Sensor Batimétrico: Modelado desde la tierra al agua

El cambio climático afecta a los cuerpos de agua dulce de todo el mundo. El río Colorado, que atraviesa siete estados de los Estados Unidos a México, donde desemboca en el Mar de Cortéz, es un ejemplo.

Se estima que el río más amenazado en los EE.UU. en 2015, el flujo de agua se reducirá entre un 10% y un 30% para 2050. El clima más cálido, menos nevadas y más de cien presas construidas en el camino del río han puesto un énfasis significativo en su ecosistema. Esto perjudica el hábitat de peces y vida silvestre, junto con:

  • $ 26 billones de economía recreativa,
  • 40 millones de personas que dependen del río para el uso diario del agua,
  • 2 millones de hectáreas de riego agrícola

Con tantos conocimientos sobre la salud del Río Colorado, la Oficina de Recuperación de los Estados Unidos (BOR), encargada de supervisar la gestión de los recursos hídricos y la entrega de agua, era necesaria para comprender mejor la geomorfología de la cuenca.

“Tenemos un esfuerzo continuo para entender lo que está sucediendo con el Río Colorado”, dijo Carrie Scott, jefe de la Oficina de Asistencia Técnica de la Oficina de Área de Yuma de BOR. “Modelamos el río para entender los depósitos de sedimentos a través de las aguas poco profundas y a su vez esto nos ayuda a identificar cualquier problema de suministro de agua, como la degradación de los bancos o” puntos de estrangulamiento “en el flujo.

Como con la naturaleza de cualquier río, los meandros del Río Colorado cambian su curso natural. Esto representa una amenaza para las estructuras cercanas, tales como carreteras, comunidades agrícolas y residenciales. BOR se esfuerza por mantener el río en su curso a través de dragado y blindaje líneas bancarias.

“Como los amos del agua del río, necesitamos asegurar la entrega continua del agua. Tenemos un programa en curso para contratar un estudio para mapear el río por alcance para entender cómo el cauce del río está cambiando”, dijo Scott. “Los datos que recibimos nos ayudan a modelar mejor la superficie y sub-superficie del río. La mejor calidad de los datos que tenemos, somos capaces de modelar y comprender el impacto de los diversos flujos de agua y producir nuestros diseños de ingeniería para los proyectos a lo largo del río”.

Volviendo a Allied GIS, una empresa de cartografía especializada en SIG, imagenes y aplicaciones de bases de datos, la empresa se encargó de construir una ortofoto digital y un mapa topográfico que cumpla con la norma nacional de EE.UU. Allied GIS luego trabajó con la Oficina de Geología Económica en la Escuela de Geociencias de Jackson en la Universidad de Texas en Austin (la Oficina) adquiere datos batimétricos LiDAR aerotransportados y otra empresa de estudio para proporcionar LiDAR topográfico y apoyo de comprobación terrestre.

Desde batimetría a topografía

Un usuario muy antiguo de sensores aerotransportados de Leica Geosystems, los investigadores en la oficina utilizaron su sistema aerotransportado de Leica Chiroptera para recolectar datos de la cuenca baja del río Colorado en California y Arizona.

Chiroptera tiene dos escáneres LiDAR independientes:

  1. Un infrarrojo cercano (longitud de onda roja) para LiDAR topográfico
  2. Un visible (verde-longitud de onda) para batimétricos LiDAR

Chiroptera está diseñado para adquirir datos simultáneamente con ambos escáneres, lo que permite levantamientos en paisajes complejos con cuerpos de aguas poco profundas. El levantamiento de ríos se realizó a una altitud de 400 m sobre el nivel del suelo, que es la altitud óptima para la recolección de datos batimétricos LiDAR. El escáner topográfico adquirió datos simultáneamente con una tasa de repetición de 300 kHz para distinguir la superficie del agua, y para mapear la costa inmediata.

