Groundwater Models and Their Role in Assessment and Management of Groundwater Resources and Pollution

Abstract

PREAMBLEOne can infer the past behaviour of an aquifer system from the available earlier field records, but there is no way of computing the future behaviour of the regional aquifer system unless it is actually subject to the stresses. A full-scale experiment would be prohibitively costly and time consuming. The only feasible recourse, therefore, is to appropriately simulate the aquifer and study its response to several input/output schemes and thereby evolve the optimal management schemes. A groundwater model is thus a simplified version of the real system that approximately simulates the input-output stresses and response relations of the system. One has to understand here that normally the real system is simplified to model the system as such there is no unique model for a given groundwater system. Normally, models are classified as predictive, interpretive and generic models. Predictive models are used to predict the future response of the aquifer, which needs a calibrated and validated model. Interpretive models are used for studying system dynamics and it is generally used for optimal data network design. Generic models are used to understand the flow dynamics in hypothetical situations.H. Skibitzke and J. Karplus during sixties introduced the analogy between groundwater flow in porous medium and flow of electric current in resistancecapacitance (R-C) network and simulated the groundwater flow system. M. ThangarajanSince then there were a lot of advancement in the modeling technology as well as understanding the flow dynamics in complex aquifer systems. Early eighties saw the era of numerical simulation technique in replacing the time consuming electric analog modeling techniques. The time old Hele-Shaw physical model to simulate density dependant flow was replaced by a powerful numerical model. Numerous numerical methods (Finite Difference, Finite Element and Integrate-finite Difference, etc.) were developed in eighties and nineties to simulate the realistic condition of groundwater flow system in porous medium. Though, a good perfection could be achieved in simulating continuous porous medium, we have no answer for non-continuum medium such as weathered fractured zone. Future attention has to be focused on the development of easily workable non-continuum models and apply them to assess the regional groundwater potential and contaminant migration in fractured medium. Another area of modeling technology to be perfected is the simulation of soil moisture and contaminant migration in the vadose zone and the simulation of interactions between surface water and groundwater.

Simplifying the Groundwater Model Interface to Provide Enhanced Decision Support

“…2017), plays an important role in water resources management (Alley et al. 1999), allowing water managers to evaluate a multitude of management decisions related to water supply planning, including sustainable aquifer pumping, management of groundwater levels, and understanding surface water/groundwater interactions (Thangarajan 2007; Leake and Pool 2010; Stanton et al. 2010; Barlow and Leake 2012; Konikow 2013; Fine et al.…”

Study of one‐dimensional space‐time fractional‐order Burgers‐Fisher and Burgers‐Huxley fluid models

“…The fractional‐order form of the law of conservation of mass is described in the research article 4 during fluid flow. The mathematical model that describes the solute transport in groundwater was presented in the articles 5‐9 . The fractional‐order form of groundwater flow problem can be seen in the previous studies 10,11 in which authors have generalized the classical Darcy law by taking the water flow as a function of a non‐integer derivative of the piezometric head.…”

“…The mathematical model that describes the solute transport in groundwater was presented in the articles. [5][6][7][8][9] The fractional-order form of groundwater flow problem can be seen in the previous studies 10,11 in which authors have generalized the classical Darcy law by taking the water flow as a function of a non-integer derivative of the piezometric head. Benson et al 12,13 have explained that the fractional-order form of advection-diffusion equation is useful for contaminant flow in heterogeneous porous media and earth surfaces such as natural rivers.…”

Ανάπτυξη Μεθοδολογικού Πλαισίου Με Χρήση Μαθηματικών Μοντέλων Προσομοίωσης Για Τη Διερεύνηση Της Λειτουργίας Παράκτιων Υδροφόρων Συστημάτων

“…Ταξινομούνται περαιτέρω σε αναλυτικά και αριθμητικά, όπου στην πρώτη περίπτωση με τη χρήση μαθηματικών εξισώσεων επιχειρείται η εύρεση μιας ακριβούς λύσης της μαθηματικής περιγραφής του υπό προσομοίωση συστήματος, ενώ στη δεύτερη περίπτωση έμφαση δίνεται στην απόκτηση όχι μιας ακριβούς λύσης αλλά μιας αντίστοιχης προσεγγιστικής μέσα σε λογικά πλαίσια (Latinopoulos, 1999, Ρουμελιώτης, 2001, Thangarajan, 2007. Η αριθμητική επίλυση της εξίσωσης μεταφοράς αποτελεί ένα ιδιαίτερα δύσκολο πρόβλημα.…”

“…Οι θετικές τιμές της παροχής υποδηλώνουν εμπλουτισμό, ενώ οι αρνητικές άντληση. Ο ρυθμός άντλησης θεωρείται ανεξάρτητος τόσο από την έκταση του κελιού όσο και από την πιεζομετρική στάθμη που παρατηρείται σε αυτό.Ο κώδικας MODFLOW αποτελεί τον πλέον διαδεδομένο υπολογιστικό κώδικα όσον αφορά τη διερεύνηση της λειτουργίας των υπόγειων υδροφόρων συστημάτων, ενώ έχει εφαρμοστεί σε παγκόσμια κλίμακα σε πολυάριθμες μελέτες και προβλήματα υπόγειας ροής, καθώς παρέχει τη δυνατότητα προσομοίωσης μονοδιάστατης, διδιάστατης (οριζόντιας ή κατακόρυφης) και τρισδιάστατης ροής, σταθερής ή μεταβαλλόμενης στον χρόνο, ελεύθερης, υπό πίεση ή συνδυασμό και των δύο, καθώς και ποικίλων υδρογεωλογικών περιβαλλόντων και οριακών συνθηκών(Bedient et al, 1994, Ghosh and Sharma, 2006, Thangarajan, 2007, Μάττας, 2009. Η απλότητα στη χρήση του και η διαθεσιμότητά του, η ευκολία στην τροποποίησή του και η συνεχής εξέλιξή του, η καλή διάρθρωση των διαφόρων υποπρογραμμάτων που περιέχει, η ενσωμάτωσή του σε μία μεγάλη ποικιλία πακέτων λογισμικού (GMS, Groundwater Vistas, Processing Modflow, Visual Modflow) και η ικανότητά του να διαχειρίζεται μία πληθώρα δεδομένων, τα οποία απαιτούνται για τη μελέτη πολύπλοκων συστημάτων, καθιστούν τον εν λόγω κώδικα άκρως λειτουργικό και προνομιούχο σε σχέση με άλλους αντίστοιχους κώδικες προσομοίωσης(Winston, 1999,…”