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ESCUELA AMBIENTALIngeniería Sanitaria 40 años

LA GEOINFORMATICA COMO HERRAMIENTA DE APOYO EN LA EXPLORACION

HIDROGEOLOGICA

Teresita Betancur V.

John Fernando Escobar M.

Mayo de 2009

Taller sobre Gestión de las Aguas Subterráneas

Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo

Territorial

Dado que los seres humanos reconocemos “los fenómenos del mundo real en términos

globales”, el reto es encontrar la forma de describir estos fenómenos en términos de sus atributos de tal forma que se obtenga

una representación intuitiva pero realista de los procesos, naturales o inducidos,

apoyándose en las herramientas conceptuales y tecnológicas que nos brinda

la época actual.

CONTEXTO

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LA GEOINFORMATICA

Conjunto de herramientas conceptuales y

metodológicas para el estudio de la

información espacial.

Se sustenta en la fusión e integración de

conocimientos provenientes de diferentes

disciplinas científicas.

ELEMENTOS CONCEPTUALES

LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

Herramientas para la colección, análisis, manejo y

presentación de datos e información espacialmente

referenciada

Permite que los datos requeridos para el conocimiento

del territorio o una discretización de este, puedan ser

recolectados e interpretados por especialistas de un

amplio rango de disciplinas.


•Hardware• Software•Datos•Personal •Métodos

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No se puede mostrar la imagen. Puede que su equipo no tenga suficiente memoria para abrir la imagen o que ésta esté dañada. Reinicie el equipo y, a continuación, abra el archivo de nuevo. Si sigue apareciendo la x roja, puede que tenga que borrar la imagen e insertarla de nuevo.

VECTORES RASTERTABLAS


VECTORIZACIÓN

DIGITALIZACIÓN

SCANNER

IMÁGENES DE SATÉLITE

AEROFOTOGRAFÍAS

TOPOGRAFÍA

RADAR

GPS


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ADMIN. POLITICA

División Política

MunicipiosDepartamentos

Veredas

Cabeceras Urb.

CONTENIDO

GEOGRAFICA HUMANA

Población Enfermedades

Densidad

Distribución

Nacimientos y muertes

Inmigración & Emigración

Ríos Acuíferos

Minerales

Humedales

Bosques

Mares

RECURSOS NATURALES

Hidrografía

Lluvias

Geología

Suelos

AMBIENTE NATURAL

Poblaciones

Especies Habitats

FLORA Y FAUNA

Diversidad

Electricidad

Oleoductos Caminos

INFRAESTRUCTURA

Industria

Agricultura Minería

ECONOMIACuál será el impacto de un proyecto X?

Donde están los suelos aptos para la siembra de cacao?

Cuales son los municipios con

mayor mortandad por

enfermedad respiratorias

aguda?

Cuantas hectáreas se han perdido de bosque tropical?

El personal es el encargado de ensamblar los datos y los métodos en diferentes situaciones bajo análisis


METODOS???

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VISIÓN DESDE LO INFOMATICO

Tema

Objeto No Geográfico

Fenómeno Geográfico

Campo Geográfico Objeto Geográfico

Región Geográfica

Descripción

1

Nombre

*

1

*

*

*

TIN Raster/Grid

Línea PolígonoPunto

Representación Campo GeográficoRepresentación Objeto Geográfico

*

Por medio dePor medio de

1

*

Imágenes

Redes Geométricas

EL PROYECTO GEOINFORMATICO

VISIÓN DESDE LO TÉCNICO

DEFINICION

DOMINIO

GEOGRAFICO

FUENTES DE

INFORMACION

Municipio

Vereda

Cuenca

:

fuentes de

información

seleccionadas

SQL - CLIP

VARIABLES1. Boolenas – (Si/No) (1/0)2. Clasificadas – Hipsometria3. Estocásticas – f(p)4. Modeladas/simuladas - Modelos

Construcción

SIG

ModeloVectorial (GDB) – Teoria de ConjuntosMatricial – Algebra de MapasLógica Difusa – Espacios de Decisión


