Performance of a shallow-water model for simulating flow over trapezoidal broad-crested weirs
Loading...
Date
2019-12-19
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
VEDA, SLOVAK ACAD SCIENCES
Altmetrics
Abstract
Shallow-water models are standard for simulating flow in river systems during floods, including in the nearfield of sudden changes in the topography, where vertical flow contraction occurs such as in case of channel overbanking, side spillways or levee overtopping. In the case of stagnant inundation and for frontal flow, the flow configurations are close to the flow over a broad-crested weir with the trapezoidal profile in the flow direction (i.e. inclined upstream and downstream slopes). In this study, results of shallow-water numerical modelling were compared with seven sets of previous experimental observations of flow over a frontal broad-crested weir, to assess the effect of vertical contraction and surface roughness on the accuracy of the computational results. Three different upstream slopes of the broad-crested weir (V:H = 1:Z(1) = 1:1, 1:2, 1:3) and three roughness scenarios were tested. The results indicate that, for smooth surface, numerical simulations overestimate by about 2 to 5% the weir discharge coefficient. In case of a rough surface, the difference between computations and observations reach up to 10%, for high relative roughness. When taking into account mentioned the differences, the shallow-water model may be applied for a range of engineering purposes.
Modely mělké vody jsou standardem pro simulaci toku v říčních systémech během povodní, a to i v blízkém poli náhlých změn v topografii, kde dochází ke svislé kontrakci toku, jako například v případě přetížení kanálu, postranních přelivů nebo přetížení hrází. V případě stagnujícího inundace a pro čelní tok jsou konfigurace toku blízké toku přes široko-chocholatý jez s lichoběžníkovým profilem ve směru toku (tj. Nakloněné před a za svahem). V této studii byly výsledky numerického modelování mělké vody porovnány se sedmi sadami předchozích experimentálních pozorování toku přes čelní široko-chocholatý jez, aby se vyhodnotil vliv vertikální kontrakce a drsnosti povrchu na přesnost výpočtových výsledků. Byly testovány tři různé svahy proti proudu širokého hřebenu (V: H = 1: Z (1) = 1: 1, 1: 2, 1: 3) a tři scénáře drsnosti. Výsledky ukazují, že pro hladký povrch numerické simulace přeceňují asi o 2 až 5% koeficient propouštění jezu. V případě drsného povrchu dosahuje rozdíl mezi výpočty a pozorováním až 10% pro vysokou relativní drsnost. Při zohlednění uvedených rozdílů lze model mělké vody použít pro řadu inženýrských účelů.
Modely mělké vody jsou standardem pro simulaci toku v říčních systémech během povodní, a to i v blízkém poli náhlých změn v topografii, kde dochází ke svislé kontrakci toku, jako například v případě přetížení kanálu, postranních přelivů nebo přetížení hrází. V případě stagnujícího inundace a pro čelní tok jsou konfigurace toku blízké toku přes široko-chocholatý jez s lichoběžníkovým profilem ve směru toku (tj. Nakloněné před a za svahem). V této studii byly výsledky numerického modelování mělké vody porovnány se sedmi sadami předchozích experimentálních pozorování toku přes čelní široko-chocholatý jez, aby se vyhodnotil vliv vertikální kontrakce a drsnosti povrchu na přesnost výpočtových výsledků. Byly testovány tři různé svahy proti proudu širokého hřebenu (V: H = 1: Z (1) = 1: 1, 1: 2, 1: 3) a tři scénáře drsnosti. Výsledky ukazují, že pro hladký povrch numerické simulace přeceňují asi o 2 až 5% koeficient propouštění jezu. V případě drsného povrchu dosahuje rozdíl mezi výpočty a pozorováním až 10% pro vysokou relativní drsnost. Při zohlednění uvedených rozdílů lze model mělké vody použít pro řadu inženýrských účelů.
Description
Citation
Journal of Hydrology and Hydromechanics. 2019, vol. 67, issue 4, p. 322-328.
http://www.uh.sav.sk/jhh/Find-Issues/All-Issues?kod=67,4
http://www.uh.sav.sk/jhh/Find-Issues/All-Issues?kod=67,4
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
Document licence
Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/