BIOF&T 2-D/3-D

• Solutii pentru curgere nepermanenta 1-D sau 2-D (x,z) sau 2-D radial (r,z) si pentru transport de faze dizolvate multicomponent in zona nesaturata, cuplata cu curgere 2-D sau 3-D si transport de faze dizolvate multicomponent in acviferul freatic.
• In cazuri deosebit de complicate optiune pentru simularea 3-D integral cuplata a zonelor nesaturata si saturata.
• Variatii spatio-temporale in sursa (adica faza densa sau usoara reziduala si/sau alt tip de poluare punctuala) si, cunoscind conditiile initiale, variatia gradului de incarcare a apei freatice se calculeaza si se actualizeaza intern
• Variatia in spatiu a infiltrarii/injectiei
• Modelarea mai multior puturi sau santuri de extractie si/sau de drenare.
• Simularea mediilor poroase fisurate (sau nefisurate) eterogene si/sau anizotrope cu porozitate dubla.
• Elemente de prisma patratica 2-D/3-D sau elemente cuadrilaterale/hexagonale sau izoparametrice pentru simularea precisa a campului modelat cu margini materiale, hidraulice si fizice neregulate.
• Cinetica de convectie, dispersie, difuzie, adsorbtie, desorbtie si cinetica proceselor de biodegradatie dependenta de oxigen de ordinul intai sau de tip Monod.
• Solutii matriceale eficiente prin metoda gradientului conjugat preconditionat.
• Prin Editorul de retea tridimensionala BIOF&T face posibila reprezentarea precisa a limitelor spatiale si suprafetelor neregulate, precum si a geologiei subterane complexe.

• Date de retea
• Conditii initiale de hidraulica curgerii: apa
• Conditii de limita de hidraulica curgerii: presiune, flux si surse specificate
• Parametri hidraulici ai solului: parametri van Genuchten, distributia conductivitatilor hidraulice, porozitate
• Conditii initiale de transport: concentratia componentilor
• Conditii de limita  de transport: concentratie constanta, flux de masa constant, distributia spatiala a incarcarii cu poluanti.
• Dispersivitatea
• Viteza transferului de masa intre fazele apa si hidrocarburi
• Coeficientii de distributie (Kd)
• Densitatea
• Coeficientii de difuzie a substantelor chimice implicate
• Parametri de biodegradabilitate a substantelor chimice implicate
• Fractiunea fazei dizolvate

• Distributia spatio-temporala a presiunii de fluid
• Distributia spatio-temporala a saturatiei de fluid
• Variatia temporala a vitezei de scurgere a fluidului
• Variatia temporala a vitezelor de extractie/drenare si a volumelor

Transport

Pentru fiecare specie:

• Distributia spatio-temporala  a concentratiei
• Variatia temporala a cantitatilor dizolvate in apa
• Variatia temporala a cantitatilor ramase in faza libera
• Variatia temporala  a cantitatii adsorbate pe faza solida

BIOF&T date tehnice

Scurgerea si transportul in zona nesaturata pot fi modelate in sectiuni verticale 1-D, in sectiuni plane 2-D, in sectiuni radial-simetrice verticale sau in trei dimensiuni. Scurgerea si transportul in faza dizolvata din zona saturata sunt simulate ca procese bidimensionale (2-D) sau tridimensionale (3-D). BIOF&T face posibila rezolvarea necuplata a zonelor nesaturata si saturata. Outputurile sub forma de serii de timp ale distributiei spatiale a substantei poluante din zona nesaturata se pot folosi pentru definirea reincarcarii acviferului freatic. Optional, in cazuri complexe, BIOF&T face posibile si  rezolvari cuplate tridimensionale.

Limitele materiale sau spatiul de modelare neregulat pot fi modelate cu ajutorul elementelor patratice sau cuadrilaterale izoparametrice bidimensionale sau prin elemente prismatice patratice sau elemente hexagonale izoparametrice tridimensionale. Cu BIOF&T se modeleaza  procese de convectie, dispersie, difuzie, adsorbtie, desorbtie si procese microbiologice dependente de oxigen, anaerobe, de prim ordin sau cu cinetica Monod sau procese microbiologice de prim ordin bazate pe degradare secventiala cu produse de descompunere multiple. Tinand cont de conditiile initiale date, modelul calculeaza si actualizeaza variatia sursei (fluid de faza non-acvatica) in spatiu si timp. Pot fi determinate rate de infiltrare variabile in spatiu.

BIOF&T dispune de preprocesor, editor de retea si postprocesor. Preprocesorul si editorul de retea realizeaza fisierele de date necesare input-ului  in BIOF&T. Mijloacele avute la dispozitie sunt: generatorul de retea (grid), atasarea caracteristicilor de eterogenitate si izotropie, specificarea conditiilor de limita pentru hidraulica scurgerii la presiune, debit si sursa constante si pentru procesele de transport de tip mixt la concentratie constanta si specificarea regimului variabil de scurgere in spatiu.

Datele de intrare necesare ale analizelor de hidraulica scurgerii sunt: conditiile initiale, proprietatile hidraulice ale solului, parametrii de integrare in timp, conditii de limita si parametrii de retea. Cu modelul creativ van Genuchten se pot determina proprietatile de retentie a apei in zona nesaturata a solului. Pentru simulari ale transportului mai sunt necesare, in afara de cele mentionate mai sus, date de dispersivitate a mediulu poros (in cazul modelarii mediilor fisurate: de fractiunea de roca cu porozitate mobila), solubilitatea in apa a substantelor chimice, parametrii biodegradarii, coeficientul de difuzie, coeficientul de partitie si coeficentii transferului de masa (numai in cazul modelarii mediilor fisurate).

Iesirea BIOF&T contine lista parametrilor de intrare, conditiile initiale si de limita si datele retelei. Sunt incluse, deasemenaea, presiunea simulata a apei, saturatia in apa si viteza de scurgere a apei pentru fiecare punct al retelei, variatia temporala a volumului intreg de apa si variatia temporala a ratei de extractie/injectare pentru fiecare sursa. La simularile de transport sunt redate concentratiile substantei chimice in fiecare punct nodal precum si masa totala a substantei chimice in solutie sau ca faza libera (reziduala). Simularile de hidraulica scurgerii si de transport pot fi efectuate si pe segmente. BIOF&T genereaza un fisier complementar la sfarsitul segmentului in derulare pe care il va folosi la determinarea conditiilor initiale pentru segmentul urmator.

BIOF&T 3-D parametri input

Parametrii privind proprietatile solului necesari simularilor de hidraulica scurgerii in BIOF&T: conductivitatea hidraulica saturata in principalele directii de scurgere Kij, unghiul de anizotropie a principalei directii de curgere in acelasi plan cu directia x a ariei de modelare, porozitatea solului, saturatie nereductibila Sm, parametrii de retentie van Genuchten si porozitatea. Modelul  SOILPARA (1995) este un mijloc usor de folosit cu ajutorul caruia se pot estima parametrii hidraulici ai solului pornind de la date privind structura solului pe baza urmatoarelor: (1) modelul RETC dezvoltat de catre M. Th. van Genuchten (1991) (Public Domain), (2) lucrarile lui Shirazi si Boersma 1984 si Campbell 1985 si (3) documentatia MARS care contine valori caracteristice de parametri recomandate de USDA pentru numeroase tipuri de structura de sol existente in baza de date SOILPARA.

Propritati fizico-chimice

Anexa D a manualului BIOF&T contine date privind proprietatile fizico-chimice ale substantelor NAPL. Aici se mai gaseste o scurta descriere a procedurilor de discretizare spatiala, de generare a retelei, de definire a conditiilor initiale si a conditiilor de limita.

Conditii initiale de curgere

In spatiul de modelare distributia presiunilor initiale ale apei pot fi redate prin:

• interpolare bilineara prin fixarea presiunilor pe marginile stanga si dreapta a feliilor
• distributia neuniforma a presiunilor in punctele nodale ale feliilor individuale

Conditii initiale de transport

Conditiile substantelor chimice in faza se solutie pot fi atribuite in fiecare punct nodal asa cum urmeaza:

• distributie uniforma a concentratiilor in fiecare felie
• distributie neuniforma a concentratiilor in punctele nodale ale feliilor individuale

Conditii la limita de curgere

Conditiile de limita de presiune determinata (de tip 1) in functie de timp pot fi atribuite punctelor nodale date. Conditiile de limita de flux determinat (de tip 2) si de sursa pentru punctele nodale date pot fi fixate cu valorile ratei volumetrice pe unitatea de timp (L3 T-1). Daca cunoastem fluxul pentru un puct nodal dat (L T-1), valoarea acestuia se inmulteste cu aria reprezentata de acel punct perpendiculara pe flux.

Conditii la limita de transport

Definirea conditiilor de limita de trasnsport de tipul 1 si 3 se face cu aceeasi metoda ca in cazul conditiilor de limita de hidraulica scurgerii de tipul 1 si de tipul 2, sursa. Conditia limita de transport predefinita (default) este cea de tipul 2 ceea ce insemna gradienti normali de concentratie 0 (adica flux dispersiv zero). Conditia limita de tipul 1 defineste o variatie a concentratiei dependenta de timp intr-un punct nodal dat pentru fiecare substanta chimica. In  cazul conditiei de limita de tipul 3 si de sursa utilizatorul fixeaza rata de extractie sau injectare dependenta de timp [L3 T-1] si concentratia substantei chimice in lichidul injectat. BIOF&T calculeaza rata integrala de extractie/injectie de masa [MT-1].

BIOF&T poseda pre- si postprocesor si editor de retea pe baza de Windows 3.x/95/NT 4.0.

Preprocesorul BIOF&T

Cu ajutorul preprocesorului BIOF&T se pot genera si edita fisierele de intrare ale modelului numeric BIOF&T. Preprocesorul functioneaza impreuna cu generatorul de retea si cu postprocesorul cu care realizeaza interfata grafica a codului de hidraulica scurgerii si de transport BIOF&T. Ca urmare a instalarii BIOF&T se genereaza 4 icoane: modelul BIOF&T, pre-procesorul BIOF&T, editorul de retea BIOF&T si  post-procesorul BIOF&T. Fiecare din aceste programe are functii diferite dar care se sprijina unele pe altele.

Procesorul BIOF&T face posibila introducerea parametrilor de control (ex. daca in timpul rularii va avea loc o simulare de transport sau nu), a conditiilor initiale, a proprietatilor substantelor chimice (maximum 5), a conditiilor de limita si a maximum 10 proprietati ale solului. Editorul de retea va folosi mai multe dintre aceste date introduse. Valorile, cum sunt cele ale presiunilor neuniforme, trebuie date in preprocesare, dar ele vor fi atribuite mai tarziu punctelor nodale ale retelei. Proprietatile substantelor, conditiile de limita si zonele de infiltratie vor fi toate atribuite nodurilor retelei in editorul de retea.

Utilizarea preprocesorului

Preprocesorul BIOF&T ruleaza sub sistemele Windows 3.x, Windows 95 si Windows NT. Preprocesorul face posibila editarea rapida a fisierelor de input prin formatul sau popular cu taburi. Programul principal are 2 seturi de taburi: unul la baza, care separa sectiunile majore ale intrefetei, si altul situat deasupra unor elemente principale si care separa subsectiuni ale ecranului.

Deschiderea si salvarea proiectelor

Un fisier de proiect BIOF&T este asemanator unei baze de date multi-tabel. Datele preprocesorului se afla in fisieere de text ASCII ca si datele editorului de retea si ale postprocesorului. La initierea unui proiect nou preprocesorul cere atribuirea unui nume de proiect (cu extensia default .bfp), apoi va genera subfisierele cu datele materiale si ale substantelor chimice.

Ce este editorul de retea?

Editorul de retea face posibila generarea elementelor bidimensionale cuadrilaterale si tridimensionale hexagonale neregulate. Editorul de retea este o interfata grafica cu ajutorul careia se pot atribui elementelor retelei concentratii initiale, parametri de sol, conditii de limita, etc.

Butoane rapide

Pan (translatie) , Rotate (rotatie), Edit (editare)

Miscarea nodurilor

Nodurile retelei pot fi miscate prin apasarea tastei Ctrl si a butonului stang al mousului. Nodurile se vor deplasa in acord cu dimensiunile afisate pe monitor. Nodurile pot fi miscate numai in modul de editare al editorului de retea.

Import DXF

Versiunea 1.1 a editorului de retea executa deja si import DXF, facand astfel posibila plasarea pe retea a fisierelor DXF.

Postprocesorul

Postprocesorul este un mijloc de analiza a datelor, un pachet grafic si un mijloc de export al conturelor. Pentru trecerea in revista in detaliu a rezultatelor modelarii, utilizatorul poate viziona si versiunea text a fisierelor de iesire.