Groundwater Modeling in The Andes: Balancing Industry and Environment

Dec 09

Groundwater Modeling in The Andes: Balancing Industry and Environment

The abundance of copper and gold found in the high altitudes of the Andes Mountains makes this mountain range a desirable, yet challenging region to mine. As mining operations require a profusion of water for processing activities, dewatering and monitoring wells must be installed to provide the necessary access to water resources. Care must be taken to ensure a minimal impact on the natural groundwater flow and conditions, as well as the natural environment as a whole. A strong understanding of the geologic and hydro-geologic conditions of the area is essential to forecasting the short and long term affects of the mining project on groundwater resources.

This article outlines the use of Visual MODFLOW Flex and Diver groundwater dataloggers in pre-mining forecasting and groundwater monitoring in operating mines in the Andes mountain range.

Nota: Este articulo se encuentra en versión Español bajo…

 

The understanding of the groundwater flow system calls for the use of surface geophysical techniques alongside monitoring wells to gather data and develop a numerical model. Specifically, it involves estimating the surface water and groundwater flow components into and out of a basin, and the uncertainty with each component. Visual MODFLOW has been used in the Andes to develop regional-scale models to investigate the impact of mines on the natural environment.

Developing a Baseline Groundwater Model

A pre-mine (baseline) groundwater model is used to define conditions before the mine is constructed. A successful model must first determine an accurate water balance for the area being studied, but in modeling projects of the Andes mountain range, water calibration is a major issue. The groundwater elevation data tends to be scarce in this region because of the remote location and the desert-like climate. In order to offset the uncertainty in the water balance components, Diver dataloggers collect time varying data to collect a better calibration data set. More data provides a better estimate of model parameters for Visual MODFLOW Flex– which creates greater confidence in the models created. Divers are also used to determine the hydraulic conductivity at locations through-out the site, and to monitor slope stability.

Simulating Mine Pit Dewatering

Mine pit dewatering models are then used to show the impact of mining on the water table and groundwater discharge to surrounding rivers, wetlands, etc. Mines in the Andes need more water than is available from simply dewatering the open pit, thus they must use extraction well fields at higher altitudes. At these altitudes alluvial valley aquifers contain vast amount of water in storage, however due to the climate the replenishing rate of the aquifer system can be as low as 1-20mm per year. Another result of the low recharge to the aquifer is that drawdown propagates for extended periods beyond the cessation of pumping. Also, the evaporation rate in the region greatly exceeds the annual precipitation having been measured at 1200-2400mm per year.

Optimizing Well Field Design to Minimize Environmental Impacts

The effects of the dry conditions can also be observed in the form of salars, large salt-water bodies formed by strong evaporation throughout the high Andes. Changes in groundwater discharge of mines impact the salt content of the salars, which are an extremely important eco-system as birds and other wildlife reside in these regions of the range. 3D numerical models can be used to identify optimal well field designs that make the mine a viable operation with little impact on the nearby wetland area. More specifically, Visual MODFLOW can be used to simulate the groundwater extraction and forecast its impacts on the salars and wetlands – using dataloggers to monitor de-watering will provide stronger data for modelling purposes.

Contaminant Transport Modeling with MT3D

A final use of Visual MODFLOW on mining sites in the Andes is forecasting the environmental impacts from contamination due to the waste rock pile or tailings storage facility. This is contaminant transport modeling with MT3D is used to show the direction, and concentration of the groundwater plume that develops beneath the tailing pond. This includes groundwater remediation design – modeling a groundwater extraction system to capture contaminants coming from the tailing facility.

Waterloo Hydrogeologic Technology for Mining Operations

Waterloo Hydrogeologic has developed an array of tools that when used in tandem can provide accurate modeling and confident forecasting for mining operations, in even the most remote of locations. Great efforts have been put forth to further facilitate groundwater monitoring of regions with limited accessibility. For example, Diver-NETZ is a wireless system that collects data from groundwater monitoring networks, making that data accessible from the office or smart phone. Such technologies being used alongside our new generation of Visual MODFLOW software brings modeling to an entirely new level.

 

La Minería en los Andes ... utilizando Visual MODFLOW y los Diver

La abundancia de cobre y oro que se encuentra en las alturas de los Andes hace esta sierra una región deseable, pero difícil para operaciones de extracción. Como las operaciones mineras requieren una profusión de agua para las actividades de procesamiento, pozos de desagüe y pozos de monitoreo deben estar instalado para proporcionar el acceso al agua necesaria. Se debe tener cuidado para asegurar un impacto mínimo sobre el flujo de agua subterránea natural y condiciones, así como el medio ambiente natural. Un profundo conocimiento de las condiciones geológicas e hidrogeológicas geológicos de la zona es esencial para pronosticar los afectos cortos y largos del proyecto minero sobre los recursos de agua subterránea. En este artículo se describen el uso de Visual MODFLOW Flex junto con los Divers, en previsión pre-minería y monitoreo de aguas subterráneas en minas en operación, en la cordillera de los Andes.

