Snabb Grundvatten Utforskning

Sveriges geologiska undersökning (SGU) har varit engagerad i grundvattenprospekteringsprojekt för att undersöka Sveriges många isälvsavlagringar. Fyndigheterna är spridda över landet och är de viktigaste grundvattenresurserna för dricksvattenförsörjningen i Sverige. SGU ville ha en GPR-lösning som snabbt skulle kunna användas för att samla in stora mängder tillförlitlig och högkvalitativ data för att underlätta deras studier. För effektivitetens skull var målet att utnyttja landets vägnät, och angränsande kanter och mark för att lokalisera områden därunder som bestod av sand och grus med stora djup till den underliggande berggrunden.

Med tanke på djupkraven valde ImpulseRadars applikationsspecialist CrossOver CO730 som valsystemet.

Eftersom CrossOver-serien av GPR-antenner använder en modern realtidssampling (RTS)-design, är de lämpliga för höghastighetsvägbaserade mätningar utöver de mer vanliga manuella tryck-/dragkonfigurationerna. För SGU byggde ImpulseRadar en skräddarsydd monteringsram för att underlätta de fordonsmonterade mätningarna över vägar. Denna monteringslösning gör att antennen kan flyttas snabbt och enkelt mellan fordonet för vägbaserade mätningar och manuella dragkonfigurationer.

Utöver vägmätningarna använde SGU även GPR-systemet för att undersöka kanter och intilliggande terräng. Målet var att få fram mer indata för att fastställa den verkliga omfattningen av potentiella grundvattenreservoarer. För terrängundersökningarna drogs CO730 manuellt, men hade även en sladdanordning för bogsering bakom ett terrängfordon som en fyrhjuling eller en snöskoter under vintermånaderna.

Användningen av GPR för detektering och kartläggning av vattentabeller är väl beprövad. Fördelen med CO730:s design med dubbla kanaler innebar att vatten-bordsgränssnittet lätt kunde bestämmas med hjälp av 300 MHz-kanalen. Däremot erbjöd 70 MHz-kanalen större penetration för att definiera sand- och grusgränssnitten till den underliggande berggrunden. Att ha synlighet för alla de geologiska element som utgör akvifären, hjälper till att bestämma tjockleken på varje lager. I kombination med andra data kan hydrologer senare använda GPR-informationen för att bygga en akvifermodell för att mer exakt förutsäga vattenvolymen.

Den fordonsmonterade lösningen passar alla bilar med en standard 50 mm dragkula. För större fordon finns en lätt anpassningsbar dragkrok. Monteringsramsdesignen gör att CO730 (eller andra CrossOver-antenner) kan flyta säkert över marken/vägytan. Höjden (luftgapet) över mätytan kan justeras från 5 till 15 cm för att tillåta olika förhållanden. Det är dock alltid tillrådligt att få antennen så nära mätytan som möjligt. Om det finns kontakt med mätytan skyddar en glidplatta antennen och eftersom den flyter kan antennen röra sig uppåt för att minimera kraften vid eventuella stötar.

Notera – den RTS-baserade designen av CrossOver-antennen gör att den kan samla in data mycket snabbare än den hastighet med vilken undersökningsfordonet kan köra. Därför är denna konfiguration lämplig för alla vägbaserade mätningar, även vid motorvägshastigheter.

Det bästa sättet att utlösa CrossOver-systemet är från ett av undersökningsfordonets bakhjul, med hjälp av en hjulkodarsats. Hjulutriggning ger också kedja och gör det möjligt att använda hyperbelanpassning och migreringsfiltreringsverktyg under efterbehandlingen av data. CrossOver-antennens inbyggda GPS-mottagare för georeferens kan användas under mätningen och den efterföljande tolkningsprocessen. Men istället för att använda höjddata från den interna GPS:en använde SGU Sveriges rikstäckande GSD-höjddataterrängmodell för att få mer exakta höjddata.

Obs – i länder där sådana höjdmodeller inte finns måste du använda en extern RTK/GPS för att få korrekt höjddata.

Figurerna nedan visar data från två sektioner av en typisk fordonsmonteringsundersökning och visar tydligt värdet av detta tillvägagångssätt. Grundvattenytan är synlig i radargrammet på grund av den höga porositeten i sand/grusvolymen. Det finns också en stor kontrast vid berggrundsgränssnittet på grund av dess låga porositet. Tänk på den stora skillnaden i hastigheten för GPR-signalen i torr sand kontra mättad sand. En hastighet på 140 – 150 m/us är fullt möjlig i torr sand men kan minska till 60 – 70 m/us under grundvattengränsytan beroende på sandformationens porositet. Dessa exempel visar också hur de två radarkanalerna kompletterar varandra. CO730 består av två riktiga GPR-antenner med mittfrekvenser på 70 MHz respektive 300 MHz. Med sin högre upplösning möjliggör 300 MHz-antennen en klar sikt av de grundare lagren, inklusive gränssnittet mellan grundvattenytan. Med sin djupare penetrering möjliggör 70 MHz-antennen en tydlig bild av de djupare lagren, inklusive gränssnitten mellan sand, grus och berggrund.