CI66JUNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICASDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI66J/CI71TMODELACION DE AGUAS SUBTERRANEAS

INTRODUCCION A VISUAL MODFLOW

INTRODUCCIONVISUAL MODFLOWFORTALEZAS/DEBILIDADES

INTRODUCCION

El modelo utilizado en este curso, Visual MODFLOW, es una herramienta computacional muy til y fcil de operar, por sus caractersticas visuales y de manejo de datos.

Como descripcin general de este modelo se puede mencionar que es capaz de abordar simulaciones del flujo de aguas subterrneas en tres dimensiones, las cuales en conjunto con unas serie de paquetes que posee el programa (M3TD y RT3D) permiten abordar problemas de transporte de contaminantes.

Presenta ventajas en la representacin grfica de los sistemas a modelar, facilitando la entrada de datos para definir el escenario de simulacin.

INTRODUCCION

Como con todo modelo numrico el objetivo de la modelacin de un sistema hdrico subterrneo con Visual MODFLOW es la obtencin de los siguientes resultados:

evolucin de los niveles de agua subterrneavelocidades de flujo en el entorno definido como zona de inters.

Es uno de los modelos ms utilizados y reconocidos internacionalmente en el rea de la hidrogeologa para la simulacin de flujo.

INTRODUCCIONVISUAL MODFLOWFORTALEZAS Y DEBILIDADES

VISUAL MODFLOW

Un modelo capaz de resolver el problema de flujo de aguas subterrneas en tres dimensiones es MODFLOW, el cual fue desarrollado por McDonald y Harbaugh pertenecientes al U.S. Geological Survey (1988).

Visual MODFLOW es un producto comercial, desarrollado por Waterloo Hydrogeologic Inc., que permite resolver problemas de flujo en tres dimensiones. El programa permite una interaccin con el usuario muy amigable, mediante un sistema grfico con diversas ventanas, en donde el usuario puede ingresar gran parte de la informacin visualmente, asignando dentro del mismo modelo las propiedades del sistema que se requiere simular.GENERAL

VISUAL MODFLOW

Para la creacin de un nuevo modelo de simulacin numrico Visual MODFLOW posee dos alternativas para iniciar una simulacin:

ALTERNATIVA 1

Importar un plano del sector a modelar preexistente, el cual debe ser un archivo *.DXF, que corresponde a un formato del programa de dibujo AUTOCAD o *.BMP (Imagen), y luego definir dentro del modelo el nmero de columnas, filas y capas del sistema, especificando cota mnima (Zmin) y cota mxima (Zmax). CREACION DE MALLA

VISUAL MODFLOW

Para la creacin de un nuevo modelo de simulacin numrico Visual MODFLOW posee dos alternativas para iniciar una simulacin:

ALTERNATIVA 2

Definir dentro de Visual MODFLOW la geometra del sistema, indicando las dimensiones en planta de la zona y luego el nmero de columnas, filas y las capas. Esta opcin presenta como desventaja que elementos tales como ros, zonas de discontinuidad de las propiedades del acufero y otros elementos, no son visualizados tan fcilmente como en la alternativa anterior, en donde stas podan venir dibujadas en el mismo plano. CREACION DE MALLA

VISUAL MODFLOW

CREACION DE MALLA

VISUAL MODFLOW

Las propiedades fsicas a describir son la conductividad hidrulica (K) y el coeficiente de almacenamiento (S) en cada acufero, y la conductancia hidrulica vertical (Ki/bi) entre distintos acuferos.

Conductividad Hidrulica (K)Almacenamiento Especfico (Ss)Capacidad Especfica (Sy)Porosidad TotalPorosidad Efectiva (Eff.Por)PARAMETROS HIDROGEOLOGICOS

VISUAL MODFLOW

PARAMETROS HIDROGEOLOGICOS

VISUAL MODFLOW

Las dos acciones externas que se debe considerar en un modelo de simulacin hidrogeolgica son la recarga y la extraccin. La recarga se obtiene mediante el balance hdrico. La observacin de mapas de superficies de nivel de agua permite definir la distribucin primaria del volumen. Debe evaluarse adems el volumen recargado por riego. La extraccin debe obtenerse mediante inspeccin del rea y encuestas cuidadosas. Debe apuntarse la distribucin temporal con precisin.ACCIONES EXTERNAS

VISUAL MODFLOW

Un aspecto importante en la modelacin de un determinado sistema es la incorporacin de pozos de bombeo o recarga. Visual MODFLOW permite incorporar (o eliminar) pozos en forma grfica. Los tipos de pozos que se pueden definir en Visual MODFLOW son:

Pozos de extraccin: Se definen asignando una tasa de extraccin negativa.Pozos de inyeccin: Se definen asignando una tasa de extraccin positiva.Pozos de observacin: Estos pozos pueden ser utilizados como puntos de observacin para las cargas hidrulicas.

POZOS DE BOMBEO

VISUAL MODFLOW

Un pozo queda definido al especificar su nombre dentro del modelo, su tasa de extraccin (o inyeccin), tiempo de funcionamiento (inicio y trmino), profundidad, coordenadas y ubicacin de cribas (dnde efectivamente se extrae o se inyecta el agua).

POZOS DE BOMBEO

VISUAL MODFLOW

Las reas de recarga ms comunes ocurren por efectos de la precipitacin, la cual percola y se incorpora al sistema de aguas subterrneas.

Mediante Visual MODFLOW es posible simular la recarga de otras fuentes, tales como recargas artificiales (Visual MODFLOW Users Manual).

