Hidrológiai Közlöny, 2013 (93. évfolyam)
2013 / 4. szám - Katona Orsolya - Sipos György - Fiala Károly - Rakonczai János - Mezősi Gábor: A georadar működése és felhasználási területei
55 A georadar működése és felhasználási területei, különös tekintettel a vízügyi gyakorlatra I. rész: Működési elv, fontosabb alkalmazások Katona Orsolya, Sípos György, Fiala Károly, Rakonczai János, Mezősi Gábor, Szegedi Tudományegyetem, Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, 6722, Szeged, Egyetem u. 2-6. korsi@geo.u-szeged.hu Kivonat: A georadar technika az 1970-es évektől van jelen a földtani-földrajzi és hidrológiai kutatások eszköztárában. Az elmúlt néhány évtizedben a technológiai fejlődés lehetőséget biztosított arra, hogy a georadar mára igen széles körű alkalmazásnak örvendjen. Tanulmányunkban áttekintést nyújtunk a módszer fejlődéséről az első próbálkozásoktól napjainkig, emellett bemutatjuk működési elvét, mely egyúttal lehetőséget teremt az alkalmazások széles tárházának felvázolására is. A két részes tanulmány I. részében a georadar technika hidrológiai alkalmazásait csak érintőlegesen tárgyaljuk. A hidrológiai kutatásokban betöltött szerepét, a lehetőségeket és korlátozó tényezőket a II. részben fogjuk részletesen bemutatni. Bevezetés A georadar (ground penetrating radar - GPR) elektromágneses (EM) sugárzáson alapuló, sekély földtani kutatásokra alkalmazható, roncsolásmentes geofizikai módszer, a- mely in-situ, nagy felbontású képet alkot a felszín alatti képződmények szerkezeti felépítéséről és egyéb objektumok jelenlétéről. A georadar tipikusan néhány MHz-től - GHz-es frekvenciatartományban sugározza ki az EM impulzusokat, ezt követően a visszavert és érzékelt EM jelekből rajzolható meg a vizsgált felszín alatti tartomány pseudo- képe (Conyers, 2004; Daniels, 2004; Jól, 2009). A georadar technika bizonyos feltételek teljesülése mellett jól alkalmazható nemcsak a mérnöki, környezetvédelmi és régészeti, de a hidrológiai célzatú vizsgálatok során is. Mindezekről széleskörű nemzetközi szakirodalom áll rendelkezésre (Mellett, 1995; Daniels, 2004; Jól, 2009,), ugyanakkor Magyarországon alkalmazása kevésbé elterjedt. Bár a georadar hazai alkalmazása az 1980-as évekig nyúlik vissza, a technikát és felhasználási lehetőségeit bemutató tanulmány alig lelhető fel (pl.: Pattantyús-Á et al. 1994). A magyarországi geora- darral végzett vizsgálatok többségben régészeti vagy mérnöki indíttatásúak (Pattantyús-Á et al. 1997; Elek et al. 2000; Pattantyús-Á, 2002; Neducza et al. 2002; Székely et al. 2006; Szalai et al. 2011), a földtudományi-hidrológiai alkalmazások száma kevesebb (Pető és Vass, 2012; Gyenes és Bucsi Szabó, 2012). Mindezek figyelembevételével tanulmányunk elsődleges célja a georadar technika fejlődésének és működési alapelvének bemutatatása, valamint a módszer fontosabb alkalmazási területeinek számbavétele. A georadar technika fejlődése A felfedezés, miszerint a fém tárgyak visszaverik az e- lektromágneses hullámokat (rádióhullámokat) Hertz (1857- 1894) nevéhez fűződik. Ezen az elven működött aztán az 1904-ben Hülsmeyer által megszerkesztett ún. „telemobilo- scope”, mely lehetővé tette, hogy a hajók rossz látási viszonyok mellett is észleljék egymást, ily módon elkerüljék az ütközést (Ender, 2002). A radar alkalmazása a hajózásban és a repülésben ettől az időponttól kezdve rohamosan terjedt, s