White water modeling - feasibility of numerical simulation methods in design of white water canoe courses

Abstract

Wildwaterkanoen, raften en andere sporten in snelstromend water worden door steeds meer mensen beoefend. Overal in de wereld worden de laatste jaren kunstmatige wildwater kanobanen aangelegd nabij bevolkingscentra. Dit vermindert de reistijd en de druk op natuurgebieden. Voomaamste voordelen zijn dat het gehele jaar door getraind kan worden en dat bij wedstrijden het publiek en televisie de actie goed kan volgen zonder gevaar. In Nederland bestaat nog geen kunstmatige wildwaterbaan omdat het beschikbare verval in Nederland (voomamelijknabij stuwen in Rijn ofMaas) gering is. De Nederlandse Kano Bond wil inzicht krijgen in de mogelijkheden voor de aanleg van een wildwater kanobaan. Om aan de vraag naar een wildwater kanobaan te kunnen voldoen is onderzoek nodig naar een geschikte vorm van de kanobaan en obstakels. Goed inzicht in de stroming (stroomsnelheid, waterdiepte, Froude getallen), de locatie van watersprongen en keerwaters, is noodzakelijk voor het ontwerpen van een goede (dat wil zeggen een aan aIle eisen voldoende) wildwater kanobaan. Numerieke modellering van de stroming moet het mogelijk maken een dergelijk ingewikkeld project inzichtelijk te maken. Waarom numeriek? Wanneer laboratoriummodellen veeI te duur zijn kunnen computermodellen uitkomst bieden. Bijkomende voordelen zijn snelheid (een schaalmodel bouwen duurt lang), ornzeilen van schalingsfactoren en de mogelijkheidom veranderingen door te voeren. Zeker in het ontwerpstadium is dit een belangrijk aspect. Mijn afstuderen heeft zich toegespitst op het onderzoeken van de mogelijkheden die de programma's Delftl-D en Delft-FLS bieden. Door simulatie van verschillende testcases waarbij vooral de overgang van superkritisch naar subkritisch stromend water een rol speelt, alsmede de combinatie van watersprongen en neren, is meer inzicht gekregen in de mogelijkheden en onmogelijkheden bij de modellering van dergelijke ingewikkelde stroming. Hiertoe zijn ook een gedeelte van een bestaande kanobaan te Nottingham en een meetstuw te Sittard gemodelleerd. De Delftl-D simulaties zijn vergeleken met metingen in het laboratorium. Delft-FLS simulaties van superkritische bochtstroming en schokgolven zijn vergeleken met empirische en analytische formules. Aanbevelingen zijn gedaan ten aanzien van Delft-FLS, hoe dit beter geschikt kan worden gemaakt voor berekenen van onregelmatige snelstromende stroming; aanpassing van de roosterafstand aan de obstakels en invoering van schuine zijden, invoering van hogere orde nauwkeurigheid en een turbulentiemodel. Ook ten aanzien van het modelleren van kano wildwaterbanen zijn aanbevelingen gedaan: de verschillen tussen model en realiteit zijn in veel opzichten nog behoorlijk groot, dus veeI aandacht moet besteed worden aan de juiste interpretatie van de resultaten.