Modeling of sediment transport and self-cleansing of sea outfalls
Translated title
Modellering af sedimenttransport og selvrensning af havet udløb
Author
Ibro, Ina
Term
4. term
Publication year
2011
Submitted on
2011-06-17
Pages
53
Abstract
Denne afhandling undersøger transport af ikke-kohæsivt sediment (fint, kunstigt sand fra en grusgrav ved Horsens, Sand No. 0000) i havudløb og lignende rørsystemer ved hjælp af både laboratorieforsøg og numerisk modellering. Rør og udløb bliver ofte designet efter selvrensningskriterier, hvor sedimentet forventes at forblive i bevægelse uden at aflejres. I praksis opstår der dog aflejringer, især under perioder med lav vandføring. Projektet har to hoveddele: en en-dimensionel numerisk model og en tilsvarende fysikalsk model i laboratoriet. Den numeriske model beskriver transport både over en ren bund og over eksisterende bundophobninger. Den beregner fordelingen af sediment langs røret samt den tid og strømhastighed, der skal til for at erodere og rense ophobninger. Den fysiske model fokuserer på at måle den uregelmæssige fjernelse og transport af veldefinerede, begrænsede sandophobninger langs røret. Forsøg med bundtransport af ikke-kohæsivt sediment under "uden aflejring"-kriteriet blev udført i et rør med 240 mm diameter og i en rektangulær kanal 300 mm bred og 300 mm dyb; begge var fyldt helt. Den numeriske beskrivelse bygger på løsning af kontinuitetsligningen for bundsedimenter og anvender Ackers–White sedimenttransportteori. Modellen er kalibreret med laboratoriedata. Som en del af projektet er der udarbejdet en artikel om modellering af sedimenttransport i havudløb med fokus på selvrensningsproblemer forårsaget af daglige variationer i vandføringen. Artiklen præsenterer resultater fra både den fysiske og den numeriske modellering.
This thesis examines how non-cohesive sediment (fine, artificial sand from a gravel pit near Horsens, Sand No. 0000) moves in sea outfalls and similar pipe systems, using both laboratory experiments and numerical modeling. Outfalls and sewers are often designed to meet self-cleansing criteria, meaning sediment should keep moving without settling. In practice, deposits still form, especially during low-flow periods. The project has two main components: a one-dimensional numerical model and a matching physical model in the laboratory. The numerical model simulates transport over a clean bed and over existing bed accumulations, and it estimates sediment distribution along the pipe as well as the time and flow velocity needed to erode and clear deposits. The physical modeling measures the unsteady removal and movement of well-defined, limited sand accumulations along the pipe. Experiments on bed-load transport of non-cohesive sediment under the “without deposition” criterion were carried out in a 240 mm diameter pipe and in a rectangular flume 300 mm wide and 300 mm deep; both operated full. The transport is modeled by solving the continuity equation for bed sediments and by implementing the Ackers–White sediment transport theory. The model was calibrated using the laboratory data. As part of the project, a paper was prepared on sediment transport modeling in outfalls, focusing on self-cleansing challenges caused by daily flow variations. The paper presents results from both the physical and numerical modeling.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords