Obliczenia przepływu nieustalonego

Obliczenia przepływu nieustalonego prowadzone są w minimum dwóch fazach ("Przepływ wody"), z których pierwsza faza zawsze służy do określenia warunków początkowych, tj. rozkładu pierwotnych ciśnień porowych, początkowego zwierciadła wody, stopnia nasycenia czy przepuszczalności względnej w momencie rozpoczęcia obliczeń przepływu nieustalonego. Dostępnych jest kilka opcji definiowania stanu początkowego ciśnienia porowego:

Za pomocą Zwierciadła Wody Gruntowej
Bezpośrednio z wykorzystaniem izolinii ciśnienia porowego
Wykonując obliczenia przepływu w stanie ustalonym

Pierwsza opcja zakłada hydrostatyczną (linową) dystrybucję ćiśnienia porowego na wysokości. Powyżej ZWG program generuje dodatnie ciśnienia porowe, a powyżej ZWG ujemne ciśnienia porowe (ssanie). Druga opcja umożliwia uwzględnienie suchego masywu gruntowego poprzez zdefiniowanie, np. ujemnych ciśnień porowych na całym infiltrowanym obszarze. Trzecia opcja wymaga przeprowadzenia analizy przepływu w stanie ustalonym. Na podstawie przypisanego modelu materiałowego program określa początkowy stopień nasycenia oraz przepuszczalność względną w funkcji początkowego ciśnienia porowego wyznaczonego na podstawie obliczeń przepływu ustalonego.

Rysunek 1 pokazuje dystrybucję początkowego ciśnienia porowego wyznaczonego na podstawie obliczeń przepływu ustalonego dla założonych warunków hydraulicznych. Oczywistym jest, że jedynie ciśnienia poniżej ZWG są pokazane. Stan początkowy w masywie nienasyconym lub częściowo nasyconym może być częściowo oszacowany poprzez narysowanie przykładowo rozkładu początkowego stopnia nasycenia, jak pokazano na Rysunku 2. Gdy wybrana zostanie opcja "Brak wody" wartości początkowych ciśnień porowych są przyjmowane jako zerowe.

Rysunek 1 - Pierwsza faza obliczeniowa: Rozkład początkowych ciśnień porowych

Rysunek 2 - Pierwsza faza obliczeniowa: Rozkład początkowego stopnia nasycenia

Analiza przepływu ustalonego wykonywana jest począwszy od drugiej fazy obliczeń, od której każda kolejna faza jest następstwem poprzedniej. Każda faza obliczeń wymaga zdefiniowania czasu analizy, zmienności hydraulicznych warunków brzegowych w czasie, a także długości kroku czasowego. Obecna wersja programu umożliwia wprowadzenie całego obciążenia w jednym momencie na początku fazy obliczeniowej lub też przyjęcie, iż obciążenie wzrasta liniowo w czasie w obliczeń fazy ("Przepływ wody"). W pierwszym przypadku, początkowy krok czasowy przyjmowany jest jako 1/10 określonego kroku czasowego. Następnie obliczenia kontynuowane są z uwzględnieniem zdefiniowanego kroku czasowego. Zaleca się dostosowywanie kroku czasowego w kolejnych etapach obliczeń. Krótszy krok czasowy zalecany jest na początku obliczeń. Przy dłuższych krokach czasowych, gdy rozwiązanie osiąga warunki stanu ustalonego, krok czasowy może być znacznie wydłużony (np. z 1/10 doby do kilku dni). Rysunki 3 i 4 pokazują wyniki odpowiednio stanu pośredniego oraz stanu ustalonego odpowiadające nagłemu podniesieniu ZWG w drugiej fazie obliczeniowej. Rysunki 5 i 6 pokazują analogiczne stany związane z następującym później gwałtownym obniżeniem ZWG, zamodelowanym poprzez przywrócenie oryginalnego poziomu ZWG w siódmej fazie obliczeniowej.

Rysunek 3 - Druga faza obliczeniowa: Rozkład ciśnień porowych w wybranym momencie obliczeń (stan pośredni)