Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第15344号 / 工博第3223号 / 新制||工||1485(附属図書館) / 27822 / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)教授 細田 尚, 教授 後藤 仁志, 准教授 米山 望 / 学位規則第4条第1項該当

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22055号 / 工博第4636号 / 新制||工||1723(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻 / (主査)教授 細田 尚, 教授 戸田 圭一, 准教授 音田 慎一郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

In recent years, magnitudes of flood estimates used in hydraulic design have increased for many reservoirs. Consequently, many existing spillways are now deficient as they do not meet current discharge capacity requirements. To rehabilitate existing, fixed-width spillways, labyrinth weirs are often viable solutions. For reservoir applications, arcing labyrinth weirs into the reservoir increases hydraulic efficiency. This results from better cycle orientation to the approaching flow field. This study supplements available arced labyrinth weir hydraulic data by observing flow characteristics of three laboratory-scale physical models and two numerical (CFD) models. Physical model results provide head (energy)-discharge data and empirical coefficients for hydraulic design. Results also show that increasing the arc angle improves efficiency at H/P<0.3, where H/P is upstream piezometric head divided by weir height; after which, efficiency improvements diminish as downstream submergence also increases. The purpose of the CFD analysis was to assess the appropriateness of CFD as a design tool for arced labyrinth weir head-discharge relationship development. The CFD model results found good agreement with the physical model data indicating CFD’s usefulness as a hydraulic design tool; however, it is recommended that CFD models be calibrated to reliable laboratory or field data. This study’s data may be used, with sound engineering judgement, to aid in hydraulic design of arced labyrinth weirs

No / This study investigates an inclusive curriculum design based on student-centred approach. This proposed design approach has been applied to Open Channel Hydraulics module (CSE6008-A) at School of Engineering, University of Bradford, United Kingdom. This paper will introduce in step-by-step manner the full curriculum design and how the student-centred approach is being adapted in each step of the design. The required criteria will be designed based on learning outcomes design, curriculum organization, assessment strategies and student achievement evaluation. Besides, a key discussion will also be allocated for the inclusive practice that allows the vastly diverse student group to benefit from this approach, and a separate section will also be utilized to fully discuss this inclusive approach in the proposed curriculum design. This paper proposes a useful student-centred curriculum design concept, which is adaptable for different engineering modules.

