EREDOS项目：涵盖水道流场数值模拟
本计划由欧洲区域发展基金共同资助
本文由Gwenaël CHEVALLET、Marie-Christine GERMAIN及Sarah LASNE共同撰写，来自BRL ingenierie。
BRL ingenierie拥有超过60年的大型水利基础设施经验，是法国及国际水利工程领域的重要参与者。
采矿业导致了许多地下设施的的建设，以管理开采区域并促进其经济与工业发展。这项活动产生了空洞，并伴随着矿渣堆积及谷底填充，主要使用废石等材料进行填充。这些填充作业之前，先在水道上方进行砌石工程，以维持谷中的水流畅通。后来，随着住宅或基础设施的建设，又产生了材料沉积。
矿业发展衰退后，这些工程设施未进行维护。2012年11月，Robiac-Rochessadoule（法国加尔省）发生涵盖水道坍塌，这表明重新评估并关注这些被忽略地质环境的重要性。
图1 2012年11月法国Robiac-Rochessadoule涵盖水道坍塌
BRL ingenierie参与的EREDOS研究计划，其目标如下：
- 开发工具和方法，对涵盖水道及其上的结构物进行详细勘察，包含监测系统、结构行为与水力行为等。
- 定义风险指标和干预方案。
在此研究框架内，BRL工程公司采用3D CFD进行模拟分析，以解决涵盖水流相关问题。CFD模型以 FLOW-3D 软件建立，并结合RICHER公司提供的涵盖水流三维精细扫描数据。目前我们的土木和环境工程客户已将 FLOW-3D HYDRO 应用于此类建模与分析。
隧道3D扫描
Valette溪位于法国阿莱斯北方约20公里处的罗比亚克-罗切萨杜勒镇。此隧道全长约250m，结构为砖石砌筑。下图为下游拍摄的3D扫描影像。透过收集高分辨率的几何数据，我们得以建立精准的3D CAD模型，作为 FLOW-3D HYDRO 的输入数据
图2 隧道内部照片
图3 隧道360度照片
图4 3D地形模型详细信息
水力模型
主要任务为建立包括整个地下溪流的3D CFD模型，并进行参数研究。模型使用FLOW-3D HYDRO 软件建立，测试的主要参数包括：
- 上游与下游边界条件
- 上游：流量或水位施加
- 下游：自由流出或水位施加 - 隧道绝对粗糙度
- 网格尺寸
- 湍流模型（K-epsilon, K-omega, RNG）
- 考虑水流曝气现象（单一流体 [水] + 特定空气模型或双流体 [水+空气] 模型）
- 数值选项（一阶、二阶等）
- 壁面定律
总计，进行了40多次的3D CFD模拟。
图5. 上游压力流 (~ 120 m³/s)
图6 下游自由水面流 (~ 120 m³/s)
图7 流线图 (~ 120 m³/s)
图8 空气率 (~ 120 m³/s)
水力分析结果
尽管测试中调整了多项参数（即使范围很大），仿真结果显示，此隧道最大计算流量依然稳定在100-125m³/s。对于此特定条件与尺度，仿真结果显示模型对参数空间变化的敏感度并不高。
根据模型估计，此隧道的最大实测流量约为100m³/s。所谓最大实测流量，是指当上游水位上升至约8至9米（以模型参考点为基准）时的流量，此水位与上游入口附近的自然地形条件相符
透过上述方法所得出的隧道上游流量曲线带入分析。在60-120m³/s的流量范围内，第一条隧道应用流量系数为0.6的涵洞公式所计算出的流量曲线，与使用 FLOW-3D HYDRO 软件所得到的流量曲线相当吻合。
https://www.flow3d.com/eredos-project-numerical-modeling-of-flows-in-covered-streams/