The paper describes a mathematical and physical modelling of flow of complex slurries in pipelines, i.e. a flow of slurries composed of solids covering a very broad range of particle sizes that overlaps more than one flow patterns – non-Newtonian, pseudohomogeneous, heterogeneous and fully-stratified. A typical examples are residual products (“tailings”) from mining industry with normal average particle sizes of 20 to 100 μm or more. Experimental results of flows of complex slurries composing of non-Newtonian carrier fluid and three fractions of glass particles in 50 mm pipe are presented. Depending on the particle size, particles show different flow patterns and therefore considerable differences in pressure drops. Fine particles tend behave as a homogeneous matter, while coarser particles exhibit heterogeneous behaviour and even coarser particles form a sliding bed. A mathematical 3-component predictive model for turbulent flow of complex slurries is presented based on well-established semi-empirical formulae developed originally for flows with Newtonian carrier. The predicted values of pressure drops show very reasonable agreement with experimental results and indicate suitability of the model for engineering practice.
Existence of piedmont zone in a river bed is a critical parameter from among numerous variations of topographical, geological and geographical conditions that can significantly influence the river flow scenario. Downstream flow situation assessed by routing of upstream hydrograph may yield higher flow depth if existence of such high infiltration zone is ignored and therefore it is a matter of concern for water resources planning and flood management. This work proposes a novel modified hydrodynamic model that has the potential to accurately determine the flow scenario in presence of piedmont zone. The model has been developed using unsteady free surface flow equations, coupled with Green-Ampt infiltration equation as governing equation. For solution of the governing equations Beam and Warming implicit finite difference scheme has been used. The proposed model was first validated from the field data of Trout Creek River showing excellent agreement. The validated model was then applied to a hypothetical river reach commensurate with the size of major tributaries of Brahmaputra Basin of India. Results indicated a 10% and 14% difference in the maximum value of discharge and depth hydrograph in presence and absence of piedmont zone respectively. Overall this model was successfully used to accurately predict the effect of piedmont zone on the unsteady flow in a river.
In present paper we assess the climate change impact on mean runoff between the periods 1961-1990 (control period) and 2070-2099 (scenario period) in the Czech Republic. Hydrological balance is modelled with a conceptual hydrological model BILAN at 250 catchments of different sizes and climatic conditions. Climate change scenarios are derived using simple delta approach, i.e. observed series of precipitation, temperature and relative air humidity are perturbed in order to give the same changes between the control and scenario period as in the ensemble of 15 transient regional climate model (RCM) simulations. The parameters of the hydrological model are for each catchment estimated using observed data. These parameters are subsequently used to derive discharge series under climate change conditions for each RCM simulation. Although the differences in the absolute values of the changes in runoff are considerable, robust patterns of changes can be identified. The majority of the scenarios project an increase in winter runoff in the northern part of the Czech Republic, especially at catchments with high elevation. The scenarios also agree on a decrease in spring and summer runoff in most of the catchments. and V článku předkládáme výsledky modelování změn hydrologického režimu v důsledku změn klimatu mezi časovými obdobími 1961-1990 a 2070-2099 podle souboru patnácti regionálních klimatických modelů pro 250 povodí v České republice. Hydrologická bilance byla modelována pomocí konceptuálního hydrologického modelu BILAN. Časové řady ovlivněné změnou klimatu byly získány jednoduchou přírůstkovou metodou, tj. pozorované časové řady srážek, teplot a vlhkostí vzduchu (vstupy do modelu BILAN) byly opraveny pro každou simulaci pomocí přírůstkových faktorů tak, aby měsíční změny těchto veličin byly stejné jako podle uvažované simulace klimatického modelu. Hydrologický model je nakalibrován s využitím pozorovaných dat, identifikované parametry jsou následně využity pro simulaci hydrologické bilance pro řady ovlivněné klimatickou změnou. Základní podstata možných změn hydrologické bilance na území České republiky vyplývá z projekcí srážek a teplot pro Evropu, tj. postupné zvyšování teplot během celého roku a pokles letních, růst zimních a stagnace ročních srážek. V období od začátku podzimu do začátku léta dochází k růstu srážek, jenž je doprovázen řádově stejným růstem územního výparu způsobeným růstem teplot. V letním období dochází k poklesu srážek a v důsledku úbytku zásob vody v povodí nemůže docházet k výraznému zvyšování územního výparu. Důležitým faktorem ovlivňující změny odtoku je posun doby tání v důsledku vyšší teploty přibližně z dubna na leden-únor. Změny odtoku v období leden-květen jsou tedy dominantně určeny právě odlišnou dynamikou sněhové zásoby, změny v letním období zejména úbytkem srážek. Výsledné odhady změn odtoku jsou zatíženy značnou nejistotou, nicméně lze identifikovat robustní jevy společné pro řadu simulací. Jak ukazují výsledky, na většině modelovaných povodí je pokles odtoků v období od dubna do října společný valné většině modelů. Na druhé straně, růst odtoku v zimních měsících je značně nejistý. S tím souvisí i nejistota spojená se změnami roční bilance odtoků.
