Esta investigacion trata acerca de la modelacion numerica del regimen de aguas subterraneas en la Cuenca del Oasis Al-Haza que esta localizado en la Provincia Oriental de Arabia Saudita.

1. Modelamiento del Régimen de Aguas
Subterráneas en la Cuenca del Oasis Al-
Haza y verificación con Información
Isotópica
Tesis de Maestría
por Saul Montoya

2. INTRODUCCION
• La Península Arabia se encuentra en Zona
Climática Sahariana
• El Reino de Arabia Saudita está cubierto
por grandes desiertos rocosos y arenosos.
• Existe una baja precipitación y un clima muy
árido
• No existen cursos continuos de agua
superficial; el agua subterránea existente
fue llenada durante la última glaciación.

3. • Hay un continuo crecimiento en el uso de las
aguas subterráneas.
• El nivel de la napa freática ha caido
dramaticamente en alguna areas del reino
• Se deben adoptar esquemas de manejo
sostenible y conservación del recurso acuífero
Modelamiento
Manejo del Cuantificación del Numérico de
Recurso Balance Hídrico Aguas
Acuífero Subterráneas

4. AREA DE ESTUDIO

5. OBJETIVOS
• Investigación de los patrones de flujo de
agua subterránea en la zona de Hofuf y la
cuenca del Oasis Al Haza
– Modelamiento Numérico en 3D basado en
diferencias finitas
– Condiciones de borde transientes
– Calibración con registros de información
piezométrica
• Verificación de los resultados de flujo con
información isotópica
• Simulación de un escenario de extracción
continua hasta el año 2030

6. SISTEMA HIDROGEOLÓGICO
• Formaciones hidrogeológicas buzando al
este – noreste hacia el Golfo Arábico
• El buzamiento de las formaciones es
interrumpido por estructuras geológicas
• El espesor de las formaciones profundas se
incrementa en dirección este

7. Edad Formación Grupo
CUATERNARIO DEPOSITOS SUPERFICIALES
HOFUF
NEOGENO DAM
HADRUKH
ALAT
KHOBAR
TERCIARIO DAMMAN CALIZAS ALVEOLINA
EOCENO
MARGAS SAILA
MARGAS MIDRA
RUS
PALAEOCENO UMM ER RADHUMA
CRETACEO ARUMA
Secuencia Lito-estatigráfica Generalizada en el
Oriente de Arabia Saudita

8. Bahrain
Arabian Gulf
Ghawar Anticline
Sección Geológica

9. Vista Global de la Secuencia Geológica

10. Springs Sabkhas
Arabian Gulf
Sección Hidrogeológica

11. CONCEPTUALIZACION
• El sistema acuífero fué modelado con
MODFLOW usando la interfase de GMS
• Simulación Transiente:
– Block Centered Flow Package (BCF)
– Strong Implicit Procedure Solver (SIP)
• 200 iteraciones por periodo de análisis
• Parámetro de Aceleración: 0.07
– Se permitió la rehidratación de celdas secas

12. DISCRETIZACION HORIZONTAL Y VERTICAL
• 5 capas en la direccion vertical
• Malla cuadrada de 148 filas por 225 columnas,
grilla uniforme de 2km x 2km
2 Km
2 Km

13. DISCRETIZACION TEMPORAL
• La simulación transiente empieza de la última
glaciación hasta Diciembre del 2005
• 120 periodos de requerimiento, con diferentes
duraciónes y con diferentes número de intervalos
Stress Period Time Steps per Str. Stress Period Interval
Interval Period Duration Duration
1 to 50 8 200 years 10000 years
50 to 54 1 10 years 40 years
55 to 120 1 1 year 65 years

14. CONDICIONES DE BORDE HORIZONTALES

15. CONDICIONES DE BORDE INTERNAS
• Niveles Iniciales
• Recarga
70.00
60.00
50.00
Recharge rate (mm/year)
40.00
30.00
20.00
10.00
-
-8000 -7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000
Year

16. • Evapotranspiración
• Taza de Bombeo en Pozos
-60
-50
-40
PUMPING RATE (m3/s)
-30
-20
-10
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
0
YEAR
• Conductancia de Manantiales

17. CALIBRACION DEL MODELO
• Estimación de parámetros por ensayo y error
• Parámetros calibrados:
– Transmisividad
– Conductividad Hidráulica
– Coeficiente de Almacenamiento
– Conductancia
• Las estructuras geológias y patrones de flujo
fueron tomados como indicadores indirectos

