Article Dans Une Revue LHB Hydroscience Journal Année : 2021

Surrogate-based optimization for overflow spillway design

Résumé

Overflow spillways are essential structures of dam projects, releasing surplus flood water to ensure dam safety. The discharge capacity of these structures depends mainly on their geometry; the most common shape is the standard weir, designed empirically. The design of overflow spillways must be optimised with respect to hydraulic performance, dam safety requirements and economic cost. The objective of this work is to numerically investigate spillway design using a shape optimisation process based on computational fluid dynamics software. The program Code_Saturne, which uses the volume of fluid method, was used to optimise the spillway design. To decrease computational cost, two reduced-order models were constructed. The first, with independent error formulation, was based on a neural network model, and the second was based on a kriging model, which considers correlated error formulation. The spillway optimisation was performed by a metaheuristic using each surrogate model as a simulator, and results are compared with those of the standard weir. The numerical optimisation results show an improvement over standard spillway hydraulic performances. Based on the optimised spillway shapes, expected gains are up to 15% for the flow discharge.

Les évacuateurs de crue sont des dispositifs hydrauliques assurant la sureté des barrages. Ils sont conçus pour évacuer l’excédent de débit ne pouvant être stocké dans la retenue. Leurs capacités d’évacuation dépendent principalement de leurs formes géométriques. La forme la plus répandue du déversoir standard n’a été définie qu’empiriquement et optimiser la forme de ces ouvrages afin d’améliorer leurs performances présente des intérêts à la fois financiers et de sûreté. L’objectif de ce travail est d’étudier la conception d’évacuateur de crue par processus d’optimisation de forme basé sur un code de dynamique des fluides. La méthode de Code_Saturne a été utilisée pour optimiser la conception du déversoir afin d’augmenter la débitance du seuil déversant pour une hauteur d’eau donnée en amont. Afin de réduire les coûts de calcul, deux modèles réduits ont été construits. Le premier, avec une formulation d’erreurs indépendantes, est basé sur un modèle de réseau de neurones, tandis que le second, considérant une formulation d’erreurs corrélées, est basé sur la méthode de krigeage. L’optimisation est réalisée par une méta-heuristique qui prend comme simulateur chacun des modèles réduits. Les résultats montrent une amélioration des performances hydrauliques du déversoir standard. Les formes optimisées présentent des gains attendus de 15 % sur le débit.

Dates et versions

hal-04993237 , version 1 (16-03-2025)

Identifiants

Citer

Fatna Oukaili, Yvan Bercovitz, Cédric Goeury, Fabrice Zaoui, Erwan Le Coupanec, et al.. Surrogate-based optimization for overflow spillway design. LHB Hydroscience Journal, 2021, 107 (1), pp.1-11. ⟨10.1080/27678490.2021.1935003⟩. ⟨hal-04993237⟩

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