Calibration of parameters of mathematical models is still a tough task in several engineering problems. Many of the models adopted for the numerical simulations of real phenomena, in fact, are of empirical derivation. Therefore, they include parameters which have to be calibrated in order to correctly reproduce the physical evidence. Thus, the success of a numerical model application depends on the quality of the performed calibration, which can be of great complexity, especially if the number of parameters is higher than one. Calibration is traditionally performed by engineers and researchers through manual trial-and-error procedures. However, since models themselves are increasingly sophisticated, it seems more proper to look at more advanced calibration procedures. In this work, in particular, an optimization technique for a multi-parameter calibration is applied to a two-phase depth-averaged model, already adopted in previous works to simulate morphodynamic processes, such as, for example, the dike erosion by overtopping.
The two-dimensional particle image velocimetry (PIV) data are inevitably contaminated by noise due to various imperfections in instrumentation or algorithm, based on which the well-established vortex identification methods often yield noise or incomplete vortex structure with a jagged boundary. To make up this deficiency, a novel method was proposed in this paper and the efficiency of the new method was demonstrated by its applications in extracting the twodimensional spanwise vortex structures from 2D PIV data in open-channel flows. The new method takes up a single vortex structure by combining model matching and vorticity filtering, and successfully locates the vortex core and draws a streamlined vortex boundary. The new method shows promise as being more effective than commonly used schemes in open-channel flow applications.
Backward erosion piping is driven by seepage forces acting on the soil grains at the downstream end of the seepage path. A new device for the laboratory testing of backward erosion progression was developed and tested. The device consists of a plexiglass prism at which the seepage path has been predefined. The prism was equipped with an inflow consisting of gravel separated from tested sand by a strainer. The hydraulic gradient along the seepage pipe was observed by a set of piezometers and pressure cells, and the seepage discharge was measured volumetrically. The transported sediment was trapped in a vertical cone located downstream from the device. The progression of the seepage path, the piezometric heads and the trapped material was observed by two synchronous cameras. 15 trial tests have been carried out to date, and from these, the interim results are presented.
The objective of this paper is to simulate flow frequency distribution curves for Amazon catchments with the aim of scaling power generation from small hydroelectric power plants. Thus, a simple nonlinear rainfall-runoff model was developed with sigmoid-variable gain factor due to the moisture status of the catchment, which depends on infiltration, and is considered a factor responsible for the nonlinearity of the rainfall-runoff process. Data for a catchment in the Amazon was used to calibrate and validate the model. The performance criteria adopted were the Nash-Sutcliffe coefficient (R²), the RMS, the Q95% frequency flow percentage error, and the mean percentage errors ranging from Q5% to Q95%.. Calibration and validation showed that the model satisfactorily simulates the flow frequency distribution curves. In order to find the shortest period of rainfall-runoff data, which is required for applying the model, a sensitivity analysis was performed whereby rainfall and runoff data was successively reduced by 1 year until a 1.5-year model application minimum period was found. This corresponds to one hydrological year plus the 6-month long ''memory''. This analysis evaluates field work in the ungauged sites of the region. and Cieľom tohto príspevku je simulácia čiar rozdelenia prietokov pre povodia rieky Amazonka pre potreby hodnotenia premeny energie v malých hydroelektrárňach. Preto bol vyvinutý jednoduchý nelineárny zrážko-odtokový model so sigmoidálne sa meniacim zdrojovým faktorom v závislosti od obsahu vody v povodí, ktorý závisí od infiltrácie a je považovaný za faktor, spôsobujúci nelinearitu zrážkoodtokových procesov. Pre kalibráciu a validizáciu modelu boli použité údaje z povodí rieky Amazonka. Použili sme tieto hodnotiace kritériá: Nashov-Sutcliffov koeficient (R²), RMS, Q95%, chyba určenia odtoku v percentách, a priemerná percentuálna chyba v rozsahu od Q5% do Q95%. Kalibrácia a validizácia ukázala, že model simuluje čiary rozdelenia prietokov uspokojivo. Aby bolo možné nájsť najkratšie obdobie pre nájdenia závislosti zrážky - odtok, ktorá je potrebná pre aplikáciu v modeli, použili sme citlivostnú analýzu tak, že údaje zrážky - odtok boli postupne redukované o jeden rok, až kým nebolo nájdené minimálne obdobie pre aplikáciu vzťahu zrážky - odtok 1,5 roka. Toto obdobie zodpovedá jednému hydrologickému roku, plus 6 mesiacov dlhá ''pamäť''. Touto analýzou boli vyhodnotené výsledky terénnych meraní v oblastiach, kde neboli k dispozícii merania odtoku.
