Experimental and numerical investigations of dike-break induced flows

Abstract

Experimental model data are compared with numerical computations of dike-break induced flows, focusing on the final steady state. An idealized scale model was designed reproducing the specific boundary conditions of dike breaks. Discharges, water level, and depth profiles of horizontal velocities were recorded and validated by numerical modeling. The latter was performed by two different models solving the two-dimensional depth-averaged shallow water equations, namely a total variation diminishing Runge-Kutta discontinuous Galerkin finite element method, and a finite volume scheme involving a flux vector splitting approach. The results confirmed convergence and general applicability of both methods for dike-break problems. As regards their accuracy, the basic flow pattern was satisfactorily reproduced yet with differences compared to the measurements. Hence, additional simulations by the finite volume model were performed considering various turbulence closures, wall-roughnesses as well as nonuniform Boussinesq coefficients. RÉSUMÉDes données de modèles expérimentaux sont comparées aux calculs numériques des écoulements induits par les ruptures de digues, en se concentrant sur l'état d'équilibre final. Un modèle réduit idéalisé a été conçu pour reproduire les conditions aux limites spécifiques des ruptures de digues. Les débits, le niveau d'eau, et les profils verticaux des vitesses horizontales ont été enregistrés et validés par modélisation numérique. Le dernier a été réalisé par deux modèles différents résolvant les équations bidimensionnelles en eau peu profonde moyennées sur la hauteur, à savoir une méthode TVD (total variation diminishing) de Runge-Kutta Galerkin discontinue en éléments finis, et un schéma en volumes finis comportant un splitting du vecteur flux. Les résultats ont confirmé la convergence et l'applicabilité générale des deux méthodes pour les problèmes de rupture de digues. En ce qui concerne leur exactitude, la configuration de base de l'écoulement a été reproduite d'une manière satisfaisante avec cependant des différences par rapport aux mesures. C'est pourquoi, des simulations additionnelles ont été effectuées avec un modèle en volumes finis en considérant diverses fermetures de la turbulence, et rugosités de paroi, ainsi que des coefficients de Boussinesq non-uniformes.

Friction Slope Formulae for the Two-Dimensional Shallow Water Model

“…Fe et al 17) indicated that the conventional, water depth-based formula fails to handle subcritical flows with re-circulation zones, which on the other hand are reasonably well simulated using the hydraulic radius-based counterpart. The corrected Manning's formulae proposed in Dewals et al 18) and Roger et al 19) are essentially same with that of Brufau and Garcia-Navarro 16) . As indicated in the literatures, the choice of the friction slopes is significant for open channel flows.…”

Modelling sediment transport over partially non‐erodible bottoms

“…On the one hand, our original iterative approach has been used so far in a number of flow studies involving wetting and drying of cells [6,17,18]. On the other hand, it may also apply for suspended load modelling accounting for a variation range of the concentration bounded by zero and a saturation concentration.…”

Caractérisation micro-echelle du risque d’inondation : modélisation hydraulique détaillée et quantification des impacts socio-économiques

“…Entièrement développé au sein de l'unité de recherches du HACH à l'Université de Liège, il a été validé et exploité sur la modélisation de plus de 1000 km de rivière en Belgique. WOLF2D résout les équa-tions en eaux peu profondes par un schéma volumes finis [17][18][19][20][21]. La combinaison du modèle bidimensionnel avec une topographie LIDAR à une résolution de 2 mètres en fait un outil idéal pour modéliser des crues dans les environnements urbains.…”