18. 160
150
COMPARACION CON NIVELES OBSERVADOS 140 HC-4-N - Computed
130 HC-4-N - Observed
120
WATER HEAD (m.)
•Acuífero Neogénico:: 110
100
90
80
70
160
60
50 150
40 140
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
130 YEAR
WATER HEAD (m.)
120
110
100
90
HD-2-N - Computed
HD-2-N - Observed
80
70
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
YEAR

19. 160 160
140
140
120
100 •Acuífero Dammannifer: 120
WATER HEAD (m.)
WATER HEAD (m.)
100
80
60 80
40 60
HH-2-K - Computed
20 HH-2-K - Observed
40
0
HC-5-K - Computed
HC-5-K - Observed 20
-20
-40 0
1940 1950 1960 1970 1980 1940
1990 1950
2000 1960 1970 1980 1990 2000
YEAR YEAR

20. 210
210 200
200 190
190 180
180 170 HH-3-U - Computed
H-14-U - Computed
•Umm Er Radhuma Aquifer
170 160
WATER HEAD ELEVATION (m.)
H-14-U - Observed HH-3-U - Observed
160 150
WATER HEAD ELEVATION (m.)
150 140
140 130
130 120
120 110
110 100
100 90
90 80
80 70
70 60
60 50
50 40
40 30
30 20
20 10
10 0
0 -10
-10 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
YEAR
YEAR

21. COMPARACION CON DESCARGAS MEDIDAS
DE MANANTIALES
•Descarga calculada en el Oasis Al Haza en el
1900: 4.07m3/s
•Descarga medida en 1900: 10m3/s
•Muchos intentos de distribuciónes de
transmisividades y conductancias fueron
realizados
•Evapotranspiración total en el Neógeno:
7.25m3/s

22. ANALISIS DE CALIBRACION
• Sistema acuífero es multicapa e interconectado
• Las fases de Modelamiento y Calibración fueron
intensas; sin embargo, se deben realizar más
simulaciones
• Calidad de los resultados no puede ser mejor que
la calidad de los datos de ingreso
• Discrepancias son menores, los niveles calculados
corresponden razonablemente los niveles
observados

23. 160 150
150
140 ANALIS DE RESULTADOS 140
130
130 120
110
WATER HEAD (m.)
120
Water Head (m.)
110 100
100 90
90 80
HH-2-NEOGENE
80 70 HH-2-DAMMAN
HD-5-NEOGENE
60 HH-2-UMM ER RADHUMA
70 HD-5-DAMMAN
60 HD-5-UMM ER RADHUMA 50
50 40
40 30
1940 1950 1960 1970 1940
1980 1950
1990 1960
2000 1970 1980 1990 2000
YEAR YEAR

24. BALANCE HIDRICO
Flow Rates (m3/s)
1900 2005
NEOGENE AQUIFER
Recharge elements
By rainfall 9,98 5,59
By saline water intrusion 0,03 5,49
By upward flow from Damman Aquifer 4,51 0,43
Change in storage 0,59 11,84
Discharge elements
By drainage in the Al Hasa Oasis 4,07 0
By downward flow to Damman Aquifer 1,71 14,29
By well abstraction 0 6,24
By evapotranspiration 7,25 2,21
By submarine springs 2,1 0,61
DAMMAN AQUIFER
Recharge elements:
By downward flow from Neogene Aquifer 1,71 14,29
By rainfall 2,2 1,55
By upward flow from Umm Er Radhuma Aquifer 2,3 0,4
By saline water intrusion 0,01 0,12
Change in storage 0,01 0,64
Discharge elements:
By well abstraction 0 8,81
By downward flow to Umm Er Radhuma Aquifer 0,81 7,18
By upward flow to Neogene Aquifer 4,51 0,43
By evapotranspiration 0,53 0,37
By submarine springs 0,37 0,22

25. Flow Rates (m3/s)
1900 2005
UMM ER RADHUMA AQUIFER
Recharge elements
By upward flow from Aruma Aquifer 1,95 9,01
By downward flow from Damman Aquifer 0,81 7,38
By rainfall 1,47 0,86
Change in storage 0,12 23,13
Discharge elements
Well abstraction 0 39.21
By downward flow to Aruma Aquifer 1,35 1,09
By upward flow to Damman Aquifer 2,31 0,35
By evapotranspiration 0,70 0,11
ARUMA AQUIFER
Recharge elements:
By downward flow from Umm Er Radhuma Aquifer 1,35 1,09
By rainfall 0,62 0,36
Change in storage 0,03 7,60
Discharge elements:
By upward flow to Umm Er Radhuma Aquifer 1,95 9,01

