Modelling of tunnel inflow with coupled 3D groundwater and 2D surface flow

concept

Ilona Škarydováškolitel: doc.Ing.Milan Hokr, Ph.D.

Lokalita bedřichovského tunelu – motivace

• hydrogeologický model bedřichovského tunelu (sdružená úloha podzemního a povrchového proudění)

• možnost porovnání s naměřenými daty z lokality (přítoky do tunelu)

Bedřichovský tunel

• motivace: projekt Decovalex (simulace T-H-M-C procesů za účelem analýzy hlubinného úložiště)

– bedřichovský tunel – analogie lokality hlubinného úložiště z hlediska přírodních podmínek

– jedna z modelových testovacích úloh projektu

Řešený problém, matematický model

• Metoda řešení: smíšená hybridní metoda konečných prvků

• Použitý software:

– tvorba geometrie modelu a postprocessing: GMSH

– výpočet: Flow123D

Lokalita bedřichovského tunelu – koncepce

Klasická představa proudění a multidimenzionální koncept

Multidimenzionální koncept, sdružená úloha:

• zahrnutí zároveň podzemního a povrchového proudění (sdružená úloha):

– 1D, 2D elementy k simulaci řek a srážek (povrchové proudění)

– 3D elementy (podzemní proudění)

• sdružená úloha i ve smyslu sdružené geometrie:– 1D elementy → řeky

– 2D elementy → plošné zdroje na povrchu oblasti

– 3D čtyřstěny → vnitřní elementy modelu

Lokalita bedřichovského tunelu – lokalita, model

Bedřichovský tunel• vybudován počátkem 80.let 20.století• vodárenský tunel: dopravuje vodu z přehrady Josefův Důl do úpravny vody v Bedřichově a dále do Liberce• dlouhý 2,6 km, z toho 75m část pod přehradou• hloubka: průměrně 100 m pod povrchem• nachází se v kopcovitém terénu 500 – 840 m n.m.

Model lokality:• rozměry modelu: 5250 x 6007 x 400 m• průměr tunelu 3,6 m• různé varianty (bez tunelu, s tunelem, 3D model, 3D-2D-1D model)• náročnější diskretizace (rozměry tunelu, hloubka)• citlivost parametrů (hydraulických vodivostí prvků nižších dimenzí)

Vlevo: příčný řez modelem – zjemnění sítě v okolí tunelu, vpravo: diskretizace modelu

Přibližný rozsah modelu lokality Bedřichov

Piezometrická výška a toky v modelu s tunelem, příčný řez

Ilustrativní výstupy:• voda proudí v souladu s realitou:

– obrázky vpravo• porovnání přítoků do tunelu ve zjednodušených 2D modelech s 3D modely s odpovídající hydraulickou vodivostí

Lokalita bedřichovského tunelu – výsledky modelu

Tlaková výška a toky na povrchu

délka úseku tunelu

[m]

hydraulická vodivost: 3D model

[m/s]

přítok do

úseku tunelu:

3D model [l/s/m]

přítok do tunelu:

2D model [l/s/m]

odchylka 2D a 3D [%]

150 2.16E-07 9.09E-03 8.40E-03 7.5

735 1.12E-09 1.32E-04 1.63E-04 23.8

1110 9.12E-10 1.16E-04 1.17E-04 1.0

429 5.71E-09 5.20E-04 4.00E-04 23.7

200 1.59E-07 9.72E-03 9.38E-03 3.6

Děkuji za pozornost