Calibración de los modelos distribuidos

La calibración de los modelos físicos distribuidos no es una tarea sencilla, debido al gran número de parámetros del modelo que intervienen. En principio estos modelos no deberían calibrarse ya que tienen la facultad de simular los procesos físicos y por ende de retroalimentarse de parámetros físicos, en principio medibles. Sin embargo, varios aspectos de discrepancias de escalas, temporales, de utilización de los modelos y de mensurabilidad del entorno físico, hacen que la calibración de este tipo de modelos sea necesaria (Vázquez, 2003) para compensar los errores inmersos en los datos de simulación, las condiciones de contorno poco conocidas, los efectos de heterogeneidad espacial, el asumir que las ecuaciones diferenciales que rigen el modelo son aplicables a la escala de utilización del mismo (Vázquez y col., 1999; Vázquez, 2003), etc.

Se debe tener en cuenta las siguientes observaciones al momento de la calibrar este tipo de modelos (Binley y col., 1991):

(i) Un conjunto de parámetros calibrados representa por lo general una combinación posible que, en conjunción con la estructura particular del modelo, y el esquema de solución utilizado, produce unos resultados similares a los datos observados.

Límite Inferior Límite Superior

-2,00 -0,10 5,00E-08 2,40E-07 1,00E-10 1,00E-05 Nivel de drenaje (m) Constante de tiempo (s-1) Parámetro

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(ii) No se debe esperar que este conjunto de valores de los parámetros de resultados satisfactorios cuando se utilice una estructura de modelo diferente, a pesar de que, el modelo utilice las mismas ecuaciones descriptivas y los parámetros del modelo puedan tener los mismos nombres.

Tabla 3.5: Intervalo de valores límite de los parámetros de los modelos agregados.

3.5.5.1. Calibración del nivel de drenaje, tiempo de retención y coeficiente de intercambio lecho-acuífero

La calibración de los modelos se realizó mediante el método por tanteos. Para lograr la calibración se simuló el modelo variando los valores de los parámetros seleccionados dentro de los intervalos factibles y se compararon los resultados con los valores observados de las estaciones del Gete para la cuenca del Gete y Kanne para la del Jeker.

El primer paso en el proceso de calibración fue hallar para cada parámetro un subintervalo de valores admisibles, más pequeño (con un rango más pequeño), en donde se encuentren los valores óptimos, para esto se simularon los modelos variando constantemente cada parámetro a calibrar desde el límite inferior al superior. Una vez encontrado este intervalo, se repite el proceso con variaciones más pequeñas hasta llegar a encontrar un rango en el que la variación sea tan pequeña que no afecte a los resultados.

Luego de haber encontrado los valores óptimos para cada parámetro se siguió un proceso de tanteos hasta encontrar la combinación más adecuada de cada valor óptimo con variación en los rangos de los otros parámetros a calibrar.

3.5.5.2. Calibración de la conductividad hidráulica horizontal y vertical

La conductividad horizontal y vertical tienen efecto en el caudal en función del contacto que tiene cada capa con el acuífero, de esta manera tiene mayor influyen mientras mayor sea su área de contacto, su espesor y el nivel con respecto al fondo, mayor será su influencia. Se identificó a las capas Landenian y Kwartair como las más influyentes en la cuenca del Gete. Mientras que en la cuenca del Jeker la capa más influyente es la Krijt, tanto en su zona fracturada como en la compactada. Se debe considerar que se debe hacer variaciones muy altas (de 10 o hasta 100 veces el valor anterior) en los valores de las conductividades para que se obtenga cambios apreciables en los valores de las descargas. Basándonos en

Unidad de medida

Bajo Alto

Contenido máximo de agua en el depósito superficial Umax [mm] 10 20

Contenido máximo de agua en el depósito de zona de

raíces Lmax [mm] 50 300

Coeficiente de escorrentía sobre el suelo CQOF [--] 0 1

Constante de tiempo para el flujo subsuperficial CKIF [hr] 500 1000

Constantes de tiempo para el tránsito de la escorrentía sobre el suelo (ambas constantes adoptan simultáneamente el mismo valor)

CK1, CK2 [hr] 3 48

Umbral en la zona de raíces para la escorrentía sobre

el suelo TOF [--] 0 0,99

Umbral en la zona de raíces para el flujo subsuperficial TIF [--] 0 1 Umbral en la zona de raíces para la recarga

subterránea TG [--] 0 0,99

Constante de tiempo para el tránsito de flujo

subterráneo CKBF [hr] 500 5000

Descripción Acrónimo

Límites del rango de variación

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los valores obtenidos de bibliografía y en los datos de la geología del suelo, se dividió cada una de las capas en varias secciones con conductividades horizontales y verticales similares.