még napjainkban is az egyik legfontosabb navigációs eszköz (I. ábra). A radar-technika első „szárazföldi” alkalmazása eltemetett objektumuk kutatására irányult, és Leimbach, valamint Löwy nevéhez fűződik (1910) (Borchert, 2008). Az általuk alkalmazott műszer jeladója folytonos elektromágneses sugárzást bocsátott ki. A visszavert hullámok fogadása és regisztrálása azonban problémába ütközött, mivel a jelet zavarta az adó folytonos sugárzása. A fenti probléma megoldása a pulzáló radar technika alkalmazásában rejlett, ami 1926-ban jelent meg, és Hülsen- beck nevéhez fűződött. A pulzáló radar javított a mélységi felbontáson, és a technika máig használatban van (Borchert, 2008). Az első világszerte ismertté vált georadar mérést 1929- ben végezték Ausztriában, az Alpokban, ahol Stem a jégtakaró vastagságát határozta meg. Az elkövetkező években u- gyanakkor a technika fejlődése szünetelt, s csak az 1950-es években indult újra. Bár a két világháború során a klasszikus radar technika sokat fejlődött, a fejlesztések elsősorban légvédelmi és navigációs célokat szolgáltak (Senna és Sétán, 2009). Az 1950-es években, amikor a radarok már szinte minden repülőgépen jelen voltak, észrevették, hogy a repülőgépről érkező radar hullámok áthatolnak a föld egyes rétegein. Ennek következtében számos baleset történt, legtöbbször Grönlandon, leszálláskor, mivel a radar a visszavert jelet nem a felszínen található jégről kapta vissza, hanem az alapkőzetről (Conyers, 2004). A balesetek kapcsán a georadar fejlesztése több téren is újraindult. így elsősorban a sarki területeken ismét lendületet vett a jég vastagságának vizsgálata, valamint a vietnámi háború során az amerikai hadsereg elkezdte a technikát alkalmazni alagutak és taposóaknák felderítésére. (Amison, 2009). Az 1960-as években a NASA az MIT (Massachusetts Institute of Technology) e- gyüttműködésével radarméréseket végzett az ALSEP (A- pollo Lunar Surface Experiment Package) program keretében a Hold felszínén (Bates, 1979). A georadar 1972-ben jelent meg először a kereskedelmi forgalomban (Geophysical Survey Inc.). Ekkor kezdődött a technika robbanásszerű fejődése (Olhoeft, 1999). A korai rendszerek robosztusak, nehezek és statikusak voltak (2. ábra), a mérési eredményeket regisztráló számítógéphez kábelekkel terjedelmes kivitelezésű antenna volt csatlakoztatva (Dolphin, 2010). A kapott analóg eredményeket papírra, vagy mágneses adathordozóra rögzítették, és később dolgozták fel. Egyik esetben sem volt lehetséges az adatok valós idejű megjelenítése és elemzése. A georadart a fenti korlátok miatt ezért először szinte kizárólag csak geológusok használták, elsősorban továbbra is jégvastagság vizsgálatára, de egyre inkább feltűnt a műszer sekélyföldtani kutatásokban is (Proulx és Zembillas, 2003). Erre az időszakra e- sett a radar első régészeti célú felhasználása is, Chaco Canyon, Új Mexico (Vickers et al. 1976), majd ezt követően az 1980-as évektől a mérnöki feladatok megoldásában is egyre nagyobb teret nyert a radar technika. Az 1990-es években a georadar ismét gyors fejlődésnek indult. A nagyobb feldolgozási teljesítmény, a kisebb méret, az egyszerűbb adatfeldolgozás hozzájárult ahhoz, hogy a georadar új felhasználási területeken is hódítson. A leárnyékolt antenna, az in-situ adatelemzés és a kibocsátott energia fókuszálása lehetővé tette a georadar mérések alkalmazását
