Modelos y bases de datos geoespaciales para la evaluación e inventario de los recursos hídricos
Introducción
Los modelos hidrogeológicos son representaciones físicas y numéricas de un sistema hidrogeológico real. Éstos permiten observar a escala el comportamiento de un acuífero como herramienta de la investigación hidrogeológica, la cual se fundamenta con información proveniente de mediciones de campo y trabajo de laboratorio. La relación directa entre la información proveniente de estas fuentes y los modelos asistidos por ordenador, se basan en sus características espaciales definiendo un grupo de geodatos del área objeto de interés.
El desarrollo de software especializado para el tratamiento, depuración y almacenamiento de geodatos como parte de la definición, desarrollo y control de los modelos hidrogeológicos, ha sido de gran interés en las últimas décadas debido a la necesidad de realizar modelos capaces de encontrar solución a sus ecuaciones constitutivas, mediante la vinculación de distintos tipos de información. Desde programas especializados para la definición de modelos conceptuales en base a las características geológicas de una zona, hasta el desarrollo de programas de modelización de un sistema hidrológico global, son algunos de los avances que se han tenido al respecto, cuyo funcionamiento se basa en el tratamiento de geoinformación mediante componentes similares a los Sistemas de Información Geográfica (SIG).
1. Modelo conceptual
Un modelo conceptual es una representación gráfica del sistema de flujo del agua subterránea que se realiza incorporando toda la información geológica e hidrogeológica disponible en un simple esquema del modelo a realizar (Anderson y Woessner, 1992). Define la litología dominante, espesores, continuidades y estructuras de los acuíferos y de las unidades confinantes de manera que se pueda identificar los límites, las características y el comportamiento del acuífero a estudiar. Con esta pre-visualización se logra identificar el sistema de flujo característico, el cual es esencial para entender el movimiento del agua a través del sistema hidrogeológico. En el caso de la masa Manzanares–Jarama el modelo conceptual adoptado es el desarrollado para el ATDM.
Podemos emplear ArcGIS en sus versiónes 9.3 y 10.0 para el tratamiento de la información espacial y el programa PMWIN 8 para realizar la modelización hidrogeológica de la zona de estudio. El acoplamiento de las dos herramientas es lo que concierne a uno de los objetivos de este proyecto para lo cual se ha propuesto la metodología descrita en la figura 1.
Figura 1. Metodología empleada para el tratamiento de la información a partir de la conexión entre el SIG y el ModFlow mediante un fichero tipo ASCII.
ArcGIS es el nombre de un conjunto de programas de software en el campo de los Sistemas de Información Geográfica, los cuales se agrupan en varias aplicaciones para la captura, edición, análisis, tratamiento, diseño, publicación e impresión de información geográfica. ArcGIS Desktop, la familia de aplicaciones SIG de escritorio, es una de las herramientas más utilizadas y en las cuales se incluyen
ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ArcScene, ArcReader, y ArcGlobe (Kennedy, 2009). Se han utilizado las cuatro primeras para la edición y visualización de las capas y la información en general, la gestión de archivos y bases de datos, la utilización de herramientas de geoprocesamiento y la visualización y acondicionamiento de los resultados.
ModFlow es un modulo tridimensional de diferencias finitas desarrollado y publicado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (United States Geological Services, USGS). El modulo cuenta con una serie de códigos usualmente llamados “paquetes”, “módulos” o algunas veces simples programas. Los paquetes se integran en ModFlow con técnicas particulares y exclusivas para resolver el sistema de ecuaciones o un componente específico del sistema hidrológico simulado, mientras que los módulos o programas no se integran en ModFlow pero se comunican con él mediante archivos de datos (Chiang, 2005). En este trabajo se ha utilizado el modulo PMPATH para la visualización de la trayectoria del agua infiltrada de acuerdo al modelo obtenido previamente.
Proccesing ModFlow fue desarrollado y publicado un año después del lanzamiento de ModFlow, el cual se convirtió en la interfaz gráfica del ModFlow durante los procesos de modelización (Aber et al. 2007) llevando en años posteriores a fusionarse en un mismo nombre: PMWIN, soportando los paquetes, módulos y programas contenidos en ModFlow bajo un entorno gráfico de fácil manejo y comprensión (Chiang, 2005). Dicho entorno consiste en una red en la cual a cada celda se le asigna un valor. La técnica de solución de diferencias finitas contempla, en el caso del ModFlow, que dichos valores se configuran en una red centrada en las mallas donde los nodos se ubican de forma esquemática en el centro de cada celda.
Con todo lo anterior, la metodología propuesta (figura 2) se basa en el manejo de la información espacial en ArcGIS bien sea en formato vectorial para su manipulación y posterior conversión a formato raster, o bien en formato raster para su reclasificación o procesamiento. En todos los procedimientos con raster se debe de tener en cuenta el tamaño de celda definido en PMWIN y sus características espaciales (georeferenciación) las cuales deben coincidir en ambos entornos.
Una vez creados los raster de trabajo, se genera mediante una herramienta de geoprocesamiento un fichero tipo ASCII que contiene la información original del raster. Este fichero será la conexión entre ArcGis y ModFlow ya que este ultimo al configurarse en una red similar al tipo raster, genera un fichero del mismo tipo aunque no similar al generado por ArcGis. Ambos ficheros aunque representan una matriz de datos cuya posición en la matriz es coincidente con el raster o la red original, presentan un encabezado distinto entre ambos tal.
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