IBM - Vassdragsteknikk
Vassdragsteknikk
Hovedmålet for vassdragsteknikk er å bidra til en bedre verden gjennom å sikre samfunnet kompetanse til å ta vare på og forvalte vassdrag og vannressurser på en optimal og bærekraftig måte. På denne måten skal vi bidra til det grønne skiftet og til å ta vare på og utvikle det bygde miljøet i og i tilknytning til vassdrag, på en måte som sikrer bærekraft og trygghet for samfunnet.
Dette gjør vi gjennom undervisning og forskning innen fire hovedområder:
1. Hydrologi dekker fagfeltene hydrologisk modellering, flomhydrologi, hydrologi i vannkraftplanlegging og urbanhydrologi. Fokuset er rettet mot anvendelse innen planlegging og forvaltning.
2. Hydraulikk omfatter hydrauliske forhold i og i tilknytning til vassdrag og i vannkraftverk og dekker fagområder som erosjon og sediment transport, hydrauliske kapasiteter og krefter og modellering og simulering av vannstrømning.
3. Vassdragsmiljø omfatter de fysiske miljøfaktorene i vassdragene samt bruk og forvaltning av vannressursene. Kunnskap om faktorenes virkning gjennom modellering og simulering inngår som sentralt tema.
4. Vannkraft omfatter vannkraftplanlegging, vannkraftteknologi, økonomisk optimalisering, damteknologi og damsikkerhet samt miljøanalyser. I et internasjonalt perspektiv er vannkraft og god vannressursforvaltning av de viktigste bidragene til bærekraftig ressursforvalting og ren energi. Som et ledd i å bringe norsk vannkraftkompetanse ut i verden og på den måten yte et viktig bidrag til NTNU’s visjon, «kunnskap for en bedre verden», er faggruppen ansvarlig for det toårige masterprogrammet Hydropower Development. Fagene i programmet inngår som en viktig del av undervisningsopplegget i gruppa.
Faggruppen driver også et av Europas største hydrauliske laboratorier, Norges Hydrotekniske Laboratorium, hvor det blir gjennomført en stor mengde fysiske forsøk av vassdrag og av vannkraftanlegg som del av forskningsprosjekt, studentprosjekt eller som kommersielle prosjekt. Faggruppa leder et av ni prosjekter inn NTNU sin strategiske satsing mot digital transformasjon. Prosjektet World of Wild Waters har som mål å bidra til bedre beslutninger for å redusere konsekvensene av flommer og naturfarer gjennom visualisering, extended reality (XR) og augimented Reality (AR) og «gamification».
Studenter som er interessert i masteroppgave innen vassdragsteknikk finner potensielle tema her: Masteroppgaver innen Vassdragsteknikk
Tidligere gjennomførte masteroppgaver i vassdragsteknikk:
- 2022
Our department has been using and developing CFD models for hydraulic and sedimentation engineering since 1990. Initial work was focused on sediment problems with regards to hydropower intakes, primarily due to the difficulties of modelling fine sediment in physical models. Since then the scope of our CFD research has expanded to other hydraulic and environmental topics.
Computer Programs
Most of our CFD work has been carried out using the SSIIM program. The program is based on the solution of the Navier-Stokes equations on a non-orthogonal 2D or 3D grid. Both structured and unstructured grid versions are used. The SIMPLE method is used for computing the pressure and the the k-epsilon model is used to calculate turbulence. The sediment transport is calculated by solving the convection-diffusion equation for sediment concentration. Changes in bed elevation over time are computed, and algorithms for wetting and drying enables the prediction of lateral channel movements.
More information and download instructions for SSIIM
Publications
On-line books
We have made some CFD books publically available on the PDF format. A short description and download links are given below.
CFD class notes (593 kB)
"Computational Fluid Dynamics for Hydraulic and Sedimentation Engineering" was made for the CFD part in our class "Withdrawal of water from sediment-carrying rivers". The class notes provides a simple introduction to the basics of CFD. The latest version was made 16. June 1999.
User's manual for SSIIM (1.3 MB)
The user's manual for SSIIM provides standard information about the SSIIM program, like user interface, data format for input and result files etc. The latest version was made 31. May 2010.
Numerical modelling and hydraulics (1.7 MB)
The class notes for a course with the same name, given for the first time in the spring 2001. It is an undergraduate course in the 4th year of the Civil Engineering study at NTNU. This is the version from October 2009.
CFD Algorithms for Hydraulic Engineering (678 kB)
The book is a more detailed documentation of general and special hydraulic engineering CFD algorithms. It is intended to be used as a textbook for graduate courses in CFD, and also to provide assistance for people writing CFD codes. The present version is from 14. December 2000, and before this date it has not been checked by anyone but the author.
CFD for Hydraulic Structures (535 kB)
The book is about experiences using the SSIIM model to compute flow in/around hydraulic structures. The following cases are discussed: Vegetation, spillways, local scour and intakes. The present version is from 8. May 2001.
Projects
Several examples from our research are listed below. Much of the work has been carried out in cooperation with other institutions, so many of the examples are located on other web servers.
The numbers in brackets indicate size of graphics files in kB. The date indicate latest update.
Sediment transport
- Steady water and sediment flow in Garita Hydropower Reservoir, Costa Rica. 4. January 2011. (In Norwegian)
- Sediment deposition in a sand trap. 13. June 2015.
