Резюме: Системы георадара IceMap используются уже более 20 лет для картирования толщины льда в северных районах, но за это время инновационные клиенты нашли другие интересные применения этой технологии.
Система датчиков и программного обеспечения IceMap использует технологию георадара (GPR) для измерения и картирования толщины льда на замерзших озерах и реках, используемых в качестве зимних дорог в северных районах Канады и США.
IceMap был первоначально представлен в 2011 году после нескольких зим тесного сотрудничества с Департаментом транспорта Северо-Западных территорий (Канада). За последние 20 лет технология георадара полностью изменила процедуру безопасного строительства, мониторинга и закрытия ледовых дорог. Это включает в себя предоставление высокоплотных, точных измерений толщины льда для улучшения расчетов грузоподъемности льда и помощь в продлении сезона ледовых дорог настолько, насколько это возможно безопасно.
Типичное применение IceMap — мониторинг льда на предмет наличия ледяного «моста». Ледяной мост, как следует из названия, представляет собой короткую ледяную дорогу через реку. Постоянные мосты в отдаленных районах обычно нецелесообразно строить, но ледяные мосты обеспечивают короткие пути, которые могут значительно сэкономить время и транспортные расходы в зимние месяцы.
Одним из таких ледяных мостов является тот, что пересекает реку Пис недалеко от Ла-Крета, Альберта. (Рисунок 1а) . В теплые месяцы это паромная переправа, но каждую зиму строится 700-метровый (0.5 мили) ледяной мост, чтобы сэкономить время для транспортных средств, проезжающих через этот район. Ближайший постоянный мост через реку Пис находится в 75 км в Форт-Вермиллионе (Рисунок 1b), но 100 км (60 миль) по дороге.
Покадровые видео в Цифры 1c и 1d показывают, что лед утолщается с начала января по конец февраля, толщина льда увеличивается с 40 см до более 170 см. Чем толще лед, тем выше его грузоподъемность для выдерживания более тяжелых грузовиков.
Хотя IceMap был разработан для этого конкретного применения измерения толщины льда на ледяных дорогах и мостах, на протяжении многих лет у нас были клиенты, использующие IceMap для других применений, о которых мы даже не думали, когда изначально разрабатывали его. Некоторые из этих применений описаны ниже.
Обнаружение севшего на мель льда
«Схватившийся лед» означает, что лед замерз до дна водоема. Для ледовых дорог схватившийся лед хорош по двум причинам: 1) лед не обязательно должен быть спроектирован до определенной толщины, как плавучий лед, поскольку он поддерживается снизу, и 2) с точки зрения безопасности, если лед схватывается, нет опасности, что транспортные средства провалятся под лед и попадут в глубокую воду.
К счастью, из-за благоприятной физики IceMap обычно может легко обнаружить области севшего на мель льда. Это происходит потому, что отражательная способность нижней части льда, когда он плавает на воде, намного выше (Kлёд 3 XNUMX, КВодяные = 80, R = 0.68), чем когда лед вмерз в отложения или скальные породы на дне водоема (Kлёд 3 XNUMX, Крок = 5, R = 0.13). Эта разница в отражательной способности выделяет области севшего на мель льда в данных георадара. (Рисунок 2а). Благодаря интеграции GPS в систему IceMap, после добавления интерпретаций точек с использованием программного обеспечения EKKO_Project, положения севшего на мель льда могут быть нанесены на карту в Google Earth. (Рисунок 2b).
Анализ качества льда
Измерения грузоподъемности на льду основаны на «чистом» льду. Если лед имеет «загрязнения», встроенные в него, такие как пузырьки воздуха, пузырьки воды, органические вещества, внутренний незамерзший слой (Рисунок 3а), он уже не является чистым, и это может повлиять на грузоподъемность льда.
