III

Manual Modelos Hidrogeolgicos

III 2

INDICE

1 INTRODUCCIN 1

2 REQUERIMIENTOS DE HARDWARE 1

3 EJECUCIN DEL PROGRAMA 2

4 CMO CARGAR LOS MODELOS 2

5 MEN ENTRADA (INPUT). MODIFICACIN DE DATOS 3

5.1 GENERAL 35.2 AGREGAR O MODIFICAR POZOS DE BOMBEO 45.3 CREAR O MODIFICAR ZONAS DE RECARGA 55.4 MODIFICACIN DE LAS CONDICIONES DE BORDE DE NIVEL 75.5 MODIFICACIN DE LAS CONDICIONES DE BORDE DE RO 85.6 CREACIN DE BALANCES HDRICOS POR SECTORES 9

6 MEN DE EJECUCIN (RUN) DEL MODELO 10

7 MENU DE SALIDA (OUTPUT). ANLISIS DE RESULTADOS 11

8 RESUMEN DE FUNCIONES Y OPCIONES DEL PROGRAMA 12

III.1 INTRODUCCIN

Los modelos hidrogeolgicos desarrollados para la zona de estudio fueron construidos sobre el cdigo computacional denominado Visual MODFLOW (VMF) en versin 2.61, el cual comprende un pre y post procesador para los programas MODFLOW, MODPATH y MT3D, siendo este ltimo un programa de simulacin de la calidad del agua subterrnea incluido en las opciones (menes) del propio VISUAL-MODFLOW (ver Captulo IV del presente Manual). El MODFLOW es un programa que permite representar los flujos subterrneos en 3 dimensiones considerando todas las posibles interacciones que un sistema acufero pueda tener con su entorno. El MODPATH es un programa de seguimiento de partculas con el que se pueden determinar lneas de flujo y zonas de captura asociadas al patrn de flujo.

A travs de la interfaz VMF se integran dichas componentes en un ambiente grfico de fcil acceso y utilizacin. La interfaz grfica del programa VMF est dividida en tres grandes grupos: entrada (INPUT), ejecucin (RUN) y salida (OUTPUT). En entrada se crea o modifica una aplicacin completa. En el men de ejecucin se ejecuta el programa para ciertas condiciones iniciales y temporales (rgimen permanente o impermanente). En la opcin salida se pueden ver los resultados y su representacin grfica, adems de exportar los datos a otras aplicaciones.

Con esta herramienta se ha elaborado una representacin del flujo subterrneo del valle de los ros Maipo, Mapocho y sus afluentes Chacabuco-Polpaico, Codegua y Puangue. Las caractersticas y detalles de los sistemas acuferos asociados pueden consultarse en el informe principal.

Este manual se divide en dos partes. En la primera parte se muestran paso a paso las opciones para acceder a cada seccin o componente de cada modelo, y cmo modificarlas. En la segunda parte se entrega una visin sinttica completa de todas las opciones de los mens y las barras de funciones que incluye el programa, a modo de consulta rpida.

Las explicaciones de este captulo son generales y comunes a cada uno de los modelos salvo que se indique lo contrario.

III.2 REQUERIMIENTOS DE HARDWARE

Para ejecutar VMF se recomienda contar con un computador con la siguiente configuracin mnima (Modelo Maipo-Mapocho):

Procesador Pentium o equivalente (recomendado ms de 233 MHz) 64 Mbytes de RAM disketera de alta densidad de 3 (1,44 Mbyte) disco duro con al menos 1 Gbyte libre tarjeta de video VGA ratn Microsoft o compatible

Windows 95 Se recomienda contar con unidad de almacenamiento externa (Zip o Jazz)

Si se presentan problemas con una configuracin particular del equipo, consulte la gua Troubleshooting del manual del fabricante: VISUAL MODFLOW Versin 2.61, Nilson Guiguer and Thomas Franz, Warterloo Hidrogeologic Software.

III.3 EJECUCIN DEL PROGRAMA

Desde WINDOWS se accede a travs del men de INICIO, seleccionado WHI Software y haciendo clic en Vmod Win 2.61 o desde el grupo de programas donde el usuario tenga cargado el programa.

El conjunto de datos para cada uno de los modelos (en directorios aparte signados como Maipo, Chacabuco, Codegua y Puangue) se entregan en discos ZIP debidamente identificados.