- Bed changes in a sand trap
- Local scour around a circular cylinder
- Turbidity current in a laboratory flume
- 3D reservoir flushing using a dynamic unstructured grid, 14. May 1999
- Turbidity currents in Cachi Reservoir, Costa Rica (100)
- Modelling the sand traps in Khimti Hydropower Plant, Nepal. 6. June 2000
- Formation of a meandering channel from an initial upstream pertubation. 13. August 2001
- Sediment depositon in habitat improvmenet structures at Oyvollen, Norway. 15. March 2003
- Formation of a meandering channel without initial pertubations. 13. July 2015
- Modelling sediment flow in Agno intake. 12 May 2003.
- Bed changes in a 90 degree bend. 2004
- Bed changes in sine-shaped channels. 2006
- Sediment transport and bed changes in a 180 degree bend. 2006
- Water and sediment flow in the delta of Lake Øyern. 2011
- Sediment flow in the Angostura Reservoir in Costa Rica. 24. December 2011
- Bed changes in an S-shaped channel. 14. March 2011
- Final report from the delta project (in Norwegian). 3. June 2011
- Final report from the reservoir sedimentation project (in Norwegian). 18. April 2013
- Sediment slide in water reservoir. 30. December 2013
- Sediment flow in the Iffezheim reservoir. 2. December 2014
General hydraulics
- Flood wave hitting a construction. 20. March 2003.
- Velocity field in river with large roughness. 24. June 2011.
- Himalayan headworks/intake (165)
- Flow visualization by particle animation (380)
- Vortex shedding behind a circular cylinder
- Head loss in a gate plug
- Flow around a groyne in a channel, 6. June 2000
- Water velocities in Colombia River downstream Wanapum Dam, August 2000
- Finding coefficient of discharge for a spillway. 28. January 1997.
- Flow over dunes, March 2007
- The river Nidelva. 11. December 2007
- Flow over a rough bed. 19. October 2010
- Broad-crested spillway with an unstructured grid. 5. March 2012
- The Sarpfossen reservoir and spillway. 14. April 2011
- The Sysen Dam spillway system. 8. August 2011
- The spillway system of the Innerdalen Dam. 8. August 2011
- Spillway modelling using OpenFOAM. 12. March 2012
- V-shaped weir. 29. July 2015
Water quality
- Radioactive spill in Lake Tyrifjorden, Norway. 2000 (Norwegian only)
- Water quality in Lake Mjosa, Norway, during a flood (280) 2 Dec. 1998
- Circulation and algae modelling of Eglwys Nynydd water reservoir, Wales, UK, 21. Sept. 1999
- Circulation and algae modelling of Estwaithe Water, UK, 21. Sept. 1999
- Water currents and temperatures in Lake Sperillen, Norway. 2000
Habitat hydraulics
- Habitat modelling in Gurobekken laboratory flume at SINTEF, Norway, 15. Nov. 2000
- Sea trout spawning habitat in Gråelva, Norway, 31. Oct. 2001
CFD links
Instituttet arbeider med metoder for å klarlegge miljøvirkninger ved vannkraftutbygging. Vi fokusere på konsekvenser og tiltak som kan settes i verk for å begrense eventuelle skader fra klimaendringene. Selv om vi endrer utslippene av klimagasser i dag, vil vi likevel oppleve klimaendringer i lang tid framover.
Analyser gjøres i dag i stor grad med datamodeller. Modellene blir, i tillegg, verifiserer med målinger i felt og i laboratorier.
Numeriske modeller og datasimuleringer brukes for å beregne hvordan en elv vil utvikle seg og påvirke sine omgivelser. Denne kunnskapen er nyttig om en ønsker å forutsi når en elev blir farlig på grunn av erosjon som kan føre til brudd på brofundamenter og utløsning av leirskred.
I mange u-land er kraftig erosjon blant hovedutfordringene når man skal etablere vannkraftverk. Når elvene går gjennom bratte landskap med mye løsmasse, blir det mye sand og partikler i vannet. Magasiner og inntak fylles opp og turbinene i vannkraftverkene ødelegges av disse sedimentene. Instituttet bistår flere land i Afrika og Asia med å utvikle velfungerende vannkraftverk.
Småkraftverk er et annet aktuelt forskningsområde. Ofte mangler de som etablerer småkraftverk økonomi til å gjøre gode nok tekniske og hydrologiske undersøkelser før anleggene bygges. Instituttet har tatt konsekvensen av dette og gjennomfører laboratorieforsøk for å finne smarte løsninger på de mest vanlige problemene.
Blant annet er det vanlig at småkraftverkene får problemer med inntaket av vann. Derfor forsker vi på hvordan man skal få mest mulig vann inn i turbinene, uten å trekke med is, sand og drivgods som følger med vannet.
Faggruppe for vassdragsteknikk satser både på anvendt forskning pg grunnleggende forskning, spesielt innen numerisk strømningsmekanikk. Det er oftest tett samarbeid mellom faggruppen, konsulenter og myndighetene som bruker resultatene.
Prosjekter
CEDREN - Centre for Environmental Design of Renewable Energy (FME, ending in 2017), including SafePass - Safe and efficient two-way migration for salmonids and European eel past hydropower structures (project beyond the FME period)
HydroCen: Norwegian Research Centre for Hydropower Technology (new FME)
SFI Klima 2050 - Risk reduction through climate adaptation of buildings and infrastructure (cooperation with WWE group)
Hydralab+ - Adaptation for Climate Change
FIThydro - Fish friendly Innovative Technologies for hydropower
SediPass - Sustainable design and operation of hydro power plants exposed to high sediment yield
TunnelRoughness - Linking physical wall roughness of unlined tunnels to hydraulic resistance