“Chiroptera permitio capturar los aspectos batimétricos del río y las características del terreno inmediato”, dijo Kutalmis Saylam, el principal científico investigador de la Oficina. “Hemos estado usando nuestro Chiroptera por más de cuatro años, y podemos confiar en este sistema robusto e intuitivo en terreno. Eso es muy importante para nosotros, ya que los sensores confiables son una necesidad para nuestro trabajo”.

Las condiciones meteorológicas en la ubicación del levantamiento fueron en su mayoría ideales, y se completaron un total de nueve misiones. Las planificaciones de vuelo se ajustaron para mantener la maniobra segura de los aviones, especialmente en el extremo norte del área de levantamiento con picos de alta montaña. El levantamiento completo de 133 líneas de vuelo que cubren un área de 265 km2 se completó con 21 horas de tiempo en el aire.

Viendo claramente a través

Parte de la misión incluyó la recolección de datos batimétricos de un área del dique más profundo del mundo. La Presa Parker, entre los estados de Arizona y California tiene una altura de muro de contención de 98 m, y descarga agua con una tasa variable, dependiendo de la temporada. En coordinación con la autoridad de la represa, la Oficina programó las misiones aerotransportadas durante el período de descarga más baja (146 frente a 252 m3 / seg) para posibles niveles de turbidez más bajos en la columna de agua. Debido a que la turbidez absorbe los rayos de luz y les impide penetrar en la columna de agua más profunda, es una parte esencial de los procedimientos de aseguramiento de la calidad para llevar a cabo un exitoso estudio ALB. La lectura promedio fue de 0,41 unidad nefelométrica de turbidez (NTU) en las secciones septentrionales del río, lo que indicó bajos niveles generales de turbidez en la columna de agua. En el sur, el río era más raso, corriendo a través de un ambiente desértico y perdiendo gran parte de su agua para irrigar. Estas condiciones contribuyeron a mayores niveles de turbidez de hasta 6,25 NTU y crearon dificultades para los haces LiDAR.

“Los fuertes rayos de luz de los Chiroptera penetraron fácilmente en las claras aguas de las secciones septentrionales del río. Hemos creado una representación sin fisuras de fondo de agua donde las profundidades superaron los 10 m”, dijo Saylam. “En el sur, donde los niveles de turbidez eran más altos, utilizamos los métodos disponibles de retorno e interpolación para estimar y crear una representación de fondo de agua.

El software Leica LiDAR Survey Suite LSS v2.3 contiene un algoritmo de turbidez de agua actualizado que filtra el ruido de retrodispersión creado por niveles bajos o moderados de turbidez y selecciona el pico más distintivo cuando la representación de fondo de agua.

“Este algoritmo permitió el descubrimiento de más retornos de aguas más profundas del río, y medimos una mejora general de 81 cm en comparación con los rendimientos normales – un logro significativo en batimetría LiDAR”, dijo Saylam.

“Hemos sido capaces de cuantificar la profundidad de la columna de agua, mapear el fondo del río, la costa y la topografía general del río según lo solicitado por la Oficina de Recuperación de los Estados Unidos”, dijo Saylam. “Este valioso conocimiento nos permite emprender proyectos similares en el futuro, y la fiabilidad de Chiroptera nos permite seguir centrándose en estudios científicos similares”.

BOR seguirá utilizando la ortofotografía digital y mapa topográfico para que coincida con las mediciones de su equipo interno de inspección de medios de barco y tierra. Las conclusiones del estudio LiDAR continuarán ayudando a BOR a mantener al Río Colorado fluyendo en la dirección correcta para apoyar a quienes dependen de él.

“Los datos que recibimos del LiDAR se calibraron a los levantamientos de nuestro equipo interno”, dijo Scott. “Esta información es importante para nuestra operación en curso para continuar mejorando nuestros modelos para poder identificar correctamente lo que está cambiando, lo que podría ocurrir y para desarrollar nuestros proyectos según las condiciones”.

Fuente: Leica Geosystems

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