Development of a sharp interface model that simulates coastal aquifer flow with the coupled use of GIS

Abstract

A simulation program, which works seamlessly with GIS and simulates flows in coastal aquifers, is presented in the present paper. The model is based on the Galerkin finite element discretization scheme and it simulates both steady and transient freshwater and saltwater flow, assuming that the two fluids are separated by a sharp interface. The model has been verified in simple cases where analytical solutions exist. The simulation program works as a tool of the GIS program, which is the main database that stores and manages all the necessary data. The combined use of the simulation and the GIS program forms an integrated management tool offering a simpler way of simulating and studying saline intrusion in coastal aquifers. Application of the model to the Yermasogia aquifer illustrates the coupled use of modeling and GIS techniques for the examination of regional coastal aquifer systems.

Résumé

Pour étudier un système aquifère côtier, nous avons développé un modèle aux éléments finis en quasi 3-D qui simule les écoulements d’eau douce et d’eau salée en régime aussi bien permanent que transitoire. Les équations qui les régissent sont discrétisées par un schéma de discrétisation de Garlekin aux éléments finis. Le modèle a été vérifié dans des cas simples où il existe des solutions analytiques. Toutes les données nécessaires sont introduites et gérées grâce à un logiciel de gestion de SIG. Le programme de simulation est utilisé comme un outil du logiciel de SIG, constituant ainsi un outil de gestion intégrée dont le but est de simuler et d’étudier l’intrusion saline dans les aquifères côtiers. L’application du modèle à l’aquifère de Yermasogia illustre l’utilisation couplée de la modélisation et des techniques de SIG pour l’étude des systèmes aquifères côtiers régionaux.

Resumen

Se ha desarrollado un modelo casi tridimensional de elementos finitos para simular el flujo de agua dulce y salada, tanto en régimen estacionario como en transitorio, en sistemas acuíferos costeros, bajo la hipótesis de separación por medio de una interfaz abrupta. Las ecuaciones del modelo han sido discretizadas mediante un esquema de Galerkin de discretización en elementos finitos. El modelo ha sido verificado en casos sencillos para los que existe solución analítica. Todos los datos necesarios se introducen y gestionan con un Sistema de Información Geográfica [SIG] por ordenador. El programa de simulación forma parte del programa de SIG, constituyendo una herramienta integrada de gestión para estudiar la intrusión salina en acuíferos costeros. La aplicación del modelo al acuífero de Yermasogia ilustra el uso acoplado de las técnicas de modelación y de SIG con el fin de examinar sistemas acuíferos costeros a escala regional.