Resumo: Os sistemas IceMap GPR são usados há mais de 20 anos para mapear a espessura do gelo em áreas do norte, mas, nesse período, clientes inovadores encontraram outras aplicações interessantes para a tecnologia.
O sistema Sensors & Software IceMap usa tecnologia de radar de penetração no solo (GPR) para medir e mapear a espessura do gelo em lagos e rios congelados usados como estradas de inverno em áreas do norte do Canadá e dos EUA.
O IceMap foi originalmente introduzido em 2011 após vários invernos de trabalho em estreita colaboração com o Departamento de Transportes dos Territórios do Noroeste (Canadá). Nos últimos 20 anos, a tecnologia GPR mudou completamente o procedimento para construir, monitorar e fechar estradas de gelo com segurança. Isso inclui fornecer medições precisas e de alta densidade da espessura do gelo para melhorar os cálculos de capacidade de peso do gelo e ajudar a estender a temporada de estradas de gelo o máximo possível com segurança.
Uma aplicação típica do IceMap é monitorar o gelo para uma “ponte” de gelo. Uma ponte de gelo, como o nome sugere, é uma curta estrada de gelo sobre um rio. Pontes permanentes em áreas remotas geralmente não são práticas de construir, mas pontes de gelo fornecem atalhos que podem economizar tempo e custos de transporte significativos durante os meses de inverno.
Uma dessas pontes de gelo é a que atravessa o Rio Peace perto de La Crête, Alberta (Figura 1a) . Durante os meses mais quentes, esta é uma travessia de balsa, mas todo inverno, uma ponte de gelo de 700 metros (0.5 milha) é construída para economizar tempo para veículos que viajam pela área. A ponte permanente mais próxima sobre o Peace River fica a 75 km de distância em Fort Vermillion (Figura 1b), mas 100 km (60 milhas) por estrada.
Os vídeos de lapso de tempo em Figuras 1c e 1d mostram o espessamento do gelo do início de janeiro ao final de fevereiro, indo de cerca de 40 cm para mais de 170 cm de espessura. Quanto mais espesso o gelo, maior a capacidade de peso para suportar caminhões mais pesados.
Embora o IceMap tenha sido projetado para esta aplicação específica de medição da espessura do gelo em estradas e pontes de gelo, ao longo dos anos tivemos clientes usando o IceMap para outras aplicações que nunca havíamos pensado quando o desenvolvemos originalmente. Algumas dessas aplicações são descritas abaixo.
Detectando gelo aterrado
“Gelo moído” significa que o gelo congelou no fundo do corpo d’água. Para estradas de gelo, gelo moído é uma coisa boa por dois motivos: 1) o gelo não precisa ser projetado para uma certa espessura como o gelo flutuante deve ser, pois é suportado por baixo e, 2) em termos de segurança, se o gelo estiver moído, não há perigo de veículos atravessarem o gelo em águas profundas.
Felizmente, por causa da física favorável, o IceMap geralmente pode detectar áreas de gelo no solo facilmente. Isso ocorre porque a refletividade do fundo do gelo quando ele está flutuando na água é muito maior (Kgelo de 3, Kágua = 80, R = 0.68) do que quando o gelo está congelado nos sedimentos ou rochas no fundo do corpo d’água (Kgelo de 3, Krocha = 5, R = 0.13). Essa diferença na refletividade faz com que áreas de gelo no solo se destaquem nos dados do GPR (Figura 2a). Com o GPS integrado ao sistema IceMap; após adicionar interpretações de pontos usando o software EKKO_Project, as posições do gelo moído podem ser plotadas no Google Earth (Figura 2b).
Analisando a qualidade do gelo
As medições de capacidade de peso no gelo são baseadas em gelo “puro”. Se o gelo tiver “contaminantes” embutidos nele, como bolhas de ar, bolhas de água, matéria orgânica, uma camada interna descongelada (Figura 3a), ele não é mais puro e isso pode afetar a capacidade de peso do gelo.
