VORtech Computing. Experts in Technisch Rekenwerk MEMO. BvtH/M Datum 2 oktober Onderwerp Testverslag: het Villemonte-model voor overlaten

Transcriptie

1 Experts in Technisch Rekenwerk MEMO BvtH/M9.56 Datum 2 oktober 29 Auteur(s) Bas van 't Hof Onderwerp Testverslag: het Villemonte-model voor overlaten Postbus AG DELFT tel fax vortech@vortech.nl Documentinformatie Versie Auteur Datum Opmerkingen Review.1 BvtH Concept EdG.2 BvtH Aanpassing defaults Villemonte-model, meer modelresultaten EdG 1. BvtH correcties n.a.v. review EdG 1.1 BvtH correcties n.a.v. aanpassing defaults Bestandslokatie: /v3/e5q bo simona/c8117-ovl-empirisch/report 1 Inleiding In melding c8117 wordt een drietal uitbreidingen doorgevoerd in de modellering van overlaten in WAQUA: 1. de mogelijkheid wordt geboden om de begroeing op de overlaat te speciceren; 2. een nieuwe model, het Villemonte-model genaamd, wordt beschikbaar gesteld voor de modellering van overlaten. Dit model is gebaseerd op recentere metingen dan die waarop het model dat tot nu toe wordt gebruikt. De default instellingen zijn echter zodanig gekozen, dat het verschil tussen het default Villemonte-model en het tabellenboek niet zo groot is, in plaats van de instellingen waarmee de recentere metingen het best worden weergegeven. 3. Wanneer gebruik gemaakt wordt van het Villemonte-model, kan de vorm van de overlaat in meer detail worden weergegeven (zie ook Figuur 1): De hellingsratio's a up en a down kunnen worden opgegeven; De lengte L kruin kan worden opgegeven; In dit testverslag worden de resultaten gepresenteerd die zijn verkregen met de nieuwe mogelijkheden voor de modellering van overlaten.

2 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober 29 2 L kruin a up = L up /Hup H up H down L up L down a = L /H down down down Figuur 1: De eigenschappen van de (vorm van) de overlaat, die in het Villemonte-model kunnen worden opgegeven. 1. Wanneer het Villemonte-model niet wordt geactiveerd, worden identieke resultaten verkregen als met de uitgangsversie. Dit is gecontroleerd met de algemene testbank alsmede met de speciale overlatentestbank [1]. 2. Wanneer het Villemonte-model wel wordt geactiveerd, worden andere resultaten verkregen: de overlaten veroorzaken een groter energieverlies. (Haast) alle modellen worden doorgerekend zonder hinderlijke slingeringen in de uitkomsten. Deze resultaten worden gepresenteerd in Appendix A. 3. De eecten van de nieuwe mogelijkheden (modellering van begroeiing, aanpassing van de vorm van de overlaat) worden besproken in Sectie 2. 2 Eecten van de nieuwe mogelijkheden Bij de oplevering van het prototype heeft Svasek een aantal testmodellen meegestuurd. Ieder van deze modellen bestaat uit een recht kanaal van 1 cellen (van ieder 4 meter) lengte, met een overlaat in het midden. In elk van deze modellen wordt een aspect van de overlaat (lengte, kruinhoogte, helling voor of achter de overlaat) gewijzigd ten opzichte van een referentieoverlaat. De resultaten van deze modellen geven inzicht in het eect op de waterstand van de vormeigenschappen van de overlaat: deze eecten kunnen worden vergeleken met wat verwacht kan worden op basis van reeds bestaande kennis over overlaten.

3 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober 29 3 solution_flow.sep at T=78, :: Y coordinate [km] [m] X coordinate [km] 2.2 Figuur 2: Het testmodel dat aan de testbank is toegevoegd. smalle, door schotjes gescheiden kanalen met een overlaat in het midden. Het model bevat vier rijen zeer Om de testen eenvoudig in de testbank op te kunnen nemen, zijn alle gebruikte overlaten in een enkel model gestopt, zoals te zien is in Figuur 2. Het model bevat vier rijen zeer smalle, door schotjes gescheiden kanalen met een overlaat in het midden. Zo kunnen 1 varianten van de overlaat tegelijk in een enkel model worden doorgerekend. De reden waarom de overlaten vier maal in het model zijn opgenomen, is dat op deze manier fouten in de programmatuur kunnen worden gedetecteerd die alleen optreden bij v-overlaten, of bij overlaten waarbij een negatieve stroomrichting geldt. De resultaten worden gepresenteerd in Tabel 1. In alle gevallen gaven de overlaten die in verschillende richtingen stonden dezelfde resultaten: verschillen waren minder dan een millimeter. De eecten van de verschillende vormeigenschappen worden ook in Tabel 1 getoond. Alle eecten komen, althans wat betreft hun teken, overeen met wat verwacht kon worden: Een hogere kruin levert een stroevere overlaat op, dus ook een hogere bovenstroomse waterstand;

