rgdss modeling meetings...typical sedimentary deposits by braided stream channels (top) and...

RGDSS Modeling Meetings

Mike Sullivan, P.E. ‐ Deputy State Engineer

James Heath, P.E. ‐ Lead Modeler

November 13 and 14, 2013

Introductions

• Mike Sullivan

• James Heath

Outline

• General Concepts– Rely on these throughout discussion

• Geology 101

• Hydrology 101

• Hydrogeology 101

• Modeling 101

• Additional Discussions

General Concepts

• Soil types and seepage losses

• Ditch loss recharging the aquifer system

• Overview of aquifer system

• Well pumping cones of depression

General Concepts

• Soil types and seepage losses– What are the characteristics of different soil types?

• Gravel

• Sand

• Clay

• Membrane/Bentonite Liner

• Concrete Liner

General Concepts

• Ditch loss recharging the aquifer system– Empire and Monte Vista Canal losses

– Mogote Ditch losses

General Concepts

• Overview of Aquifer System– What is an unconfined aquifer?

– What is a confined aquifer?

General Concepts

General Concepts

General Concepts

• Cones of depression from well pumping– What do cones of depression look like?

– Where does the water come from?

General Concepts

Dewatering of Aquifer Release of Aquifer Pressure

General Concepts

Geology 101

• Formation of the Valley

San LuisHills

Geology 101

Hydrology 101

• How the river systems deposited the different formations of the geology.

San Luis Valley OverviewLooking Northeast

Vertical Exaggeration = 10x

Alamosa

Conejos

Monte Vista

Saguache

Center

Approximate extent of Rio Grande alluvial fan, observed extent ofmeanders and oxbows, and the modern Rio Grande floodplain. (see Madole, R.F., et al, 2008).

Typical sedimentary deposits by braided stream channels (top) and meandering stream channels (bottom). Modified from R. C. Selley, Ancient Sedimentary Environments, figures 2.1, 2.2, 2.13.

Hydrology 101

Hydro‐Geology 101

• Movement of water within the groundwater system of the San Luis Valley

• Groundwater pumping impacts on streams

Hydro‐Geology 101

• Movement of water within the groundwater system of the San Luis Valley

Hydro‐Geology 101

Hydro‐Geology 101

• Groundwater pumping impacts on streams

Hydro‐Geology 101

• What happens when the big confined aquifer wells turn on? 

Hydro‐Geology 101

0

5

10

15

20

25

30

Jan-

36

Jan-

38

Jan-

40

Jan-

42

Jan-

44

Jan-

46

Jan-

48

Jan-

50

Jan-

52

Jan-

54

Jan-

56

Jan-

58

Jan-

60

Jan-

62

Jan-

64

Jan-

66

Jan-

68

Jan-

70

Jan-

72

Jan-

74

Jan-

76

Jan-

78

Jan-

80

Jan-

82

Jan-

84

Jan-

86

Jan-

88

Jan-

90

Jan-

92

Jan-

94

Jan-

96

Jan-

98

Jan-

00

Jan-

02

Jan-

04

Jan-

06

Jan-

08

Jan-

10

Jan-

12

C.F

.S.

McIntyre Springs Discharge Measurements (1936-2013)

Hydro‐Geology 101

Hydro‐Geology 101

Modeling 101

Q = k I A

Modeling 101

• Modeling process – Part 1

• Modeling data

• Modeling process – Part 2

Modeling 101

• Modeling process – Part 1

HydroBase

MODFLOW

GIS Data (Spatial Data)

TSTool & StateDMI

CDSS Tool Box & StateDGI

StateCU

Modeling 101

• Modeling data

• Irrigated acreage

• Location of wells with metered diversion records

• Diversion structures

• Streamflow gages

• Climate stations

San Luis Valley Cut AwayLooking West

Vertical Exaggeration = 10x

Alamosa

Monte Vista Saguache

Center

Conejos

Modeling 101

Modeling 101

• Modeling process – Part 2

HydroBase

MODFLOW

GIS Data (Spatial Data)

TSTool & StateDMI

CDSS Tool Box & StateDGI

StateCU

Decision Supp

ort P

rocess

RGDSS GROUNDWATER MODEL WORKSHOPJANUARY 10‐12, 2011 

PROCESS/DATA FLOW DIAGRAM                                                                 

HYDROBASE Basic Water Data 

Diversions/Structures Water Rights Well Info 

Climate Data Irrigated Parcels

AGG Aggregates individual ditches to make the MS and ADW 

structures 

PRISMPRISM Climate Group, Oregon

State University, http://www.prismclimate.org,

created 4 Feb 2004 

Historic Runs  

• Steady State: 1990‐1998 • Steady State: Average Monthly • Initial Period: Steady State 1950‐