<p>Severe floods caused by heavy autumn rains in year 2000 raised the question whether measures to reduce the damage from high water levels, in the area surrounding lake Glafsfjorden and along the river Byälven down to lake Vänern, are possible. One option is to reduce flow resistance along the river and thereby lower the maximum water level a given inflow would cause. Good knowledge of hydraulic and hydrological conditions is necessary in order to estimate the effect of such flow-reducing measures. In order to quantify such effect a 1-dimensional hydraulic flow model has been set up for the river Byälven using the software package MIKE 11. The model is more detailed, especially concerning topography and bathymetry, than earlier models used for studies of the river. Boundary conditions consist of measured inflows, the level of the lake Vänern and runoff calculated using the HBV-model. The model was calibrated for two different floods and a good fit to measured water levels was obtained for both these periods. Using the calibrated model critical sections, causing much flow resistance during high floods, were identified. With that knowledge different measures to reduce high water levels was adopted to the model both individually and combined with each other and the model was run with boundary conditions mainly from the flood in year 2000. The most radical measures simulated resulted in a lowering of the maximum water in the two largest reservoirs Glafsfjorden and Harefjorden with 78 and 97 cm respectively. A more modest combination of measures gave water levels 48 and 84 cm lower than a model run without changes. Some combinations of relatively small measures lowered the maximum water level by a few decimeters. The simulation results give good guidance to further investigations and decisions of actual changes. The model constitutes a useful tool when making flood maps of the area and if water level forecasts would be needed during future floods.</p> / <p>Allvarliga översvämningar i samband med höstregn år 2000 väckte frågan om det går att vidta åtgärder för att minska skadorna vid höga flöden i området runt Glafsfjorden och längs Byälvens sträckning ner till Vänern. Ett alternativ är att med åtgärder längs älven underlätta vattnets utflöde och på så sätt minska den högsta vattennivå ett givet flöde orsakar. God kunskap om hydrauliska och hydrologiska förhållanden behövs för att bedöma nyttan av olika åtgärdsalternativ. För att kunna avgöra effekterna av olika åtgärdsalternativ har en 1-dimensionell strömningsmodell satts upp för Byälven i programverktyget MIKE 11. Modellen är mer detaljerad, framförallt beträffande höjdinformationen, än tidigare modeller som använts för studier av Byälven varit. Randvillkor till modellen utgörs av registrerade inflöden, Vänerns vattenstånd och avrinning modellerad med HBV-modellen. Modellen har kalibrerats för två översvämningsperioder och god anpassning uppnåddes för de vattenstånd som dessa situationer representerar och med dess hjälp har sedan älven studerats och områden som bromsar flödet har kunnat identifieras. Med kunskap om vilka områden som begränsar flödet mest har ett antal olika åtgärder simulerats i modellen, både var för sig och kombinerade med varandra. Randvillkoren för översvämningen år 2000 behölls och förändringarna lades in i modellen. De extremaste åtgärderna som simulerats resulterade i minskningar av de högsta vattennivåerna i de två största vattenmagasinen Glafsfjorden och Harefjorden med 78 respektive 97 cm. Mer realistiska åtgärdspaket gav minskningar med i storleksordningen 48 respektive 84 cm och även relativt små ingrepp gav minskningar på några decimeter. Simuleringsresultaten ger god vägledning för vidare undersökningar av och beslut om konkreta åtgärder i Byälven. Dessutom utgör modellen ett bra verktyg för att ta fram översvämningskartor och för att prognostisera vattennivåer vid nya översvämningssituationer.</p>

Les développements d'algues benthiques dans les canaux de transport d'eau induisent d'importantes contraintes pour la gestion des canaux de distri bution d'eau. Les nuisances physiques et chimiques associées à ces développements nécessitent des stratégies de gestion alternatives. La thèse étudie des méthodes pour la gestion de ces populations algale basées sur le contrôle hydraulique du système: les chasses hydrauliques. Ces opérations consistent à détacher une partie de la biomasse algale fixée en augmentant les contraintes de cisaillement exercées par le courant sur ces algues fixées au substrat. Leur remise en suspension, entraînant un pic de turbidité, doit également être maîtrisée. L'approche proposée vise à caractériser et modéliser les processus de développement, de détachement et de transport des algues lors de ces chasses hydrauliques. Des suivis expérimentaux de la croissance sont réalisés en mésocosme (à l'échelle de canaux réduits). Les suivis de biomasse permettent de caler un modèle de croissance de la couverture algale intégrant l'effet de l'hydrodynamique et de la s ensibilité des algues aux perturbations hydrodynamiques. Des stratégies de chasses sont ensuite expérimentées sur deux canaux de distribution d'eau en zone méditérannéenne. Un modèle de la dynamique des algues fixées et en dérive en réponse à une chasse hydraulique est ensuite élaboré sur la base de ces expérimentations, et calé sur les nuages de turbidité observés. Finalement, un cadre méthodologique basé sur un modèle linéaire est proposé pour des applications à la gestion en temps réel d'une variable de qualité : la turbidité. Deux approches de contrôle sont présentées : la commande en boucle ouverte et la commande adaptative qui permet de recaler les paramètres inconnus comme la biomasse initiale. / Algae developments in open-channel networks induce strong constraints for the network management. The physical and chemical nuisances linked to these developments require alternative management strategies. The thesis proposes an original method for these algae management based on the hydraulic control of the system using flushing-flows. These flushes consist in detaching a part of the fixed algae by increasing the hydraulic shear stress exerted on the biomass fixed on the substratum. The re-suspension of algae in the water column induces a turbidity peak which also has to be controlled. The proposed approach aims at characterizing and modelling the processes of algae development, detachment and transport during the flushes. Experimental monitoring of the growth phase is conducted in experimental flumes. The biomass samples are used to calibrate a model of algal growth which integrates the hydrodynamic effect and the algae sensitivity in the Med iterranean region. A model of the fixed and drift algae dynamics in response to a flush is then developed and calibrated on the observerd turbidity plumes. Finally, a control framework based on a linear model is proposed for the turbidity control during a flush. An open-loop control is first developed, then an adaptative feedback controller is tested to estimate unknown parameters such as initial biomass.