4 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober 29 4 ************* USING VILLEMONTE MODEL *********** Difference due to orientation (NESW) <=.91 mm Effect on the upstream water level for lower crest : min -35, mean -, max cm higher crest : min -, mea7, max 99 cm shorter crest : min -1, mean -3, max cm longer crest : min -, mean 1, max 6 cm steeper down-ramp : min -6, mean -3, max cm gentler down-ramp : min -, mea, max 8 cm steeper upstream ramp : min -2, mean -, max cm gentler upstream ramp : min -, mean 2, max 8 cm vegetation : min -, mean 19, max 56 cm Tabel 1: Rapportage over de resultaten van het testmodel (zie Figuur 2).

5 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober 29 5 ************* USING TABELLENBOEK ************** Difference due to orientation (NESW) <= 16.1 mm effect on the upstream water level for lower crest : min -49, mean -11, max cm higher crest : min -, mea7, max 1.1e+2 cm shorter crest : min, mean, max cm longer crest : min, mean, max cm steeper down-ramp : min, mean, max cm gentler down-ramp : min, mean, max cm steeper upstream ramp : min, mean, max cm gentler upstream ramp : min, mean, max cm vegetation : min -, mean 9, max 24 cm Tabel 2: Rapportage over de resultaten van het testmodel (zie Figuur 2), bij gebruik van het tabellenboek.

6 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober 29 6 Een langere kruin levert een stroevere overlaat op, dus ook een hogere bovenstroomse waterstand; Een begroeide kruin levert een stroevere overlaat op, dus ook een hogere bovenstroomse waterstand; Een steiler talud aan de bovenstroomse kant van de overlaat levert een stroevere overlaat op. Een steiler talud aan de benedenstroomse kant van de overlaat levert een stroevere overlaat op. Dit eect kan niet eenvoudig worden afgeleid uit de empirische formules, maar blijkt uit de resultaten. Tot slot worden in Tabel 2 de resultaten getoond die worden verkregen bij gebruik van het oorspronkelijke model, waarin het tabellenboek wordt gebruikt. De verschillen ten gevolge van de orientatie zijn iets groter dan in het nieuwe model (1.6 cm in plaats van.9 cm). Omdat de resultaten identiek zijn aan die van de uitgangsversie, is dat niet nader onderzocht. De kruinlengte (in de richting over en niet langs de overlaat) en hellingshoeken van de overlaat hebben in dit model geen invloed op de resultaten, wat duidelijk te zien is in Tabel 2. De eecten van de kruinhoogte zijn vergelijkbaar met die in het Villemonte-model, maar groter. Ook de eecten van begroeiing op de kruin zijn vergelijkbaar. Hierbij is het eect echter kleiner in het tabellenboek-model dan in het Villemonte-model. 3 Samenvatting en conclusie In melding c8117 is een nieuw model toegevoegd voor de modellering van overlaten. Het heet het Villemonte-model, en is gebaseerd op een empirische formule voor het debiet over de overlaat. Het nieuwe model is uitgebreider dan het oude model, omdat meer vormeigenschappen kunnen worden gespeciceerd: de lengte van de kruin en de helling aan beide zijden van de overlaat. Er zijn twee parameters per overlaat gentroduceerd die slechts dienen om de overlaten af te regelen. Ook is het mogelijk gemaakt om de begroeiing op de kruin te speciceren. Deze laatste mogelijkheid is ook toegevoegd aan het oorspronkelijke overlaten-model. In het verslag van Svasek [2] worden defaultwaarden voorgesteld voor de afregelparameters. Deze defaultwaarden zijn zodanig gekozen dat de rekenresultaten zo goed mogelijk overeenkomen met metingen. Deze defaultwaarden zijn niet echter niet overgenomen. In plaats daarvan zijn defaultwaarden genomen waarmee de rekenresultaten zo goed mogelijk overeenkomen met de rekenresultaten bij gebruik van het oorspronkelijke model. Door middel van regressietesten (zowel met de modellentestbank als met de speciale overlatentestbank, die wordt besproken in [1]) is vastgesteld dat het oorspronkelijke overlatenmodel nog correct functioneert.

