Laboratorio 1 Hidrología e Hidráulica

8/6/2019 Laboratorio 1 Hidrologa e Hidrulica

1/27

Laboratorio Hidrologa e Hidrulica:

Modificacin de menos un 50% en el parmetro de

almacenamiento del modelo mod2

Alumno: Juan Jos Cubillos Garcs

Profesor: lvaro San Martn

Santiago, 30 de Noviembre de 2010


2/27

2

ndice

1.- Introduccin ........................................................................................... 4

1.1.- Antecedentes .................................................................................................................. 4

1.2.- Objetivos ......................................................................................................................... 4

2.- Metodologa ............................................................................................ 5

3.- Desarrollo y Resultados ....................................................................... 6

3.1.- Modelo inicial: ................................................................................................................. 6

3.1.1.- Configuracin del Modelo: ........................................................................................ 6

3.1.2.- Resultados................................................................................................................ 6

3.1.3.- Pozos Peor calibrados .............................................................................................. 9

3.2.- Modelo Modificado ........................................................................................................ 13

3.2.1.- Configuracin del Modelo ....................................................................................... 13

3.2.2.- Resultados.............................................................................................................. 14

3.2.2. a.- Modelo completo ............................................................................................. 14

3.2.2. b.- Pozos que estaban peor calibrados ................................................................ 17

4.- Anlisis ................................................................................................. 20

4.1.- Anlisis de datos del modelo completo.......................................................................... 20

4.1.1.- Modelo Inicial .......................................................................................................... 20

4.1.2.- Modelo Modificado .................................................................................................. 20

4.1.3.- Comparacin entre modelo Inicial y Modificado ...................................................... 21


3/27

3

4.2.- Anlisis de datos en la zona de los pozos peor calibrados ............................................ 21

4.2.1.- Comparacin del error entre el modelo inicial completo y sus pozos peor calibrados

.......................................................................................................................................... 22

4.2.2.- Comparacin del error entre el Modelo Modificado completo y sus pozos peor

calibrados .......................................................................................................................... 22

4.2.3.- Comparacin de los pozos peor calibrados entre Modelo Inicial y Modificado ........ 23

5.- Conclusiones ....................................................................................... 25

6.- Referencias........................................................................................... 27


4/27

4

1.- Introduccin

1.1.- Antecedentes

Se trabaja con un modelo hidrogeolgico correspondiente al valle de Copiap,

especficamente entre Copiap, Piedra Colgada y Angostura. La serie de datos con laque se trabajar corresponde a catorce aos y un semestre de registros.

1.2.- Objetivos

Objetivo General:

Evaluacin del comportamiento de un modelo hidrogeolgico antes y despus de

modificar el parmetro de almacenamiento, en menos un 50% en la zona donde el

modelo se ajuste peor a las observaciones.

Objetivos especficos:

y Manejo del Software Visual MODFLOW

y Desarrollo de capacidades analticas para ajuste de un modelo hidrolgico.

y Evaluacin del comportamiento de un modelo hidrogeolgico al variar sus

parmetros.y Identificacin de zonas donde el modelo no es significativo.


5/27

5

2.- Metodologa

1.- ModeloInicialCargar Modelo en

MODFLOW

Observar Resultados:

Reconocer zona en la cual lospozos estn peor calibrados.

Anlisis de datos del modelocompleto.

Anlsis de datos de la zona dondelos pozos se encuentran peorcalibrados.

2.- ModeloModificadoCargar Modelo en

MODFLOW

Variar almacenamiento(Storage) en un delta de -50%, en la zona donde los

pozoz estn peor calibrados.

Resultados: Anlisis de datos del modelo

completo.

Anlsis de datos de la zona dondelos pozos se encuentran peorcalibrados.

3.- Anlisisde Datos

Anlisis de datos del modelocompleto.

Anlsis de datos en la zonade los pozos peor

calibrados.

Contraste de Resultados.


6/27

6

3.- Desarrollo y Resultados

3.1.- Modelo inicial:

Se desarrolla el modelo proporcionado, con el fin de estudiar su comportamiento.

3.1.1.- Configuracin del Modelo:

En el Software MODFLOW se carga el archivo mod2.vmf, que corresponde al modelo

entregado para el estudio.

Al arrancar el modelo (RUN) se define con rgimen variable (Transient Flow) y el nivel

inicial de agua utilizado para el modelo se carga con el archivo de extensin *.hds,

presente en la carpeta del mod2.

Una vez que el modelo ha sido configurado, el balance por zona es el presente en el

grfico 1.

