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Combinando LiDAR UAS, sonar y altimetría radar para la caracterización hidráulica de ríos

Autores: Coppo Frias, Monica; Vesterhauge, Alexander Rietz; Olesen, Daniel Haugård; Bandini, Filippo; Grosen, Henrik; Nielsen, Sune Yde; Bauer-Gottwein, Peter

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Combinando LiDAR UAS, sonar y altimetría radar para la caracterización hidráulica de ríos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Caracterización hidráulica de ríos
Evaluación del riesgo de inundaciones
Datos distribuidos espacialmente
Observación de la Tierra por satélite
Técnicas de hidrometría con UAS
Rugosidad hidráulica

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La caracterización hidráulica precisa de los ríos es fundamental para evaluar el riesgo de inundaciones, parametrizar modelos de pronóstico de inundaciones y desarrollar flujos de trabajo de mantenimiento de ríos. La rugosidad hidráulica del río y la geometría del lecho del río/llanura de inundación son los principales factores que controlan la extensión de la inundación y los niveles de agua. Sin embargo, las estaciones de medición que proporcionan observaciones hidrométricas están disminuyendo en todo el mundo y solo ofrecen mediciones puntuales. Para describir los procesos hidráulicos, se requieren datos distribuidos espacialmente. Las encuestas in situ son costosas y requieren mucho tiempo, y a veces están limitadas por las condiciones de accesibilidad local. Las técnicas de observación de la Tierra por satélite (EO) se pueden utilizar para medir variables hidrométricas distribuidas espacialmente, reduciendo el tiempo y el costo de las encuestas tradicionales. La EO satelital proporciona alta frecuencia temporal y espacial, pero solo puede medir ríos grandes (más anchos de aproximadamente 50 m) y solo proporciona datos de elevación de la superficie del agua (WSE), pendiente de la superficie del agua (WSS) y ancho de la superficie del agua. La hidrometría UAS puede proporcionar WSE, WSS, velocidad de la superficie del agua y geometría del lecho del río con una alta resolución espacial, lo que la hace adecuada para ríos de todos los tamaños. El uso de la hidrometría UAS puede mejorar la gestión de ríos, con encuestas rentables que ofrecen una gran cobertura y datos de alta resolución, que son fundamentales en la evaluación del riesgo de inundaciones, especialmente en áreas de difícil acceso. En este estudio, propusimos una combinación de técnicas de hidrometría UAS para caracterizar completamente los parámetros hidráulicos de un río. La elevación del terreno adyacente al canal del río se midió con LiDAR, la elevación del lecho del río se midió con una carga de sonar, y el WSE se midió con una carga de altimetría por radar UAS. La encuesta proporcionó 57 secciones transversales del río con elevación del lecho del río, y 8 km de WSE y elevación del terreno, y tomó alrededor de 2 días de trabajo de encuesta en el campo. Los valores simulados de WSE se compararon con las observaciones de altimetría por radar para ajustar la rugosidad hidráulica, que no se puede observar directamente. Las secciones transversales de la elevación del lecho del río tienen un error promedio de 32 cm en relación con las mediciones de verdad de terreno RTK GNSS. Este error fue consecuencia de la densa vegetación en la tierra que impide que la señal LiDAR llegue al suelo y de la vegetación submarina, que impacta en la calidad de las mediciones de sonar y podría mitigarse realizando encuestas durante el invierno, cuando la vegetación sumergida es menos prevalente. A pesar del error de las secciones transversales de la elevación del lecho del río, el modelo hidráulico dio buenas estimaciones del WSE, con un RMSE por debajo de 3 cm. La rugosidad estimada también está en buen acuerdo con los valores medidos en una estación de medición, con un coeficiente de Gauckler-Manning-Strickler de M = 16-17 m1/3/s. Los resultados de la modelización hidráulica demuestran que tanto las mediciones de batimetría como las de rugosidad son necesarias para obtener una caracterización hidráulica única y robusta del río.

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