Gestão de Recursos Hídricos em Cavernas com o Leica BLK2GO e o Centro de Neuchâtel para Hidrogeologia e Geotermia

Uma parte significativa do reservatório de recursos hídricos da Suíça está localizada em seus complexos aquíferos cársticos, um sistema natural crítico que continua a despertar a curiosidade dos pesquisadores. No Centro de Neuchâtel para Hidrogeologia e Geotermia (CHYN), uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Phillipe Renard e acompanhada pelo climatologista Dr. Tanguy Racine, iniciou uma iniciativa com o objetivo de compreender profundamente esses recursos.    

O objetivo era claro: estudar a física dos fluxos de água em cavernas ou condutos cársticos subterrâneos utilizando tecnologia inovadora – especificamente, escaneamento a laser 3D com o Leica BLK2GO e uma unidade de iluminação personalizada da Méandre Technologie – para preencher a lacuna no entendimento dos aquíferos que os métodos tradicionais de medição e modelagem não conseguiam cobrir.  

 

Explorando as formas do cárstico subterrâneo

De acordo com o United States Geological Survey, “[a]reas cársticas são caracterizadas por formas de relevo distintas (como fontes, cavernas, sumidouros) e uma hidrogeologia única que resulta em aquíferos altamente produtivos, mas extremamente vulneráveis à contaminação.” Para os aquíferos cársticos estudados pelo CHYN, o projeto envolveu o mapeamento detalhado das superfícies internas das cavernas cársticas para compreender os fluxos de água e a contaminação, entre outros fatores.  

O objetivo foi criar gêmeos digitais incorporando nuvens de pontos 3D, imagens panorâmicas coloridas e malhas de alta resolução. A equipe levou suas explorações para vários locais, incluindo a Caverna da Cachoeira em Môtiers e a caverna de Vallorbe.    

Navegar pela jornada através de quilômetros de condutos cársticos exigiu tecnologia avançada de escaneamento móvel. O BLK2GO foi escolhido como a ferramenta para apoiar a empreitada, oferecendo uma solução valiosa para esta tarefa que exigia uma forma eficiente de capturar a geometria complexa com precisão. Com o BLK2GO, os pesquisadores puderam mapear grandes áreas rapidamente e com mais mobilidade do que os scanners tradicionais.    

Capturando cada característica distinta, seja uma poço, túnel ou área de detritos, a eficiência do BLK2GO permitiu que a equipe adaptasse sua estratégia de captura de dados para cobrir todas as áreas necessárias. O que antes poderia não ser mensurável logo se tornou nuvens de pontos 3D precisas de cada área que os pesquisadores precisavam documentar.  

 

Iluminando a rede subterrânea de cavernas

Um dos principais desafios dessa expedição subterrânea foi a iluminação adequada. Em um ambiente naturalmente privado de luz, garantir que o BLK2GO pudesse capturar todos os dados de forma eficaz foi crucial. Criar nuvens de pontos coloridas depende da iluminação, que os scanners normalmente não fornecem – eles dependem de iluminação natural ou artificial para iluminar a cena, o que permite capturar imagens, que então colorizam os dados capturados com LiDAR.      

No entanto, os pesquisadores estavam prontos para o desafio de encontrar uma solução para fornecer a quantidade necessária de iluminação para capturar nuvens de pontos coloridas enquanto estavam em movimento.

A equipe usou um sistema de iluminação especializado desenvolvido pela Méandre Technologies. Esta unidade de iluminação adicional, que se prende facilmente à parte inferior do leve manípulo do BLK2GO, iluminava os condutos, permitindo que os pesquisadores capturassem cada detalhe necessário ao combinar dados geométricos com dados de cor, um grande benefício para o trabalho deles.  

 

Criando gêmeos digitais de aquíferos e condutos

Ao retornarem do campo, o próximo passo foi processar os dados adquiridos. Utilizando o software Leica Cyclone REGISTER 360 PLUS, eles processaram e limparam as nuvens de pontos 3D coloridas, condensando-as em uma forma acessível para realizar uma análise geomorfológica eficiente.    

