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22/05/2009
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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.
ELEMENTOS CONCEPTUALES
•Hardware• Software•Datos•Personal •Métodos
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VECTORES RASTERTABLAS
ELEMENTOS CONCEPTUALES
VECTORIZACIÓN
DIGITALIZACIÓN
SCANNER
IMÁGENES DE SATÉLITE
AEROFOTOGRAFÍAS
TOPOGRAFÍA
RADAR
GPS
ELEMENTOS CONCEPTUALES
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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
ELEMENTOS CONCEPTUALES
METODOS???
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VISIÓN DESDE LO INFOMATICO
Tema
Objeto No Geográfico
Fenómeno Geográfico
Campo Geográfico Objeto Geográfico
Región Geográfica
Descripción
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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
EL PROYECTO GEOINFORMATICO
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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
EL PROYECTO GEOINFORMATICO
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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
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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)
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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.
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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
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• 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
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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
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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
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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.
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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.
GEOINFORMATICA & HIDROGEOLOGIA
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GEOINFORMATICA & HIDROGEOLOGIA
Las relaciones espaciales estructuradas como GDBS
http://www.crwr.utexas.edu
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Accesibilidad a los datos y resultados
GEOINFORMATICA & HIDROGEOLOGIA
Integración a los modelos hidrológicos
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Estructuras de datos adecuadas
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El Modelo Geométrico
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ESCUELA AMBIENTALIngeniería Sanitaria 40 años
Pre-Análisis del Sistema
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ESCUELA AMBIENTALIngeniería Sanitaria 40 años
El Modelo Geométrico
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Y los parámetros
GEOINFORMATICA & HIDROGEOLOGIA
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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
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MUCHAS GRACIAS