Hydraulic Capacity of Meandering Streams
Authors
Nepela, Igor ; Leth-Wahl, Mads ; Visciarelli Eroles, Tomas
Term
4. term
Publication year
2023
Submitted on
2023-06-09
Abstract
Balancing ecological quality with drainage and flood protection in Danish streams depends in part on how much planform curvature is allowed. This study examines how meander curvature affects hydraulic resistance and hence capacity, and compares two field methods for measuring hydraulic parameters. Field data from Binderup Å (discharge, velocity and bathymetry) were collected with both a propeller current meter and an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) and used in analytical calculations and a 1-D HEC-RAS model to contrast straighter and more meandering reaches. To isolate curvature effects, idealized flat-bedded channels with varying curvature were simulated in 3-D CFD (Star CCM+). The two instruments produced similar results, but ADCP data were more versatile for subsequent analyses. In Binderup Å, flow resistance was up to 39% higher in the meandering reach than in the straighter reach, with smaller differences under low-flow conditions. The idealized 3-D simulations corroborated that increasing curvature increases resistance (though they are not directly comparable to natural streams). These findings can inform restoration and maintenance decisions that balance the biodiversity benefits of meanders with drainage capacity and flood risk.
Afvejningen mellem høj økologisk kvalitet og tilstrækkelig afvanding i danske vandløb påvirkes af, hvor krumme løbene er. Dette projekt undersøger, hvordan meanderkrumning påvirker den hydrauliske modstand og dermed kapaciteten i vandløb, samt vurderer fordele og ulemper ved to feltmetoder til måling af hydrauliske parametre. Feltdata fra Binderup Å (vandføring, hastighed og bathymetri) blev indsamlet med både propelcurrentmeter og Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) og anvendt i analytiske beregninger og 1-D modellering (HEC-RAS) til at sammenligne mere rette og mere meandrende stræk. For at isolere krumnings effekten blev idealiserede kanaler med flad bund og varierende krumning simuleret i 3-D CFD (Star CCM+). De to målemetoder gav sammenlignelige resultater, men ADCP-data viste sig mere alsidige i de efterfølgende analyser. I Binderup Å var strømningsmodstanden op til 39% højere i det meandrende stræk end i det mere rette stræk, med mindre forskelle ved lav vandføring. De idealiserede 3-D simuleringer bekræftede, at større krumning øger modstanden (om end resultaterne ikke er direkte sammenlignelige med naturlige vandløb). Resultaterne kan understøtte vandløbsrestaurering og vedligehold, der både tilgodeser biodiversitet og afvanding samt oversvømmelseshensyn.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]