Radiolokācijas metode – palīgs zemūdens grunts raksturošanai

Radiolokācija ir ģeofizikālo pētījumu metode, ar kuras palīdzību iespējams raksturot vides īpašības zem ūdens vai zemes virsmas. Latvijas Universitātes Ģeogrāfijas un Zemes zinātņu fakultātes Ģeoloģijas nodaļas studenti jau vairākus gadus ar ģeoradaru veic dažādus ģeoloģiskus un inženiertehniskus pētījumus. Līdzšinējie dati norāda uz augstvērtīgiem rezultātiem ūdenstilpju un ūdensteču izpētē. Izmantojot radiolokācijas metodi, ir iespējams veikt augstas precizitātes ledus kārtas biezuma un ūdens dziļuma mērījumus, kā arī raksturot konkrētu grunts slāņu, piemēram, dūņu izplatību.

Viena no galvenajām radiolokācijas metodes priekšrocībām ir nepārtraukti mērījumi jeb signāla ieraksti pa izvēlēto profilu. Tas nozīmē, ka:

1) Raksturojot grunts slāņu izplatības u.c. īpašības, nav jāpaļaujas tikai uz punktveida mērījumiem urbumos, kuru attālums nereti ir pārāk liels, lai precīzi raksturotu situāciju starp urbumiem. Savukārt blīva urbumu tīkla veidošana ievērojami sadārdzina izpētes izmaksas;

2) Pat visai sarežģītas pētāmās grunts īpašības iespējams raksturot nepārtraukti visā pētījumu teritorijā, ievērojami samazinot tādu tiešo metožu izmantošanu kā urbumu veikšana un paraugu analizēšana. Turklāt pētījumu metode nav destruktīva.

Radiolokācijas pētījumi Ilzes ezerā vasarā, izmantojot laivas, un ziemā, veicot arī ledus kārtas biezuma mērījumus

Iegūto signālu apstrāde un interpretācija ļauj raksturot dažādus pētītās vides fizikālos parametrus. Ūdenstilpju un ūdensteču (gan dabīgu, gan mākslīgi veidotu) gadījumā par biežākajām ar ģeoradaru identificējamajām pazīmēm var nosaukt: 1) grunts reljefu; 2) grunts slāņu robežas, morfoloģiju, slāņu miju; 3) grunts neviendabību, ko ietekmē, piemēram, mitruma, blīvuma, māla satura, granulometriskā un ķīmiskā sastāva izmaiņas gruntī; 4) specifisku slāņu (dūņu, kūdras u.c.) klātbūtni un izplatību; 5) lokālus objektus (laukakmeņus, drenāžas caurules); 6) ledus kārtas biezumu un tā izmaiņas, kā arī daudzas citas īpašības.

Radiolokācijas profils virs mākslīgi veidotās Božu ūdenskrātuves (iegūts, izmantojot 300 MHz antenu sistēmu): 1. – grunts reljefs (gultne); 2. – robeža starp grunts slāņiem ar atšķirīgām elektromagnētiskajām īpašībām; 3. – viendabīgs grunts slānis; 4. – neviendabīgs grunts slānis ar lokālobjektiem (akmeņaina grunts); 5. – dūņu slānis; 6 – sākotnējā upes gultne.

Radiolokācijas profils virs Ilzes ezera (iegūts, izmantojot 300 MHz antenu sistēmu): 1. – ezera gultne; 2. – lokāli objekti (laukakmeņi); 3. – robeža starp grunts slāņiem ar atšķirīgām elektromagnētiskajām īpašībām.

Radiolokācijas profils virs Gaujas upes (iegūts, izmantojot 300 MHz antenu sistēmu): 1. – upes gultne; 2. – robeža starp grunts slāņiem ar atšķirīgām elektromagnētiskajām īpašībām; 3. – neviendabīgs grunts slānis ar lokālobjektiem
(akmeņaina grunts).

Tā kā iegūto datu precizitāte vērtējama kā ļoti augsta (kļūda, nosakot dziļumu, ir robežās līdz 10 cm) un mērījumi ir nepārtraukti, veicot radiolokācijas izpēti, ir iespējams izstrādāt arī attiecīgās vietas 3D modeli (piem., ledus biezuma vai dūņu/sanešu zonu karti). Šādi pētījumi var būt noderīgi, plānojot un optimizējot ledus spridzināšanas vai gultnes attīrīšanas darbus.

Radiolokācijas pētījumu veikšanai nepieciešamais tehniskais aprīkojums ietver pašu ģeoradaru un pētāmajai videi un mērķim pielāgotas attiecīgas frekvences antenu sistēmas. Katra antenu sistēma ir savienota ar ģeoradaru un sastāv no raidītājantenas un uztvērējantenas. Radiolokācijas zondēšanas laikā ģeoradars ģenerē radioviļņus – pusotru periodu garus elektromagnētiskos impulsus, kas tiek raidīti zondējamā vidē. Šos signālus pārraida raidītājantena, savukārt no dažādiem grunts slāņiem atstarotos signālus detektē uztvērējantena. Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumu zondējamā vidē ietekmē vielas dielektriskā caurlaidība un magnētiskā caurlaidība. Tādējādi ar radiolokācijas metodi būtībā tiek identificētas elektromagnētisko īpašību izmaiņas zondējamā vidē, kas tālāk, izmantojot pielāgotas datorprogrammas un nereti veicot arī nelielu skaitu testēšanas urbumu datu verifikācijai, tiek interpretētas kā dažāda veida ģeoloģiskas, antropogēnas vai tehnogēnas robežas. Jāatzīmē, ka daudzie veiktie radiolokācijas eksperimenti ir apliecinājuši, ka radiolokācijas metode ir efektīva ne vien ūdensteču un ūdenstilpju pētījumos, bet uzrāda ļoti labus rezultātus arī purvos, smilts iegulās un kāpās, karbonātiežos, lauksaimniecības un meža augsnēs, ceļu segumos un daudzās citās vidēs.

LU Ģeoloģijas nodaļas radiolokācijas pētījumu grupa: Jānis Karušs, Aleksandrs Vlads un Dāvids Bērziņš.

Radiolokācijas pētījumu grupas novēlējums „Zivju Lapas” lasītājiem ir: nebaidīties no mūsdienīgām tehnoloģijām un izmantot to piedāvātos risinājumus savā labā!

Sagatavoja LU ģeoloģijas doktoranti Daiga Pipira un Jānis Karušs, kā arī studenti Aleksandrs Vlads un Dāvids Bērziņš