1969 • Transient: 1970‐2009 

STATEPP – Modified for RGDSS 

INPUT:  StateCU, StateDGI, AGG, and PRISM  OUTPUT: MODFLOW Recharge Packages                    MODFLOW ET Packages                    MODFLOW Well Packages       MODFLOW Drain Packages 

SCALE:  Model Cell Time Frame: Model Period Time Step: Monthly RUNS:  Historic    No Pumping   Recharge Decrees 

General Input FilesNAM File – Names all input files BAS Package ‐ General Setup 

BCF Package – Aquifer Parameters DIS Package – Discretization  GHB Package – Boundaries 

HFB (Horizontal Flow Barrier) Package – Mesita Fault OC Package‐ Output Control  

Solver Package 

<

MODFLOW

Stream PackageMajor Programs 

Mkstr: Reads GIS coverage and creates initial network Mkq: Prepares flow files for each stress period Build: Performs data integration MODEx: Produces MODFLOW stream package

GIS DATA (Spatial Data) – ARCVIEW 

Ditch Service Areas    County, HUC    Land Use  Aerial & Satellite Imagery Rim Inflow Areas    Drains      Diversions  Model Grid/Layers     Climate Stations    Soils      Stream Gages  GW Only Area Boundaries Sprinklers (1975‐98)    Wells/Irrigated Lands (1936, 1998, 2002, 2005)       

SCALE: Parcel  Time Frame:  Variable 

TSTOOL/STATEDMI 

Tools for downloading and enhancing data from HydroBase  

User/GIS generated lists provide input files 

CDSS TOOL BOX & STATEDGI 

INPUT:      GIS Files OUTPUT: Canal Length                   Irrigated acreage by ditch       Irrigation wells      

    Irrigated crop for subirrigation                  Wells assigned to cells/layers 

                  Small flowing wells assigned to cells                   Rim Inflow Areas assigned to cells       Native Vegetation areas                   Available Water Content SCALE: Parcel/Structure/Model Cell Time Frame: Snapshots (1936, 1998, 2002, 2005)  RUNS: One run for each of the snapshot years 

MODFATE Iterative program that estimates fate of surface 

water return and drain flows 

M&I Well Pumping and Recharge Command Files 

Plus Rim Recharge Command File 

mksubProgram that builds Subdistrict input 

files, one for each Subdistrict 

Mkrcdwb: Program that creates 3rd dwb file needed for simulating the recharge decrees

< 

STATECU PROGRAM 

INPUT: RCU file + other files created by DMI’s   OUTPUT File (*.DWB):   

    Canal Losses      Non‐Consumed SW & GW      Effective Precipitation      GW Pumping for irrigation      Ditch Shortage of subirrigation 

                    IWR for crop subirrigation SCALE:  Ditch /Structure   TIME FRAME: Model Period TIME STEP: Monthly RUNS:  Historic                No Pumping 

Subdistrict Response Function Runs   

1. No Pumping Run: 1970 ‐2009 (includes recharge decrees )  2. Historic Response Calibration Data: Transient Historical Run minus No Pumping Run (1970‐2009) 3. Annual Response Functions (1988 – 2009) used to derive calibrated Wet, Dry and Average Year 

Response Functions.  4. Wet, Dry and Average year responses are combined and adjusted to “calibrate” to the Historic 

Response Calibration Data.   5. Calibrated Wet, Dry and Average year response functions used to estimate future pumping 

impacts. 

Additional Discussions

• Sustainability

• Drought

• Other?

Sustainability

Subdistrict No.1, Plan of Water Management 

Sustainability Objective for Unconfined Storage Levels 

Sustainability

‐26

‐24

‐22

‐20

‐18

‐16

‐14

‐12

‐10

‐8

‐6

‐4

‐2

0

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

Minim

um Dep

th to

 Water Dec ‐Mar (Feet)

Water Year

CON 02 Five Year Rolling Avg 78‐00 Min 78‐00 Avg

Drought

Original water table

Without pumping - ground water discharge to stream

With pumping - ground water discharge to stream

Difference in ground water discharge to stream