Modelamiento Usando Groundwater Vistas SIG

Modelamiento de Aguas Subterráneas Usando Groundwater Vistas (GV) y Los Sistemas de Información Geográfica (SIG).

Construcción del Modelo

Este ejercicio desarrolla un modelo más realista que los ejemplos simples de la última sesión. El enfoque de esta sección será la integración de los sistemas de información geográfica (SIG) con el modelo MODFLOW. También se explorarán características adicionales para el diseño de modelo dentro Groundwater Vistas. El modelo construido en esta sección se utilizará en las próximas sesiones para el tránsito de partículas, transporte de contaminantes, desagüe de minas, y el análisis an álisis de los escenarios de suministro de agua. El modelo consiste en un acuífero cimiento sobrepuesto en algunas zonas por un sistema de acuífero aluvial. El acuífero se extiende desde una división topográfica de un río. Una representación tridimensional del área del modelo se muestra a continuación.

(La imagen de arriba fue producida usando GlobalMapper y archivos de modelo digital de elevación)

Un acuífero aluvial ocupa las zonas cercanas a los canales en las partes bajas del modelo. El agua subterránea fluye generalmente de la división topográfica de los arroyos y también hacia el gran río hacia el este. Un SIG es una forma muy conveniente de construir los diversos componentes del d iseño modelo, incluyendo la topografía, características hidrológicas (ríos y arroyos), unidades geológicas (por ejemplo, unidades aluviales en este caso), así ubicaciones, extensión del modelo, etc. El simple SIG para este modelo se muestra a continuación.

La interface entre SIG y el diseño del modelo es a través de una serie de shapefiles mostrados en la leyenda de SIG arriba. Los archivos que usaríamos en este modelo incluye: Wellfield.shp Landfill.shp Streams.shp Largeriver.shp Islands.shp Alluvium.shp Alluvium2.shp Aquifer_bdy.shp Surface_topography.grd

Pumping well locations (points) Location of a leaking landfill (polygon) Polylines of Tributary streams to the main river Polygon of the major river to the east Location of islands in the major river Shallow alluvial unit Deep alluvial unit Boundary of the aquifer (polygon) Surfer grid file of surface topography (not shown)

El único aspecto del modelo no previsto en los archivos de la lista de arriba es el diseño de la rejilla de diferencias finitas. Todo lo demás en este modelo vendrá del SIG. Todos estos shapefiles fueron digitalizados en SIG de fotografías aéreas y mapas topográficos en un tiempo relativamente corto. En muchos casos, sin embargo, estos datos se pueden obtener de fuentes públicas y modificarse para adaptarse a las necesidades del modelo. La data topografica vino de modelos de elevación digital (DEM). El programa GlobalMapper (www.globalmapper.com) fue usado para arreglar varios DEM de la zona y luego exportarlos a formato SURFER, que pueda ser leído por GV. El software GlobalMapper es muy fácil de usar y barato. Es muy útil en la conversión entre diferentes formatos de archivo y sistemas de coordenadas. Iniciando un nuevo modelo Seleccione File\New en GV para comenzar un nuevo modelo. Cambie el número de filas a 50 y el número de columnas a 150. Mantenga el espaciamiento del GRID para filas y columnas en 100 m. Note que en su versión estudiante usted no puede modelar más de 100 columnas y filas, por lo tanto debe buscar un número adecuado para cubrir el área del dominio computacional.  Nosotros usaremos un modelo de tres capas. Cambie el valor por defecto de la conductividad hidráulica (Kx and Ky) a 1m/d. Configure la conductividad hidráulica vertical (Kz) a 0.01m/d. Ingrese una tasa de recarga de 0.001 m/d. Su pantalla debe lucir como abajo:

Clic en Ok, usted verá el GRID siguiente:

Ahora, para registrar el modelo con un mundo real sistema de coordenadas, vamos a importar algunos de los archivos de forma enumerados anteriormente para mapas base. El primero será el modelo de límites. Seleccione File | Map|Shapefile y buscar el archivo shape llamado aquifer_bdy.shp ubicado en el directorio c: \ gwv6 \ tutorial\GV_SIG.

Después de seleccionar el archivo, otro cuadro de diálogo se visualiza pidiendo un nombre  para el archivo de mapa. GV leerá el archivo shape y convertirlo en un archivo de mapa de GV. Utilice el nombre aquifer_bdy.map. Después de importar este mapa, el modelo debe ser similar a la de abajo.

` Clic en Abrir

Clic en Guardar. Se desplegará una venta preguntándole por un color asignado, escoger Black.

 Note que hay varias filas y columnas que van más del borde del dominio del modelo. Con la finalidad de conservar memoria, usted debería borrar estas filas y columnas. Existen dos enfoques para eliminar las filas a lo largo de la parte norte este del modelo: La primera opción es seleccionar Grid|Delete|Row a continuación, mueva el cursor justo debajo de la fila superior en el modelo, y haga clic en el botón izquierdo del mouse. La segunda opción es  presionar el botón G en la barra herramientas y luego presionar el botón R que tiene una "X" roja junto a él en la barra de herramientas. A continuación, mueva el cursor justo debajo de la fila superior y haga clic en el botón derecho del ratón. Utilice cualquiera de los métodos y repetirlo 4 veces. Utilice el mismo enfoque básico para eliminar columnas si e s necesario.

