'Barbs' for river bend bank protection: application of a three-dimensional numerical model

摘要

A three-dimensional numerical model was used to examine the turbulent flow field and associated sediment transport due to a series of barbs (submerged groynes) in a channel bend. Model results were in good agreement with measured laboratory data and adequately simulated the important features of sediment transport. Statistical comparison of the predicted and measured equilibrium bed geometry found average regression coefficients of determination of 0.77 and 0.72 for the 90° and 135° channels, respectively. The predicted velocity data followed expected trends. The capability of a three-dimensional numerical model to simulate sediment transport through bend sections of a channel containing barbs was verified. This included the simulation of the effects of different arrangements of barb groups and an analysis of the data to determine the relation of the flow field to associated scour and deposition in a complex fluvial environment. These novel results are useful for improved analyses of the bank-protection capabilities of these structures and for the development and improvement of design guidelines.Key words: three-dimensional models, numerical models, movable bed models, channel bends, turbulence, secondary flow, scour, barbs, groynes. Un modèle de numérisation tridimensionnel a été utilisé pour étudier le champ d'écoulement turbulent et le transport de sédiments connexe causés par une série de barbelures (épis submergés) dans une courbe d'un canal. Les résultats du modèle concordaient bien avec les données mesurées en laboratoire et simulaient adéquatement les caractéristiques importantes du transport des sédiments. Une comparaison statistique de la géométrie du lit à l'équilibre, mesurée et prédite, a donné des coefficients de détermination de régression moyens de 0,77 et de 0,72 pour des courbes de canaux de 90° et 135° respectivement. Les données de vitesse prédites suivaient les tendances prévues. La capacité d'un modèle numérique tridimensionnel à simuler le transport des sédiments dans des sections courbes d'un canal contenant des épis a été vérifiée. Cela comprenait la simulation des effets de différentes dispositions de groupes d'épis et l'analyse des données afin de déterminer la relation du champ d'écoulement à l'affouillement et à la déposition associés dans un environnement fluvial complexe. Ces résultats novateurs seront utiles pour de meilleures analyses des capacités de ces structures à protéger les rives et pour le développement et l'amélioration des lignes directrices de conception. Mots-clés : modèles tridimensionnels, modèles numériques, modèles de lit mobile, courbes de canal, turbulence, écoulement secondaire, affouillement, barbelures, épis.[Traduit par la Rédaction]