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IDENTIFICA Y RECOLECTA

INFORMACION DE ELEMENTOS Y

VARIABLES

RECOLECCION -ORGANIZACIÓN

UBICA ESPACIALMENTE LOS COMPONENTES

IDENTIFICA RELACIONES Y ESTRUCTURAS

ESPACIALES

MODELA ELEMENTOS Y

VARIABLES

MODELA PROCESOS

SIMULA COMPORTAMIENTOS Y TENDENCIAS

CONSTRUYE ESCENARIOS POSIBLES Y DESEADOS

PLATAFORMA DE APOYO A LA PLANEACION Y TOMA DE

DECISIONES

CONSTRUYE RELACIONES

ESPACIALES Y FUNCIONALES

ANALISIS -MODELAMIENTO

IDENTIFICA Y CONSTRUYE REGLAS DE DECISIÓN

SIMULACION -PROSPECTIVA



Los estudios sobre aguas subterráneas utilizantécnicas básicas de exploración hidrogeológica,sin acople de los modelos locales, por lo que elesquema conceptual que se define sobre ellostiene fundamentalmente un carácter de hipótesis.

Es necesario aplicar técnicas auxiliares en losproyectos de investigación hidrogeológica, con elobjetivo de validar los modelos conceptualeshipotéticos y simular escenarios tendenciales,deseables y esperados con respecto al uso yexplotación de los acuíferos

GEOINFORMATICA & HIDROGEOLOGIA

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Modelo conceptualModelo conceptual

Representación pictórica del sistema (bloque y secciones transversales),

comprende también los parámetros hidráulicos de cada unidad, las

superficies freáticas y piezométricas y la identificación de zonas y

procesos de recarga y evaluación de reservas. - Andersson y Woessner

(1991)

SORPRESA - Bredehoeft (2005)

Varios modelos conceptuales - Carrerea et al. (2005)



Medidas de Cabezas y Flujos

Datos Climáticos

FronterasCuencas

DatosZonales

PropiedadesAguas

Superficiales

Datos NoEspaciales

CartografíaDigital

Modelo de Balance

Reconocimiento de Patrones

Patrones de Recarga (R)

Acondicionamiento DEM y

Red Hídrica

Pozos y Datos

Transientes

Conversión de líneas a celdas

de drenajes

Digitalización e Interpolación

Ensamblaje yGeneralización

Condiciones de Frontera

K/T/S

Modelo en estructura GRID

Modelo de Acuíferos en MODFLOW

Calibración

Optimización de los parámetros K/T/S

Modelo OptimizadoAnálisis de sensibilidad

de los parámetros

Operaciones en

plataforma SIG

SI

NOCalibración con “Targets”Cabezas y Flujos

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ELEMENTOS CONCEPTUALESELEMENTOS CONCEPTUALESELEMENTOS CONCEPTUALESELEMENTOS CONCEPTUALES

DEFINICIÓN DEL PROBLEMARevisión de literatura - Recolección de Datos - Análisis preliminares

MODELO CONCEPTUALPre-Procesamiento datos – Definicion Condiciones de frontera –

Determinacion Hidrogeología -Complementación de Datos

MODELO MATEMATICOEcuaciones diferenciales - Métodos analíticos - Métodos numéricos

CALIBRACIONConfrontación registros - Análisis de sensibilidad >>> Recolección de Datos

EVALUACION DEL PROBLEMA USANDO EL MODELO

APLICACIÓN DE RESULTADOS

RE-EVALUACIÓN DEL PROBLEMA Y OBJETIVOS A LA LUZ DE LOS RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN

FINALIZACION DEL PROYECTO

Fuente:Fuente:Fuente:Fuente: Reilly & Harbaugh, U.S. Department of the Interior - U.S. Geological Survey

ELEMENTOS CONCEPTUALESELEMENTOS CONCEPTUALESELEMENTOS CONCEPTUALESELEMENTOS CONCEPTUALES

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

MODELO SIG(HIDROGEOLOGIA)