El Desarrollo de un Modelo de Aguas Subterráneas

La comprensión del sistema de flujo de agua subterránea requiere el uso de técnicas geofísicas de superficie junto a los pozos de monitoreo para recopilar datos y desarrollar un modelo numérico. En concreto, se trata de estimar el agua de la superficie y los componentes de flujo de agua subterránea dentro y fuera de una cubeta, y la incertidumbre con cada componente. Visual MODFLOW se ha utilizado en los Andes para desarrollar modelos de escala regional para investigar el impacto de las minas sobre el medio ambiente natural.

Simulación de Desagüe de Minas

Un pre-mina (línea de base) modelo de agua subterránea se utiliza para definir las condiciones de antes de la mina se construye. Un modelo exitoso primero debe determinar un balance de agua precisa para el área objeto de estudio, sino en proyectos de modelado de la cordillera de los Andes, la calibración de agua es un problema grave. Los datos de elevación de agua subterránea tienden a ser escasa en esta región debido a la remota ubicación y el clima desértico. Con el fin de compensar la incertidumbre de los componentes del balance hídrico, uso de registradores de datos (Divers) pueden recoger datos variables en el tiempo para recoger una calibración mejor conjunto de datos. Más de datos proporciona una mejor estimación de los parámetros del modelo para Visual MODFLOW-Flex que crea una mayor confianza en los modelos creados. Los Divers también se utilizan para determinar la conductividad hidráulica en lugares del sitio, y para vigilar la estabilidad de taludes.

Optimización del Diseño de Campo para Minimizar Impactos Ambientales

Modelos de desagüe de minas se utilizan para mostrar el impacto de la minería en la mesa de agua y descarga de aguas subterráneas que rodean los ríos, humedales, etc. Minas en los Andes necesitan más agua de la que está disponible desde la simple deshidratación de la mina a cielo abierto, entonces tienen que usar campos de extracción de pozos a mayor altitud. A estas alturas acuíferos aluviales contienen gran cantidad de agua en el almacenamiento, sin embargo, debido al clima de la tasa de reposición del sistema acuífero puede ser tan bajo como 1-20mm por año. Otro resultado de la baja recarga al acuífero es que se propaga detracciones durante períodos prolongados más allá del cese de bombeo. Además, la velocidad de evaporación en la región excede la precipitación anual considerablemente, después de haber sido medidos a 1200-2400 por año.

Los efectos de la sequía también se puede observar en la forma de Salars, grandes cuerpos de agua salada formadas por evaporación fuerte a través de los Andes. Los cambios en el flujo de las aguas subterráneas de las minas también repercute en el contenido de sal de los salares, los cuales son una muy importante ecosistema como las aves y otros animales salvajes viven en estas regiones de las montañas. Como resultado de estas condiciones en la sierra, modelos numéricos 3D se pueden utilizar para identificar óptimos diseños de campo, así que hacen la mina una operación viable con poco impacto en el área del humedal cercano. Más específicamente, Visual MODFLOW puede ser utilizado para simular la extracción de agua subterránea y pronosticar su impacto en los salares y las áreas del humedal - usando Divers para controlar de deshidratación proporcionará más fuertes datos para propósitos de modelado.

Modelización del Transporte de Contaminantes con MT3D

Un uso final de Visual MODFLOW en los sitios mineros en los Andes incluye el pronóstico de los impactos ambientales de la contaminación debido a la pila de rocas residuales o instalaciones de almacenamiento de relaves. Este es el modelado de transporte de contaminantes con MT3D se utiliza para mostrar la dirección, y la concentración de la columna de agua subterránea que se desarrolla debajo de la balsa de residuos. Esto incluye el diseño de remediación de aguas subterráneas - modelado de un sistema de extracción de agua subterránea para capturar los contaminantes procedentes de la instalación de relaves.

Waterloo Hydrogeologic ha desarrollado una serie de herramientas que cuando se usa en conjunto pueden proporcionar modelado preciso y seguro de previsión para las operaciones mineras, incluso en los lugares más remotos del mundo. Grandes esfuerzos se han propuesto para facilitar aún más el monitoreo de las aguas subterráneas de las regiones con accesibilidad limitada. Por ejemplo, Diver-NETZ es un sistema inalámbrico que recoge datos de las redes de monitoreo de aguas subterráneas, y hace que los datos sean accesibles desde la oficina. Estas tecnologías utilizadas junto con nuestra nueva generación de software de Visual MODFLOW traen modelado a un nivel completamente nuevo.

Read 60584 times Last modified on Tuesday, 15 December 2015 15:47
 

Have Questions?