Predicting Rating Curves for Combined Sewer Overflows

Jackerott, Mathias Ulsted

4. term

Water and Environmental Engineering , Master

2023

2023-06-09

100 pages

En metode til at forudsige Q-h kurver for overløbs- bygværker er blevet udviklet med afsæt i to forskel- lige typer af overløbsbyværker; sideoverløb og lige-på- overløb. Q-h kurven kan forudsiges ved kendskab til 3 parametre; overløbskoefficienten, ristens hydrauliske modstand og kapaciteten af udløbsledningen. Via CFD modellering af tilfældigt genererede overløbs- bygværker er overløbskoefficienten blevet relateret til det opstrøms Froudes tal i kammeret samt bredden af overløbskronen, og kan forudsiges ved kendskab til disse. Metoder til at estimere en rists hydrauliske modstand er blevet fremsat, og metoder til derefter at relatere den hydrauliske modstand af risten til et re- duceret flow over overløbskanten er blevet udviklet for horisontalt of vertikalt monterede riste. Metoderne er blevet valideret via CFD modellering og laborato- rieforsøg og har vist sig at være præcise. Kapaciten af udløbsledningen er blevet estimeret vha. en simpel hydraulisk model. Q-h relationer er blevet forudsagt for 5 laserscannede overløbsbygværker og sammen- lignet med CFD modeller samt målte data. De forud- sagte Q-h relationer er blevet vurderet som værende præcise for de overløbsbygværker, der passer i en af de to overnævnte typer. En kalibreringsmetode til fast- sættelse af overløbskanten er udviklet, og er i kombi- nation med de forudsagte Q-h kruver benyttet til at estimere årlige overløbsmængder.

This project presents a method to predict the rating curves of combined sewer overflow (CSO) structures based on the geometry of the structure and the connected sewer system. 3 important parameters have been found to influence the rating curve; the weir coefficient, the capacity of the discharge pipe and the resistance induced by potential screens. Methods to predict the weir coefficient have been proposed for two types of CSO structures being side weir and stilling pond CSO structures. Furthermore the location for installing a water level sensor giving the best prediction has been determined. Based on CFD modelling of close to a thousand randomly generated CSO structures, it was found that the weir coefficient can be predicted based on the Froude number and the geometry of the weir crest. A method to relate the hydraulic resistance of a screen to the flow over a weir were proposed, and the method has been validated and found accurate based on laboratory experiments and CFD modelling. Based on the laboratory test it was further shown how the hydraulic resistance of the screen increased as the screen clogged. A simple model of the CSO discharge pipe has been proposed and validated against the results of CFD models. Rating curves of 5 real life CSO structures have been predicted and compared with the results from CFD modelling and real-life measurements. The predicted rating curves have been deemed accurate for structures which falls within one of the two types of CSO structures.

Download
View record in AAU Student Projects