Resumen: Los sistemas GPR IceMap se han utilizado durante más de 20 años para mapear el espesor del hielo en las áreas del norte, pero durante ese tiempo, clientes innovadores han encontrado otras aplicaciones interesantes para la tecnología.
El sistema de sensores y software IceMap utiliza tecnología de radar de penetración terrestre (GPR) para medir y mapear el espesor del hielo en lagos y ríos congelados que se utilizan como caminos de invierno en áreas del norte de Canadá y Estados Unidos.
IceMap se introdujo originalmente en 2011, después de varios inviernos de trabajar en estrecha colaboración con el Departamento de Transporte de los Territorios del Noroeste (Canadá). En los últimos 20 años, la tecnología GPR ha cambiado por completo el procedimiento para construir, monitorear y cerrar de manera segura las carreteras de hielo. Esto incluye proporcionar mediciones precisas y de alta densidad del espesor del hielo para mejorar los cálculos de capacidad de peso del hielo y ayudar a extender la temporada de carreteras de hielo tanto como sea posible de manera segura.
Una aplicación típica de IceMap es la de monitorizar el hielo en busca de un “puente” de hielo. Un puente de hielo, como sugiere su nombre, es un camino de hielo corto que cruza un río. Los puentes permanentes en zonas remotas no suelen ser prácticos de construir, pero los puentes de hielo proporcionan atajos que pueden ahorrar mucho tiempo y costes de transporte durante los meses de invierno.
Uno de estos puentes de hielo es el que cruza el río Peace cerca de La Crête, Alberta. (Figura 1a) Durante los meses más cálidos, se puede cruzar en ferry, pero cada invierno se construye un puente de hielo de 700 metros (0.5 millas) para ahorrar tiempo a los vehículos que atraviesan la zona. El puente permanente más cercano que cruza el río Peace está a 75 km de distancia, en Fort Vermillion. (Figura 1b), pero 100 km (60 millas) por carretera.
Los videos de lapso de tiempo en Figuras 1c y 1d Las imágenes muestran cómo el hielo se engrosa desde principios de enero hasta finales de febrero, pasando de unos 40 cm a más de 170 cm de espesor. Cuanto más grueso es el hielo, mayor es la capacidad de carga para soportar camiones más pesados.
Si bien IceMap fue diseñado para esta aplicación específica de medición del espesor del hielo en carreteras y puentes, a lo largo de los años hemos tenido clientes que han utilizado IceMap para otras aplicaciones en las que nunca habíamos pensado cuando lo desarrollamos originalmente. Algunas de esas aplicaciones se describen a continuación.
Detección de hielo en tierra
“Hielo en tierra” significa que el hielo se ha congelado hasta el fondo de la masa de agua. Para las carreteras de hielo, el hielo en tierra es una buena opción por dos razones: 1) el hielo no tiene que tener un espesor determinado, como debe tener el hielo flotante, ya que está sostenido desde abajo y, 2) en términos de seguridad, si el hielo está en tierra, no hay peligro de que los vehículos atraviesen el hielo hacia aguas profundas.
Afortunadamente, debido a la física favorable, IceMap suele poder detectar fácilmente áreas de hielo en tierra. Esto se debe a que la reflectividad de la parte inferior del hielo cuando flota en el agua es mucho mayor (Khielo de 3, Kwater = 80, R = 0.68) que cuando el hielo está congelado en los sedimentos o rocas del fondo del cuerpo de agua (Khielo de 3, KRock = 5, R = 0.13). Esta diferencia en reflectividad hace que las áreas de hielo en tierra se destaquen en los datos del GPR. (Figura 2a)Con el GPS integrado en el sistema IceMap, después de añadir interpretaciones de puntos mediante el software EKKO_Project, las posiciones del hielo en tierra se pueden representar gráficamente en Google Earth. (Figura 2b).
Análisis de la calidad del hielo
Las mediciones de capacidad de peso del hielo se basan en hielo “puro”. Si el hielo tiene “contaminantes” incrustados en su interior, como burbujas de aire, burbujas de agua, materia orgánica, una capa interna no congelada (Figura 3a), ya no es puro y eso puede afectar la capacidad de peso del hielo.
