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Una parte significativa delle risorse idriche della Svizzera consiste nelle sue falde acquifere carsiche, un sistema naturale di grande importanza che continua a suscitare la curiosità dei ricercatori. Presso il Centre d'Hydrogéologie et de Géothermie di Neuchâtel (CHYN), un team di scienziati, guidati dal professor Phillipe Renard e accompagnati dal dottor Tanguy Racine, climatologo, ha avviato un'iniziativa intesa a comprendere a pieno tali risorse.
L'obiettivo era chiaro: studiare la fisica dei flussi idrici all'interno delle grotte o nei tunnel carsici sotterranei utilizzando una tecnologia innovativa: nello specifico, la scansione laser 3D di Leica BLK2GO e un dispositivo di illuminazione creato ad hoc da Méandre Technologie, per colmare le lacune dei metodi di misurazione e di modeling tradizionali nella comprensione delle falde acquifere.
Discesa in profondità tra le forme carsiche sotterranee
Secondo il United States Geological Survey, "le aree carsiche sono caratterizzate da forme di terreno specifiche (come sorgenti, grotte, voragini) e da un'idrogeologia unica che determina falde acquifere altamente produttive, ma estremamente vulnerabili alla contaminazione". Nel caso delle falde acquifere carsiche studiate dal CHYN, il progetto ha richiesto una mappatura dettagliata delle superfici interne delle grotte carsiche per comprendere i flussi idrici e la contaminazione, tra gli altri fattori.
L'obiettivo era di creare gemelli digitali che includessero nuvole di punti 3D, immagini colorate panoramiche e mesh ad alta risoluzione. Il team ha esplorato varie aree, inclusa la Grotta della Cascata a Môtiers e la grotta di Vallorbe.
Il viaggio attraverso chilometri di tunnel carsici ha richiesto una tecnologia di scansione mobile all'avanguardia. BLK2GO è stato lo strumento scelto per sostenere questa impresa: si trattava di una valida soluzione per realizzare il compito di catturare in maniera efficiente e precisa la complessa geometria esistente. Con BLK2GO, i ricercatori hanno potuto mappare rapidamente aree estese, con una maggiore mobilità rispetto alla scansione tradizionale.
L'efficienza di BLK2GO ha consentito di catturare ogni tipo di struttura: da pozzi a tunnel, ad aree di ghiaia. Il team ha così potuto adattare la propria strategia di cattura della realtà a ciascuna area necessaria. Ciò che prima non sarebbe forse stato misurabile si è trasformato in accurate nuvole di punti 3D di ciascuna area da documentare.
Illuminare l'oscurità della rete di grotte sotterranee
Una delle principali sfide di questa spedizione sotterranea era quella di avere un'illuminazione adeguata. In un ambiente naturalmente privo di luce, assicurare che BLK2GO potesse efficacemente catturare tutti i dati era cruciale. La creazione di nuvole di punti colorate necessita di un'illuminazione, che in genere gli scanner non offrono, facendo affidamento sulla luce naturale o artificiale, consentendo alle immagini di essere catturate e successivamente trasformate in dati colorati dalla tecnologia LiDAR.
Tuttavia, i ricercatori hanno raccolto la sfida di trovare una soluzione che offrisse la quantità di luce necessaria per catturare nuvole di punti colorate in movimento.
Il team ha utilizzato un sistema di illuminazione specializzato, progettato da Méandre Technologie. Questo dispositivo illuminante aggiuntivo, che si aggancia facilmente sotto il manico del leggerissimo BLK2GO, ha illuminato i tunnel, consentendo ai ricercatori di catturare ciascun dettaglio necessario a combinare i dati geometrici con quelli colorati, a enorme vantaggio del loro lavoro.
Creazione di gemelli digitali di falde acquifere e tunnel
Una volta di ritorno dal campo, il passo successivo è stata l'elaborazione dei dati acquisiti. Utilizzando il software Leica Cyclone REGISTER 360 PLUS, il team ha elaborato e pulito le nuvole di punti 3D colorate, condensandole in una forma accessibile per effettuare un'efficace analisi geomorfologica.
Successivamente, il team ha creato diverse mesh in Leica Cyclone 3DR, mettendo in luce le caratteristiche geometriche dei tunnel carsici.