Когда Manitoba Infrastructure анализирует свои данные IceMap, они специально ищут внутренние отражатели, связанные с материалами, которые снижают качество льда. Чистый лед является однородным материалом, что означает, что нет контраста в материалах, который мог бы вызвать отражения GPR (Рисунок 3б справа). Однако, если во льду присутствуют внутренние объекты или слои, георадар часто обнаруживает их. (Рисунок 3б слева).
В приведенном ниже примере компания Manitoba Infrastructure, проявив большую осторожность, изменила маршрут ледовой дороги, чтобы обойти лед с внутренними загрязнениями, которые могли поставить под угрозу безопасность на льду.
Полную историю смотрите здесь: https://www.sensoft.ca/blog/evaluating-ice-road-quality-icemap/
Расчет объема водохранилища
Клиент IceMap в Исландии использовал систему для измерения толщины снега на большой площади водосбора, чтобы улучшить расчеты объема воды, который, как ожидается, будет поступать в местный водоем. (Верхнее фото) и Фигура 4):
IceMap использовался для предоставления непрерывных данных о снеге с водосборов, улучшая обычные «точечные» измерения и дополняя знания о протяженности снежного покрова и накоплении снега зимой. В общей сложности было обследовано 65 поперечных сечений на суше для оценки толщины снега и пространственного распределения в водосборных бассейнах. IceMap позволяет получать данные о содержании воды с гораздо более высоким пространственным разрешением, что приводит к более обоснованным решениям относительно эксплуатации гидроэлектростанции.
Полную историю смотрите здесь: https://www.sensoft.ca/wp-content/uploads/2016/01/2015-07-Subsurface-Views.pdf/
Толщина льда в экологически уязвимых районах
Водно-болотные угодья, такие как болота, торфяники и торфяники (Рисунок 5а) являются экологически уязвимыми территориями, поэтому работы часто выполняются зимой, когда территория замерзает, растения находятся в состоянии покоя, а животные впадают в спячку.
Клиент использовал IceMap для измерения толщины льда, чтобы определить максимальный вес строительной техники, которую лед может выдержать, не сломавшись и не повредив водно-болотные угодья.
Аналогичное, но более экстремальное, чем вышеприведенное приложение о влиянии на качество льда вкрапленных материалов, лед в заболоченной местности полон органического вещества, что затрудняет точное измерение толщины льда из-за рассеивания и затухания сигнала георадара. Однако часто можно увидеть дно отражателя льда (Рисунок 5b).
Обнаружение водяных карманов во льду, промерзшем до дна
Это приложение является своего рода противоположностью приложения выше, использующего IceMap для поиска заглубленного льда. В этом случае клиенту, Agnico Eagle Mining, нужно было найти жидкую воду для бурения разведочных скважин (Рисунок 6а)Проблема заключалась в том, что геологоразведочные работы проводились в разгар зимы при температуре окружающей среды -40⁰C (-40⁰F), поэтому все местные водоемы были проморожены до самого дна.
К счастью, операторы IceMap понимали физику георадара и георадара IceMap в частности. Отражательная способность нижней части льда, плавающего на воде, намного выше (Kлёд 3 XNUMX, КВодяные = 80, R = 0.68), чем когда лед вмерз в отложения или скальные породы на дне водоема (Kлёд 3 XNUMX, Крок = 5, R = 0.13). Эта разница в отражательной способности выделяет области воды подо льдом в данных георадара. (Рисунок 6b).
Мы любим видеть изобретательность наших клиентов при использовании наших продуктов GPR. Если у вас есть другие примеры использования IceMap или любой другой системы GPR для приложений, для которых она не была специально разработана, но эффективна, Свяжитесь с нами.
Более подробную информацию о IceMap см. Страница продукта IceMap.
Данные Ice Bridge предоставлены округом Маккензи, Альберта
Изображение данных о ледовой обстановке предоставлено Lithogen Inc.
Анализ данных о качестве льда предоставлен Manitoba Infrastructure
Фото системы IceMap и история снежного покрова предоставлены Landsvirkjun, Исландия
Данные и фотографии по обнаружению воды подо льдом предоставлены Agnico Eagle Mines Ltd, Канада
