Hoe zit dat met de grondwateraanvulling. Paul van Walsum & Ab Veldhuizen

Transcriptie

1 imodflow-metaswap koppeling Hoe zit dat met de grondwateraanvulling Paul van Walsum & Ab Veldhuizen

2 Inleiding Dubbele kenniskloof tussen grondwatermodelleurs en MetaSWAP Richards kennen ze vaak wel, maar MetaSWAP niet Integrale koppeling past niet binnen hun referentiekader (vaste bergingscoëfficiënt) 2

3 Inleiding Dubbele kenniskloof tussen grondwatermodelleurs en MetaSWAP Richards kennen ze vaak wel, maar MetaSWAP niet Integrale koppeling past niet binnen hun referentiekader (vaste bergingscoëfficiënt) Gepubliceerd in peer-reviewed internationale vakbladen (Vadose Zone Journal, koppeling in Journal of Hydrology) Maar de modelgebruiker gelooft het (terecht) pas als die het zelf begrijpt en kan controleren, met name de koppeling 3

4 Inleiding Dubbele kenniskloof tussen grondwatermodelleurs en MetaSWAP Richards kennen ze vaak wel, maar MetaSWAP niet Integrale koppeling past niet binnen hun referentiekader (vaste bergingscoëfficiënt) Gepubliceerd in peer-reviewed internationale vakbladen (Vadose Zone Journal, koppeling in Journal of Hydrology) Maar de modelgebruiker gelooft het (terecht) pas als die het zelf begrijpt en kan controleren, met name de koppeling Men zoekt dan bv. naar een herkenningspunt, geloof ik dat? Wat is de grondwateraanvulling? Kan ik het daarmee i.c.m. recharge package narekenen? 4

5 Koppeling imodflow-metaswap Twee type links: i-link met nulweerstand tussen MetaSWAP en GW, ook N:1 koppeling met meerdere SVAT s per cel q-link met weerstand (lijkt op Hydrus koppeling) i-links q-link h SVAT = h GW,1 h SVAT SVAT- kolommen h GW,2 Grondwater cel, laag 1 Grondwater cell, laag 2 5

6 Integrale koppelingsmethode Twee opties voor koppelingsbalansen: Systeem- Controlevolumes volume Bodemwater q msw μ bergingscoëfficiënt q sys Grondwater LGM-SWAP imodflow-metaswap heftige fluctuaties q sys heftige fluctuaties μ Wet van Behoud van Ellende 6

7 Verschillende interpretaties grondwateraanvulling imodflow-metaswap(1) porositeit I=100 mm Bodemwater ΔS= 60 q msw = 40 ΔS=40 Grondwateraanvulling=40 mm? Grondwater Dit is bdgcap van imod uitvoer t= 0 t= ~ 1 MetaSWAP update bodemwater gebruikt 60 mm t= 1 Modflow update grondwaterstand gebruikt 40 mm

8 Verschillende interpretaties grondwateraanvulling imodflow-metaswap(2) porositeit I=100 mm Bodemwater ΔS= 60 q msw = 40 (+20) ΔS=40 Of: Grondwateraanvulling=60 mm? Grondwater t= 0 t= ~ 1 MetaSWAP update bodemwater gebruikt 60 mm t= 1 Modflow update grondwaterstand gebruikt 40 mm

9 Verschillende interpretaties grondwateraanvulling imodflow-metaswap(3) porositeit I=100 mm Bodemwater ΔS= 60 q msw = 40 (+40) ΔS=40 Of: Grondwateraanvulling=80 mm? Grondwater Dit is volgens het systeemconcept t= 0 t= ~ 1 MetaSWAP update bodemwater gebruikt 60 mm t= 1 Modflow update grondwaterstand gebruikt 40 mm

