3D numersk modellering av sedimenter i vannkraftreservoirer Nils Reidar B. Olsen Institutt for vann og miljøteknikk Norges Teknisk Naturvitenskaplige Universitet
Problemstilling Sedimenter er partikler som blir transportert med elvene Deponerer i reservoirene og fyller de opp Ca 1 % av verdens vannreservoirer forsvinner årlig pga sedimentering Viktig å kunne bestemme sedimenteringen når den økonomiske verdien av prosjektet skal beregnes Fjerning av sedimentene: Mest brukte metode: Frispeilspyling. Vannstanden trekkes ned, hastigheten øker og sedimentene eroderer. Alternative metoder: Mudring med gravemaskin/sugeslanger etc.
Oversikt over presentasjonen Bakgrunn 3D numerisk modellering Hastighetsfelt i reservoirer Beregnede sedimentkonsentrasjoner Feltmålinger av suspenderte sedimenter Reservoirspyling Konklusjoner og videre arbeide
Bakgrunn 1983: EEU kurs Eksport av Norsk vannkraftteknologi Prof. Dagfinn K. Lysne initierer sedimentprosjekter Modellere sandfang numerisk Senere: generell geometri, naturlige elver, inntak, reservoirer, deponering, spyling 2003-2009: 3 PhD kandidater på numerisk modellering av sedimenttransport, finansiert av NFR (100 %) 2009-2012 PhD student Stefan Haun jobber med numerisk modellering av sedimenter i vannkraftreservoirer (100 % NFR) Testing på reservoirer i Nepal, Østerrike og Costa Rica
Numerisk modellering SSIIM programet 1994 - nå Navier-Stokes ligninger K-epsilon turbulens modell Suspenderte sedimenter og bunnlast Implisitt fri overflate algoritme med lange tidsskritt Adaptivt grid med wetting/drying: nødvendig for å modellere spyling Mulig å lage algoritmer for prosesser som ras, bunnformer, kohesivitet, kompaktering av sedimenter etc.
Angostura reservoiret, Costa Rica
Angostura reservoir
Field visit 1993, Reventazon river
Bunnivå fra målinger med ekkolodd
Grid sett ovenfra
Hastighetsfelt med to forskjellige diskretiseringsskjemaer: 1 + 2 orden PTK 2013 Gardermoen
Beregnede sediment konsentrasjoner
LISST-SL
Innsamling av feltdata fra Angostura reservoiret Stefan Haun Lisa Hoven Sigurd Løvfall Halvor Kjærås Laura Lizano
Vertical concentration profiles
Measured Computed
Reservoir spyling
Spyling, animasjon, Angostura
Bodendorf reservoir
Konklusjoner En fungerende og uttestet numerisk modell kunne brukes til å beregne sedimenteringsmønster og effekt av spyling for forskjellige kjøremønstre for reservoiret Fri overflate spyling: Costa Rica, estimert kostnad ca 1 $/m3. Mudring ca. 3-5 $/m3 De numeriske deponeringsberegningene virker rimelig ok Spyleberegningene mer problematisk: Trange kanaler For stor effekt av sekundærstrømninger Grid splitting Usikre input-data
Videre arbeide Forbedring av spylemodell nødvendig Antidyner Fri overflate Geotekniske ras Kohesive sedimenter Feltmålinger Samarbeide med SN Power/Statkraft