■3D Unconfined Flow■
3次元Unconfined Flowの典型的な例として、アースダムと河川の堤防があります。前にも述べましたが、Unconfined FlowにはPhreatic surface ( Free surface 又はwater table とも呼ばれる)が有ります。実際には、毛細管現象のために、はっきりとしたPhreatic surface は確認できませんが、下図に示す様に、Pitot tube をaquifer に差し込むと、Phreatic surface の位置を見つけることが出来ます。

また、Unconfined Flowには、特殊な境界条件が存在します。上図の下流側にseepage face が発生し、ここからは、水がしみ出てきます。seepage face では、圧力がPhreatic surface と同じ p=0 ですから、Dirichlet型境界条件のh=zが与えられることになります。

では何故 seepage face が存在しなくてはならないか考えてみましょう。その前に等ポテンシアル線と等ストリーム線との関係を復習しましょう。下図にIso-tropic aquifer 内での等ポテンシアル線と水の流れの方向を表す等ストリーム線の状況を示します。まず、Iso-tropic aquiferですから、等ポテンシアル線と等ストリーム線は直交します。水は、最大勾配の方向に流れるからです。つまり、水の流れる方向は、等ポテンシアル線に対し直角になります。