Inverse Calibration of a Groundwater Flow Model for the Almádena-Odeáxere Aquifer System (Algarve – Portugal) João Martins...
Área de estudo Área = 63,5 km 2 Aquífero Cársico
Abundância de Formações Jurássicas Porosidade Dupla Almeida et al (2000)
Objectivos Redes de monitorização instaladas no âmbito do projecto “POCTI/AMB/57432/2004” Endereço: cvrm.ualg.pt Calibraçã...
<ul><li>- geometria do domínio de escoamento </li></ul><ul><li>quantificação de entradas e saídas (balanço hídrico) </li><...
<ul><li>Balanço Hídrico (Recarga) </li></ul>A capacidade de infiltração de cada classe litológica aflorante do aquífero fo...
Vieira & Monteiro (2003)   As  áreas naturais de descarga mais importantes  são a ribeira de Bensafrim e uma zona denomina...
Estimativas de uso de água para: Captações de abastecimento  público Captações para irrigação e abastecimento privado   <u...
Défice Hidríco ? Balanço Hídrico 40%<40,3% <60% Média
Análise da evolução histórica dos dados de piezometria Dados históricos existentes - recolhidos com sondas manuais
Seca 2004/2005 Baixa Transmissividade? Zona com fraca conecção ao resto do aquífero
Execução de mapas de isolinhas de potencial hidráulico Saídas inesperadas Elevado grau de independência entre a morfologia...
Formações mais impermeáveis
Execução de mapas de isolinhas de potencial hidráulico Saídas inesperadas Discrepância entre cotas e piezometria Hierarqui...
 
 
<ul><li>em que: </li></ul><ul><li>Kxx ,  Kyy, Kzz  condutividade hidráulica [ LT  -1 ]  </li></ul><ul><li>h  potencial hid...
M Entradas i Saídas o Parâmetros  p x  descreve a configuração do sistema Funcionamento de um modelo o = M (x,p,i)
M p 1 p 2 Simulação Saídas do modelo o 1   q 1 o 2   q 2 o 3   q 3 etc O modelo Saídas do modelo para as quais existem med...
M Entradas i Medições q Parâmetros  p x  descreve a configuração do sistema O problema inverso p, i = M -1  (x,q)
M Entradas i Medições q Parâmetros  p x  descreve a configuração do sistema O problema inverso p= M -1  (x,i,q)
p 1 p 2 Estimativas Iniciais de Parâmetros Parâmetros Optimos A cada iteração o valor da função objectivo aproxima-se do m...
Não são só as condições de calibração que podem condicionar os valores dos parâmetros Qualquer conjunto de parâmetros dent...
Modelo implementado Rede de elementos finitos Monteiro  et al.  (2005)
Modelo implementado Condições-fronteira Rede de elementos finitos Recarga Boca do Rio/Rib. de Vale Barão Rib. Bensafrim Zo...
 
Simulações (Transmissividade Homogénea) T homogénea em todo o domínio de escoamento Estimativas de recarga na ordem dos 16...
Simulações (Transmissividade Homogénea) Funcionamento de 6 captações Cenário de exploração Conhecimento acerca do impacto ...
Correlação baixa entre valores simulados e observados   Limitações das simulações homogéneas
Correlação baixa entre valores simulados e observados   Limitações das simulações homogéneas
Criação de zonas representativas do gradiente verificado
Introdução de pontos “fictícios” para que o modelo inverso pudesse convergir
Função objectivo,  Φ   Coef. de correlação, R 0,9  <   0,9967 Modelo calibrado 5,12 4,56 5,93 v5.2 v5.1 v5
 
Zonas com superfícies piezométricas mais suaves (Fluxo dá-se a uma velocidade superior) T (m 2 /dia) Meio poroso é um arti...
Os valores de K determinados à  escala regional  (simulação) são superiores aos determinados por  ensaios de bombagem  (es...
Existe variação da condutividade hidráulica com a escala Condutividade hidráulica (Kiraly, 1975)
Até à execução do presente trabalho, o contexto de aplicação do modelo de fluxo do aquífero de Almádena-Odeáxere foi o de ...
Conclusões Primeira estimativa de valores de transmissividade regional:  - Valores variam entre 86 m 2 /dia e 8158 m 2 /di...
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Calibração Inversa de um Modelo de Fluxo de Água Subterrânea para o Sistema Aquífero Almádena-Odeáxere (Algarve – Portugal)