3.5.5.3. Calibración del módulo subterráneo (cuenca del Gete)

La calibración del módulo subterráneo se realizó en base a los niveles piezométricos, mediante el método de los tanteos, comparando gráficamente las series de tiempo de los valores observados y simulados, tratando de obtener valores y tendencias similares para cada piezómetro. Los piezómetros seleccionados para el proceso de calibración se muestran en la Tabla 3.4 y en la Fig. 3.9i.

Para el proceso de calibración se tomó en cuenta la distribución de los piezómetros de dos maneras: (i) en función de la capa en la que se encuentra la camisa del piezómetro y (ii) en función de la ubicación geográfica del piezómetro dentro de la cuenca. Fue necesario crear zonas de transición para evitar efectos de cambios bruscos de los valores de conductividad horizontal, es decir evitar caídas bruscas de nivel al ir de una zona de conductividad baja a una de conductividad alta y efectos de subida brusca de nivel al ir de zonas de conductividad alta a bajas.

Una vez definidas áreas adecuadas de conductividad para cada capa, se modificaron por tanteos los valores de conductividad horizontal, vertical y los valores del coeficiente de almacenamiento específico hasta encontrar los valores óptimos. En función de este proceso se puede deducir que:

(i) a mayor valor de coeficiente de almacenamiento específico los picos se atenúan; (ii) a mayor valor de conductividad hidráulica horizontal, el nivel del piezómetro baja; y (iii) a mayor valor de conductividad hidráulica vertical, existe mayor curvatura en la gráfica

de los niveles piezométricos.

Estos tres factores son ven además afectados por la altura en la que se encuentra la camisa de cada piezómetro, observándose así que el efecto de estos factores fue menor en los piezómetros cuyas camisas estaban más hacia la superficie terrestre.

3.5.5.4. Calibración del módulo subterráneo (cuenca del Jeker)

A diferencia de la cuenca del Gete, en la del Jeker los valores del coeficiente de almacenamiento específico así como la conductividad hidráulica vertical tuvieron un efecto mínimo sobre los valores de los niveles piezométricos. La mayoría de los piezómetros se encuentran en la capa Cretaceous Chalk, en su parte fracturada y compactada, además estas dos capas son las más influyentes debido a la presencia de túneles subterráneos (formados por dilución de depósitos calcáreos existentes en la zona) que permiten que el agua tenga un movimiento similar al que tiene dentro de un canal. Por estas razones para el proceso de calibración se consideraron principalmente los valores de conductividad hidráulica de estas dos capas.

La conductividad horizontal de la capa Fractured Cretaceous Chalk tiene un efecto mínimo sobre los niveles piezométricos, requiriéndose variaciones muy altas para que se noten sus efectos sobre los niveles predichos. En contraste, la conductividad hidráulica horizontal de la capa Compacted Cretaceous Chalk tuvo gran influencia, por lo que se dividió la misma en distintas áreas de conductividad en función del relieve del nivel inferior de la capa, favoreciéndose una relación inversa entre estas áreas y el relieve (a mayor nivel inferior,

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menor conductividad). En la zona con presencia de galerías (canales) la conductividad es sumamente alta en relación al resto de la capas.

En función de lo expuesto, el proceso de calibración se llevó a cabo buscando los límites adecuados para cada área y sus respectivos valores de conductividad horizontal, creando una transición adecuada que evite cambios bruscos en los valores de las propiedades hidrogeológicas de las capas que conforman el módulo hidrogeológico del modelo de la cuenca del Jeker.