Severe floods caused by heavy autumn rains in year 2000 raised the question whether measures to reduce the damage from high water levels, in the area surrounding lake Glafsfjorden and along the river Byälven down to lake Vänern, are possible. One option is to reduce flow resistance along the river and thereby lower the maximum water level a given inflow would cause. Good knowledge of hydraulic and hydrological conditions is necessary in order to estimate the effect of such flow-reducing measures. In order to quantify such effect a 1-dimensional hydraulic flow model has been set up for the river Byälven using the software package MIKE 11. The model is more detailed, especially concerning topography and bathymetry, than earlier models used for studies of the river. Boundary conditions consist of measured inflows, the level of the lake Vänern and runoff calculated using the HBV-model. The model was calibrated for two different floods and a good fit to measured water levels was obtained for both these periods. Using the calibrated model critical sections, causing much flow resistance during high floods, were identified. With that knowledge different measures to reduce high water levels was adopted to the model both individually and combined with each other and the model was run with boundary conditions mainly from the flood in year 2000. The most radical measures simulated resulted in a lowering of the maximum water in the two largest reservoirs Glafsfjorden and Harefjorden with 78 and 97 cm respectively. A more modest combination of measures gave water levels 48 and 84 cm lower than a model run without changes. Some combinations of relatively small measures lowered the maximum water level by a few decimeters. The simulation results give good guidance to further investigations and decisions of actual changes. The model constitutes a useful tool when making flood maps of the area and if water level forecasts would be needed during future floods. / Allvarliga översvämningar i samband med höstregn år 2000 väckte frågan om det går att vidta åtgärder för att minska skadorna vid höga flöden i området runt Glafsfjorden och längs Byälvens sträckning ner till Vänern. Ett alternativ är att med åtgärder längs älven underlätta vattnets utflöde och på så sätt minska den högsta vattennivå ett givet flöde orsakar. God kunskap om hydrauliska och hydrologiska förhållanden behövs för att bedöma nyttan av olika åtgärdsalternativ. För att kunna avgöra effekterna av olika åtgärdsalternativ har en 1-dimensionell strömningsmodell satts upp för Byälven i programverktyget MIKE 11. Modellen är mer detaljerad, framförallt beträffande höjdinformationen, än tidigare modeller som använts för studier av Byälven varit. Randvillkor till modellen utgörs av registrerade inflöden, Vänerns vattenstånd och avrinning modellerad med HBV-modellen. Modellen har kalibrerats för två översvämningsperioder och god anpassning uppnåddes för de vattenstånd som dessa situationer representerar och med dess hjälp har sedan älven studerats och områden som bromsar flödet har kunnat identifieras. Med kunskap om vilka områden som begränsar flödet mest har ett antal olika åtgärder simulerats i modellen, både var för sig och kombinerade med varandra. Randvillkoren för översvämningen år 2000 behölls och förändringarna lades in i modellen. De extremaste åtgärderna som simulerats resulterade i minskningar av de högsta vattennivåerna i de två största vattenmagasinen Glafsfjorden och Harefjorden med 78 respektive 97 cm. Mer realistiska åtgärdspaket gav minskningar med i storleksordningen 48 respektive 84 cm och även relativt små ingrepp gav minskningar på några decimeter. Simuleringsresultaten ger god vägledning för vidare undersökningar av och beslut om konkreta åtgärder i Byälven. Dessutom utgör modellen ett bra verktyg för att ta fram översvämningskartor och för att prognostisera vattennivåer vid nya översvämningssituationer.