Grfico 1: Resultados al correr el modelo

3.1.2.- Resultados

En la opcin OUTPUT del men principal, se puede observar los valores obtenidos al

arrancar el modelo, para realizar esto se realiza el anlisis de los Grficos de Series

de Tiempo, donde se seleccin aquellos que presentan los niveles de agua calculadosy observados.

En el grfico 2 se observan los niveles observados y calculados de los todos datos vs

el tiempo en que stos se desarrollan.


7/27

7

Grfico 2: Niveles (Observados y Calculados) vs Tiempo

El grfico 3 presenta los valores calculados vs los observados de los datos de todos los

tiempos.

Grfico 3: Niveles Calculados vs Observados


8/27

8

Los resultados estadsticos entre los pozos observados y calculados (grfico 3), se

observan a continuacin:

La distribucin de los errores (residuos) se presenta en el grfico 4, observando que los

valores calculados superan a los observados, concentrando la mayor frecuencia de

datos en la cercana al centro de la distribucin normal.

Grfico 4: Distribucin Residual

En el grfico 5 se observa la distribucin de la raz del error medio cuadrtico

normalizado (RMS Normalizado) a lo largo del tiempo de muestra.


9/27

9

Grfico 5: RMS Normalizado vs Tiempo

3.1.3.- Pozos Peor calibrados

En el grfico 2 se observan los pozos peor calibrados, es decir, los que poseen una

gran distancia entre los valores calculados y los observados. De ste se logr

reconocer los siguientes:

Pozos peor calibrados

B8 LA CHIMBA

D4 HACIENDA BODEGA

B23 VALLE DORADO

D8

AEROPUERTOC8 HACIENDA TOLEDO

C10 HACIENDA CHAMONATE

C18 CHAMONATE

C1 SAN FRANCISCO


10/27

10

En el grfico 6 se observan los niveles observados y calculados de los pozos que se

encuentran peor calibrados vs el tiempo en que stos se desarrollan.


El grfico 7 presenta los valores calculados vs los observados de los datos de todos los

tiempos.



11/27

11



La distribucin de los errores (residuos) se presenta en el grfico 8, observando que los

valores calculados superan a los observados, concentrando la mayor frecuencia de

datos en el extremo derecho de la distribucin normal.





12/27

12



13/27

13

3.2.- Modelo Modificado

3.2.1.- Configuracin del Modelo

Se realiza el procedimiento anlogo al anterior, pero en ste caso se realiza unavariacin de menos un 50% el almacenamiento (Storage). La modificacin del modelo

se realiza en el rea identificada para los pozos que presentan una peor calibracin.

La figura 1 indica la modificacin del modelo, en la figura 2 se muestran la modificacin

de parmetros y sus respectivas indicaciones

Figura 1: Modificacin del modelo

Figura 2: Variacin del almacenamiento


14/27

14

Los resultados del balance por zona al correr el modelo se presentan en el grfico 10.

Grfico 10: Resultados al correr el modelo

3.2.2.- Resultados

3.2.2. a.- Modelo completo

Anlogo al caso anterior realizar se realiza el anlisis de los Grficos de Series deTiempo, donde se seleccin aquellos que presentan los niveles de agua calculados y

observados.

En el grfico 11 se observan los niveles observados y calculados de los todos datos vs

el tiempo en que stos se desarrollan.


15/27

15


El grfico 12 presenta los valores calculados vs los observados de los datos de todos

los tiempos.



16/27

16



La distribucin de los errores (residuos) se presenta en el grfico 13, observando quelos valores calculados superan a los observados, concentrando la mayor frecuencia de




17/27

17




3.2.2. b.- Pozos que estaban peor calibrados

En el grfico 14 se observan los niveles observados y calculados de los pozos que se

encuentran peor calibrados vs el tiempo en que stos se desarrollan.



18/27

18

El grfico 15 presenta los valores calculados vs los observados de los datos de todos

los tiempos.




La distribucin de los errores (residuos) se presenta en el grfico 16, observando que

los valores calculados superan a los observados, concentrando la mayor frecuencia de



19/27

19






20/27

20

4.- Anlisis

4.1.- Anlisis de datos del modelo completo

Al referirse al anlisis del Modelo completo, se habla de la totalidad de las

observaciones.

4.1.1.- Modelo Inicial

En primer lugar al evaluar el modelo completo, del grfico 2 (Niveles observados y

calculados vs Tiempo), se desprende que una gran cantidad de los datos observados

superan a los datos observados o ingresados al modelo. ste evento se observa de

mejor manera al visualizar el grfico 3 (Niveles calculados vs Observados), en donde la

lnea de tendencia entre los dos no se comporta de forma lineal para un gran nmero

de datos ubicados en los niveles ms altos de observacin.

