Physical Design of Upper Harbor at Auvelais Lock, Belgium

In the Meuse catchment in Belgium, the Auvelais lock nowadays allows for ECMT class Va ships (2000 tons, 110 m x 11.40 m). However, the present upper guard wall, which separates the upstream harbor from the river flow, is not well suited for class Va vessels because it is 110 m-long and its extremity is curved. It is planned to be modernized. To ease and secure the navigation, the new configuration should respect six criterions: it should (1) increase the space at the harbor entrance; (2) minimize the stream velocity in the lock axis; (3) reduce the transverse currents; (4) ensure a smooth velocity gradient distribution to minimize the forces and yawing moments exerted on the vessel at the harbor entrance; (5) reduce the flow contraction in the river channel to maintain the river flood discharge capacity; and (6) not be too expensive. A 1:50 physical model is used to analyse the velocity field in the upper harbor for several geometries and discharges. The present layout is compared to three solutions: (1) a 124 m-long straight solid wall; (2) a 124 m-long straight wall with 9 openings; and (3) a 124 m-long straight wall with 5 openings. The result reproducibility is satisfactorily checked. The velocity profiles show that solution (3) gives the best results according to the six criterions

Experimental investigation of sediment deposition on floodplains

River morphodynamics and sediment transportMechanics of sediment transpor

A comparison of overbank flow conditions in skewed and converging/diverging channels

River hydrodynamicsOverbank flows and vegetatio

Investigations on the Establishment of Uniform Flow in Compound Channel Flumes

Source: ICHE Conference Archive - https://mdi-de.baw.de/icheArchiv

Flow structure in a compound channel: benchmarking 2D and 3D numerical models

The benchmarking test of 2D and 3D numerical models on a compound channel flow with a rectangular-shaped main channel and a rectangular-shaped floodplain was carried out by the IAHR Working Group on Compound Channels. The selected test case is the flume experiment by Nezu and Tominaga (1991). Nine depth-averaged 2D models and four 3D models participated in the benchmark. In the 2D models, the depth-averaged streamwise velocity profiles in the lateral direction were compared. In the 3D models, velocity components in three directions as well as the distribution of the turbulence kinetic energy in a cross-section were compared. Through the comparison, the applicability and limitations of each model are highlighted and discussed with regard to the model characteristics.Konferencija je održana na daljinu (on-line), bez fizičkog prisustva i sav materijal se nalazi na web-stranici organizatora skupa

Flow modelling in compound channels : momentum transfer between main channel and prismatic or non-prismatic floodplains

Flow modelling in a compound channel is a complex matter. Indeed, due to the smaller velocities in the floodplains than in the main channel, shear layers develop at the interfaces between these subsections, and the channel conveyance is affected by a momentum transfer corresponding to this shear layer, but also to possible geometrical changes in a non-prismatic reach. In this work, a one-dimensional approach, the Exchange Discharge Model (EDM), is proposed for such flows. The EDM accounts for the momentum transfer between channel subsections, estimated as proportional to the velocity gradient and to the discharges exchanged through the interface; where two main processes are identified : (1) the turbulent exchange, due to the shear-layer development; and (2) the geometrical transfer, due to cross-sectional changes. The EDM is successfully validated for discharge prediction, but also for water-profile computation, through comparison with existing laboratory and field measurements. The momentum transfer due to turbulent exchanges is then studied experimentally, theoretically and numerically. At first, new experimental data, obtained by using Particle Tracking Velocimetry techniques, are presented : the periodical vortex structures that develop in the shear layer are clearly identified and characterised. Secondly, a hydrodynamic linear stability analysis enables to predict quite successfully the wave length of some observed vortices. Lastly, an Unsteady-RANS numerical method is used to simulate the perturbation development. The estimated vortex wave lengths agree again with the measurements and the theoretical predictions, although vortices merging occurs in the simulation results, which was actually not observed experimentally. The velocity-profile prediction is found improved when the effect of vortices is considered, thanks to the corresponding additional shearing. The geometrical transfer is also investigated experimentally and numerically. Novel experiments are designed, with the measurements of the flow in a compound channel with symmetrically narrowing floodplains. The mass transfer and the evolution of the flow distribution along the channel length are clearly observed. A significant additional head loss due to this transfer is measured, in accordance with the EDM hypothesis. Measured water profiles are finally compared successfully with the EDM predictions. In addition to the EDM development and validation, the so-called Lateral Distribution Method (LDM) is also investigated and the significance of the secondary-currents models proposed by previous authors for this method is discussed. When considering the velocity-profile prediction, the effect of these helical secondary currents is again clearly highlighted, by using dispersion terms in the Saint-Venant equations. However, the actual physical meaning of the related dispersion coefficients remains uncertain. In addition, an extended LDM is also proposed and discussed for non-prismatic flow modelling, using the new narrowing-channel data set.La modélisation des écoulements dans les rivières à plaines inondables est particulièrement complexe. En effet, la vitesse de l'eau étant plus faible sur la plaine d'inondation que dans le lit mineur, une couche de cisaillement se développe à l'interface entre ces sous-sections. La débitance totale de la rivière est dés lors réduite, à cause du transfert de quantité de mouvement qu'occasionne la présence de la couche de cisaillement, mais aussi de part les changements de géométrie qui peuvent se produire dans un lit non-prismatique. La présente thèse propose, pour la représentation de tels écoulements, une nouvelle approche uni-dimensionnelle dénommée Modèle des Débits d'Echange ("Exchange Discharge Model" - EDM). Le transfert de quantité de mouvement entre les soussections de la rivière est pris en compte par l'EDM comme étant proportionnel au gradient de vitesse entre celles-ci et aux débits échangés à travers leur interface. A cette interface, deux phénomènes sont essentiellement présents : (1) un échange turbulent, dû au développement de la couche de cisaillement; et (2) un transfert géométrique, correspondant aux changements de section. L'EDM est validé avec succès pour la prédiction du débit et pour le calcul de lignes d'eau, par comparaison avec des données existantes de laboratoire et de terrain. Le transfert de quantité de mouvement dû à l'échange turbulent est ensuite étudié expérimentalement, théoriquement et numériquement. De nouvelles mesures sont obtenues, au moyen d'une technique de vélocimétrie par suivi de particules. Les structures périodiques qui se développent dans la couche de cisaillement sont clairement identifiées et caractérisées. Deuxièmement, une analyse linéaire de stabilité hydrodynamique permet de prédire théoriquement les longueurs d'onde de quelques tourbillons qui ont été observés expérimentalement, et ce avec succès. Enfin, un modèle numérique, de type "Unsteady-RANS", est utilisé pour simuler la croissance des tourbillons dans la couche de cisaillement. Encore une fois, les longueurs d'onde obtenues correspondent relativement bien avec les valeurs mesurées et prédites théoriquement; bien que les coalescences de tourbillons qui se produisent numériquement n'aient pas été observées expérimentalement. La prédiction des profils de vitesse est améliorée, lorsque l'effet des tourbillons est considéré, grâce à la contrainte de cisaillement additionnelle que ceux-ci génèrent. Les transferts géométriques sont également explorés expérimentalement et numériquement. Une nouvelle campagne expérimentale a été réalisée, en considérant l'écoulement dans un lit composé symétrique, dont les plaines d'inondation se rétrécissent progressivement. Le transfert de masse entre sous-sections et la redistribution des débits qui lui est associée sont clairement observés au long du canal. Une importante perte de charge additionnelle due à ce transfert est mesurée, en concordance avec les hypothèses de l'EDM. Finalement, les lignes d'eau mesurées sont reproduites avec succès par un calcul utilisant l'EDM. En complément au développement et à la validation de l'EDM, la "Lateral Distribution Method" (LDM) est également utilisée, avec pour objectif la clarification du rôle des termes de courants secondaires proposés par différents auteurs. Par rapport à la prédiction du profil de vitesse, l'effet de ces courants secondaires est très marqué. Il est ici reproduit en utilisant des termes de dispersion dans les équations de Saint-Venant. Cependant, le sens physique des valeurs des coefficients de dispersion qui doivent être utilisés est discutable. Par ailleurs, une LDM étendue, pour les écoulement en lits nonprismatiques, est proposée et commentée, en utilisant le nouveau jeu de données pour le canal convergent.(FSA 3)--UCL, 200