III.4 CMO CARGAR LOS MODELOS

Una vez ejecutado el programa VMF se selecciona la opcin FILE (en la parte superior izquierda de la pantalla en la barra de funciones del men principal) se elige (Figura N1a) y se muestra una ventana donde se puede seleccionar el archivo [nombre modelo].vmf en los subdirectorios correspondientes. Seleccionando dichos archivos con un doble clic del ratn o con [ENTER], aparece en pantalla una visin en planta del modelo correspondiente.

FIGURA N1

III.5 MEN ENTRADA (INPUT). MODIFICACIN DE DATOS

III.5.1 GENERAL

Eligiendo , se ingresa al submen que maneja los datos de entrada y caractersticas de cada modelo. Ver Figura N2.

Como se puede ver en pantalla, el tramado de filas y columnas as como de los pozos (puntos rojos) no permiten ver los elementos incorporados en el modelo. Para visualizar la zona modelada completa conviene no mostrar la grilla y o los pozos, puesto que las dimensiones de la pantalla, el espaciamiento adoptado y la escala por defecto no permiten ver simultneamente algunos elementos.

En la barra ubicada en el extremo inferior aparece una serie de 10 funciones globales. Con [F9]- se activa una ventana que incluye un listado con todos los elementos que aparecen o pueden incorporarse a la pantalla. Desactivando desaparece el tramado de la malla por ejemplo. Lo mismo ocurre con los pozos al desactivar la opcin .

La zona blanca interior indica celdas activas, es decir, celdas donde se produce flujo. El sector gris-verdoso corresponde a celdas inactivas, en estas no existe flujo subterrneo y representan las formaciones rocosas y zonas impermeables que rodean los acuferos. Los puntos verdes indican pozos de observacin y los de color rojo, pozos de bombeo.

Con la funcin [F5] de la barra inferior se pueden seleccionar zonas especficas, las que se pueden apreciar con mayor detalle usando . La visin completa se recupera con [F6]-. Con la funcin F10 se regresa al men principal.

FIGURA N2

III.5.2 AGREGAR O MODIFICAR POZOS DE BOMBEO

Desde el input se selecciona en la barra superior . Para agregar un nuevo pozo se activa la opcin de la barra vertical izquierda de la pantalla, y el cursor se posiciona en donde se quiere agregar un pozo, el que se puede ubicar en cualquier punto de la malla.

Con un clic en el botn izquierdo del mouse aparece la pgina de edicin del nuevo pozo (Figura N3). Se debe asignar un nombre al pozo () e ingresar las coordenadas del punto donde se desea ubicar el pozo si es que se necesita modificar o precisar dicha ubicacin. A la izquierda de la pantalla se muestra un corte vertical del pozo, con la tecla en pantalla se activa el mouse para definir la zona captante del pozo, con se asigna criba a toda la longitud del pozo. Tambin se puede ingresar la criba con y las cotas extremas de la zona captante.

A la derecha de la pantalla se ingresa la regla de explotacin del pozo; esta se establece con el caudal de extraccin () en m3/da y el tiempo inicial () y el tiempo final () para cada perodo de bombeo. Para reglas de operacin variables se repite el procedimiento para cada caudal.

Un detalle del resto de las opciones que incorpora el submen , se pueden consultar en el captulo 2.6 del Manual del fabricante.

Para incorporar un pozo de observacin, se realiza un procedimiento anlogo en el submen . En este caso no se necesita ingresar un bombeo y pueden digitarse opcionalmente los valores observados del nivel.

FIGURA N3

III.5.3 CREAR O MODIFICAR ZONAS DE RECARGA

La recarga areal se asigna siempre sobre el estrato superior en el modelo (si hay ms de un estrato representado) o en la celda activa superior si hay ms de un estrato (Figura N4).

Para el caso del modelo Maipo (mostrado en la figura), se definieron 52 sectores diferentes que corresponden a las distintas zonas de riego, algunos sectores auxiliares y la zona urbana. Dichos sectores se identifican con un nmero en el modelo y corresponden a los sealados en el Cuadro F.2.5.1-1 e identificados en la Figura F.2.5.1-1, ambas del Informe principal del estudio. Para ste y los otros modelos se entregan tambin los valores de las recargas en los captulos correspondientes del informe.

