2D NUMERICAL MODELLING OF HYDRAULICS AND SEDIMENT IN A RESERVOIR

Abstract

Abstrakt Sedimenttransport i elver har vært et aktivt og ekspanderende forskningsfelt i årevis på grunn av sin kompleksitet og dynamikk. Feltet er ganske viktig på grunn av dets anvendelse i elvebassengforvaltning, erosjonskontroll, flomkontroll og annen økonomisk betydning av vannforekomstene. Sedimenttransport er et meget bredt felt som består av flere viktige aspekter. Det er forsket på en rekke metoder for å redusere sedimentasjon i reservoarer. Modellering har vært en av flere måter sedimenttransport i elver og reservoarer er blitt analysert på for å forstå de hydrauliske forholdene til sedimentene i et reservoar. Programvare som REEF 3D og SSIIMS har tidligere blitt brukt for å modellere sedimenttransport i reservoarer med rimelige resultater. 2D-sedimenttransportevnen til HECRAS blir satt på prøve i denne forskningen. Dette ble gjort ved å undersøke hvordan sedimentene oppfører seg når de ble introdusert i en reservoarmodell. Modellskalaen til Binga-reservoaret som ble utviklet i Hydraulikklaboratoriet ved NTNU ble brukt som casestudie. To modellscenarier ble eksperimentert. Den første er med en hydrograf bestående av både lav- og høystrømningsperioder. Dette vil gjøre oss i stand til å forstå hvordan ulike transportformler fungerer under stor variasjon i utslipp. Det andre scenariet eksperimenterer med hvordan transportformelen reagerer på høy konstant utslipp over lengre tid. Resultatet av hydrografen med både lavt og høyt utslipp antydet at både Van Rijn og MPM transportfunksjoner simulerte gode resultater sammenlignet med resultatene observert fra den fysiske modellen. Van Rijns transportfunksjon viste seg videre å være egnet i det andre scenariet med konstant høy utslipp. Selv om andre transportfunksjoner ser ut til å simulere sammenlignbare gode resultater under lave strømninger. Det anbefales at HECRAS-utvikler forbedrer programvarefunksjonene ved å introdusere muligheten for å kombinere ulike transportligninger tidsmessig eller romlig i en modell.

Abstract Sediment transport in rivers has been an active and expanding field of research for years due to its complexity and dynamics. The field is quite important due to its application in river basin management, erosion control, flood control, and other economic importance of the water bodies. Sediment transport is a very wide field consisting of several aspects of importance. Numerous methods have been researched for the mitigation of sedimentation in reservoirs. Modeling has been one of the several ways in which sediment transport in rivers and reservoirs are been analyzed to understand the hydraulic conditions of the sediments in a reservoir Softwares such as REEF 3D and, SSIIMS have been used in the past to model sediment transport in reservoirs with reasonable results. The 2D sediment transport capability of HECRAS is put into test in this research. This was done by investigating how the sediments behave when introduced into a reservoir model. The model scale of the Binga reservoir that was developed in the Hydraulic Laboratory at NTNU was used as a case study. Two model scenarios were experimented. The first is with a hydrograph consisting of both low and high flow periods. This would enable us understand how different transport formula perform under large variation in discharge. The second scenario experiments how the transport formula responds to high constant discharge for long durations. The result of the hydrograph with both low and high discharge suggested that both Van Rijn and MPM transport functions simulated good results in comparison to the results observed from the physical model. Van Rijn’s transport function further proved to be suitable in the second scenario of constant high discharge. Although, other transport functions seem to simulate comparably good results during low flows. It is recommended that HECRAS developer improves the software capabilities by introducing the possibility of combining different transport equations temporally or spatially in a model.