Turbulentie
In dit onderzoek is het fenomeen ‘turbulentie’ van groot belang. De uitbuikende torentjes van Casa Mia kunnen immers turbulentie veroorzaken, in de vorm van wervelingen (eddy’s, neren). Tegelijk zijn de parameterwaarden die aan dit fenomeen gerelateerd zijn in hoge mate onzeker.
In deze gevoeligheidsanalyse onderzoeken we daarom de randen van het waardenbereik van de turbulentieparameters:
- Transversale mengcoëfficiënt (transversal Mixing Coefficient)
- Longitudinale mengcoëfficiënt (Longitudinal Mixing Coefficient)
- Smagorinsky coefficiënt
Als referentiemodel gebruiken we ontwerpvariant 2 (Visser Ploegmakers). Hierin buiken de torentjes van Casa Mia uit in de ontkluisde beek.
Transversale mengcoëfficiënt
De transversale mengcoëfficiënt is een coefficiënt die beïnvloedt hoe sterk turbulente stroming dwars op de stromingsrichting doorwerkt. Voor gladde, rechte watergangen geeft de technische handleiding van HEC-RAS een bereik van [0.05 - 0.15].
Gezien het zeer rechte en relatief gladde karakter van de ontkluizing hebben we in de referentie-simulatie de laagst aanbevolen waarde (0.05) opgelegd. In deze gevoeligheidsanalyse toetsen we de impact van een waarde aan de bovengrens van het aanbevolen bereik.
De simulatie wordt instabiel bij waarden vanaf 0.15. Mogelijke oorzaken zijn een te sterke turbulentie-dissipatie of numerieke instabiliteit door de interactie met de kleine celgroottes (20 cm). Daarom voeren we de berekening uit met een waarde van 0.13.
Longitudinale mengcoëfficiënt
De longitudinale mengcoéfficiënt is een coëfficiënt die beïnvloedt hoe sterk turbulente stroming in de stromingsrichting doorwerkt. Voor gladde, rechte watergangen geeft de technische handleiding van HEC-RAS een bereik van [0.1 - 0.3].
Gezien het zeer rechte en relatief gladde karakter van de ontkluizing hebben we in de referentie-simulatie de laagst aanbevolen waarde van 0.1 toegekend. In deze gevoeligheidsanalyse onderzoeken we wat het effect is van een waarde langs de bovenkant van het bereik. Ook voor deze parameter blijkt dat waarden boven de bovengrens de simulatie instabiel maken, resulterend in een crash. We konden ten hoogste een waarde van 0.20 doorrekenen.
Smagorinsky-coëfficiënt
In HEC-RAS is de Smagorinsky-coëfficiënt een dimensieloze turbulentieparameter, gebruikt bij het modelleren van zogeheten ‘eddy viscosity’. Deze eddy viscosity is geen moleculaire viscositeit zoals bij stroperige vloeistoffen, maar meer een effect dat doet denken aan viscositeit en dat volgt uit alle wervelingen in de stroming. Anders gezegd: sterke turbulentie uit zich in een licht verhoogde ‘stroperigheid’ van de stroming als geheel.
De technische handleiding van HEC-RAS geeft een waardenbereik van [0.05 - 0.2] voor deze parameter. De referentiesimulatie is uitgevoerd met 0.05; in deze gevoeligheidsanalyse testen we de invloed van een hogere waarde.
Resultaten
Deze tabel geeft de waterhoogtes onder T100- afvoer op drie locaties.
De referentie heeft de volgende parameterwaarden:
- Transversale mengcoëfficiënt: 0.05
- Longitudinale mengcoëfficiënt: 0.10
- Smagorinsky-coëfficiënt: 0.05
| Variant | Engelenkamp | Casa Mia bovenstr | Casa Mia ben.str | |
|---|---|---|---|---|
| Variant 2 | 44.59 | 44.33 | 44.20 | |
| Transversale mengcoefficient = 0.13 | 44.63 | 44.36 | 44.23 | |
| Longitudinale mengcoefficient = 0.20 | 44.59 | 44.33 | 44.20 | |
| Smagorinsky-coëfficiënt = 0.2 | 44.59 | 44.33 | 44.21 |
Deelconclusie
We concluderen dat het modelresultaat zeer ongevoelig is voor longitudinale coëfficiënt en de Smagorinsky-coëfficiënt. Het resultaat is echter wel enigszins gevoelig voor de transsversale mengcoëfficiënt. Door deze parameterwaarde te verhogen naar de maximale waarde waarbij het model nog functioneert, bereiken we een verdere verhoging van de T100-waterstand met 3 cm aan bovenstroomse zijde van Casa Mia en 4 cm bij Engelenkamp.