Guía de equipos de prospección hidrográfica: ADCP, ecosonda y multihaz

Los trabajos de prospección hidrográfica abarcan una amplia gama de cuestiones relacionadas con el agua: cuál es la profundidad del cauce, qué aspecto tiene el lecho del río, a qué velocidad fluye la corriente y cómo va cambiando todo ello con el paso del tiempo. No existe un único instrumento que responda a todas esas preguntas. La elección del equipo de levantamiento hidrográfico consiste principalmente en adaptar el instrumento a la pregunta, a la masa de agua y a la plataforma que lo transportará. Esta guía repasa las tres familias principales de instrumentos utilizados en la cartografía batimétrica moderna —sondas de haz único, sondas multihaz y perfiladores acústicos de corrientes Doppler— y explica cuál es la aplicación adecuada de cada uno de ellos.

Qué mide el equipo de prospección hidrográfica

En esencia, un levantamiento hidrográfico genera dos tipos de datos: la forma del lecho submarino (batimetría) y el comportamiento del agua en sí (corrientes y caudal). Los instrumentos acústicos se encargan de ello, enviando un pulso sonoro al agua y midiendo el tiempo que tarda en volver. Las diferencias entre los distintos tipos de instrumentos se reducen a cuántos haces utilizan, qué superficie cubren y si están diseñados para medir la profundidad, el caudal o ambos.
 

Hay tres tareas de medición que se repiten en casi todos los proyectos:
 

• Profundidad y forma del lecho: cartografía del lecho marino, fluvial o lacustre para cartas de navegación, planes de dragado y cálculos de volumen. Esta es la función de las ecosondas.
   
• Corriente y caudal: medir la velocidad y la dirección de la corriente a lo largo de la columna de agua, y calcular el caudal de los ríos. De ello se encargan los perfiladores acústicos de corrientes Doppler.
   
• Posicionamiento y movimiento: vincular cada sondeo a una posición precisa y corregir el movimiento de la plataforma de prospección. Esta es la función del GNSS y del sistema inercial que sustenta todo el estudio.

Sondas de un solo haz

Una ecosonda de haz único es el instrumento de medición de profundidad más directo. Emite un pulso acústico en línea recta hacia abajo y proporciona un único valor de profundidad en cada emisión. Al trazar una línea de prospección a lo largo del agua, el resultado es un perfil de profundidades a lo largo de esa trayectoria. Es sencilla, resistente, ligera y la opción más asequible para iniciarse en los trabajos de prospección batimétrica.
 

Los sistemas de haz único son adecuados para proyectos en los que no se requiere una imagen completa del lecho marino: comprobaciones rutinarias de la profundidad de los canales, levantamientos del nivel de embalses y lagos, secciones transversales de ríos y trabajos de inspección en los que basta con un perfil de profundidad representativo a lo largo de líneas fijas. Los modelos de haz único de doble frecuencia añaden una segunda función: utilizan una frecuencia baja para penetrar en los sedimentos blandos y una frecuencia alta para detectar el lecho duro, de modo que el levantamiento capta tanto la superficie del limo como el fondo sólido que hay debajo.
 

En la gama de CHCNAV, las ecosondas de haz único incluyen la ecosonda compacta de haz único D270 y la ecosonda de doble frecuencia D60, diseñada para buques de prospección no tripulados.

Sondas multihaz

Una ecosonda multihaz soluciona la limitación del haz único. En lugar de emitir un solo pulso hacia abajo, lanza una serie de haces en forma de abanico a lo largo de una franja situada bajo la embarcación y proporciona la profundidad correspondiente a cada haz del abanico, lo que genera cientos o miles de mediciones por pulso. A medida que la embarcación avanza, esas franjas se van uniendo para formar un modelo tridimensional continuo y de cobertura total del lecho, en lugar de un conjunto de perfiles espaciados.
 

El multihaz es el instrumento de elección cuando el levantamiento requiere una cobertura completa y un alto nivel de detalle: levantamientos de puertos y bahías, medición del volumen de dragado, inspección de estructuras submarinas y elaboración de cartas de navegación de alta precisión. La anchura de barrido suele expresarse como un múltiplo de la profundidad del agua, por lo que una sola pasada cubre una franja varias veces más ancha que la profundidad bajo la embarcación, lo que hace que la cartografía de cobertura completa sea viable a gran escala. La contrapartida es el coste y la complejidad: los sistemas multihaz necesitan una compensación de movimiento precisa y una calibración cuidadosa para convertir los datos brutos de los haces en una superficie limpia.
 

La ecosonda multihaz compacta CHCNAV HQ-400 está diseñada para este trabajo en una plataforma compacta, lo que permite realizar batimetrías de cobertura total en embarcaciones pequeñas y no tripuladas.

Perfiladores acústicos de corrientes por efecto Doppler (ADCP)

Un perfilador acústico de corrientes Doppler mide algo que los ecosondas no miden: el movimiento del agua. Utiliza el desplazamiento Doppler del sonido reflejado por las partículas suspendidas en el agua para medir la velocidad y la dirección de la corriente en múltiples profundidades a lo largo de la columna de agua al mismo tiempo, creando así un perfil del flujo desde la superficie hasta el lecho. Junto con una sección transversal del cauce, un ADCP también calcula el caudal, es decir, el volumen total de agua que pasa por un punto cada segundo, lo cual constituye una cifra clave en hidrología y en la gestión de los recursos hídricos.
 