Controversial aspects of the conventional and widely used concept of the integral vortex strength are briefly discussed. The strength of a vortex is usually calculated as the circulation along the vortex boundary, or equivalently due to Green’s theorem, as the surface integral of vorticity over the planar vortex cross section. However, the local effect of an arbitrary ''superimposed shear'' is fully absorbed by vorticity what makes the circulation a shear-biased vortex characteristic. The present paper shows that different vortexstrength models can be derived on the basis of different local vortex intensities proposed in the literature. The outcome of these models naturally differs, even for an ideally axisymmetric vortex. Three different vortex-strength models are compared and discussed by examining the unsteady Taylor vortex. and V práci jsou stručně diskutovány sporné stránky konvenčního a široce užívaného pojetí integrální síly víru. Síla víru je obvykle počítána jako cirkulace podél hranice víru nebo ekvivalentně podle Greenovy věty jako plošný integrál vířivosti přes příčný rovinný řez vírem. Lokální efekt libovolného ''superponovaného smyku'' je však plně absorbován vířivostí, což činí z cirkulace smykově zkreslenou vírovou charakteristiku. Tento článek ukazuje, že lze odvodit různé modely síly víru na základě různých lokálních intenzit víru navržených v odborné literatuře. Výsledky těchto modelů se přirozeně liší, dokonce i pro ideálně osově symetrický vír. Na podkladě zkoumání nestacionárního Taylorova víru jsou porovnány a diskutovány tři různé modely síly víru.
A distinction is introduced between itemized and non-itemized plural predication. It is argued that a full-fledged system of plural logic is not necessary in order to account for the validity of inferences concerning itemized collective predication. Instead, it is shown how this type of inferences can be adequately dealt with in a first-order logic system, after small modifications on the standard treatment. The proposed system, unlike plural logic, has the advantage of preserving completeness. And as a result, inferences such as ''Dick and Tony emptied the bottle, hence Tony and Dick emptied the bottle'' are shown to be first-order., Rozlišování se zavádí mezi rozčleněným množstvím a nerozdělením množných predikcí. Tvrdí se, že plnohodnotný systém pluralitní logiky není nutný pro to, aby bylo možné zohlednit platnost závěrů týkajících se skupinového predikce. Místo toho je ukázáno, jak lze tento typ závěrů adekvátně řešit v logickém systému prvního řádu, po malých úpravách standardního zpracování. Navrhovaný systém, na rozdíl od množné logiky, má výhodu zachování úplnosti. Výsledkem je, že závěry jako ,,Dick a Tony vyprázdnili láhev, proto Tony a Dick vyprázdnili láhev''., and Gustavo Fernandéz Díez
One of the most important problems faced in hydrology is the estimation of flood magnitudes and frequencies in ungauged basins. Hydrological regionalisation is used to transfer information from gauged watersheds to ungauged watersheds. However, to obtain reliable results, the watersheds involved must have a similar hydrological behaviour. In this study, two different clustering approaches are used and compared to identify the hydrologically homogeneous regions. Fuzzy C-Means algorithm (FCM), which is widely used for regionalisation studies, needs the calculation of cluster validity indices in order to determine the optimal number of clusters. Fuzzy Minimals algorithm (FM), which presents an advantage compared with others fuzzy clustering algorithms, does not need to know a priori the number of clusters, so cluster validity indices are not used. Regional homogeneity test based on L-moments approach is used to check homogeneity of regions identified by both cluster analysis approaches. The validation of the FM algorithm in deriving homogeneous regions for flood frequency analysis is illustrated through its application to data from the watersheds in Alto Genil (South Spain). According to the results, FM algorithm is recommended for identifying the hydrologically homogeneous regions for regional frequency analysis.