Προσομοίωση υπόγειας ροής με συνδυασμό μοντέλων

Η εξέλιξη των υπολογιστικών συστημάτων κατέστησε δυνατή την επιχειρησιακή χρήση μαθηματικών εργαλείων, όπως διαδικασιών βελτιστοποίησης, που υπολογιστικά είναι απαιτητικές. Ωστόσο, ακόμη και τα πιο ισχυρά υπολογιστικά συστήματα προϋποθέτουν προσεκτική μοντελοποίηση για να αποφευχθούν οι υπερβολικοί υπολογιστικοί χρόνοι για τη βαθμονόμηση των παραμέτρων. Τα μοντέλα υπόγειας υδρολογίας είναι γνωστά για τις μεγάλες υπολογιστικές απαιτήσεις τους και γι' αυτό στη μοντελοποίηση αντιμετωπίζεται δίλημμα στην επιλογή πυκνής διακριτοποίησης (καλή χωρική αναπαράσταση) ή αραιής (χαμηλό υπολογιστικό φορτίο). Το MODFLOW, το οποίο βασίζεται στη μέθοδο πεπερασμένων διαφορών, θεωρείται ως ένα από τα πιο τυπικά μοντέλα υπόγειας ροής. Ο ορθογωνικός κάναβος που απαιτεί δυσχεραίνει την επίτευξη καλού συμβιβασμού ανάμεσα στην ταχύτητα και την ακρίβεια αναπαράστασης. Το μοντέλο υπόγειας ροής 3dkflow βασίζεται στη μέθοδο της ολοκλήρωσης πεπερασμένων διαφορών και διακριτοποιεί το πεδίο ροής χρησιμοποιώντας μεγάλα μη ορθογωνικά κύτταρα. Το μοντέλο αυτό είναι γρήγορο και για το λόγο αυτό μπορεί να συζευχθεί εύκολα με έναν αλγόριθμο ολικής βελτιστοποίησης, αλλά έχει το μειονέκτημα ότι χρειάζεται προηγούμενη πληροφορία για το σχήμα των ισοδυναμικών γραμμών. Ο συνδυασμός των δύο παραπάνω μοντέλων έχει αποδειχθεί πλεονεκτικός, τόσο στη βαθμονόμηση, όσο και στην εφαρμογή. Το MODFLOW χρησιμοποιείται με ένα πυκνό κάναβο και χονδροειδή εκτίμηση των υδραυλικών παραμέτρων για την προσομοίωση της ροής και την εξαγωγή των ισοδυναμικών γραμμών. Κατόπιν χρησιμοποιείται το 3dkflow σε σύζευξη με τη μέθοδο της εξέλιξης αναδιατασσόμενου συμπλόκου (shuffled complex evolution) για την εξαγωγή αξιόπιστων εκτιμήσεων των παραμέτρων. Αυτές οι εκτιμήσεις μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν, ανάλογα με τον τύπο της εφαρμογής, είτε στο MODFLOW (για μεταφορά ουσιών, τοπικές επιπτώσεις από άντληση κτλ.) είτε στο 3dkflow (για στοχαστική πρόγνωση, επιπτώσεις διαχειριστικών αποφάσεων, κτλ.).