7 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober 29 7 In Appendix A worden de rekenresultaten van het nieuwe Villemonte-model vergeleken met die van het oorspronkelijke model. De verschillende modellen komen vrij goed overeen: bij onvolkomen afstroom voorspelt het nieuwe model een iets groter waterstandsverschil over de overlaat dan het oorspronkelijke model, en bij volkomen afstroom is dat andersom. Op basis van door Svasek opgeleverde testinvoer is een nieuw testmodel gemaakt, waarmee alle nieuwe mogelijkheden van de overlaatmodellering kunnen worden getest. De rekenresultaten van dit testmodel zijn gepresenteerd in Tabellen 1 en 2. Ze lijken vrij goed overeen te komen met de verwachtingen. De testresultaten lijken dus aan te tonen dat het nieuwe Villemonte-model correct aan WA- QUA is toegevoegd.

8 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober 29 8 A Vergelijking Villemonte model met Tabellenboek In elk van de guren in deze appendix worden de resultaten van een model uit de overlatentestbank [1] getoond. Er zijn steeds twee graeken per guur: bovenin staan de waterstanden aan weerszijden van de overlaat en onder het verschil tussen de resultaten verkregen met het Tabellenboek en die, verkregen met het Villemonte-model. In de resultaten komen geen hinderlijke slingeringen voor. Steeds is te zien dat bij subkritische stroming het waterstandsverschil bij gebruik van het Villemonte-model een beetje kleiner is dan bij het gebruik van het Tabellenboek. Bij kritische stroming is dat ook zo. In het verslag van Svasek [2] wordt gesteld dat het waterstandsverschil bij de nieuwe empirische formules altijd groter is dan bij het Tabellenboek. Het verschil in deze waarneming wordt veroorzaakt door een aanpassing van de default-instellingen, die later is doorgevoerd. De default-instellingen zijn nu zodanig gekozen, dat de resultaten vrij goed overeenkomen met die van het Tabellenboek, terwijl de oorspronkelijke defaults waren gekozen met het doel dat rekenresultaten zo goed mogelijk bij metingen zouden liggen Figuur 3: Resultaten voor overlaat s4 Figuur 4: Resultaten voor overlaat s5 Referenties [1] D. Beyer. Testverslag nieuwe overlaatroutines WAQUA. Technical Report 21.99X, Rijkswaterstaat/RIZA, The Netherlands, 21. [2] L. de Wit. Voorlopige testresultaten fase 1 en 3 empirische overlaatformulering in WA- QUA. memo, ref. LdW/59/7483/C, Svasek Hydraulics BV, November 27.

9 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober Figuur 5: Resultaten voor overlaat s7 Figuur 6: Resultaten voor overlaat s8 oud Figuur 7: Resultaten voor overlaat s1 Figuur 8: Resultaten voor overlaat s oud oud Figuur 9: Resultaten voor overlaat s23 Figuur 1: Resultaten voor overlaat s24

10 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober Figuur 11: Resultaten voor overlaat s25 Figuur : Resultaten voor overlaat s26 oud oud Figuur : Resultaten voor overlaat s27 Figuur : Resultaten voor overlaat s Figuur 15: Resultaten voor overlaat s29 Figuur 16: Resultaten voor overlaat s3

11 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober Achter oud Voor boven oud Voor onder oud Achter Voor boven Voor onder Achter.3 Voor boven Voor onder Figuur 17: Resultaten voor overlaat s39 Figuur 18: Resultaten voor overlaat s Figuur 19: Resultaten voor overlaat s14 Figuur 2: Resultaten voor overlaat s voor type 1 oud na type 1 oud voor type 1 na type voor type 1 na type voor type 2 oud na type 2 oud voor type 2 na type voor type 2 na type Figuur 21: Resultaten voor overlaat sa1 Figuur 22: Resultaten voor overlaat sa11

12 Memo BvtH/M9.56 versie 1.1, 2 oktober x Figuur 23: Resultaten voor overlaat sd4 Figuur 24: Resultaten voor overlaat ss4 n 3 oud oud n n Figuur 25: Resultaten voor overlaat sy1