26. COMPARACION CON
INFORMACION ISOTOPICA
• Investigación isotópica puede brindar
información sobre fuentes de agua
subterránea, edades, tiempos de viaje y
rutas de flujo
• Se ha realizado investigación isotópica en el
los Oasis de Al Qatif y Al Haza

28. INFORMACION DE ISOTOPOS ESTABLES
Relationship between δD and δ18O
10
0
-9 -7 -5 -3 -1 1
-10
Al Hasa
δD 0/00
Al Qatif -20
c
δ2H = 8. δ18O + 10
-30
-40
-50
δ18O 0/00
Relación entre δD y δ18O

29. INFORMACION DE ISOTOPOS
RADIOACTIVOS
•Muestras de agua en el Oasis de Al Qatif tienen una
edad de 14C >22000 años
•En el Oasis de Al Haza Oasis las dos muestras
dieron una edad de 14C >33000 años
Al Qatif Oasis Al Hasa Oasis
Sample Number 3
H content (TU) Location 3
H content (TU)
126 <0.8 24 <0.7
127 <0.8 25 <2.6
128 <2.3 26 <2.3
129 <0.9 27 <2.5
130 <2.3 28 <0.5
131 <2.7 29 <2.5
133 <2.7 30 <1.2
141 <0.9 31 <2.8
143 <2.2 32 <0.9
125 <2.7
Contenido de Tritium en las aguas
de Al Qatif and Al Hasa waters

30. SIMULACION DE AVANCE DE
PARTICULAS
PARTICLE D
AGE: 2500 YEARS
PARTICLE C
AGE: 1000 YEARS
PARTICLE A
AGE: 6000 YEARS
PARTICLE B
AGE: 1000 YEARS

31. t=0 WATER COMMING FROM
THE ARUMA AQUIFER
AGE: 6000 YEARS
t = 1000 y.
t = 5000 y.
t = 2000 y. t = 6000 y.
t = 4000 y.
t = 3000 y.
Sección de Corte siguiendo el Avance de la Partícula A – Al Haza
WATER COMMING FROM
THE NEOGENE AQUIFER
AGE: 1000 YEARS
t=0
t = 1000y.
Sección de Corte siguiendo el Avance de la Partícula B – Al Haza

32. WATER COMMING FROM
THE NEOGENE AQUIFER
AGE: 1000 YEARS
t=0
t = 1000 y.
Sección de Corte siguiendo el Avance de la Partícula C – Al Qatif
t= 0 WATER COMMING FROM
THE DAMMAN AQUIFER
AGE: 2500 YEARS
t = 1000 y.
t = 2000 y. t = 2500 y.
Sección de Corte siguiendo el Avance de la Partícula D – Al Qatif

33. SIMULACION DE EXTRACCION
CONTINUA
• Impacto de extracción actual de aguas
subterráneas hasta el 2030
2005
150
125
WATER LEVEL ELEVATION (m.)
100
75
50
25
HC-4-N (NEOGENE)
0
HC-5-K (DAMMAN)
-25 HC-5-U (UMM ER RADHUMA)
-50
1940 1960 1980 2000 2020

34. Niveles piezométricos
2005 en el Umm Er
Radhuma
WASA
WELLFIELD
2030
WASA
WELLFIELD

35. CONCLUSIONES
• Las actividades industriales, agriculturales y
domésticas hacen que el sistema acuífero este
sobreexplotado
• Flujo se da en la dirección horizontal y vertical,
permitiendo la interacción entre acuíferos
• Uso de indicadores directos o indirectos son
esenciales para evaluar las direcciones
preferenciales de flujo
• El modelo puede representar el flujo de aguas
subterráneas en la cuenca del Oasis Al Haza
• Se corroboró que el sistema acuífero estaba en
régimen uniforme en el año 1900

36. • Algunos factores pueden ser mejorados para tener
una mejor conceptualizacion del sistema acuífero
• La confiabilidad de esta simulación depende de la
calidad de los datos de bombeo que tienen algunas
inexactitudes
• Del escenario a futuro se concluye que las actuales
tazas de bombeo agotarán todo el sistema acuífero
para el año 2030
• Se puede dar el caso que para simulaciones
prediccitivas el área de estudio no cubra toda la
cuenca del Oasis Al Haza.
• La información isotópica confirma la exactitud del
modelo en Oasis de Al Haza; sin embargo en la
región costera se tiene que mejorar la calibración

37. Modelamiento del Régimen de Aguas
Subterráneas en la Cuenca del Oasis Al-
Haza y verificación con Información
Isotópica
Tesis de Maestría
por Saul Montoya