Internet et enseignement : une expérience d'auto-apprentissage en hydraulique à surface libre

An experimentation of the Internet use for teaching purpose is presented. The object is the development of a self-learning support, based on an interactive course, on open-channel hydraulics. A specific pedagogical approach has been adopted, dealing with the feeling of insecurity faced by an isolated student. Results of a first evaluation phase are reported. Those results show that, while the Internet offers new possibilities of knowledge dissemination, numerous technical and pedagogical skills are still required from the teachers who develop such tools

5.4 : Auto-apprentissage par Internet : une application à l'hydraulique à surface libre

An interactive open-channel hydraulics course on the Internet is presented This course, still under development, is intended to be used as a self-learning support. Therefore, a specific pedagogical approach has been adopted, dealing with the feeling of insecurity faced by an isolated student. Results of a first evaluation phase are reported. Those results show that, while the Internet offers new possibilities of knowledge dissemination, numerous technical and pedagogical skills are still required from the teachers who develop such tools.Un cours interactif d'hydraulique à surface libre sur Internet est présenté. Ce cours, encore en développement, est conçu pour être utilisé en auto-apprentissage. Par conséquent, une démarche pédagogique appropriée est mise en œuvre, entre autres pour rencontrer le sentiment d'insécurité que peut ressentir un étudiant isolé. Les résultats d’une première phase d’utilisation expérimentale sont présentés. Ces résultats indiquent que, si le réseau Internet semble offrir de nouvelles perspectives en matière de dissémination de la connaissance, de nombreuses compétences, techniques et pédagogiques, doivent encore être mises en œuvre par les enseignants s'ils souhaitent obtenir des résultats probants.Zech Yves, Bousmar Didier. 5.4 : Auto-apprentissage par Internet : une application à l'hydraulique à surface libre. In: Les logiciels de mécanique des fluides au service de l'industrie et de l'environnement. Congrès de la Société Hydrotechnique de France. 26èmes journées de l'hydraulique. Paris-Marne la Vallée, du 11 au 13 septembre 1998. 2000

Momentum transfer for practical flow computation in compound channels

A new theoretical 1D model of compound channels flows-the exchange discharge model-is presented. The interactions between main channel and floodplains are taken into account as a momentum transfer proportional to the product of the velocity gradient at the interface by the mass discharge exchanged through this interface due to turbulence. Geometrical changes in cross sections are also modeled; they generate a similar momentum transfer, proportional to the actual mass transfer. Both effects are incorporated into the flow equations as an additional head loss. This make the formulation suitable for stage-discharge computation but also enables practical water-profile simulations. The model is tested successfully against available experimental data for (1) stage-discharge relations; and (2) water-profile computation applied to a field case