Study of the influence of channel geometry and hydraulic resistance on flow characteristics in compound channels with the exchange discharge method

Abstract

A series of numerical experiments is conducted to determine how compound channel geometry and floodplain roughness affect both a momentum transfer between main channel and floodplains and its contribution to the total energy 'loss'. To this aim, a 1D, exchange discharge model, which accounts for the momentum exchange between the main channel and floodplains, is used. It is found that the contribution of the momentum exchange to the total energy 'loss' reduces on floodplains with the flow depth regardless of the compound channel geometry and floodplain roughness and that both, the momentum exchange and its contribution to the total energy 'loss', are increased in the following cases: 1) when the main channel aspect ratio decreases, 2) when compound channel is asymmetrical and 3) when the roughness of the floodplain increases. In the main channel, the variation in the momentum exchange contribution with the flow depth depends only on the floodplain roughness.

U radu je sproveden niz numeričkih ogleda sa ciljem da se utvrdi kako geometrija korita za veliku vodu (KVV) i rapavost plavnih površina utiču na razmenu količine kretanja (RKK) između glavnog korita i plavnih površina i njen udeo u ukupnom 'gubitku' mehaničke energije toka. U tu svrhu korišćen je model linijskog ustaljenog tečenja u KVV vodu koji je zasnovan na RKK između glavnog korita i plavnih površina. Ispitivanje je pokazalo da se na plavnim površinama, zbog ujednačavanja hidrauličkih uslova u poprečnom preseku KVV, udeo RKK u ukupnom 'gubitku' energije smanjuje sa povećanjem dubine nezavisno od geometrije korita i rapavosti plavnih površina i da razmena i otpora trenja i oblika, troši i na razmenu količine kretanja između glavnog korita i plavnih površina. Za razliku od tradicionalnih, savremeni modeli linijskog tečenja uzimaju u obzir ovu razmenu i, kao takvi, pružaju mogućnost da se proceni udeo razmene količine kretanja u ukupnom 'gubitku' mehaničke energije toka. U ovom radu se, pomoću jednog takvog modela, ispituje kako geometrija složenog korita i rapavost plavnih površina utiču na razmenu količine kretanja i njen udeo u ukupnom 'gubitku' energije pri različitim relativnim dubinama vode na plavnoj površini. Reč je o tzv. modelu razmene količine kretanja (MRKK) koji su krajem 1990-ih predložili Buzmar i Zek [2]. Model je prethodno njen udeo postaju veći u sledećim slučajevima: 1) kada je glavno korito dublje, 2) kada se isključi jedna plavna površina, i 3) kada se poveća hrapavost plavnih površina.