利用微波侦测地下水位与河川变化-NationalTaiwanUniversity.PDF

第 12 卷 　第 2 期 中国地质灾害与防治学报 Vol. 12 　No. 2 2001 年 6 月 The Chinese Journal of Geological Hazard and Control Jun. 2001 文章编号 :(2001) 利用微波侦测地下水位与河川变化 刘格非 , 黄名村 ( 台湾大学土木工程学系 　台湾 　台北) 摘要 : 论文探讨藉由电磁波照射地表 , 从反射讯号中去判断地下水水位与土石流移动观测之可行性 , 期能提供一新 的土石流预警方法 。电磁波在土壤中的行为受土壤的介电系数所控制 。我们首先以地下水模式仿真出地层中的含 水量分布状况 , 同时搜集过去关于土壤介电系数的实验资料和模型 , 将其运用于层状介质法来仿真电磁波照射在 不同含水量剖面下之反射波 , 以建立含水量分布与反射讯号间的对比模块 。最后则是以砂箱实验 , 量测含水量剖面 后 , 藉由天线与网络分析仪来发射电磁波与记录反射波 。由理论计算与实验测量结果之比较可知所选择的土壤介 电系数模型可以仿真简单潮湿土壤的电磁行为 ; 而由实验量测可知电磁波至少可以打进 50 cm 的微湿砂子 。若以雷 达扫瞄河道 , 可对土石流或洪水前锋的速度作准确之估计 。 关键词 : 电磁波 ; 地下水位 ; 微波 中图分类号 : P6422 文献标识码 : B 即可以做到实时的测量 。而在土石流发生后 , 反射 1 　引言 之讯号更可用来计算土石流之前锋速度与剖面 , 因 台湾地区 , 每遇台风豪雨常有崩塌 、土石流等 此可以用来记录土石流之运动 。 严重的灾害发生 。然而可能发生土石流的危险区域 2 　电磁波之仿真 甚多 , 如要一一加以整治 , 则费用将十分庞大且耗 时甚久 。因此用预警系统于土石流发生前或发生后 21 　控制方程式 ( ) 提出警告 , 以保障下游居民之生命安全 , 为一较经 电磁波的控制方程式为麦克斯韦尔 Maxwell 济之办法 。在许多土石流的成因中 , 其诱发运动之 方程式 : 原因均为土壤中水分含量高而地下水位也高 , 因而 ×E = - B 　　 ×H = J + D t t 造成土石之整体运动 。也有学者如 Sitar ( 1992) 等 ρ ( ) ·D = 　　 ·B = 0 1 认为土壤内的孔隙水压突然上升 , 是导致土体不稳 其中 E 为电场 , J 为电流 , H 为磁场 , ρ为电荷密 定转变成土石流的重要因素 。促使水压上升的原因 度 , D 为电感强度 , B 为磁感强度 。而电感强度 D 可能为雨水的入