MODELO MATEMATICODirecto – Inverso/Diferencias o Elementos finitos

CALIBRACION

EVALUACION DEL PROBLEMA USANDO EL MODELO

APLICACIÓN DE RESULTADOS

RE-EVALUACIÓN DEL PROBLEMA Y OBJETIVOS A LA LUZ DE LOS

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN

FINALIZACION DEL PROYECTO

Fuente:Fuente:Fuente:Fuente: Reilly & Harbaugh, U.S. Department of the Interior - U.S. Geological Survey

PRUEBAS Y VALIDACIONES

INFORMACION SECUNDARIA

CONCEPTOS DE EXPERTOS

MODELO CONCEPTUAL PRELIMINAR

SOMETE A PRUEBA EL MODELO

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1. Existe un estado del conocimiento que permite la

utilización habitual de los SIG en la manipulación de

los datos de entrada al modelo de flujo de aguas

subterráneas y en la interpretación y visualización

de las salidas.


Modelo geométrico Acuífero costero de Alabama (Liu J et al, 2008)

• La estimación espacial de parámetros hidráulicos en la

caracterización del impacto de la irrigación con efluentes de

industrias de pulpa de papel (Khan et al, 2007)


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2. Bases de Datos Espaciales nacionales o regionales

disponibles para alimentar modelos de aguas

subterráneas y superficiales


• El estudio de la

dinámica regional

del nivel

potenciométrico

del agua

subterránea

usando la Base de

Datos

Hidrogeológicos de

la Cuenca de

México (Carrera &

Gaskin, 2007).

3. Aplicaciones SIG orientadas a la construcción de

modelos espaciales de algunos parámetros

requeridos en la modelación de sistemas acuíferos


El análisis con SIG de las aguas subterráneas para la determinación de aéreas disponibles para urbanización (Oregón, 2005)

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4. Desarrollos orientados a optimizar el modelamiento

de acuíferos a través de los SIG integrados

SIG

Polígonos: Suelos, coberturas, conductividad,

capacidad de campo, recarga, etc

Líneas: canales/ríos, conductividad hidráulica

de canales y ríos

Puntos: Precipitación, elevaciones,evapotranspiración, etc

Simulación

MODFLOW

Con2GridMallas en ASCII para suelos, conductividad,

capacidad de campo, recarga, etc.

Predicción de Niveles

ASCII

Con2Grid DTM de Niveles de Agua


Aplicativo ArcInfo “Con2grid” -Acuífero Indogangetico en Uttar Pradesh,

India (Mane et al 2007)

• Geodatabases combinadas con el modelamiento tridimensional en la

obtención, validación y ajuste de modelos conceptuales de acuíferos a

escala regional en el proyecto de recarga artificial en Virttaankangas

(Finlandia), (Artimo et al, 2008)

RE

TR

OA

LIM

EN

TA

CIO

N


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• GIS Linked orientado a la WEB para la gestión del recurso hídrico

subterráneo en la planicie norte de China (Wang et al, 2007) .

ESTRUCTURA DEL MODELO

PROPIEDADES DE FLUJO DE LAS CAPAS

Zonificación y

mapificación de

parámetros (precipitación,

infiltración ,etc)

Datos puntuales de

fuentes y sumideros

(precipitación, EVP,

bombeos)

Atributos

Datos

espaciales

GeodataBase

Archivos de Pozos,

recarga, descarga, EVP,

etc

Transformación

de Datos

Archivos de

Fuentes y Sumideros

Mapas de distribución de

Cabezas y Abatimientos

Recarga por subregiones

Información

Recursos

hídricos

Visualización Archivos de

Salida

MAPAS

ATRIBUTOS

MODFLOW Modificaciones CALCULOS

CON MODFLOW

Resuelve Método

Y controla salidas

5. Sistemas de Gestion basado en la WEB


Sistema CHINO integrado para la evaluación de aguas subterráneas (WEB). Rights reserved to China Geology Survey.


