Misurazioni di idrologia nivale con il georadar

Contesto

Il cosiddetto equivalente in acqua (EA), che descrive quanta acqua è immagazzinata nel manto nevoso, è un indicatore importante anche per prevedere le piene e le risorse disponibili per la produzione di forza idrica. Per le ricerche idrologiche, le informazioni sull'EA sono spesso più importanti della misura dell'altezza del manto nevoso. Tuttavia, rilevare l'equivalente in acqua non è tanto semplice come sembra. Anche se di norma una misurazione singola manuale dura un paio di minuti, in determinate circostanze può richiedere anche diverse ore. Dal momento che i modelli di distribuzione della neve in ambiente alpino sono molto complessi, occorrono numerose misure per determinare le quantità di neve – variabili nello spazio e nel tempo – presenti in un bacino di alimentazione. Lo sviluppo di metodi di misura più efficienti per determinare l'EA è quindi di grande interesse per il mondo scientifico che si occupa di idrologia nivale.

Approccio

Con il georadar (GPR) è possibile rilevare determinate proprietà della neve che permettono di valutare l'EA. Il vantaggio del GPR è quello di poter svolgere centinaia di misurazioni nello stesso tempo necessario per rilevarne una con il metodo tradizionale. Spesso però l'analisi dei valori rilevati dal GPR è meno facile del previsto, soprattutto quando la neve è umidificata. Nel quadro di questo progetto, l'uso della tecnologia GPR è stato ottimizzato con l'obiettivo di ottenere misure dell'EA più efficienti possibili. A tal fine sono state testate numerose configurazioni di sistema e sviluppati metodi di analisi ottimizzati.

Sistema GPR e metodi di misura

Per questo progetto viene utilizzato un sistema ProEx GPR di MALÅ con antenne separabili che funzionano con frequenze comprese tra 400 e 1300 MHz. Simili sistemi permettono di testare diverse geometrie di antenne e configurazioni di sistema. Per i rilevamenti in mobilità in campo aperto è stata realizzata un'unità di trasporto basata sulle slitte da spedizione (Fig. 1). Per risparmiare su peso e costi, è stata sviluppata una struttura in grado di funzionare con quattro antenne. A tal fine, ciascun gruppo formato da due antenne trasmittenti e due riceventi viene sistemato in modo da ottenere quattro coppie con distanze differenti. Questo sistema è utilizzabile nei casi in cui il contenuto in acqua libera è basso o noto. Se l'umidità della neve è variabile o sconosciuta, è necessaria una quinta coppia di antenne con le quali viene rilevata la variazione di frequenza del segnale radar. Analizzata in combinazione con i dati trasmessi dalle altre quattro antenne, questa variazione di frequenza permette inoltre di rilevare il contenuto in acqua libera del manto nevoso. Le proprietà della neve misurate tramite GPR sono state confrontate con numerose serie di misurazioni tradizionali. Oggi il sistema GPR raggiunge una precisione che è paragonabile a quella ottenuta con i rilievi manuali.

Uso del sistema

Sino ad oggi il sistema GPR è stato usato nel quadro di diversi progetti di ricerca e ha fornito dati che sarebbero impossibili da misurare in tempi ragionevoli.