Posteriormente, criaram várias malhas no Leica Cyclone 3DR, iluminando as características geométricas dos condutos cársticos.

Um desafio notável encontrado durante este estudo foi que o GNSS não estava disponível no subsolo para medir pontos de controle, e a equipe precisou criar uma nuvem de pontos contínua a partir do sistema de cavernas. Dependendo da tecnologia GrandSLAM, a equipe conseguiu capturar as cavernas cársticas de forma eficiente. Ao escanear distâncias superiores a cem metros, a equipe fez o escaneamento em laços fechados, encerrando a varredura no ponto de partida. Dessa forma, o BLK2GO pode reconhecer características idênticas para alinhar corretamente a longa nuvem de pontos, e os pesquisadores puderam confirmar que o modelo 3D da caverna não havia se deslocado durante as longas caminhadas.      

 

Analisando redes subterrâneas de água

Os gêmeos digitais ricos em detalhes, capturados pelo BLK2GO e criados pela equipe, foram cruciais para examinar e sintetizar a geometria das redes de condutos de água subterrâneos. Por exemplo, seu uso para modelar a velocidade com que contaminantes transportados pela água são transportados subterraneamente é inestimável. Com a representação de dados 3D em mãos, os cientistas puderam monitorar pontos de contaminação potenciais e avaliar a vulnerabilidade dos recursos hídricos sob uma perspectiva analítica. Essa medida proativa promete melhorar a saúde ambiental e gerenciar os recursos hídricos de forma eficiente.      

Quando se tratou de estimar a capacidade de fluxo de água, os gêmeos digitais se mostraram fundamentais. Entender os detalhes geométricos dos condutos cársticos, sua forma, as características de fluxo em cada curva e torção, e a presença e relação espacial entre características que causam resistência é vital para estimativas precisas de fluxo. Medindo e tomando cortes transversais dos aquíferos cársticos com os dados do BLK2GO, a equipe conseguiu construir modelos preditivos confiáveis para fluxo de água, eficiência e capacidade dentro desses condutos. Esses dados são influentes no gerenciamento de recursos hídricos e na formulação de políticas para o uso sustentável da água.      

 

Avanços nos estudos de aquíferos em regiões cársticas

O projeto demonstrou as robustas capacidades do Leica BLK2GO e lançou luz – literalmente! – sobre a promessa que a tecnologia de escaneamento a laser 3D portátil tem para avançar na compreensão dos recursos naturais. O BLK2GO conseguiu capturar dados em uma única viagem de campo, eliminando a necessidade de várias visitas de campo e maximizando a eficiência e eficácia geral do projeto.    

Para o Dr. Racine e a equipe do CHYN, o BLK2GO atendeu às exigências de captura de ambientes subterrâneos confinados e escuros. Sua capacidade de capturar rapidamente e de forma confiável conjuntos de dados nessas condições, especialmente em combinação com a unidade de iluminação da Méandre Technologie, abriu o caminho para uma compreensão mais profunda e aproveitamento dos significativos recursos hídricos da Suíça.  

À medida que avançamos nos estudos climáticos e entendemos como gerenciar os recursos hídricos de maneira sustentável, a ideia de escanear espaços anteriormente inatingíveis, capturar dados anteriormente inacessíveis e, por sua vez, entender melhor o nosso ecossistema, guiará os pesquisadores para uma compreensão completa dos sistemas de aquíferos em Môtiers e na caverna de Vallorbe.

O trabalho do Dr. Racine e sua equipe nos mostra um futuro onde a tecnologia serve como o meio que nos conecta às redes subterrâneas de água que eram difíceis de alcançar ou medir e monitorar. Esses cientistas estão agora aprendendo exatamente como esses aquíferos, condutos e cavernas funcionam, o que ajuda pesquisadores e autoridades públicas a monitorar e criar usos mais sustentáveis dos recursos hídricos.  

 

O sucesso ocorre quando o planejamento cuidadoso encontra a tecnologia inteligente. Saiba mais sobre escaneamento portátil com o Leica BLK2GO aqui.