Los ríos se encuentran entre los entornos más difíciles de medir con fiabilidad. A menudo las orillas son inaccesibles, el agua puede ser peligrosa durante las crecidas, que es cuando más importa medir, y muchas cuencas carecen de estaciones de aforo permanentes. Entre 2023 y 2026, el proyecto UAWOS, un consorcio de Horizonte Europa liderado por la Universidad Técnica de Dinamarca y en el que SPH Engineering actúa como socio de integración de carga útil, trabajó para cerrar esa brecha mediante sensores sin contacto montados en drones. Este artículo resume lo que han establecido esas campañas y lo que significan en la práctica. Los conjuntos de datos completos, los protocolos de medición y las publicaciones revisadas por pares se encuentran en el sitio web del proyecto UAWOS, enlazado al final.
El problema de medición que plantean los ríos
El caudal no puede leerse desde la orilla. Un río ancho puede ser poco profundo, mientras que uno estrecho puede transportar más agua a través de un canal más profundo y rápido. Para cuantificar cuánta agua mueve realmente un río, se necesitan varias variables: la anchura y profundidad del canal, la velocidad del agua y el comportamiento de la superficie a lo largo del tramo.
Los métodos tradicionales dentro del agua responden a estas preguntas, pero requieren contacto con el medio. Una sección transversal manual puede implicar de 20 a 25 verticales de medición, y enfoques como el perfilado acústico Doppler o la dilución de trazadores siguen requiriendo un equipo en el río. Durante las inundaciones, esto se vuelve lento, peligroso o imposible, que es precisamente cuando los datos son más útiles.
Los satélites ayudan, pero no resuelven el problema. La misión SWOT (NASA y CNES, con las agencias espaciales de Canadá y el Reino Unido, lanzada en diciembre de 2022) cartografía la elevación y anchura de la superficie del agua en grandes franjas mediante un interferómetro de radar de banda Ka. Observa principalmente la superficie: no mide la profundidad del canal ni la velocidad del flujo, y resuelve ríos de más de 100 metros de ancho, por lo que los ríos más pequeños y los detalles más finos quedan fuera de su alcance.
Aquí es donde la hidrometría con drones marca la diferencia. Un dron vuela lo suficientemente cerca como para medir la profundidad y la velocidad directamente, y es lo bastante móvil como para llegar a orillas y tramos a los que los equipos terrestres no pueden acceder.
Cuatro variables, cuatro cargas útiles para drones
La hidrometría con sistemas aéreos no tripulados (UAS), tal como se desarrolló en UAWOS y fue comercializada por SPH Engineering, captura el panorama hidrométrico con cuatro cargas útiles montadas en drones. Cada una se integra a través del ordenador de a bordo SkyHub de SPH Engineering y se vuela con UgCS, que mantiene la aeronave a una altura constante sobre el agua mediante un seguimiento real del terreno.
- Elevación de la superficie del agua. Un altímetro de radar a bordo de un dron cartografía la elevación de la superficie del agua de forma continua a lo largo de un tramo, incluyendo las diferencias sutiles que las lecturas puntuales desde tierra pasan por alto.
- Geometría del lecho fluvial (batimetría). Una ecosonda o un radar de penetración en el agua examinan la sección transversal del canal bajo la superficie. Ambos métodos se adaptan a diferentes condiciones del agua, por lo que la elección depende del lugar.
- Velocidad superficial. Un radar Doppler mide la velocidad a la que se mueve la superficie a través del canal.
- Caudal. La combinación de la elevación de la superficie, la batimetría y la velocidad superficial mediante el flujo de trabajo hidrométrico SPH permite obtener el caudal en metros cúbicos por segundo. Se estima que el caudal medido desde el aire es aproximadamente un 15 por ciento menos preciso que la medición en el agua, aunque esta diferencia se reduce en ríos más grandes, a cambio de mantener al equipo fuera del agua.
Satélites, drones y modelos para ríos sin estaciones de aforo
Para un río sin estación de aforo, ningún instrumento por sí solo es suficiente. UAWOS combina tres capas: observaciones de superficie SWOT a lo largo del tramo, mediciones con UAV en secciones transversales clave y un modelo hidrológico-hidráulico acoplado que reconstruye el flujo entre esas capturas utilizando datos satelitales de lluvia y temperatura.