En los mencionados cuadros se indican el nombre del sector y el rea asociada. El rea indicada en el cuadro es necesaria para convertir un caudal dado en volumen por unidad

de tiempo a tasa de recarga, es decir altura de agua o lmina de agua por unidad de tiempo (ao). Dicho flujo es el que puede ser cambiado para representar otra situacin de inters de acuerdo con los resultados del modelo superficial.

La modificacin de las tasas de recarga se ingresa en un cuadro de dilogo similar al de los bombeos. Se pueden modificar individualmente las tasas de un sector en particular con la opcin , o todas juntas con la opcin . La identificacin de cada sector es muy fcil puesto que cada sector lleva asociado un color determinado.

La creacin de un nuevo sector se puede efectuar individualmente en cada celda con la opcin , en forma de polgono con o en forma de ventana con .

FIGURA N4

III.5.4 MODIFICACIN DE LAS CONDICIONES DE BORDE DE NIVEL

Puede ser necesario modificar las condiciones de borde de nivel en alguna frontera lmite de los modelos, (entradas y salidas de agua subterrnea). Las condiciones de borde y los valores adoptados para el perodo de calibracin se indican en los captulos correspondientes del informe principal (captulo F). Para modificar dichas cifras, se debe seguir la siguiente secuencia (Figura N5):

Las celdas que corresponden a condiciones de borde de nivel constante aparecen de color burdeos; con la barra de funciones vertical del lado izquierdo de la pantalla, se puede editar individualmente las celdas que se desee modificar (asignar, editar o borrar). Cabe destacar que todas las condiciones son constantes en el tiempo, salvo la del extremo noreste del modelo Maipo-Mapocho (Polpaico) que presenta una variacin estacional.

FIGURA N5

III.5.5 MODIFICACIN DE LAS CONDICIONES DE BORDE DE RO

Uno de las principales mecanismos de interaccin entre aguas subterrneas y superficiales son los ros, pudiendo existir afloramientos (descarga hacia los cauces) o infiltraciones desde el lecho de los ros hacia la napa. Lo anterior se ha modelado funcionalmente por medio de la opcin RIVER. sta permite el flujo en ambos sentidos dependiendo del gradiente entre el nivel de agua en los cauces y el nivel del agua en el acufero. La magnitud del caudal es proporcional a dicho gradiente y a la conductancia del lecho del ro (proporcional a la permeabilidad del lecho).

Dentro de la opcin est RIVERS. En dicha ventana se pueden seleccionar celdas en forma individual o agrupadas (Assign Single, Line, Polygon, Window) y otras operaciones similares a las otras condiciones de borde (Figura N6). En un cuadro se indican las caractersticas de cada celda, tales como: perodo de tiempo, cota agua en el cauce, cota del lecho del cauce y conductancia (Figura N7).

FIGURA N6

FIGURA N7

III.5.6 CREACIN DE BALANCES HDRICOS POR SECTORES

Si se requiere estudiar el efecto de nuevas captaciones o de cualquier otra alteracin del patrn de flujo subterrneo, puede resultar interesante evaluar los volmenes de agua que vienen de cada zona circundante o los balances hdricos asociados a una zona en particular.

Luego de seleccionar el men Input y la opcin , de la ventana izquierda con o se marcan (cursor y mouse) las celdas que cubren la zona en las que se desea evaluar el flujo pasante o donde establecer el balance parcial (Figura N8). Si se desea evaluar en otras zonas de manera simultnea, se debe repetir el proceso asignando a las celdas otro color.

FIGURA N8

Luego al correr el modelo ( y luego ) se evalan los caudales que entran y salen a las zonas definidas. Los resultados se pueden ver en el submen , seleccionando .

III.6 MEN DE EJECUCIN (RUN) DEL MODELO

Si se han efectuado cambios en el archivo base se debe grabar el archivo ( o ), volver al men principal y seleccionar:

TRANSIENT

Luego se debe elegir la distribucin de niveles que se desea adoptar como punto de partida de la ejecucin, es decir, la condicin inicial.

Se debe seleccionar el archivo H0.hds, solucin binaria inicial, correspondiente al modelo en cuestin (hay un archivo de partida por cada modelo) que se encuentra en el directorio de trabajo del usuario designado para el modelo en uso. Luego se debe seleccionar el tiempo 0 (Time 0), perodo 1 (Period 1) y paso de tiempo 1 (Time step1), o el que corresponda a la condicin inicial.

