La elaboración de un modelo hidrogeológico numérico consiste en llevar todos los elementos del sistema físico que se establecieron en el modelo hidrogeológico conceptual a una formulación matemática. Esto, con el fin de realizar una estimación cuantitativa más precisa de las variables de estado (niveles y concentraciones).
Este tipo de modelos permite evaluar el comportamiento de un acuífero, representando escenarios hipotéticos para determinar qué parámetros resultan críticos o desfavorables en caso de producirse.
Pero, además de constituir una herramienta de simulación, ofrecen un camino para avanzar en el entendimiento de los sistemas acuíferos, para diseñar un óptimo plan de explotación y determinar las medidas de mitigación, en caso de que se produzcan afecciones no deseadas al sistema de explotación.
“Los modelos numéricos son una gran plataforma para representar el flujo de agua subterránea y permite evaluar escenarios predictivos”.
La elaboración de los modelos hidrogeológicos numéricos se realiza considerando los estándares establecidos en la “Guía para el uso de modelos de agua subterránea» del SEIA (Servicio de Evaluación Ambiental, SEA, 2012).
El Modelo Hidrogeológico Numérico sirve para:
- Realizar una explotación sustentable y sostenible de los recursos hídricos subterráneos.
- Modelar la dinámica de posibles contaminantes para establecer medidas de mitigación.
- Conocer y atenuar el fenómeno de intrusión salina.
- Entregar las herramientas necesarias para realizar una correcta gestión del recurso.
- Conocer valores umbrales de explotación.
- Establecer zonas de mayor o menor estrés hídrico.
- Determinar la velocidad de flujo de filtraciones y potencial de tubificación.
- Estimar la distribución de la napa freática bajo varios escenarios predictivos.
- Estudiar la interacción agua superficial/agua subterránea.
- Delimitar zonas de protección de agua subterránea.
Metodología para el desarrollo del Modelo Hidrogeológico Numérico
Para la implementación de un modelo numérico, se tienen en cuenta:
- La extensión del área a modelar.
- El nivel de detalle de la información disponible.
- La escala de trabajo a la cual se desea construir el modelo hidrogeológico conceptual.
Así se podrá definir, inicialmente, el número de capas y el espaciamiento nodal que arrojará un número de celdas adecuado y a la vez razonable, en términos de la magnitud de memoria computacional a ocupar y del tiempo de ejecución de cada corrida del modelo.
- Construcción del Modelo Numérico:
El proceso de construcción del modelo se basará en la geometría, parámetros hidrogeológicos, condiciones de borde, recargas, bombeos y conexión río-acuífero, entre otros. En tanto, el motor de cálculo será evaluado en función de la complejidad de las características propias del terreno.
En función de la información disponible, se puede abordar una calibración en régimen permanente o de equilibrio, que representará la situación inicial del sistema, para luego abordar una condición transitoria que refleje los cambios en el acuífero producto de las diferentes variables.
- Calibración del Modelo 3D:
Consiste en ajustar los niveles calculados por el modelo numérico a los niveles medidos en los pozos de observación, modificando los parámetros hidrogeológicos de permeabilidad y almacenamiento, en rangos físicos definidos en el modelo conceptual.
Este proceso es relevante por cuanto hace que la herramienta sea representativa del sistema real que se está modelando.
- Modelo de Densidad Variable:
El modelo de densidad variable se ajustará para representar la posición de la interfase salina previamente interpretada.
La posición actual de la interfase en el modelo de densidad variable, debe ser consistente con la posición registrada en los pozos de monitoreo.
- Evaluación de escenarios:
Aquí se definirán los escenarios que se aplicarán conjuntamente para el modelo numérico y el modelo de densidad variable. Esto permitirá simular el comportamiento del acuífero según diferentes condiciones aplicadas.
También, se reproducirán distintos escenarios, con el objeto de conocer la respuesta del sistema y escoger el escenario más favorable.
El modelo numérico entregará información sobre el balance hídrico calculado en cada una de las celdas, en términos volumétricos, en tanto el modelo de densidad variable definirá la sustentabilidad en términos de riesgo de contaminación por intrusión salina.
- Informe Final:
Como producto final, se entregará un informe que respalda la construcción, calibración y escenarios simulados tanto para los modelos numéricos como para el modelo de densidad variable.
Este informe consolidado indicará todas las características del modelo numérico, junto con los balances hídricos y balances de masa simulados a partir de los diferentes escenarios recreados.
Los modelos numéricos son herramientas que nos proporcionan una estructura para sistematizar la información de campo, para responder preguntas sobre el funcionamiento de un acuífero, y que nos pueden ayudar a identificar áreas donde se requiere información adicional. No obstante, en este campo, aún hay muchos retos por afrontar, como la cantidad y calidad de la información a partir de la cual se obtienen los modelos conceptuales.
