بخشی از مقاله
چکیده
در روش رادار نفوذی زمین - GPR - با ارسال امواج الکترومغناطیسی با فرکانس های بالا به درون زمین و ثبت امواج بازتابی، عوارض زیر سطحی را شناسایی می کند. در این مطالعه هدف اکتشاف قنات ها، کانال و ساختمان های قدیمی زیر سطحی موجود در محل گودبرداری و اجرای ساختمانهای بیمارستان فارابی تهران می باشد. بدین منظور در ابتدا وضعیت زمین مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به ابعاد قنات و روشهای احتمالاتی شبکه برداشت طراحی گردید .داده ها با استفاده از آنتن 250 مگاهرتز برداشت گردید.
با توجه به این که در محل مورد برداشت نوفه های زیادی مانند نوفه های الکتریکی کابلهای برق، مخابرات و لوله های آب و تاسیسات بیمارستان وجود داشت. باید شبکه به گونه ای برداشت می گردید که اولا کمترین نوفه را داشته باشد ثانیا روند قناتهای قدیمی را در شبکه لحاظ شود.
بنابراین مسیرهای خاصی پیش بینی گردد. فواصل شبکه ها بایستی به گونه ای باشد که از نظر اقتصادی نیز بهینه باشد. در صورتی که فواصل شبکه را کم در نظر گرفته شود هزینه های برداشت بالا می رود و اگر فواصل زیاد باشد ممکن است که ناهنجاری را از دست داده بدهیم. در پردازش، برای حذف این نوفه ها فیلترهای مخصوصی طراحی و اعمال گردید. مناطق بحرانی پس از تفسیر درجه بندی شد و در جداول جداگانه ای ارائه شده است. در این مطالعات تعداد بی هنجاری هاعمدتاً دارای عمق بین 3 تا 7 متر مشاهده گردید.
.1 مقدمه
دستگاه رادار نفوذی زمین - GPR - بر اساس بازتاب امواج الکترومغناطیس از فصل مشترک لایههای زمین عمل میکند و اصول آن مشابه لرزهنگاری بازتابی است. اصل فیزیکی مورد استفاده در این سیستم، بازتاب و شکست امواج الکترومغناطیس در مرز محیطهایی با هدایت الکتریکی متفاوت استاصولاً. هر چه اختلاف هدایت الکتریکی دو محیط مجاور بیشتر باشد، پرتو بازتابیده از مرز، دارای شدت بیشتری بوده و مسیر پرتو عبوری نیز شکست بیشتری پیدا میکند.
بر این اساس GPRبیشتر در محیطهای رسوبی که دارای لایهبندی مشخص میباشند، کاربرد دارد. البته کاربرد این دستگاه محدودیتهای دیگری هم دارد که مهمترین آنها، جذب شدید امواج الکترومغناطیسی در محیطهای دارای هدایت الکتریکی بالا - مقاومت ویژه پایین - استاصولاً. GPR در موادی که مقاومت ویژه آنها خیلی پایین است کارآیی چندانی ندارد. در نتیجه اگر سطح زمین از موادی نظیر نمک، آب شور یا رس اشباع از آب پوشیده شده باشد، این دستگاه نتیجه مطلوبی به دست نمیدهد.
در سال 1904 برای اولین بار - Hulsmeyer - محقق آلمانی ایده استفاده از امواج الکترومغناطیس فرکانس بالا جهت بررسیهای زیر سطحی را ایجاد کرد. استفاده از این ابزار از سال 1956 آغاز شد و از سال 1970 به بعد توسعه یافت. دستگاهای GPR از دهه 1980 به صورت تجاری در دسترس بوده بهکارگیری آنها از اواسط دهه 1990 به شدت افزایش یافته است. نخستین برداشت رادار در سال 1929 برای تعیین عمق یک رودخانه یخ زده در اتریش صورت گرفت
در سال 1974 نخستین سامانه های تجاری رادار را ساختند. پس از تولید تجاری این دستگاه ها، افزایشی بی نظیر در استفاده از آنها، چاپ مقالات و تحقیقات با موضوع این روش آغاز شد .قدرت تفکیک زیاد روش سرعت برداشت داده ها و همچنین غیرمخرب بودن ،GPR این روش علاوه بر در دسترس قرار گرفتن دستگاه های آن بر توسعه مصرف آن تاثیر بسزایی داشت
با استفاده از این روش تحقیقات بسیاری با موضوعات متنوعی مانند بررسی چینه شناسی خاک و شکستگی های درون سنگ های آذرین Davis and Annan - ، . - 1989 شناسایی آب های زیرزمینی و سطح ایستابی Van Overmeeren - ، [21] - 1994، نقشه برداری سطوح سنگ کف Annan - ، - 2001 ، بررسی خاک های یخ زده و منجمد Annan - ، - 2001 ، زیست محیطی Knight - ، - 2001 و حتی باستان شناسی صورت گرفته است .