Los ADCP son el instrumento ideal para la medición de caudales en ríos y arroyos, la vigilancia de crecidas, los estudios sobre riego y recursos hídricos, y cualquier proyecto en el que el objetivo sea el caudal y no solo la profundidad. Muchos ADCP también registran la profundidad del trazado del fondo, por lo que un único despliegue puede proporcionar tanto un perfil de caudal como una medición de profundidad a lo largo del trazado.
 

Los perfiladores acústicos de corrientes Doppler CHCNAV RS-1200 y RS-600 cumplen esta función en ríos con diferentes profundidades y condiciones de caudal.

ADCP, monohaz y multihaz: comparación directa

Los tres se complementan entre sí, en lugar de competir entre sí. Un programa completo de recursos hídricos o vías navegables suele utilizar los tres: un ADCP para medir el caudal, un sonar monohaz para las líneas de profundidad rutinarias y un sonar multihaz para los perfiles detallados de cobertura total que más importan. El punto de partida adecuado depende de si el proyecto se centra principalmente en la profundidad, el detalle o el caudal.

La plataforma es tan importante como el instrumento

La eficacia de una ecosonda o un ADCP depende en gran medida de la plataforma en la que se instala y del posicionamiento que se le dé. Estos dos factores determinan la calidad de los datos finales tanto como el propio sensor.

Embarcaciones de prospección no tripuladas

Las embarcaciones de prospección no tripuladas de poco calado llegan a zonas del área de prospección en las que las embarcaciones tripuladas no pueden trabajar con seguridad: bancos de arena, tramos con vegetación, riberas escarpadas y tramos con tráfico comercial continuo. Una embarcación no tripulada (USV) compacta puede transportar una carga útil de honda única, multihonda o ADCP, recorre líneas de prospección de forma continua sin necesidad de coordinar el derecho de paso, y puede ser desplegada y manejada por una pequeña tripulación desde la orilla. La embarcación de prospección no tripulada APACHE 4 es un ejemplo de plataforma ligera construida para transportar estas cargas útiles en aguas difíciles.

Posicionamiento y compensación de movimiento

Cada medición debe estar vinculada a una posición precisa y, en una embarcación en movimiento, también debe corregirse teniendo en cuenta el balanceo, el cabeceo y el cabeceo vertical. Esa es la función de un sistema integrado de GNSS e inercial. Sin un posicionamiento preciso y una compensación del movimiento, incluso un multihaz de alta gama ofrece una imagen distorsionada de la superficie. Por eso, los equipos de levantamiento hidrográfico se especifican como un sistema —el sensor acústico, la unidad de posicionamiento y la plataforma en su conjunto— y no como un simple sensor.

Cómo elegir el equipo para estudios hidrográficos

Unas pocas preguntas permiten reducir rápidamente las opciones:
 

• ¿Profundidad o caudal? Si el proyecto se centra en la cantidad de agua que circula, empieza con un ADCP. Si se centra en la forma del lecho, empieza con una ecosonda.
   
• ¿Perfil o cobertura completa? Si basta con unas líneas de profundidad representativas, una sonda de haz único es la opción más eficaz. Si el trabajo requiere una superficie completa y muy detallada, la respuesta es una sonda multihaz.
   
• ¿Qué tipo de aguas y qué acceso? Las aguas poco profundas, con vegetación, de corriente rápida o con mucho tráfico marítimo hacen que sea más adecuado un buque de prospección compacto y no tripulado que una embarcación con tripulación.
   
• ¿Qué clase de precisión? La elaboración de cartas de navegación y los trabajos de ingeniería conllevan estrictas normas de precisión que determinan tanto la calidad de los sensores como los requisitos de posicionamiento.

Equipos de prospección hidrográfica y marina de CHCNAV

CHC Navigation fabrica equipos de levantamiento hidrográfico que abarcan las tres familias de instrumentos y las plataformas que los transportan: los perfiladores de corrientes ADCP de la serie RS, las ecosondas monohaz de la serie D, la ecosonda multihaz HQ-400 y la serie APACHE de embarcaciones de levantamiento no tripuladas. Estos equipos forman parte de la solución más amplia de CHCNAV para levantamientos hidrográficos y cartografía batimétrica, que aúna sensores, sistemas de posicionamiento y plataformas para la cartografía de vías navegables interiores, levantamientos de puertos y bahías, trabajos en ríos y embalses, seguimiento de crecidas y caudales, e inspecciones submarinas.
 

Para los equipos que estén desarrollando o ampliando su capacidad hidrográfica, la vía más práctica consiste en adaptar el instrumento a la medición, la plataforma al tipo de agua y el sistema de posicionamiento a la clase de precisión, para luego integrarlos en un único sistema en lugar de dejarlos como un conjunto de componentes aislados.

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Acerca de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) desarrolla soluciones avanzadas de cartografía, navegación y posicionamiento diseñadas para aumentar la productividad y la eficiencia. CHCNAV, que presta servicio a sectores como el geoespacial, la agricultura, el control de maquinaria y la autonomía, ofrece tecnologías innovadoras que potencian el trabajo de los profesionales e impulsan el avance del sector. Con una presencia global que abarca más de 140 países y un equipo de más de 2.200 profesionales, CHC Navigation es reconocida como líder en el sector geoespacial y más allá. Para obtener más información sobre CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: https://geospatial.chcnav.com/about/overview