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Calibração Inversa de um Modelo de Fluxo de Água Subterrânea para o Sistema Aquífero Almádena-Odeáxere (Algarve – Portugal)

  1. 1. Inverse Calibration of a Groundwater Flow Model for the Almádena-Odeáxere Aquifer System (Algarve – Portugal) João Martins Calibração Inversa de um Modelo de Fluxo de Água Subterrânea para o Sistema Aquífero Almádena-Odeáxere (Algarve – Portugal) UNIVERSIDADE DO ALGARVE - FCMA Mestrado em Engenharia do Ambiente Modelação Ambiental
  2. 2. Área de estudo Área = 63,5 km 2 Aquífero Cársico
  3. 3. Abundância de Formações Jurássicas Porosidade Dupla Almeida et al (2000)
  4. 4. Objectivos Redes de monitorização instaladas no âmbito do projecto “POCTI/AMB/57432/2004” Endereço: cvrm.ualg.pt Calibração e validação de um modelo em elementos finitos Melhorar a caracterização da distribuição espacial dos parâmetros hidráulicos que controlam o fluxo de água no sistema aquífero Articulação
  5. 5. <ul><li>- geometria do domínio de escoamento </li></ul><ul><li>quantificação de entradas e saídas (balanço hídrico) </li></ul><ul><li>definição de condições de fronteira (relações do modelo com a região circundante) </li></ul><ul><li>distribuição espacial e evolução temporal de variáveis de estado </li></ul><ul><li>parâmetros hidráulicos </li></ul>Modelos de parâmetros distribuídos A sua aplicação exige a recolha de informação aos níveis de:
  6. 6. <ul><li>Balanço Hídrico (Recarga) </li></ul>A capacidade de infiltração de cada classe litológica aflorante do aquífero foi definida de acordo com os trabalhos de REIS (1993) e ALMEIDA et al. (2000). Estes autores apontam uma capacidade de infiltração entre 40 % e 60 % do valor de precipitação para as formações jurássicas Estas taxas de infiltração foram aplicadas no modelo implementado, tendo em conta a distribuição espacial das litologias aflorantes, usufruindo da flexibilidade espacial do modelo. A fiabilidade das estimativas de recarga foi ainda aumentada, relativamente às estimativas pré-existentes devido à utilização de mapas de precipitação com resolução espacial muito superior aos disponíveis anteriormente (polígonos de Thiessen e isoietas). No caso deste sistema aquífero, a estimativa de escoamento anual médio é 16,6  10 6 m 3 /ano
  7. 7. Vieira & Monteiro (2003) As áreas naturais de descarga mais importantes são a ribeira de Bensafrim e uma zona denominada Boca do rio, situada no limite SW do aquífero. <ul><ul><li>Balanço Hídrico (Descarga) </li></ul></ul>
  8. 8. Estimativas de uso de água para: Captações de abastecimento público Captações para irrigação e abastecimento privado <ul><li>Balanço Hídrico (Evolução do uso da água) </li></ul>CM Lagos/Águas do Algarve, S.A. Câmara Municipal de Lagos Câmara Municipal de V. Bispo
  9. 9. Défice Hidríco ? Balanço Hídrico 40%<40,3% <60% Média
  10. 10. Análise da evolução histórica dos dados de piezometria Dados históricos existentes - recolhidos com sondas manuais
  11. 11. Seca 2004/2005 Baixa Transmissividade? Zona com fraca conecção ao resto do aquífero
  12. 12. Execução de mapas de isolinhas de potencial hidráulico Saídas inesperadas Elevado grau de independência entre a morfologia do terreno e a piezometria. Controlo regional do padrão de escoamento por condutas
  13. 13. Formações mais impermeáveis
  14. 14. Execução de mapas de isolinhas de potencial hidráulico Saídas inesperadas Discrepância entre cotas e piezometria Hierarquização de condutas Necessidade de obter dados para mais pontos, com intervalos de medição menos espaçados