در کشور ما نیز تحقیقات معدودی در زمینه استفاده موجود است که از آن جمله می توان به GPR از روش آشکارسازی طاق های باستانی مدفون در خاک های نزدیک سطح - اویسی موخر و همکاران، - 1384 آشکارسازی شکستگی ها و تاقدیس های نزدیک سطح - اویسی موخر، [6] - 1386 آشکارسازی قنات ولوله های مدفون زیرسطحی - محمدی ویژه، 1387 ؛ حسینی، 7] - 1388و [8 و تعیین ضخامت آسفالت - مزینانی، - 1389 اشاره کرد.
از جمله کارهای دیگر در ایران می توان شناسایی قنات ها در محدوده دانشگاه باهنر کرمان و دانشگاه پیام نور کرمان با استفاده از روش رادار نفوذی زمین آزادی وهمکاران 1390 را نام برد. در سد اسفراین جهت شناسایی زونهای اشباع و محل فرار ابها از بدنه سد مطالعاتی با استفاده از رادار نفوذی زمین توسط آزادی و همکاران 1390 انجام گرفت. جهت شناسایی حفرات در ستونها و کف حرم مطهر امام حسین با استفاده از روش رادار نفوذی زمین مطالعاتی توسط آزادی و همکاران انجام گرفت.
اساس کار روش بازتابی، اندازهگیری زمان رفت و برگشت موج تا سطح بازتابنده است. با در دست داشتن این زمان و تخمین سرعت متوسط انتشار امواج تا سطح بازتابنده، میتوان عمق آن را محاسبه نمود.
در پروژه توسعه بیمارستان فارابی تهران، نشست های ناگهانی در تست تراکم و برخورد با یک کانال زیر سطحی در محل گودبرداری و در مرحله رگلاژ قبل از بتن ریزی، نگرانی هایی را برای کارفرما و پیمانکاران پروژه بوجود آورد و بخاطر اهمیت موضوع و کسرت زمان، بدنبال روشی دقیق، غیر مخرب و سریع بودند. ما روش رادار نفوذی زمین - GPR - را پیشنهاد دادیم. در این مطالعه هدف مکان یابی مناطق سست و حفرات زیرسطحی در محدوده گودبرداری بود.
در برداشتهای زمین رادار بایستی به احتمالات توجه کرد و شبکه برداشتها به گونه ای انتخاب شوند که با احتمال زیاد بتواند هدف را مورد اکتشاف قرار دهد. در رادار حتما بایستی پارامترهایی مانند عمق موثر و قدرت تفکیک افقی و قائم ان توجه کرد.
در این نوشتار فرض بر این است که انتن زمین رادار با فرکانس مناسب انتخاب شده است و عمق هدف در محدوده برد دستگاه باشد و فقط از نظر احتمالات مسئله را مورد بررسی قرار می دهیم . با توجه به جهت خطوط برداشت و موقعیت هدف سناریوهای مختلفی را باید در نظر گرفت و احتمال آن را بررسی کرد. در برداشتهای زمین راداردر ابتدا یک پهنا ی مطالعاتی با شبکه ای کوچکتر از طول هدف انتخاب گردد و در صورتی که انومالی در رادار گرامها مشاهده گردیده در ان منطقه تراکم برداشتها را بایستی زیادتر کرد .
.2 احتمالات
اگر خطوط برداشت GPRعمود بر هدف اکتشافی باشد و شکل هدف اکتشافی نیز خطی باشد انگاه احتمالP یک بار بر خورد یک شبکه برداشت خطی GPR به موازات هم و با فواصل بین خطوط S با یک هدف اکتشافی خطی به طول L از رابطه زیر بدست می اید.
مثال یک لوله به طول L=1 متر در زیر زمین مدفون می باشد چنانچه جهت لوله مدفون شده مشخص باشد مثلا شرقی-غربی باشد تعدادی مقاطع ژئو رادار در جهت شمالی- جنوبی به فواصل S=1/5 متر طراحی می شود. احتمال P این که یک بار به توان این لوله را در رادارگرامها مشاهده کرد حدود 66/7 درصد می باشد.
اگر خطوط برداشت عمود بر هدف اکتشافی خطی نباشد و زاویه δ داشته باشد احتمال کشف برابر p از رابطه زیر بدست می اید.
