Flomløpskapasitet ved ikke-ideelle strømningsforhold

Abstract

Viktigheten av tilstrekkelig flomløpskapasitet ble tydeliggjort da ekstremværet «Hans»' traff Sør-Norge sommeren 2023, og hyppigheten av slike flomhendelser er forventet å øke med fremtidens klima. I alle tilfeller er det ønskelig å kunne fastslå et anleggs kapasitet så nøyaktig som mulig. Dette kan være krevende, blant annet hvis strømningsforholdene i flomløpets innløp er uoversiktlige, hvilket gjør det vanskelig å vurdere om den opptredende kapasiteten stemmer overens med teoretisk kapasitet.

Denne masteroppgaven tar for seg enkelte strømningsforhold som kan opptre i innløpet, og bidra til å redusere kapasiteten sammenlignet med den teoretiske. Skeivstrømning, bølger og kontrollsnitt er analysert gjennom analyse av foto- og videodokumentasjon fra eksisterende anlegg i Drammensvassdraget og Glomma samt gjennom fysiske modellforsøk i Blårenna i Vassdragslaboratoriet ved NTNU. Renna er 1 m bred og vannføringer opp til 150 l/s er testet. Modellen består av en standard overløpsterskel og en påmontert sperrekonstruksjon. Sperren strekker seg vinkelrett fra rennas venstre vegg og dekker halve rennas bredde, med et kantet hjørne mot vannstrømmen. Etablering av sperrekonstruksjonen reduserte flomløpskapasiteten med 6\% sammenlignet med overløpet uten sperre, dette for en enhetsvannføring på 140 l/s.

Ulike modifikasjoner av sperrekonstruksjonen ble testet og endringen i flomløpskapasitet sammenlignet med den originale sperren ble beregnet. Modifikasjonene utgjorde vinklede ledevegger og ulike sperretykkelser. Sperren med tykkelse lik overløpslengden ga størst økning i flomløpskapasitet, med 6%, og ledevegg med vinkel 55 grader ga en økning på 5,7 %. Ulike grader av skeivstrømning ble også testet, der en skeivstrømning på 15 grader reduserte kapasiteten med 1,8%.

The importance of sufficient spillway capacity was highlighted during the extreme weather «Hans» in August 2023. The frequency of similar flood events is expected to increase with the future climate. In all cases, it is desirable to determine the spillway capacity at a hydropower dam facility with the highest possible degree of accuracy. This may be a challenging task due to complex approach channel conditions resulting in a gap in spillway performance compared to theoretical calculations.

This master thesis addresses hydraulic conditions that may be found in the spillway approach channel and contribute to decreased capacity. Angled approach flow, waves and control sections are analyzed by photo and video documentation from existing dams in Drammensvassdraget and Glomma, as well as though physical model studies in a 1 m wide flume in the NTNU hydraulic lab. Discharges up to 150 l/s were run. The model consists of a standard crest spillway, and an obstruction. The obstruction blocks half the flume width and has a 90 degree corner. For a unit discharge of 140 l/s, mounting the obstruction reduced the capacity by 6\% compared to the crest without any obstructions.

Modifications of the obstruction were made, including an angled approach wall and varying obstruction thickness. The change in capacity relative to the original obstruction were calculated. An obstruction with thickness equal to the crest length and a 55 degree angled wall resulted in increases of 6% and 5,7%. Different angels of the approach flow were tested, and 15 degrees resulted in a reduction of 1,8%.