Influence of shallow reservoir geometry on the flow pattern and sedimentation process by suspended sediments

Résumé Dans le cadre du projet de recherche sur la sédimentation de réservoirs à faible profondeur, en particulier les sédiments en suspension, les paramètres suivants ont été étudiés: l’influence de la géométrie du réservoir sur le transport des sédiments, leur écoulement et les dépôts des ces derniers. Plusieurs géométries de réservoirs à faible profondeur ont été étudiées afin de déterminer l’effet de ces géométries sur la re-circulation de l’écoulement dans le réservoir. Les résultats obtenus par ces essais permettent de comprendre le comportement de l’écoulement et le processus de sédimentation. La prévision du comportement des sédiments se base sur l’estimation du comportement du flot. Les résultats sont très sensible aux conditions de bords et aux caractéristiques géométrique du réservoir. En dépit de la configuration symétrique, l’écoulement observé et les dépositions des sédiments sont asymétriques. L’influence des sédiments en suspension dans la formation de l’écoulement et des formes du lit du réservoir est similaire pour toutes les géométries testées. Au début des tests, les zones principales des dépôts des sédiments ainsi que les concentrations maximales sont observées le long du jet principal, où la vitesse est maximale. Le champ d’écoulement est initialement stable avec un lit lisse ou avec une couche relativement fine de dépôts. Cependant, après quelque temps, des ondulations du lit se développent sous l’effet du jet principal. Ces ondulations ont des amplitudes d’environ 15% de l’hauteur de l’écoulement et sont capables de modifier les conditions de l’écoulement. Majeur est le facteur de forme géométrique du réservoir et plus les dépôts des sédiments e repartissent uniformément sur la surface totale du réservoir. De plus, l’évolution temporelle des dépositions a pu être étudiée pour diverses géométries du réservoir. La capacité de rétention des sédiments par les réservoirs (TE) est calculée en utilisant deux approches différentes. Les résultats montrent des corrélations différentes pour la capacité de rétention des sédiments selon la largeur du réservoir rectangulaire. Le volume des sédiments atteigne le 50% du volume total du réservoir après 18 heures. Le réservoir atteigne l’équilibre après 16 heures, au moment où l’efficacité de relâchement résulte du 100%. Abstract In the framework of a research project on sedimentation of shallow reservoirs by suspended load, the influence of reservoir geometry on sediment transport, flow and deposition patterns are being studied. Recirculating flows in shallow rectangular reservoir with different shape were investigated in order to study the effect of geometry. The results help to understand the flow mechanism and the sediment exchange process. The prediction of sediment behavior lies in the prediction of flow behavior and the results are very sensitive to the geometry and the boundary conditions. In spite of the symmetric setup, an asymmetric flow and sediment pattern developed. The deposition pattern is obviously strongly influenced by the inlet jet deviation and, in turn, material deposits are able to change later the pattern of the flow structure. The flow pattern was stable, with smooth or relatively low roughness over the entire bed. However, after some time, ripples developed underneath the main jet, with thicknesses of about 0.15 times the flow depth. These were able to change the flow pattern. The higher the shape factor of the reservoir, the more uniform were the depositions over the entire surface. Furthermore, the time evolution of deposition patterns with different reservoir geometries could be assessed. Sediments Trap Efficiency (TE) in the reservoirs was calculated by using two different approaches. The results show different correlations for trapping efficiency with variable rectangular widths. The volume of the deposited sediments reached 50% of the total reservoir volume after 18 hours. The reservoir reaches to the equilibrium after 16.0 hours at which the suspended sediment release efficiency reaches 100%.