Al prestar atencin los valores de los errores mencionados anteriormente, se puede

identificar que la raz del error cuadrado medio (RMS) corresponde a 109.942 m de

error en el nivel calculado de los pozos vs el observado, teniendo una distribucin de

errores centrada en el centro y a la derecha de la distribucin normal, lo cual quiere

decir que los niveles de la modelacin superan a los datos observados. Lo cual quiere

decir que se ha valorado mal algn valor de propiedad del modelo (almacenamiento,

conductividad).

La distribucin del RMS normalizado se mantiene prcticamente constante en el

tiempo, a excepcin del inicio del periodo, teniendo un promedio de 47,351%.

4.1.2.- Modelo Modificado

Al variar el almacenamiento en menos un 50%m, para la zona en la cual se ha

identificado a los pozos peor calibrados, se observa notablemente un aumento del

error, en el cual los valores calculados crecen alejndose an ms de los observados.

La raz del error medio cuadrtico (RMS) ha aumentado a 139.869 m de error de nivel.

Esto indica que para disminuir los valores de los niveles del modelo se tendra que

haber aumentado el almacenamiento de ste.


21/27

21

4.1.3.- Comparacin entre modelo Inicial y Modificado

Las variaciones de ambos modelos se identifican en la siguiente tabla:

Modelo

Inicial

Modelo

Modificado

Tasa de

variacin (%)

Tasa de

variacinAbsoluta

Mximo Residual (m) 327.201 474.362 44.976 147.161

Min Residual (m) 0.000 0.000 0.000 0.000

RMS (m) 109.942 139.869 27.221 29.927

RMS Normalizado (%) 47.351 60.240 27.220 12.889

Coeficiente de

Correlacin 0.921 0.898 -2.497 -0.023

Al disminuir el almacenamiento del modelo en un 50% se tienen que:

y El mximo residual (mximo error presentado) ha aumentado en un 44.976%,

siendo esto un aumento de 147.161 m del nivel observado para ste dato.

y El mnimo residual se ha mantenido nulo.

y La raz del error medio cuadrtico (RMS) ha aumentado en un 27.221%,

correspondiendo esto a 29.927 m.

y El RMS Normalizado ha experimentado un incremento de 27.220%, o sea una

aumento de un 12.889.

y El modelo se ha vuelto menos significativo, dado que el coeficiente de

correlacin disminuyo un 2.497% (-0.023).

4.2.- Anlisis de datos en la zona de los pozos peor calibrados

Al referirse a los pozos peor calibrados, dcese de son aquellos reconocidos en el

desarrollo que posean la peor calibracin.


22/27

22

4.2.1.- Comparacin del error entre el modelo inicial completo y sus pozos peor

calibrados

Las variaciones halladas al contrastar el modelo inicial completo (con la totalidad de

sus pozos) y sus pozos peor calibrados (solamente considera los datos

correspondientes a los 8 pozos), se refleja en la siguiente tabla:

Modelo

Inicial

Modelo Inicial:

Pozos Peor

Calibrados

Tasa de

variacin

(%)

Tasa de

variacin

Absoluta

RMS (m) 109.942 193.987 76.445 84.045

Coeficiente de

Correlacin 0.921 0.831 -9.772 -0.090

De lo anterior se desprende:

y El RMS de los Pozos peor calibrados es un 76.445% superior a los del modelo

completo, correspondiendo esto a 84.045 m.

y Los pozos peor calibrados poseen un coeficiente de correlacin 9.772% menor

que el del modelo completo.

De lo recin mencionado, se puede decir que los pozos peor calibrados poseen un

error de prcticamente el doble que el modelo completo, evidenciando que los ocho

pozos identificados como los peor calibrados son la causa de la baja significancia

lograda por el modelo.

4.2.2.- Comparacin del error entre el Modelo Modificado completo y sus pozos

peor calibrados

Las variaciones halladas al contrastar el modelo modificado completo (con la totalidad

de sus pozos) y sus pozos peor calibrados (solamente considera los datos

correspondientes a los 8 pozos), se refleja en la siguiente tabla:


23/27

23

Modelo

Modificado

Modelo Modificado:

Pozos Peor

Calibrados

Tasa de

variacin (%)

Tasa de

variacin

Absoluta

RMS (m) 139.869 246.82 76.465 106.951

Coeficiente de

Correlacin 0.898 0.794 -11.581 -0.104

De lo anterior se desprende:

y El RMS de los Pozos peor calibrados es un 76.465% superior a los del modelo

completo, correspondiendo esto a 106.951 m.

y Los pozos peor calibrados poseen un coeficiente de correlacin 11.581% menor

que el del modelo completo.

