werden. Seit vielen Jahren ist die Entwicklung von GPR zur Ergänzung diskreter TDR-Messungen ein Ziel.
Mehrere GPR-basierte Ansätze sind möglich, aber alle haben nur begrenzten Erfolg gehabt. Jeder Ansatz kann effektiv funktionieren, um den Wassergehalt zu erhalten, wenn ein erfahrener Forscher oder GPR-Bediener beschäftigt ist. Leider wurde es nie erreicht, das gewünschte Ergebnis mit einem leicht einsetzbaren GPR-Gerät mit automatisierter Datenanalyse auf einen Wassergehalt zu erzielen.
Eine der effektiveren Möglichkeiten zur Verwendung von GPR zur Schätzung des Wassergehalts war die Verwendung von Weitwinkelreflexions- und Brechungsmessungen (WARR). Diese Messungen waren bei langsamer Datenerfassung komplex und nur auf kleine Bereiche beschränkt. Ferner ist ein erfahrener Bediener erforderlich, um die Messung durchzuführen und die Daten zu analysieren.
Vor kurzem haben wir die eingeführt WARR-Maschine Das ist ein neuartiges neues GPR-Instrument. Dieses neue System ermöglicht eine schnelle Profilerstellung mit praktisch kontinuierlicher Erfassung von WARR-Sondierungen. Das Ergebnis hat die Tür für eine großflächige Kartierung der Bodenfeuchtigkeit geöffnet.
Das Forschungszentrum Jülich, eine Universität in Deutschland, hat Pionierarbeit bei der Verwendung von GPR für viele Boden- und Grundwasseranwendungen geleistet. Jülich verfügt über umfassende Möglichkeiten zur Untersuchung landwirtschaftlicher Probleme und entwickelt mehrere neue und fortschrittliche angewandte geophysikalische Methoden. Gut kontrollierte Teststandorte ermöglichen Technologietests für eine Vielzahl von Problembereichen. Einige einzigartige Zeitrafferstudien liefern ein wesentlich besseres Verständnis dafür, wie sich die Grundwasserbedingungen während der Vegetationsperiode ändern.
Dr. Jan van der Kruk und sein Forschungsteam sind derzeit Vorreiter bei der Verwendung der WARR-Maschine für die Kartierung des Bodenwassergehalts. Forschungen der Doktorandin Manuela Kaufmann belegen die Realisierbarkeit der neuen Technologie. Ein in Jülich eingesetztes Prototypsystem ist in Abbildung 1 dargestellt. Diese WARR-Maschinenkonfigurationseinheit wird hinter einem ATV-Fahrzeug gezogen und entwickelt, um eine kontinuierliche Profilierung von Feldgrößenbereichen zu ermöglichen, um Schwankungen des Bodenwassergehalts regelmäßig abzubilden.
Ein Profil über ein kontrolliertes Testfeld erzeugte die in Abbildung 2 gezeigten vorläufigen Ergebnisse. Eine automatisierte und manuelle Datenanalyse wurde verwendet, um den Wassergehalt anhand der Funkwellengeschwindigkeit abzuschätzen und mit einer begrenzten Anzahl separater einkanaliger WARR-Messergebnisse zu vergleichen. Die Entwicklung eines zuverlässigen automatisierten Datenanalysetools wird der Schlüssel zum erfolgreichen Einsatz dieser neuen Technologie sein.
