7 preguntas resueltas de conceptualización, construcción y calibración de modelos hidrogeólogicos

La labor de construcción y calibración de modelos numéricos puede ser una tarea retadora en términos de tiempo, datos disponibles y capacidades profesionales del modelador. Dado que esta es una labor que se hace la mayoría de veces en solitario, existen varias preguntas acerca de la conceptualización del medio físico, la construcción del modelo numérico y la calibración con valores observados. En base de las preguntas hechas por una asistente a nuestros webminars, hemos hecho este artículo para todos aquellos modeladores hidrogeológicos confundidos. 

 

Calibración de modelos numéricos

En relación a la calibración, te consulto:

1. Es correcto plantear un balance hídrico con los datos de parámetros medidos (tales como recarga, tasa de infiltración, evapotranspiración, escorrentía superficial); y desear obtener en el balance hídrico de Modflow valores similares; variando el parámetro de menor confianza (como conductividad hidráulica) y alguna condición de borde?

Respuesta: El balance hídrico de parámetros medidos está mas enfocado a la parte superficial. Existen parámetros del ciclo hídrico subterráneo que son difíciles de cuantificar como la recarga. También no todo la escorrentía superficial es de interés para un modelo hidrogeológico, solo el flujo base. 

En conclusión creo que no se debe poner todos los balances en una misma bolsa, un balance de aguas superficiales tiene un tránsito más rápido y debe ser construida con procesos físicos del ciclo hídrico muy dinámicos como la precipitación, escorrentía. Cuando de trata de balances de agua subterránea, los procesos son más lentos. MODFLOW calcula buenos balances para sus procesos en régimen uniforme y transiente y pueden ser contrastados solo con valores de niveles piezométricos y flujo base.

 

2. Cuando se calibra con conductividad hidráulica, a veces es necesario indicar en el modelo valores que uno no asociaría con su granulometría/litología; esto se explica porque hay que pensar más bien en Transmisividad para calibrar, osea no sólo la permeabilidad sino también el espesor? O se trata sólo de un problema de la información inicial, o sea de que los valores de permeabilidad obtenidos de ensayos de Bombeo corresponden sólo a información puntual?

Respuesta: MODFLOW te permite ingresar valores de conductividad hidráulica (K) y de transmisividad (T). Ahora, la transmisividad está asociada al espesor del acuífero, pero en MODFLOW está asociada al espesor de la capa. Mi recomendación es utilizar valores de K que MODFLOW convertirá en valores de T de acuerdo a los espesores que tu hayas considerados. Hay que recordar que Model Muse te permite añadir un gran número de capas fácilmente y en modelos regionales porosos o fracturados consideran más de 12 capas para asegurar una correcta representación de la respuesta hidráulica con profundidad.

 

3.  Cuando se calibra con la conductividad hidráulica, hay un sentido de flujo más conveniente para hacerlo (por ejemplo desde la zona de recarga hacia la zona de descarga)?

Respuesta: Tienes razón, hay un sentido en la calibración. Las zonas bajas o zonas de descarga se calibran con la conductancia de los drenes y las tasas de evapotranspiración. Mientras que las zonas altas se calibran con la variación de la conductividad hidráulica y la tasa de recarga. Cambios en la anisotropía vertical aplican tanto a partes altas como a partes bajas.

 

4.  Podría asociarse el error de un modelo a la no consideración del flujo asociado a un borde indicado como impermeable (por ejemplo bloques de rocas metamórficas)? (Cuando en realidad sí aporta un flujo subterráneo al modelo).

Respuesta: En principio nada en la naturaleza es impermeable, incluso las rocas metamórficas tienen alguna conductividad muy baja (en el orden de 1e-10 m/s). No se debería ignorara unidades hidrogeológicas por sus baja conductividad hidráulica, no es difícil agrandar la extensión de un modelo y de las condiciones de borde. Es mejor que el modelo sea más extenso que lo necesario.

 

Acerca de la conceptualización y construcción de modelos numéricos

Y unas preguntas más generales:

 

5. Consideras correcto indicar para el curso de un río un borde de Carga Constante? (Lo consulto porque me han señalado esto como incorrecto, y resulta que es la única forma que puedo calibrar un modelo).

Es incorrecto. Un rio se puede conceptualizar como River (RIV) o como Drain (DRN). Si el río es un río que gana o pierde deberás conceptualizarlo como River, si el río solo pierde lo podrás conceptualizar como dren. En términos de modelamiento, es más sencillo implementar una condición de dren.

 

6. Existe alguna opción para la modelación de cuencas con geometrías muy irregulares, (de rangos de cientos de metros a prácticamente nulo espesor)? Es decir alguna opción a modelar que no sea según un mapa estructural del basamento del acuífero.

Respuesta: Hay que recordar que MODFLOW resuelve el flujo entre celdas. Mientras estas celdas sean más regulares, entonces más preciso será el cálculo. Cuando trabajamos con cuencas andinas, o con cuencas de topografía extrema lo mejor es usar el solucionador MODFLOW NWT. Se recomienda dejar un espesor mínimo del acuífero de 300 m en la descarga de la cuenca.

 

7.  En la introducción al Taller de Calibración se mencionaba: “Los modelos numéricos son las mejores herramientas disponibles para el entendimiento del régimen de flujo de agua subterránea y la evaluación del impacto de un proyecto sobre los recursos hídricos subterráneos”. Teniendo en cuenta lo anterior, qué valoración tendrías de la siguiente metodología como opción a la modelación de una cuenca hidrogeológica:

  • Cubicar la cuenca hidrogeológica (con datos de su geometría y superficie piezométrica).
  • Calcular un volumen posible de extracción de agua subterránea (con datos de porosidad eficaz y/o coeficiente de almacenamiento).
  • Estimar una recarga de la cuenca.
  • Estimar un volumen aconsejable de extracción de agua subterránea (considerando la recarga). 

Respuesta: Esa fue la misma pregunta que me hicieron al presentar mi tesis de maestría. Un análisis global de la cuenca como lo planteas solo te permite dar un diagnóstico global del estado de las aguas subterráneas. Sin embargo, ese diagnóstico no serviría para identificar las zonas con mayor demanda, el estado local de los reservorios y los sistemas de gestión de acuíferos.

 

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Posted on April 24, 2017 and filed under Hidrogeología.