Anlogo al apartado 4.2.1, se puede decir que los pozos peor calibrados poseen un

error de prcticamente el doble que el modelo completo, evidenciando que los ocho

pozos identificados como los peor calibrados son la causa de la baja significancia

lograda por el modelo.

4.2.3.- Comparacin de los pozos peor calibrados entre Modelo Inicial y

Modificado

Las variaciones de ambos modelos se identifican en la siguiente tabla:

Modelo Inicial:

Pozos Peor

Calibrados

Modelo Modificado:

Pozos Peor

Calibrados

Tasa de

variacin

(%)

Tasa de

variacin

Absoluta

Mximo Residual (m) 327.201 474.362 44.976 147.161

Min Residual (m) -0.908 45.403 - 46.311

RMS (m) 193.987 246.82 27.235 52.833

RMS Normalizado (%) 309.145 393.341 27.235 84.196

Coeficiente de

Correlacin 0.831 0.794 -4.452 -0.037


24/27

24

Al disminuir el almacenamiento del modelo en un 50% se tienen que:

y El mximo residual (mximo error presentado) ha aumentado en un 44.976%,

siendo esto un aumento de 147.161 m del nivel observado para ste dato.

y El mnimo residual se ha aumentado en 46.311 m.

y La raz del error medio cuadrtico (RMS) ha aumentado en un 27.235%,

correspondiendo esto a 52.833 m.

y El RMS Normalizado ha experimentado un incremento de 27.235%, o sea una

aumento de un 84.196.

y El modelo se ha vuelto menos significativo, dado que el coeficiente de

correlacin disminuyo un 4.452% (-0.037).


25/27

25

5.- Conclusiones

Respecto a generalidades en la Modelacin:

La modelacin entregada por el programa Visual MODFLOW, depende

fundamentalmente de los valores entregados al programa, respecto a valoresobservados, propiedades asignadas a la cuenca. As tambin un tpico de suma

importancia en la modelacin hidrolgica, es el ajuste del modelo en cuanto la

significancia que ste tendr.

Para lograr una modelacin ptima se debe revisar el conjunto de los datos

estadsticos y sus caractersticas, es decir, verificar la totalidad de los parmetros. Esto

es con el fin de lograr que el modelo se ajuste de la forma ms integra a los datos de

muestra que se consideren en el estudio.

Respecto al Modelo desarrollado:

Al ejecutar el modelo entregado se observ, al revisar las series de tiempos entregadas

por el programa que exista un alto grado de error entre los datos modelados y los

observados correspondientes a un RMS de 109.942 m, con un ndice de correlacin de

0.921 entre los datos calculados y los observados. Mediante la observacin del grfico

de Niveles observados y calculados vs Tiempo, se identific los8

pozos que poseanmayor nivel de error. Respecto a lo recin mencionado se puede apreciar que los datos

calculados eran mayores a lo observados.

La modificacin de menos un 50% del almacenamiento, dio lugar a aumentar el error

de los pozos. El RMS aumento en un 27.221% respecto al modelo inicial, esto es un

error 29.927 m, y su ndice de correlacin disminuy un 2.497 bajando

considerablemente la significancia del modelo.

La solucin correcta para disminuir el error, y por ende, aumentar la significancia del

modelo, hubiese sido aumenta el almacenamiento de la zona que posea los pozos

peores calibrados. Dado que los valores del modelo eran mayores a los valores de

niveles de las observaciones, se tendra que haber aumentado el almacenamiento de la


26/27

26

zona, para que de sta forma retuviera mayor cantidad de agua y los valores

calculados disminuyeran acercndose a los observados.

Respecto a la superficie de la zona modificada, dado que necesita una mayor

capacidad de almacenamiento para ajustarse a los datos observados, el tamao delgrano debe ser de un tamao pequeo.


27/27

6.- Referencias

Snchez, F. J. (2007).- Introduccin a Visual MODFLOW. Universidad de Salamanca,19 pp. (En: http://web.usal.es/javisan/hidro)

San Martn, A. (2010).- Curso Hidrologa e Hidrulica. Universidad de Santiago deChile.

Laboratorio 1 Hidrología e Hidráulica

Documents

Transcript of Laboratorio 1 Hidrología e Hidráulica