Una notevole sfida incontrata durante lo studio è stata la mancata disponibilità del GNSS per misurare i punti di controllo sotterranei, e il team ha dovuto creare una nuvola di punti continua dal sistema delle grotte. Facendo affidamento sulla tecnologia GrandSLAM, il team è stato in grado di catturare in maniera efficace le grotte carsiche. Nello scansionare distanze superiori ai 100 metri, il team ha scansionato dei loop chiusi, concludendo la scansione nel punto in cui era iniziata. In tal modo BLK2GO è stato in grado di riconoscere le caratteristiche identiche e di allineare in maniera corretta le nuvole di punti lunghe, e i ricercatori hanno verificato che il modello 3D della grotta non si fosse mosso lungo gli estesi tunnel attraversati.
Analisi delle reti idriche sotterranee
I gemelli digitali, estremamente dettagliati, catturati da BLK2GO e creati dal team, sono stati essenziali per esaminare e sintetizzare la geometria delle reti idriche sotterranee. Ad esempio, sono stati di enorme valore per il modeling della rapidità di trasporto delle sostanze contaminanti attraverso l'acqua. Avendo a disposizione la rappresentazione dei dati in 3D, gli scienziati hanno potuto monitorare i potenziali punti critici per la contaminazione e valutare la vulnerabilità delle risorse idriche da una prospettiva analitica. Questa misura proattiva permette di migliorare la salute ambientale e di gestire in maniera efficiente le risorse idriche.
Quanto alla stima della capacità di portata idrica, i gemelli digitali sono stati di grande aiuto. La comprensione dei dettagli geometrici dei tunnel carsici, della loro forma, della caratteristica del flusso a ciascuna curvatura e della presenza e della relazione spaziale di ciascuna caratteristica che causa il trascinamento, è fondamentale per una stima accurata della portata. Misurando e creando sezioni trasversali delle falde acquifere carsiche con i dati di BLK2GO, il team ha potuto costruire modelli predittivi affidabili della portata, dell'efficienza e della capacità idrica all'interno di tali tunnel. Questi dati sono significativi per la gestione delle risorse idriche e l'elaborazione di politiche volte al loro uso sostenibile.
Progressi negli studi delle falde acquifere carsiche
Il progetto ha evidenziato le solide capacità di BLK2GO e ha messo in luce - letteralmente! - le potenzialità della tecnologia di scansione laser portatile 3D ai fini di una maggiore comprensione delle risorse naturali. BLK2GO è riuscito a catturare i dati con un unico sopralluogo, eliminando la necessità di diverse visite sul campo e massimizzando l'efficienza e l'efficacia del progetto nel suo complesso.
Per il dottor Racine e il team di CHYN, BLK2GO ha soddisfatto l'esigenza di catturare ambienti sotterranei scuri e stretti. La sua abilità di catturare in maniera rapida e affidabile set di dati in tali condizioni, soprattutto in combinazione con il dispositivo di illuminazione di Méandre Technologie, ha aperto la strada a una maggiore comprensione e a un miglior utilizzo delle significative risorse idriche della Svizzera.
Man mano che gli studi climatici e la gestione delle risorse idriche fanno passi avanti, l'idea di scansionare spazi precedentemente irraggiungibili, catturando dati prima inaccessibili, e, di conseguenza, di comprendere meglio il nostro ecosistema, guiderà i ricercatori verso una comprensione completa dei sistemi delle falde acquifere a Môtiers e nella grotta di Vallorbe.
Il lavoro del dottor Racine e del suo team ci mostra un futuro in cui la tecnologia ci consentirà di collegarci con le reti idriche sotterranee in precedenza difficili da raggiungere, da misurare e da monitorare. Gli scienziati stanno ora capendo in maniera accurata il funzionamento di queste falde acquifere, tunnel e grotte, aiutando i ricercatori e i funzionari delle opere pubbliche a monitorarle e a determinare un utilizzo più sostenibile delle risorse idriche.
Il successo è il risultato dell'incontro tra un'attenta pianificazione e una tecnologia intelligente. Per saperne di più sulla scansione portatile con Leica BLK2GO clicca qui.