En el río Oueme, en Benín, una cuenca sin monitoreo terrestre, esta combinación produjo estimaciones de caudal que se compararon con los registros disponibles. Durante el periodo de validación, el proyecto reportó un rendimiento del modelo de 0,85 en NSE y 0,71 en KGE, dos métricas estándar de bondad de ajuste donde los valores cercanos a 1 indican una mayor concordancia con las observaciones.
Por qué el BVLOS cambia la economía de una campaña fluvial
La mayor parte del costo en un estudio fluvial no es el vuelo en sí. El modelo de costos de UAWOS divide una campaña en cinco partes: planificación, viajes y alojamiento, equipo, ejecución del estudio y procesamiento de datos. Pasar de la operación con línea de visión directa (VLOS) a la operación más allá de la línea de visión (BVLOS) transforma tres de ellas.
- Planificación. El VLOS requiere un punto de lanzamiento a la vista de cada sección transversal, lo que a menudo implica negociar el acceso con varios propietarios de terrenos. El BVLOS permite realizar el estudio desde unos pocos centros accesibles, reduciendo las horas de planificación y la fricción administrativa.
- Equipo. El BVLOS añade hardware: drones de relevo, repetidores de comunicación y capacidad adicional de baterías y carga, lo que aumenta la infraestructura inicial de equipamiento.
- Ejecución del estudio. Un solo despegue en BVLOS puede cubrir múltiples secciones transversales en un vuelo continuo en lugar de tener que recoger y reubicarse entre cada una, lo que reduce el costo por sección transversal y por kilómetro de tramo estudiado.
- Viajes, alojamiento y procesamiento de datos. Estos son prácticamente iguales en ambos modos, por lo que constituyen la base estable del presupuesto de una campaña.
La primera campaña fluvial BVLOS bajo este modelo está prevista para el río Isar en Alemania.
Validación de campo en Europa y África
El enfoque se ha probado en ocho estudios realizados en seis ríos de Europa y África: el Ronne (Suecia), el Isar (Alemania), el Orco y el Po (Italia), el Torne (Suecia y Finlandia), el Oueme (Benín) y el Ogun (Nigeria). Cada conjunto de datos incluye puntos de referencia verificados sobre el terreno y se publica abiertamente en tres niveles de procesamiento, desde datos brutos hasta datos proyectados sobre el eje central del río.
- Río Orco. La altimetría por radar resolvió la diferencia de elevación entre dos brazos del río causada por la estructura de rápidos y pozas, y la velocimetría Doppler de superficie se comparó con las mediciones de referencia obtenidas con FlowTracker.
- Río Torne. Combinando perfiles de elevación de la superficie del agua de SWOT, hidrometría con drones y modelos hidráulicos, el proyecto estimó el caudal máximo durante una inundación centenaria en mayo de 2023 con un margen de error de apenas unos puntos porcentuales respecto a la referencia, validado de forma independiente con datos de ICESat-2.
Adopción comercial
La demanda de cargas útiles hidrométricas integradas en drones ha crecido a la par que las demostraciones de campo del proyecto, especialmente en lo que respecta a ecosondas y radares de penetración en el agua, con las primeras entradas comerciales de radares altimétricos y radares Doppler tras la fase de demostración. Durante la fase posterior a la demostración del proyecto UAWOS, se han vendido más de 100 ecosondas, 85 radares de penetración en el agua, 3 radares altimétricos y 2 radares Doppler.
Acceda a los datos y protocolos
Los conjuntos de datos completos, los flujos de trabajo de medición y las publicaciones de UAWOS están disponibles abiertamente a través del sitio del proyecto y el repositorio de datos. SPH Engineering suministra e integra las cargas útiles hidrométricas mencionadas aquí.
Si gestiona ríos, embalses o masas de agua que resultan difíciles o peligrosos de medir desde tierra, una breve llamada con nuestros especialistas puede determinar si la hidrometría con drones es adecuada para su emplazamiento y qué configuración de carga útil es la más indicada.
Explore los conjuntos de datos abiertos y los protocolos en uawos.dtu.dk.