Stepped Spillway as an Energy Dissipater

Abstract

This paper describes an experimental investigation into the hydraulics of ogee-profile stepped spillways, examines their viability as an alternative to smooth-back spillways and investigates their efficiency in reducing the downstream energy and length of the hydraulic jump. Tests were performed in a long rectangular flume with glass walls on both sides. One smooth model was used as a benchmark for comparison with stepped models made out of a combination of crests and bottoms of different step heights. Significant reductions in terminal velocities and total energies were observed, where the stepped spillway profiles tested proved to be very effective in terms of energy dissipation for flows of the order of the design head or lower. For flows beyond the design head, the effectiveness of the stepped spillway configuration was reduced and became negligible for heads greater than one and a half times the design head. It was concluded that the number of steps is the overbearing factor in expending flow kinetic energy and, therefore, reducing the length of the downstream forming hydraulic jump.

Le prsent article dcrit une tude exprimentale sur l'hydraulique des dversoirs en marches d'escalier en doucine et examine leur viabilit en tant que solution de rechange aux dversoirs dos lisse. Il est galement question de leur efficacit pour ce qui est de rduire l'nergie en aval et la longueur du ressaut. Des essais ont t mens dans un long chenal rectangulaire flanque de parois de verre de chaque ct. Un modle lisse a t utilis comme point de repre des fins de comparaison avec des modles en marches d'escalier fabriqus partir d'une combinaison de crtes et de fonds de diffrentes hauteurs de marche. Des rductions considrables des vitesses limites et des nergies totales ont t observes, les profils des dversoirs en marches d'escalier tests s'tant avrs trs efficaces en fait de dissipation d'nergie pour les dbits de l'ordre de la chute brute ou d'un degr moindre. Pour les dbits dpassant la chute brute, l'efficacit de la configuration du dversoir en marches d'escalier a t rduite et est devenue ngligeable pour les hauteurs de chute suprieures une fois et demie la chute brute. Il en a t conclu que le nombre de marches constitue un facteur dcisif pour ce qui est de l'expansion de l'nergie cintique du dbit et, par consquent, de la rduction de la longueur du ressaut se formant en aval.