  15. 17. <ul><li>em que: </li></ul><ul><li>Kxx , Kyy, Kzz condutividade hidráulica [ LT -1 ] </li></ul><ul><li>h potencial hidráulico [ L ], </li></ul><ul><li>Q é um fluxo volumétrico por unidade de volume [ L 3 T -1 L -3 ] (perdas e ganhos de fluido) </li></ul><ul><li>S s armazenamento específico [ L -1] (apenas para simulação das variações transitórias do volume armazenado) </li></ul>Densidade constante Meio poroso saturado Lei de Darcy (conservação do momento) Equação da continuidade (lei de conservação da massa do fluido) Eq. Dif. em Derivadas Parciais - Escoamento de água subterrânea Modelação do escoamento
  16. 18. M Entradas i Saídas o Parâmetros p x descreve a configuração do sistema Funcionamento de um modelo o = M (x,p,i)
  17. 19. M p 1 p 2 Simulação Saídas do modelo o 1 q 1 o 2 q 2 o 3 q 3 etc O modelo Saídas do modelo para as quais existem medições comparáveis no terreno: Medições de campo
  18. 20. M Entradas i Medições q Parâmetros p x descreve a configuração do sistema O problema inverso p, i = M -1 (x,q)
  19. 21. M Entradas i Medições q Parâmetros p x descreve a configuração do sistema O problema inverso p= M -1 (x,i,q)
  20. 22. p 1 p 2 Estimativas Iniciais de Parâmetros Parâmetros Optimos A cada iteração o valor da função objectivo aproxima-se do mínimo Valor dos parâmetros Função Objectivo Mínimo
  21. 23. Não são só as condições de calibração que podem condicionar os valores dos parâmetros Qualquer conjunto de parâmetros dentro da área a verde poderá calibrar o modelo. Na maioria dos casos, há condicionantes físicas e de conhecimento que impõem barreiras realistas aos parâmetros. Vecchia & Cooley (1987)
  22. 24. Modelo implementado Rede de elementos finitos Monteiro et al. (2005)
  23. 25. Modelo implementado Condições-fronteira Rede de elementos finitos Recarga Boca do Rio/Rib. de Vale Barão Rib. Bensafrim Zonas efluentes das ribeiras
  24. 27. Simulações (Transmissividade Homogénea) T homogénea em todo o domínio de escoamento Estimativas de recarga na ordem dos 16,6  10 6 m 3 /ano
  25. 28. Simulações (Transmissividade Homogénea) Funcionamento de 6 captações Cenário de exploração Conhecimento acerca do impacto das extracções
  26. 29. Correlação baixa entre valores simulados e observados Limitações das simulações homogéneas
  27. 30. Correlação baixa entre valores simulados e observados Limitações das simulações homogéneas
  28. 31. Criação de zonas representativas do gradiente verificado
  29. 32. Introdução de pontos “fictícios” para que o modelo inverso pudesse convergir
  30. 33. Função objectivo, Φ Coef. de correlação, R 0,9 < 0,9967 Modelo calibrado 5,12 4,56 5,93 v5.2 v5.1 v5
  31. 35. Zonas com superfícies piezométricas mais suaves (Fluxo dá-se a uma velocidade superior) T (m 2 /dia) Meio poroso é um artificialismo
  32. 36. Os valores de K determinados à escala regional (simulação) são superiores aos determinados por ensaios de bombagem (escala da captação). Condutividade hidráulica Assumindo que a espessura do aquífero (b) é de 1000 m e K=T/b
  33. 37. Existe variação da condutividade hidráulica com a escala Condutividade hidráulica (Kiraly, 1975)
  34. 38. Até à execução do presente trabalho, o contexto de aplicação do modelo de fluxo do aquífero de Almádena-Odeáxere foi o de avaliar a coerência entre os resultados obtidos por este, os modelos conceptuais existentes e dados de campo. Estimativas regionais de Parâmetros Hidráulicos Distinguir o comportamento hidráulico de diferentes unidades estatigráficas Conclusões Estimativas à escala da captação Parâmetros Homogéneos Determinar a distribuição espacial da transmissividade no aquífero usando a calibração inversa
  35. 39. Conclusões Primeira estimativa de valores de transmissividade regional: - Valores variam entre 86 m 2 /dia e 8158 m 2 /dia Melhoria da fiabilidade de simulações futuras da distribuição espacial e evolução temporal de variáveis de estado Desenvolvimento de cenários de funcionamento hidráulico do sistema aquífero mediante a pressuposição de diferentes regimes de exploração ou de alterações climatéricas
  36. 40. Obrigado

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