Para asignar la recarga a las celdas seleccionadas slo se debe ingresar el tiempo inicio, el tiempo fin y el valor de la recarga.RECARGA SUPERFICIAL

VISUAL MODFLOW

Una modelacin numrica de flujo necesita datos iniciales del sistema y datos de funcionamiento del mismo.

La simulacin del estado estacionario del sistema acufero, si es posible, reviste mucha importancia.

Los pasos que permiten, a posteriori, reproducir el funcionamiento transitorio son indispensables para encarar modelos de gestin exitosos. Se debe contar con una serie prolongada y confiable de mediciones de niveles hidrulicos. CONDICIONES DE BORDE E INICIALES

VISUAL MODFLOW

Una red de monitoreo debiera haber sido definida previamente con este propsito. Los pozos seleccionados deben reproducir fielmente el comportamiento real que se pretende simular.

Una serie completa de medidas tiene que haberse efectuado en un breve lapso de tiempo para que responda a una fotografa representativa de la situacin.

El mapa inicial de superficies piezomtricas (sistema inalterado) de cada capa es la base a reproducir en la simulacin en estado estacionario. CONDICIONES DE BORDE E INICIALES

VISUAL MODFLOW

Es posible asignar, en determinadas zonas y capas de la regin modelada, la condicin de carga constante con slo seleccionar dicha alternativa y marcar en el plano base los sectores que tienen carga constante.

Al asignar carga constante a alguna zona se debe definir:

Tiempo Inicio; tiempo en que se comienza a aplicar la condicin de borde.Tiempo Final; tiempo en que se deja de aplicar la condicin de borde. Valor inicial y final de la carga (m); si estos valores son distintos, Visual MODFLOW interpola linealmente en el tiempo (final e inicial).

CONDICION DE BORDE CONSTANTE

VISUAL MODFLOW

Con esta opcin, Visual MODFLOW permite incorporar una condicin de aguas superficiales dentro de un modelo de flujo de aguas subterrneas.

De esta manera es posible simular las interrelaciones entre cuerpos de agua superficiales y sistemas de aguas subterrneas, los cuales, dependiendo del gradiente hidrulico entre el cuerpo de agua superficial y el rgimen de aguas subterrneas, pueden ser aportes de la napa al cuerpo superficial o en sentido contrario CONDICION DE BORDE DE RIO

VISUAL MODFLOW

La informacin necesaria de definir en cada una de las celdas que poseen esta condicin de borde es la siguiente:

Cota o elevacin de la superficie libre del cuerpo de agua; esta condicin puede variar en el tiempo.

Cota del fondo del ro.

Conductancia; corresponde a un parmetro numrico que representa la resistencia al flujo entre el cuerpo de agua superficial y el agua subterrnea.

CONDICION DE BORDE DE RIO

VISUAL MODFLOW

Esta condicin fue desarrollada para simular los efectos de drenajes, como los que se presentan en zonas agrcolas, en donde estos drenes remueven agua del acufero a una tasa proporcional a la diferencia de carga entre la del acufero y alguna elevacin o carga fijada.

La informacin que se requiere definir en cada una de las celdas que poseen esta condicin de borde es la siguiente:

Cota del dren; corresponde a la carga del dren de la superficie libre dentro de ste.Conductancia; parmetro que describe la prdida de carga entre el dren y el sistema de aguas subterrneas. CONDICION DE BORDE DE DREN

VISUAL MODFLOW

Una vez ingresados los datos necesarios para la ejecucin del modelo antes mencionado es posible poder ejecutar el modelo y resolver un problema de flujo de aguas subterrneas particular.

Los resultados entregados por Visual MODFLOW pueden ser visualizados grficamente en el mismo plano base, en donde se pueden observar velocidades (existiendo las alternativas de representar su direccin, magnitud o proyeccin) y adems se pueden representar curvas isofreticas, lneas de flujo, trayectorias de trazadores y otros.OPERACIN MODFLOW

VISUAL MODFLOW

OPERACIN MODFLOW

INTRODUCCIONVISUAL MODFLOWFORTALEZAS Y DEBILIDADES

FORTALEZAS Y DEBILIDADES

El modelo de flujo Visual MODFLOW corresponde a uno de los modelos ms utilizados internacionalmente para este tipo de estudios (flujo de aguas subterrneas), siendo un modelo ampliamente probado y de comprobada eficacia en la resolucin y representacin de problemas de flujo en tres dimensiones.

Por lo anterior, la utilizacin de Visual MODFLOW es favorablemente aceptada por los sectores industriales y gubernamentales en distintos pases. El esquema de resolucin numrico empleado por el modelo corresponde a un esquema de diferencias finitas, el cual entrega soluciones aceptables a los problemas modelados, a travs de una metodologa numricamente sencilla.FORTALEZAS

FORTALEZAS Y DEBILIDADES

La representacin grfica de la modelacin facilita el ingreso de los datos, la visualizacin de resultados, etc.

Al ser un modelo cuasitridimensional, Visual MODFLOW est capacitado para representar de una manera ms realistas los problemas modelados.

FORTALEZAS

FORTALEZAS Y DEBILIDADES

Una de las ms grandes debilidades de Visual MODFLOW, producto de su formulacin numrica, la imposibilidad de llenar celdas secas, las que se vacan durante el proceso de clculo. Esto lleva a cometer errores de clculo al momento de cuantificar caudales de extraccin o direcciones de flujos.

La resolucin numrica al utilizar el mtodo de diferencias finitas trabaja mejor con acuferos rectangulares o prismticos y de composicin uniforme, por lo que la modelacin de acuferos irregulares o curvos, con propiedades de anisotropa y heterogeneidad son difciles de resolver mediante esta metodologa.DEBILIDADES