Importación de células inactivas El acuífero que vamos a similar se localiza dentro del polígono que usted importó como mapa  base. Todas las celdas fuera de ese límite deberían ser inactivas (celdas con no flujo). Importaremos el mismo shapefile que usamos como mapa para automáticamente llenar aquellas celdas con condiciones de frontera de no flujo. Es es hecho pero seleccionando BCs|No-flow  y entonces BCs|Import|Shapefile. Navegue hasta encontrar el mismo shapefile (aquifer_bdy.shp). GV le preguntará “set not-flow cells inside polygon”. Responda NO para este mensaje y GV hará que las celdas fuera del polígono inactivas. Después, GV  preguntaría si usted quiere eliminar las condiciones de frontera existente. Responda NO (en realidad no hace ninguna diferencia si usted dice sí o no a esto, ya que no hay otras condiciones de contorno en el modelo).

Recuerde que esto es un modelo de 3 capas. Usted importó la frontera del acuífero shapefile dentro de la capa 1. Usted necesita hacer lo mismo para la capa 2 y 3. Otra opción, es copiar estas celdas frontera de no flujo a las otras capas. Vaya a la capa 2 y seleccione BCs|Copy y clic en OK. Repita lo mismo para la capa 3.

Antes de agregar cualquier otra característica con el modelo, utilice el File|Map|Shapefile  para visualizar varios mapas adicionales. Importe el archivo shapefile de la izquierda para crear el mapa de la derecha. Su modelo debería luego ver como la de abajo. Landfill.shp Streams.shp Largeriver.shp Islands.shp

landfill.map streams.map river.map islands.map

Refinando el GRID

Antes de añadir cualquier condición de contorno adicional o propiedades acuífero, vamos a añadir algunas filas y columnas adicionales del área landfill al río. La forma más sencilla de hacerlo es pulsar el botón G en la barra de herramientas (para el modo Grid) y luego el botón R (el que no tiene la x roja) para insertar filas. Comience con la fila 33 (justo al sur del landfill) y trabaje hacia el norte, terminando con la fila 14. Mueva el cursor dentro de la fila y haga clic en el botón derecho del ratón. Repita el procedimiento para cada fila. Ahora insertar nuevas columnas pulsando el botón C en la barra de herramientas y haga clic en la columna 76 (extremo oeste de la isla más grande del río) a la columna 48 (justo al oeste del vertedero). Después de hacer esto, el mo delo debe ser similar al de abajo.

Lamentablemente la versión estudiante no permite insertar más columnas y filas, por lo tanto su modelo debe lucir como el de abajo:

La "regla de oro" en el modelado de diferencias finitas es que el cambio en el intervalo de la celda entre las filas y columnas adyacentes no debe ser mayor que 50%. En el modelo que se ha diseñado hasta el momento, hay un salto de 100% en el límite de la red de refinado. Para suavizar esta transición, seleccione Grid|Edit|Smooth Grid. Haga clic en Aceptar para guardar el valor por defecto transición de 1,5 (50%) entre las células adyacentes. Ahora es un buen momento para guardar su trabajo. Seleccione File|Save As y dé al modelo un nombre fácil de recordar. En la Versión 6, GV le pregunta si desea cambiar los nombres del root file cada vez que utilice el comando " Save As". Esto le permite elegir automáticamente un nuevo nombre para la simulación cada v ez que guarde el modelo con un nuevo nombre. Definiendo Elevaciones de la Capas El próximo paso es ajustar las elevaciones de las ca pas basadas sobre el modelo de elevación digital (DEM) en el archivo  surface_topography.grd.  Primero, asegúrese que usted está viendo la capa 1. Seleccione Props|Top Elevation  y luego Props|Import|SURFER  y explore para encontrar este archivo en gwv6\tutorial\GV_SIG\SIG_Files. Marque la opción que el archivo contiene las coordenadas del sitio (por ejemplo, las mismas coordenadas como los mapas base).

Clic en OK y GV importará el archivo SURFER y interpolar una elevación superior para la capa 1 del DEM. La pantalla probablemente aparecerá con un color rojo uniforme.

Para volver asignar los colores, seleccione Props|Property Values|Reset Matrix Bounds. Los colores de elevación deberían lucir como los siguientes:

En un modelo completamente en 3D, es necesario definir la cota superior de la capa 1 y luego las elevaciones inferiores para cada capa. El DEM que acaba de importar es el top de la capa 1. Hay varias formas de definir las elevaciones de las capas. Usted puede importar archivos grid SURFER tal como lo hizo anteriormente. Las elevaciones pueden también ser interpoladas a partir de puntos conocidos pero importando archivos de texto de datos X, Y, y Z (elevación). GV también interactúa con herramientas de visualización 3D como EVS y Leapfrog Hydro, cada uno de los cuales puede exportar datos de un modelo de bloques en 3D para definir capas en el modelo MODFLOW. En el modelo actual, vamos a utilizar elevaciones capas uniformes para los fondos de las 3 capas. El modelo conceptual en este terreno de roca fracturada es que la conductividad hidráulica disminuye con la profundidad. No hay fondo definible para el acuífero - es sólo que la conductividad hidráulica disminuye a un punto donde se convierte en insignificante. Esa profundidad es en alrededor de 200 a 500 metros. Va hará que la elevación de fondo 250 m sobre el nivel del mar para la capa 1, a 200 metros  para la capa 2, y 100 metros para la capa 3. Comience seleccionando Props|Bottom Elevation. Asegúrese que está viendo la capa 1. Para establecer la elevación del fondo de la capa 1 igual a 250 m, seleccione Props|Set Value or Zone|Clear y escriba 250 en el cuadro de diálogo. Repita esto para las capas 2 y 3. Ir a cada una de esas capas y utilice el mismo comando. La elevación del fondo para la capa 2 será de 200 m. La elevación del fondo para la capa 3 es de 100 m.

Seleccione File\Save para guardar sus modificaciones