10 1 0 Koppelings-schema Koppelingsbalans voor gemeenschappelijk controlevolume Implementatie met dynamische bergingscoëfficiënt μ (rood = MetaSWAP heen, blauw= imodflow terug) μ n (h n h o ) = (q msw + q modfn ) t waarin: q msw neerwaartse MetaSWAP-flux (m/d) q modf netto MODFLOW-flux naar de cel (m/d) h o MODFLOW stijghoogte begin vd tijdstap h n MODFLOW stijghoogte na n e iteratie q n modf wordt door MetaSWAP teruggerekend uit de waterbalans adhv h n

11 Bergingstabel, per tijdstap geactualiseerd Totale berging als functie van de grondwaterstand, voor het controlevolume, gebaseerd op actuele drukhoogte wortelzone h (m) Storage (m) 11

12 Iteratieproces (1) MODFLOW retourneert h n modf en q n modf Non-convergentie zo lang de twee snijpunten (pijlen) niet samenvallen h (m) h mod h n Opties voor nieuwe μ n : Stijghoogte-gebaseerd Balans-gebaseerd h o S ~ S n Storage (m) q msw Δt q n modf Δt 12

13 Iteratieproces (2) Stijghoogte-gebaseerde μ: μ h = (S h S ~ )/(h n h o ) h (m) h mod h n h o -5 S ~ S h Storage (m) 13

14 Iteratieproces (3) Stijghoogte-gebaseerde μ n : μ n h = (S h S ~ )/(h n h o ) h (m) h mod h S Balans-gebaseerde μ n : μ n q = (S n S ~ )/(h S h o ) -2-3 Meestal geeft 0.5(μ h n +μ qn ) de snelste convergentie -4-5 h o S ~ S n Storage (m) 14

15 De rol van de correctieterm Non-convergentie (h modf h msw ) van vorige tijdstap wordt geïnterpreteerd als niet voldoen aan nul-weerstand van i-link Correctie in volgende tijdstap: q mswcorr = q msw + (S ~ - S modfo )/Δt Bij terugrekenen q modf : q modf = μ n (h n - h o ) /Δt q mswcorr H (m) h n h msw o h modf o S modf o S ~ Storage (m) 15

16 Grondwateraanvulling (1) Voor berekening langjarig gemiddelde, twee opties met gelijk resultaat (als periode lang genoeg is): q gwr = P ET act - q runoff q gwr = -q modf Voor berekening per tijdstap: niet bdgcap vanwege variabele bergingscoëfficiënt Alternatief: gebruik een vaste waarde voor de bergingscoëfficiënt, bv. gemiddelde μ ave en bereken de aanvulling uit de balans μ ave (h n h o ) = (q gwr + q modf ) / t q gwr = μ ave (h n h o )/ t - q modf Dit kun je gebruiken i.c.m. recharge package

17 Grondwateraanvulling (2) B61F1368 uit Review rapport, vgl. Fig. 15 Voorbeeld met permanente inundatie Teruggerekende q gwr (+ = neerwaartse stroming) Qunsa Hgw(m) 37

18 Grondwateraanvulling (3) Waarom niet bdgcap voor het langjarig gemiddelde? Omdat de correctieterm die soms nodig is voor het corrigeren van non-convergentie tussen imodflow en MetaSWAP ruis veroorzaakt in bdgcap

19 Toetsing koppeling imodflow-metaswap (1) Convergeert het eigenlijk wel? Voorbeeld van LHM Dus in dit geval per 10 5 cellen hebben er twee een afwijking > 0.01 m (absolute waarde)

20 Toetsing koppeling imodflow-metaswap (2) Klopt het eigenlijk wel? Is het stabiel? Vergelijking i-link met q-link met lage weerstand q-link, t gw = 1 hr h-link, t gw = 1 hr h (m)

21 Toetsing koppeling imodflow-metaswap (3) Klopt het eigenlijk wel? Is het stabiel? Vergelijking imodflow-metaswap met SWAP, waarbij imodflow alleen een drainage flux heeft h (m) -0,5-1 SWAP MF-MSW -1,5-2 -2,5 Model N (mm/j ETact (mm/j) R (mm/j) SWAP MF-MSW_1d