La condicin inicial corresponde a la distribucin de niveles generada con la ejecucin del propio modelo segn los datos histricos del perodo inicial de simulacin (1990). No es conveniente modificar la opcin de partida ni el tipo de dato inicial. Hay otras formas de establecer la solucin inicial, pero la mencionada es lejos la ms rpida y precisa, sobre todo para el caso del modelo Maipo.

La regla de paso de tiempo se modifica en la opcin

apareciendo un cuadro de dilogo titulado:

En el cuadro se indican el N del perodo, el tiempo inicial (START), el tiempo final (STOP), el nmero de pasos de tiempo (Time Steps) y un multiplicador del incremento de tiempo.

Finalmente en el men se eligen las opciones y . Esta ltima opcin es opcional y se requiere ejecutar en caso de cambios en los balances por zonas.

Ms detalles respecto de otras opciones en el men de ejecucin pueden ser consultadas en el manual comercial del modelo.

III.7 MEN DE SALIDA (OUTPUT). ANLISIS DE RESULTADOS

En este nivel el programa permite al usuario visualizar los resultados en pantalla, imprimirlos o exportarlos como archivos de intercambio de informacin ya sea grfica o de texto.

De todas las opciones disponibles (ver Figura 9) se destacan las que permiten visualizar las curvas de igual valor (potencial hidrulico, elevacin terreno o estratos, nivel fretico, depresin, etc) con la opcin , las que entregan el campo de velocidades () del flujo regional, las trayectorias de partculas () y el balance general de todo el modelo o para zonas previamente definidas (), entre otras.

Del men vertical del costado izquierdo de la pantalla se puede seleccionar , que permite especificar, para el caso de las equipotenciales, el valor mnimo, el mximo, el intervalo, el color y la precisin de las curvas equipotenciales, para un determinado tiempo de salida (con la opcin ).

Con la opcin se seleccionan los pozos de observacin previamente definidos para poder visualizar puntualmente los niveles en funcin del tiempo. Una vez seleccionados los puntos (cambian de color verde a azul), se activa el grfico (limnigrama) con la opcin .

Seleccionando del men principal superior se accede a los resultados del balance hdrico. Dentro del men vertical del costado izquierdo de la pantalla se puede escoger para ver los resultados globales del balance de aguas, o sea a toda la zona modelada. La opcin entrega los resultados del balance por cada zona definida.

FIGURA N9

III.8 RESUMEN DE FUNCIONES Y OPCIONES DEL PROGRAMA

En los Cuadros que se presentan a continuacin, se resumen y describen las funciones del Men Principal y los submens Input, Run y Output.

MEN PRINCIPALFILE (Archivo) OPEN

NEWSAVE ASIMPORTPRINTPRINT DXF FILEEXIT

INPUT FILE(Datos de Entrada) GRID

WELLSPROPERTIESBOUNDARIESPARTICLES

CALIBRATEANNOTATEZBUDMT3DHELP

RUN(Ejecutar) TRANSIENT FILE(Rgimen Impermanente) BASIC

SOLVERRECHARGELAYERBCF

STEADY STATE OC(Rgimen Permanente) PATHLINES

RUN TRANSLATEMT3DHELP

OUTPUT FILE(Datos de Salida) CONTOURS

VELOCITIESPATHLINESZBUDANNOTATEZBUDGETHELP

SETUPHELP

INPUT (Datos de entrada)FILE (Archivo) OPEN Abre una aplicacin existente

NEW Crea un nuevo modelo, especificado un nombre, que ser usado por todos los archivos de datos asociados

SAVE AS Grabar archivo, con la opcin de asignar otro nombre u otro directorio

PRINT Imprime, va impresora de papelPRINT DXF Genera un archivo grfico DXFEXIT Volver al men principal

GRID (Malla) VIEW COLUMN Ver corte por columnaVIEW ROW Ver corte por filaVIEW LAYER Ver planta de un estratoGOTO ir a una fila, columna o estrato siguiente o anteriorEDIT COLUMN Modifica por columnas (agregar, borrar, mover, etc)EDIT ROW Modifica por filas (agregar, borrar, mover, etc)INACTIVE CELLS Activar o desactivar celdasIMPORT SURFACE Importar superficie tridimensional desde archivo formato Ascii o

desde el Software SurferX- smoothing Suavizamiento de columnasY- smoothing Suavizamiento de filas

