Upscaling and Inverse Modeling of Groundwater Flow and Mass ...

Resum
La necessitat de reduir el cost computacional dels models estocàstics de flux
d’aigua subterrània i de transport de massa requereixen una tècnica d’escalat
eficaç que puga transferir l’heterogeneïtat d’una escala fina a una altra gruixuda,
mentre que al mateix temps es preserve el comportament quant a flux
i transport. A més, a causa de l’escassetat de dades, comunament s’utilitza
la modelització inversa per a calibrar els paràmetres per al condicionament
dels models tant a mesures directes com a mesures indirectes, sempre amb
l’objectiu de reduir la incertesa de les prediccions de flux i transport. En
aquest treball, s’ha desenvolupat una tècnica d’escalat que s’ha aplicat a un
exemple sintètic i a un cas real, després, s’ha acoblat l’escalat amb el filtre de
Kalman de conjunts (EnKF, un mètode de modelització inversa) per a resoldre
un problema invers en un aqüífer del que es disposa de dades a una escala
molt xicoteta i, finalment, l’EnKF i la seua variant l’EnKF amb transformació
gaussiana, s’usa per a l’anàlisi de mitjans multigaussians i no multigaussians.
El treball desenvolupat en aquesta tesi pot agrupar-se en tres blocs.
En el primer bloc, s’han revisat les tècniques d’escalat que utilitzen una
mitjana simple, el mètode laplacià simple, el laplacià amb pell i l’escalat amb
discretització no uniform i s’han avaluat en un exercici tridimensional d’escalat
de la conductivitat hidràulica. El camp de referència és una realització condicional
a escala fina de la conductivitat hidràulica en l’experiment de macrodispersió
realitzat en la base de la força aèria nord-americana a Columbus, Missouri
(MADE en el seu acrònim anglès). Aquesta realització s’ha generat
mitjançant un variogram amb efecte forat on s’havia demostrat que el flux
i el transport, a l’escala fina, pot reproduir el comportament no fickià de la
difusió del plomall contaminant de triti. L’objectiu d’aquesta secció és doble,
primer comparar l’efectivitat de diferents tècniques d’escalat per a produir
models capaços de reproduir el comportament observat del moviment del plomall
de triti, i segon, per a demostrar i analitzar les condicions sota les quals
l’escalat pot proporcionar un model a una escala gruixuda en el qual el flux i
el transport puguen predir-se amb l’equació d’advecció-dispersió en condicions
aparentment no fickianes. En concret, l’ús de la tècnica d’escalat basada en
el laplacià amb pell juntament amb una discretització no uniforme produeix
els millors resultats tant en termes de flux com de transport en aquest cas
xiii