Cuando Manitoba Infrastructure analiza los datos de IceMap, busca específicamente reflectores internos asociados con materiales que reducen la calidad del hielo. El hielo puro es un material homogéneo, lo que significa que no hay contraste entre los materiales que provoque reflejos en el GPR. (Figura 3b derecha)Sin embargo, si hay objetos o capas internas presentes en el hielo, el GPR a menudo los detectará. (Figura 3b izquierda).
En el ejemplo a continuación, Manitoba Infrastructure, con mucha precaución, redirigió la ruta del hielo para evitar el hielo que tenía contaminantes internos que podrían comprometer la seguridad sobre el hielo.
Para la historia completa, vea: https://www.sensoft.ca/blog/evaluating-ice-road-quality-icemap/
Cálculos del volumen de los depósitos de agua
Un cliente de IceMap en Islandia utilizó el sistema para medir el espesor de la nieve en una gran zona de captación para mejorar los cálculos del volumen de agua que se espera que se escurra hacia el embalse local. (Foto superior y Figura 4):
IceMap se utilizó para proporcionar datos continuos de nieve de las cuencas hidrográficas, mejorando las mediciones "puntuales" convencionales y aumentando el conocimiento sobre la extensión de la capa de nieve y la acumulación de nieve en invierno. En total, se inspeccionaron 65 secciones transversales en tierra para evaluar el espesor de la nieve y la distribución espacial en las áreas de captación. IceMap permite la adquisición de datos de contenido de agua con una resolución espacial mucho mayor, lo que da como resultado decisiones más informadas sobre el funcionamiento del sistema hidroeléctrico.
Para la historia completa, vea: https://www.sensoft.ca/wp-content/uploads/2016/01/2015-07-Subsurface-Views.pdf/
Espesor del hielo en zonas ambientalmente sensibles
Humedales como pantanos, ciénagas y pantanos (Figura 5a) Son áreas ambientalmente sensibles, por lo que el trabajo a menudo se realiza en invierno, cuando el área está congelada, las plantas están inactivas y los animales están hibernando.
Un cliente utilizó IceMap para medir el espesor del hielo y determinar el peso máximo que un vehículo de construcción podría soportar sin romperse y dañar el humedal.
Similar pero más extrema que la aplicación anterior sobre la calidad del hielo afectada por los materiales incrustados, el hielo en un humedal está lleno de materia orgánica, lo que dificulta la medición precisa del espesor del hielo debido a la dispersión y atenuación de la señal del GPR. Sin embargo, a menudo es posible ver la parte inferior del reflector de hielo. (Figura 5b).
Detección de bolsas de agua en el hielo congelado hasta el fondo
Esta aplicación es un poco lo opuesto a la aplicación anterior de usar IceMap para encontrar hielo en tierra. En este caso, un cliente, Agnico Eagle Mining, necesitaba encontrar agua líquida para perforar pozos de exploración. (Figura 6a)El problema fue que el proyecto de exploración se estaba llevando a cabo en pleno invierno con una temperatura ambiente de -40 °C (-40 °F), por lo que todos los cuerpos de agua locales estaban congelados hasta el fondo.
Afortunadamente, los operadores de IceMap comprendían la física del GPR y, en particular, el GPR de IceMap. La reflectividad del fondo del hielo cuando flota sobre el agua es mucho mayor (Khielo de 3, Kwater = 80, R = 0.68) que cuando el hielo está congelado en los sedimentos o rocas del fondo del cuerpo de agua (Khielo de 3, KRock = 5, R = 0.13). Esta diferencia en reflectividad hace que las áreas de agua bajo el hielo se destaquen en los datos del GPR. (Figura 6b).
Nos encanta ver el ingenio de nuestros clientes al utilizar nuestros productos GPR. Si tiene otros ejemplos de uso de IceMap o cualquier otro sistema GPR para aplicaciones para las que no fue diseñado exactamente, pero que es eficaz, Contáctenos.
Para obtener más información sobre IceMap, consulte la Página del producto IceMap.
Datos del puente de hielo cortesía del condado de Mackenzie, Alberta
Imagen de datos de hielo en tierra cortesía de Lithogen Inc.
Análisis de datos sobre la calidad del hielo cortesía de Manitoba Infrastructure
Fotografía del sistema IceMap y relato de la capa de nieve cortesía de Landsvirkjun, Islandia
Datos y fotografías sobre detección de agua bajo el hielo cortesía de Agnico Eagle Mines Ltd, Canadá
