Informe Tecnico de Visual Modflow-mauricio Jara Ortiz

8/10/2019 Informe Tecnico de Visual Modflow-mauricio Jara Ortiz

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Facultad de Ingeniera.Departamento de Ingeniera Civil.Magster en Ingeniera Geotcnica.Hidrologa Subterrnea.

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ConcepcinDiciembrede2010

Informe tcnico.Modelacin en Visual Modflow 3.1.

Flujo de agua subterrnea a travs de un sistema de acuferos yacuitardo.

Alumno: Mauricio Andrs Jara Ortiz.

Profesor: Dr. Pedro Ignacio Tume Zapata.

Magster en Ingeniera Geotcnica.

Asignatura: Hidrologa Subterrnea.


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Lista de figuras.

Figura:

1. Modelo conceptual.2. rea de estudio.3. Discretizacin del rea de estudio.4. Visualizacin del ingreso de inputs del pozo 1.5. Visualizacin en 3D del ro.6. Visualizacin en 3D del ro y de las fronteras de flujo inducidas.7. Visualizacin de las capas del modelo y de la condicin hidrogeolgica (zona de discontinuidad).8. Visualizacin de los vectores de flujo.9.

Visualizacin de los vectores de flujo y distribucin lateral de las partculas afectando al pozo 1.10.Visualizacin de la distribucin de las partculas en el rea estudiada.

11.

Visualizacin en 3D de la distribucin de las partculas en el sistema estudiado.12.Visualizacin en 3D del estado de carga de toda la zona.13.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga de toda la zona sin las

lneas equipotenciales.14.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga hidrulica pozo 1.15.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga hidrulica pozo 2.16.

Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga hidrulica pozo 3.17.

Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga hidrulica pozo 4.18.Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.19.Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.20.

Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.21.

Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.22.

Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.23.Visualizacin de los vectores de flujo.24.Visualizacin de la distribucin de las partculas en el rea estudiada.25.Visualizacin de los vectores de flujo y distribucin lateral de las partculas afectando al pozo 1.26.Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.27.Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.28.Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.29.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga de toda la zona con las

lneas equipotenciales.30.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga de toda la zona sin las

lneas equipotenciales.

31.

Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.32.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.33.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.34.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.35.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga en la discontinuidad.36.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.37.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.38.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.39.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.40.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.41.

Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.42.Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga de los pozos.43.

Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.


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ii. Objetivos.

Este informe tcnico tiene como finalidad poder hacer una comparacin del comportamiento departculas de combustible, pertenecientes a estanques (propensos a derrames), ubicados en punto demayor energa. La idea principal es poder variar las condiciones del sector escogido, en este casoparticular poder estudiar el comportamiento con ms pozos de succin en la zona con menos energa,ver como reacciona la zona de discontinuidad de los acuferos y el acuitardo y lo ms importante,estudiar si existe posibilidad de contaminar los pozos con partculas de combustible.

iii. Modelo Conceptual.

El modelo conceptual para este ejemplo de aplicacin es el siguiente:

Fig1. Modelo conceptual.

Flujo de agua subterrnea en un sistema formado por un acufero libre en la porcin superior, unacuitardo en la porcin media, y un acufero confinado en la porcin inferior, descripcin textual deltutorial, adems de esto se debe agregar que existe una discontinuidad del acuitardo lo que generauna unin de los acuferos en la zona central de estudio, esta discontinuidad es un factor clave para eltrasporte de partculas de combustible.


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iv. Seleccin del Software para el modelo.

El software de modelacin ser Visual Modflow 3.1, utilizado en el curso durante gran parte delsemestre, este es my utilizado para el estudio de aguas subterrneas y tiene una gran confiabilidad enel mbito de la ingeniera.

v.

Calibracin del modelo.

Calibrar un modelo es el procedimiento de asignar valores a los parmetros en la bsqueda de lamxima coherencia entre el objetivo planteado y la herramienta a utilizar. Se define una funcinobjetivo que depende de los parmetros del modelo y del objetivo planteado y se optimiza estafuncin.En este caso solo se supondr que el ejemplo utilizado esta calibrado con el software modflow (ya quepertenece a su tutorial).