WELLS (Pozos) ADD WELL Agregar pozoDELETE WELL Borrar pozoEDIT WELL Editar pozo ExistenteGRAPH Mostrar reglas de explotacin de pozos de forma grficaMOVE WELL Mover pozoCOPY WELL Copiar pozo

PROPERTIES ASSIGN SINGLE Asigna individualmente por celda(Conductividad) ASSIGN POLYGON Asigna un polgono de celda

ASSIGN WINDOWS Asigna una ventana de celdasEDIT SINGLE Edita una celda en particularEDIT PROPERTY Edita las propiedades una por unaCOPY LAYER Copia todas las propiedades de un estrato a otroDATABASE Muestra y modifica todas las propiedades

INPUT (Datos de entrada) [continuacin]BOUNDARIES (Lmites)

CONSTANT HEAD Definir celdas de nivel piezomtrico conocido

RIVERS Asignar celdas del tipo roGHB Definir celdas del tipo GHB, que consideran una condicin de

borde de flujo cuyo caudal de entrada o salida depende del nivel piezomtrico de las celdas circundantes y del nivel especificado para la celda GHB

DRAIN Asignar celdas del tipo drenWALL Crear una muralla de espesor y permeabilidad definidaRECHARCHE Define las recargas arealesEVAPOTRANS Define la evapotranspiracin en cada celda

PARTICLES ADD PARTICLE Agregar una partcula para visualizar flujo (trayectorias)(Trazadores) ADD LINE Agregar una serie de partculas en lnea

ADD CIRCLE Agregar una serie de partculas dispuestas en una circunferenciaDELETE Borrar partculaTRACKING Permite cambiar el sentido de desplazamiento de la partcula

segn el flujo a favor o en contraCOPY Copiar las partculas incorporadas de un estrato a otroREALISE TIME Indica tiempo de inicio de las partculas

CALIBRATE ADD OBS Agregar punto de observacin de nivel(Pozos de Observacin)

DELETE OBS Borrar punto de observacin de nivel

EDIT OBS Editar punto de observacinIMPORT OBS Importar puntos de observacin desde archivo formato Ascii

ANNOTATE ADD ARROW Agregar flecha(ObjetosGrficos)

ADD RECTANGLE Agregar rectngulo

ADD CIRCLE Agregar crculoADD TEXT Agregar textoADD LINE Agregar lneaEDIT SINGLE Editar anotacinMOVE SINGLE Mover anotacin

ZBUD ASSIGN SINGLE Asignar celda de balance volumtrico(Balances Volumtricos)

ASSIGN POLYGON Asignar polgonos de balance volumtrico

ASSIGN WINDOW Asignar rectnguloCOPY LAYER Copiar distribucin de reas de evaluacin de balances de un

estrato a otroDATA BASE mostrar listado con las distintas reas de evaluacin asignadas

MT3D Modelo de transporte de contaminantesHELP (Ayuda) Ayuda; slo incluye especificaciones acerca de la versin del

Visual Modflow

RUN (Ejecucin del modelo)SELECT RUN TYPE Elegir tipo de ejecucin1) TRANSIENT Rgimen Impermanente2) STEADY STATE Rgimen PermanenteFILE (Archivo) SAVE Grabar archivo en uso, si se ha especificado ya un nombre, se

graba directamente con dicho nombreMAIN MENU Volver al men principal

BASIC TIME Mostrar los perodos de tiempo definidos para la modelacin y definir el paso o incremento de tiempo

INITIAL HEADS Establecer las condiciones iniciales de la modelacin, se tienen las siguientes opciones:- Un nivel uniforme para toda la malla- Importar una superficie piezomtrica desde el Software Surfer- Importar una superficie de archivo de formato Ascii- Distribucin de niveles piezomtricos generados en alguno de los perodos de simulacin de otra ejecucin del Visual Modflow

SOLVER Elegir el algoritmo para resolver los sistemas de ecuaciones que determinan las distribuciones de niveles piezomtricos simulados

RECHARGE Se indica si la recarga se aplica a la capa del extremo superior o a la celda activa ubicada ms arriba en cada columna vertical