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Que se requiere?Conocer bien la estructura de datos, estar

familiarizado con los datos de entrada y salida de

resultados, y poseer cierto nivel de conocimientos

en programación

Que tener en cuenta?La conveniencia del modelo, la discretización, la

representación del contexto geológico y las

condiciones de frontera, la representación de las

condiciones iníciales, y la exactitud de la matriz

solución.


COMO?

1. Determinación del Dominio (Tamaño de celda, discretización y zonas inactivas).

2. Procedimientos de transferencia de datos en

entradas y salidas

3. Modelamiento geométrico

4. Aplicación de modelos geoestadísticos

5. Coherencia con los modelos hidrológicos

7. Códigos para indicadores de parámetros

espacialmente explícitos

8. Métodos para la integración de datos

provenientes de fuentes de sensores remotos


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Hipótesis, acuífero Mar del Plata:

(1) Es unicapa con presencia de zonas de alta transmisividad debida a

los paleocanales, (2) Es bicapa con presencia de zonas de alta

transmisividad debida a los paleocanales y, (3) Esta compuesto por

intercalaciones complejas de capas con transmisividades diversas,

incluyendo los paleocanales, y puede ser modelado como unicapa con

propiedades promedias.



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Las relaciones espaciales estructuradas como GDBS

http://www.crwr.utexas.edu

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Accesibilidad a los datos y resultados


Integración a los modelos hidrológicos


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Estructuras de datos adecuadas



El Modelo Geométrico


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Pre-Análisis del Sistema



El Modelo Geométrico


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Y los parámetros



Y EL FUTURO

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A MODO DE CONCLUSION

Se requieren Sistemas de Soporte a las Decisiones Espaciales:

• Se orientan a la solución de los “problemas estructurados” que enfrentan los gestores de un recurso.

• Combinan el uso de los modelos y las técnicas analíticas con las funciones tradicionales de acceso, recuperación y producción de datos y resultados.

• Fáciles de utilizar de un modo interactivo por usuarios sin formación técnica profunda en todos los aspectos desarrollados

• Hacen énfasis en la flexibilidad y adaptabilidad para acomodarse a los cambios requeridos en la toma de decisiones

• Cuentan con los mecanismos que permiten la solución de problemas en forma interactiva y recurrente.

Mas pasos

� Modelo Hidrológico Conceptual para la

Cuenca del Río Man a partir de Técnicas

Hidrológicas, hidrogeoquímicas e isotópicas

� Estudio de las interacciones población y

expansión urbana en comunidades

dependientes del agua subterránea

� Interacción agua subterránea agua superficial

� ACUIFERO – RIO- HUMEDAL

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Divulgación de resultados

� Avances en Recursos Hidráulicos: 2 artículos.� Gestión y Ambiente: 5 artículos� Boletín de Ciencias de la Tierra: 1 artículo� II Congreso Colombiano de Hidrogeología: 12

ponencias.� III Congreso Colombiano de Hidrogeología: 13

ponencias.� DYNA: 1 artículo� IX Congreso Latinoamericano de Hidrología

Subterránea: 2 ponencias.� Revista facultad de Ingeniería: 1 articulo

Otro resultado….

� Consolidación de una línea de investigación:

� Concluidos: dos trabajos de maestría, dos monografías de Especialización, un trabajo de pregrado.

� Gaviria (2005), Mejía (2006), Rueda (2006), Palacio (2007), Quintero (2008)

� En ejecución: proyecto Wetlands, dos tesis doctorales, seis trabajos de maestría.

� Ude A- IAEA, Escobar, Palacio, Gómez, Montoya, Santa, Martinez, Correa, Gaviria

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Otro resultado….

� Relaciones de cooperación Internacional:� Convenio de cooperación entre la Universidad

Nacional de Mar del Plata y la Universidad de

Antioquia.

� Coordinadores: D. Martínez – T. Betancur.

En tramite convenio de cooperación U de A. IRD

de Francia


MUCHAS GRACIAS

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