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vi. Simulaciones predictivas o el empleo del Modelo en la evaluacin de

alternativas (Simulacin).

a) Descripcin del rea de estudio.

Fig2. rea de estudio.

Se puede observar en la figura claramente la zona de discontinuidad entre los acuferos y el acuitardo,adems los 4 pozos de estudio (los pozos 3 y 4 son la variacin con respecto al tutorial y obviamenteson el objetivo de estudio), se puede observar adems la zona de los estanques con combustible,punto de partida para las partculas contaminantes, las cuales tienen una pendiente favorable paradesplazarse hacia los pozos de succin.


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c) Modelamiento de los pozos.

El modelo dispondr de 4 pozos de succin (signo negativo), todos ranurados los ltimos 6 metros ,los cuales tienen los siguientes caudales:

Pozo 1: -400 (m3/da)Pozo 2: -550 (m3/da)Pozo 3: -200 (m3/da)Pozo 4: -275 (m3/da)

Se puede observar que los pozos 3 y 4, succionan exactamente la mitad que los pozos 1 y 2.

Fig4. Visualizacin del ingreso de inputs del pozo 1.


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e) Fronteras de flujo.

Las cargas constantessern las siguientes:

Acufero superior (capas 1 y 2), zona con mayor altura.

Stop time (das): 3650Start time head (m): 19Stop time head (m): 19

Acufero inferior (capas 5 y 6), zona con mayor altura.

Stop time (das): 3650

Start time head (m): 18Stop time head (m): 18

Acufero inferior (capas 5 y 6), zona con menor altura.

Stop time (das): 3650Start time head (m): 16.5Stop time head (m): 16.5

Fig6. Visualizacin en 3D del ro y de las fronteras de flujo inducidas.Se espera que el software encuentre la carga constante sobre todos los puntos del sistema estudiado.


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f) Caracterizacin Hidrogeolgica.

Para los acuferos.

Conductividad hidrulica en X (Kx) en (m/s): 2e-4Conductividad hidrulica en Y (Ky) en (m/s): 2e-4Conductividad hidrulica en Z (Kz) en (m/s): 2e-4Coeficiente de almacenamiento (Ss) en (1/m): 1e-4

Asignar los valores de almacenamiento y porosidad:

Rendimiento especfico (Sy): 0.2Porosidad efectiva: 0.35Porosidad total: 0.35

Para el acuitardo.

Conductividad hidrulica en X (Kx) (m/s) = 1e-10Conductividad hidrulica en Y (Ky) (m/s) = 1e-10Conductividad hidrulica en Z (Kz) (m/s) = 1e-11

Asignar los valores de almacenamiento y porosidad:

Coeficiente de almacenamiento Ss (1/m): 1e-2Rendimiento especfico Sy: 0.003Porosidad efectiva: 0.65Porosidad total: 0.65


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Fig7. Visualizacin de las capas del modelo y de la condicin hidrogeolgica (zona de

discontinuidad).

En esta figura se puede observar la zona de discontinuidad, unin de los acuferos entre el acuitardo,por donde se espera que el flujo pase con mayor rapidez.


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En una vista transversal para el pozo1, se tiene:

Fig9. Visualizacin de los vectores de flujo y distribucin lateral de las partculas afectando alpozo 1.


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Trayectoria de las partculas de combustible:

Fig10. Visualizacin de la distribucin de las partculas en el rea estudiada.

Se puede apreciar que las partculas de combustible si afectan el agua succionada por los pozosdispuestos, esto se debe a la discontinuidad del acuitardo.Esta discontinuidad genera que las partculas viajen mucho ms rpido hacia la zona de succin, yaque si no estuviera lo mas probable sera que el acuitardo retardara el flujo en toda esa zona,provocando una no contaminacin de los pozos o una contaminacin a menos profundidad pero mas

lenta.