LAYER Elegir el tipo de napa asociado a cada capaBCF Activar capacidad de rehumedecimiento de celdas y elegir los parmetros

relacionadosOC Output Control Definir en qu instantes se desea obtener resultados y de qu

variablesPATHLINES Establecer las opciones del movimiento de partculas indicadoras, como el detener el

movimiento de una partcula cuando el flujo de descarga desde una celda es muy pequeo con respecto al flujo total que ha entrado a sta

RUN Ejecutar el modelo

Modflow (niveles)Zone Budget (balance)

TRANSLATE Crear los archivos de datos que requiere el programa para ser ejecutadoMT3D Se ingresa a las condiciones de ejecucin del modelo MT3DHELP Ayuda; slo incluye especificaciones acerca de la versin del

Visual Modflow

OUTPUTFILE SAVE Grabar archivo en uso, si se ha especificado un nombre, se graba

directamente con stePRINT ImprimirEXPORT ASCII Exportar niveles piezomtricos para cada celda a un archivo

formato ASCIIPRINT DXF Imprime o genera un archivo grfico DXFMAIN MENU Volver al men principal

CONTOURS HEAD EQUIPOTENC

Ver curvas equipotenciales

HEAD DIFFERENCE

Ver diferencia de curvas entre dos estratos

HEAD FLUX Flujos de agua entre estratos adyacentesDRAWDOWN Diferencia entre equipot. Iniciales y tiempo seleccionadoELEVATION Cota de techo o fondo de estratosNET RECHARGE Valores de la recarga neta (menos la evapotranspiracin)WATER TABLE Nivel del agua en la celda activa superior

OUTPUT [continuacin]VELOCITIES VIEW COLUMN

(*)Ver columna en corte

VIEW ROW (*) Ver fila en corteVIEW LAYER(*) Ver planta de una capaGOTO (*) Ir a una fila, columna o capa siguiente o anteriorOPTIONS (*) Opciones de presentacin de la variableTIME (*) Escoger el instante de tiempo para el que se representa la variablePROJECTION Mostrar proyecciones de vectores velocidad en el plano de la

pantallaDIRECTION Mostrar la direccin de los vectores velocidad segn su

componente asociada al plano de la pantallaMAGNITUDE Mostrar magnitudes de los vectores velocidad

(*) VLIDAS PARA LAS OTRAS VARIABLES: EQUIPOTENCIALES, DIFERENCIAS, ETC.

OUTPUT [continuacin]PATHLINES PROJECTION Mostrar las proyecciones de las lneas de flujo en el plano de la pantalla

SEGMENTS Mostrar slo las lneas de flujos que pasan por el plano representado en pantalla

TOGGLE Activar o Desactivar una o un grupo de lneas de flujoINSPECT Mostrar parmetros asociados a cada celda como la capa, columna, fila,

permeabilidad, almacenamiento, recarga, evapotranspiracin y el nivel piezomtrico (variable de salida)

ZBUD ZBUD OUTPUT Mostrar datos de salida de los balances volumtricos para cada perodo de la simulacin en cada zona definida. Caudales de entrada y salida asociados a cada componente del flujo (pozos, evapotranspiracin, celda de nivel piezomtrico constante, etc.)

MASS BALANCE Mostrar datos acumulados para todo el sistema, de volmenes y caudales entrantes y de salida

HELP Ayuda; slo incluye especificaciones acerca de la versin del Visual Modflow

BARRA INFERIOR DE FUNCIONES GLOBALESF1 ? HELP Ayuda, presenta informacin acerca del men que se encuentre

seleccionadoF2 Funcin reservada para otras versionesF3 SAVE Grabar el archivo con el nombre actualF4 MAP Importar un archivo formato DXF para incorporar informacin

grfica F5 ZOOM IN Producir un acercamiento de alguna zona seleccionadaF6 ZOOM OUT Restablecer al visin completaF7 PAN Permite desplazar la imagen de la zona modelada en el espacio

disponible en pantallaF8 VERT EXAG Para los cortes verticales de filas y columnas permite ajustar el

factor de escala vertical con respecto a la longitud horizontalF9 OVERLAY Permite seleccionar qu elementos visualizar en pantallaF10 MAIN MENU Volver al men principal