Quando a Manitoba Infrastructure analisa seus dados IceMap, eles procuram especificamente por refletores internos associados a materiais que reduzem a qualidade do gelo. O gelo puro é um material homogêneo, o que significa que não há contraste nos materiais para causar reflexões GPR (Figura 3b à direita). No entanto, se houver objetos ou camadas internas no gelo, o GPR geralmente os detectará (Figura 3b à esquerda).
No exemplo abaixo, a Manitoba Infrastructure, com muita cautela, redirecionou a estrada de gelo para evitar o gelo que continha contaminantes internos, o que poderia comprometer a segurança no gelo.
Para a história completa, veja: https://www.sensoft.ca/blog/evaluating-ice-road-quality-icemap/
Cálculos de volume de reservatório de água
Um cliente do IceMap na Islândia usou o sistema para medir a espessura da neve em uma grande área de captação para melhorar os cálculos do volume de água que se espera escoar para o reservatório local (Foto superior e Figura 4):
O IceMap foi usado para fornecer dados contínuos de neve das bacias hidrográficas, melhorando as medições convencionais de “pontos” e aumentando o conhecimento da extensão da camada de neve e do acúmulo de neve no inverno. No total, 65 seções transversais foram pesquisadas em terra para avaliar a espessura da neve e a distribuição espacial nas áreas de captação. O IceMap permite a aquisição de dados de conteúdo de água de resolução espacial muito maior, resultando em decisões mais informadas sobre a operação do sistema hidrelétrico.
Para a história completa, veja: https://www.sensoft.ca/wp-content/uploads/2016/01/2015-07-Subsurface-Views.pdf/
Espessura do gelo em áreas ambientalmente sensíveis
Zonas húmidas como pântanos, turfeiras e muskeg (Figura 5a) são áreas ambientalmente sensíveis, por isso o trabalho geralmente é realizado no inverno, quando a área está congelada, as plantas estão dormentes e os animais estão hibernando.
Um cliente usou o IceMap para medir a espessura do gelo e determinar o peso máximo que um veículo de construção poderia suportar sem quebrar e danificar o pântano.
Semelhante, mas mais extremo do que a aplicação acima sobre a qualidade do gelo ser afetada por materiais incrustados, o gelo em um pântano é cheio de matéria orgânica, o que torna a medição precisa da espessura do gelo mais difícil devido à dispersão e atenuação do sinal GPR. No entanto, muitas vezes é possível ver o fundo do refletor de gelo (Figura 5b).
Detecção de bolsas de água no gelo congelado no fundo
Este aplicativo é meio que o oposto do aplicativo acima de usar o IceMap para encontrar gelo moído. Neste caso, um cliente, Agnico Eagle Mining, precisava encontrar água líquida para perfurar furos de exploração (Figura 6a). O problema era que o projeto de exploração estava sendo conduzido no auge do inverno, com uma temperatura ambiente de -40⁰C (-40⁰F), então todos os corpos d'água locais estavam congelados até o fundo.
Felizmente, os operadores do IceMap entenderam a física do GPR e do IceMap GPR em particular. A refletividade do fundo do gelo quando ele está flutuando na água é muito maior (Kgelo de 3, Kágua = 80, R = 0.68) do que quando o gelo está congelado nos sedimentos ou rochas no fundo do corpo d’água (Kgelo de 3, Krocha = 5, R = 0.13). Essa diferença na refletividade faz com que áreas de água sob o gelo se destaquem nos dados do GPR (Figura 6b).
Adoramos ver a engenhosidade de nossos clientes ao usar nossos produtos GPR. Se você tiver outros exemplos de uso do IceMap ou de qualquer outro sistema GPR para aplicações para as quais não foi exatamente projetado, mas é eficaz, entre em contato connosco.
Para mais informações sobre o IceMap, consulte o Página do produto IceMap.
Dados da Ice Bridge cortesia do Condado de Mackenzie, Alberta
Imagem de dados de gelo aterrado cortesia da Lithogen Inc.
Análise de dados de qualidade do gelo cortesia da Manitoba Infrastructure
Foto do sistema IceMap e história da camada de neve cortesia de Landsvirkjun, Islândia
Detecção de água sob dados e fotos de gelo cortesia da Agnico Eagle Mines Ltd, Canadá