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En una vista en 3 dimensiones, se puede observar que los 4 pozos si son afectados por las partculas

de combustible, a travs de una lnea que proviene de la discontinuidad del acuitardo, la mayorcontaminacin se puede observar en los pozos 1 y 2, ya que estos tienen mayor caudal de succin.

Fig11. Visualizacin en 3D de la distribucin de las partculas en el sistema estudiado.


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Cargas hidrulicas resultantes.

Como era de esperar visual Modflow, genera la carga hidrulica para todos los puntos del sistemaestudiado, teniendo como mximo y mnimo los inputs ingresados en las condiciones de frontera flujoconstante.

Fig12. Visualizacin en 3D del estado de carga de toda la zona.


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Otra manera de visualizar el estado de carga hidrulica es a travs de cross-seccion.

Fig13. Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga de todala zona sin las lneas equipotenciales.


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A continuacin se mostraran las cargas hidrulicas en los perfiles transversales en los que se

encuentren pozos.

Cargas para pozo 1:

Fig14. Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de cargahidrulica pozo 1.


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Pozo 3:



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Pozo 4:



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A continuacin otras imgenes en 3 dimensiones de la contaminacin de los pozos.

Fig18. Visualizacin en 3 dimensiones para la contaminacin de los pozos.


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viii. Anlisis de sensibilidad.

El anlisis de sensibilidad estar referido a cambiar totalmente alguna propiedad del sistema total,para este caso en particular se variarn las conductividades de los acuferos y del acuitardo, sesimularan ms grandes proporcionando mayor cantidad de flujo de las partculas en funcin delgradiente hidrulico correspondiente, los nuevos parmetros de conductividad son:

Para los acuferos.

Conductividad hidrulica en X (Kx) en (m/s): 4e-4Conductividad hidrulica en Y (Ky) en (m/s): 4e-4Conductividad hidrulica en Z (Kz) en (m/s): 4e-4Coeficiente de almacenamiento (Ss) en (1/m): 1e-4

Para el acuitardo.

Conductividad hidrulica en X (Kx) (m/s) = 2e-10Conductividad hidrulica en Y (Ky) (m/s) = 2e-10Conductividad hidrulica en Z (Kz) (m/s) = 2e-11


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Para este modelamiento se tienen los siguientes resultados:Vectores de velocidad de flujo.

Fig23. Visualizacin de los vectores de flujo.


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Fig24. Visualizacin de la distribucin de las partculas en el rea estudiada.


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Fig25. Visualizacin de los vectores de flujo y distribucin lateral de las partculas afectando alpozo 1.


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Fig29. Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga de todala zona con las lneas equipotenciales.


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Fig30. Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga de todala zona sin las lneas equipotenciales.


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Pozo 1:

Fig31. Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga del pozo.


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Pozo2:



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Pozo 3:



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Discontinuidad:

Fig35. Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga en ladiscontinuidad.


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Perfiles transversales segn orden de filas en la malla.



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Fig42. Visualizacin de la cross-section entregada por el software del estado de carga de los

pozos.


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iciembrede2010

ix. Recomendaciones y conclusiones.

Sobre la base del modelo presentado anteriormente, se puede observar que la ubicacin de los

estanques de combustible, tienen una gran incidencia en la contaminacin de los pozos de succinubicados en el sector sur, esta situacin se repite para diferentes condiciones hidrogeolgicas (anlisisde sensibilidad), por lo tanto se propone cambiar de lugar los estanques para que las partculas noviajen a travs de la discontinuidad contaminando los pozos.Es totalmente notable como afecta la discontinuidad en la contaminacin, el cambio de pendientegenera mayores velocidades las cuales se ven aumentadas por los caudales de succin, generando quelas partculas alcancen los pozos.Otra alternativa es disminuir los caudales de succin de todos los pozos ya que en funcin de estosaumenta la contaminacin.Por ltimo, y dependiendo de la necesidad del agua, sera bastante conveniente eliminar la fuente de

contaminacin (estanques de combustible).

x. Referencias.

01.Tutorial Visual Modflow 3.1.02.Apuntes y artculos de Hidrologa subterrnea. Pedro Tume. UCSC 2010

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