Full Equations Utilities (FEQUTL) Model for the Approximation
of Hydraulic Characteristics of Open Channels and Control
Structures During Unsteady Flow
a | An averaging parameter used to compute the mean conveyance in a flow expansion or contraction | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a i, b i | Limits of a tabulation interval in a cross-section table | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A | Total cross-sectional area | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A c | Flow area at critical depth | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A if | Area for full flow in the culvert barrel at section i | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
B g | Width of a gate opening | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
B i | Channel width at section i at an underflow gate | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
The ratio between the channel width at section i at an underflow gate and the gate-opening width | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
c (y 1) | Flood-wave celerity at water-surface height y 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C c | Contraction coefficient of the full barrel area of a culvert giving the flow area at the vena contracta | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cco | Contraction coefficient for orifice flow at an underflow gate | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cd | Culvert discharge coefficient | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C dc | Discharge coefficient for a critical contraction | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C dfo | Discharge coefficient for free-orifice flow at an underflow gate | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C dfw | Discharge coefficient for free-weir flow at an underflow gate | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C dso | Discharge coefficient for submerged-orifice flow at an underflow gate | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C dsw | Discharge coefficient for submerged-weir flow at an underflow gate | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C i | A constant coefficient used when computing a nonuniform velocity distribution equal to a function of Manning's n and the cross-section boundary slope at line segment i | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C u | Unit conversion for Manning's equation equal to 1.49 in English units and 1 in metric units | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C wr | Weir coefficient for a roadway embankment | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
D | Maximum inside vertical dimension of a culvert barrel | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
D vc | Maximum inside vertical dimension of a culvert barrel at the vena contracta | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
E 1 f | Energy loss from the approach section (section 1) to the roadway crest when flow over the roadway is free of downstream effects | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
E 1 s | Energy loss from the approach section (section 1) to the roadway crest when flow over the roadway is submerged from downstream | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
E 143 i | Energy loss from the approach section (section 1) to section 43 for flow over a roadway crest at incipient flow submergence from downstream | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
E 143 s | Energy loss from the approach section (section 1) to section 43 for flow over a roadway crest when the flow is submerged from downstream | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
f c (C c) Piezometric depth ratio
to the maximum vertical dimension of a culvert as a function of
the contraction coefficient
|
f CH ( ) | Function that gives the weir discharge
coefficient for high-head flow
|
f CL ( ) | Function that gives the weir discharge
coefficient for low-head flow
|
f DB (y) | Function that yields the flow
through a dam breach for each water-surface height in the
reservoir
|
f ec (X) | Function yielding the product
of the energy-loss coefficient and the difference in the
product of the velocity and the energy-flux correction
coefficient from the downstream section to the upstream section
of a flow expansion or contraction
|
f s ( ) | Weir-submergence function
|
f t (y t) | Piecewise linear
approximation in a function table of function f t
at argument value y t
|
| The i th tabulated value in a function table
|
F | Froude number
|
F E | Total flux of kinetic energy through the cross
section
|
|
The flux of kinetic energy for line segment i of the
cross section
|
Fg | Gate-opening Froude number for orifice flow at
an underflow gate
|
F M | Total flux of momentum through the cross
section
|
|
The flux of momentum for line segment i of the cross
section
|
g | Acceleration of gravity
|
h (s) | Local height of the water surface in
a cross section at offset s
|
|
Average local water-surface height between adjacent cross
sections at offset s in a curvilinear channel
|
h g | Gate-opening height
|
|
The ratio between the piezometric head at section i at
an underflow gate and the gate-opening height
|
h I | Piezometric downstream head at incipient flow
submergence measured from the roadway crest
|
|
Piezometric head at section i of an underflow gate
|
h t | Downstream (tail water) head causing flow
submergence at a weir
|
h w | Water-surface head on a roadway embankment,
roadway crest, or weir
|
h 1 foll | Upstream piezometric head
at section 1 (approach section) for an underflow gate at the
lower limit of free-orifice flow
|
h 1 fwul | Upstream piezometric head
at section 1 (approach section) for an underflow gate at the
upper limit of free-weir flow
|
h 4 fwul | Downstream piezometric
head at section 4 (departure section) for an underflow gate at
the upper limit of free-weir flow
|
h 4 swso | The piezometric head at
section 4 (departure section) for an underflow gate at the
boundary between submerged-weir and submerged-orifice flow for
a piezometric head at section 1 (approach section) midway
between the piezometric head equal to the gate opening and the
piezometric head equal to the upper limit of free-weir flow
|
H | Piezometric head on a weir or roadway embankment
measured from the minimum point on the weir or roadway
embankment
|
J | First moment of area with respect to the water
surface
|
k A | Energy-loss coefficient for accelerating
(contracting) flow
|
k D | Energy-loss coefficient for decelerating
(expanding) flow
|
k ec | Energy-loss factor for flow expansion or
contraction
|
k(s) | Local conveyance at offset s
in a cross section of a curvilinear channel
|
K | Total channel conveyance
|
|
Mean conveyance
|
K f | The mean full-flow conveyance in a culvert
barrel
|
K 2 f | Conveyance at full flow at
the culvert entrance (section 2)
|
K 23 | The value of conveyance for a culvert
that gives the correct barrel-friction loss computed in the
steady-flow | profile computations for flow types 2 and 3
L aj | The cumulative distance along the
main-channel axis to the jth cross section
|
L ij | The cumulative distance along the ith flow
line at the jth cross section
|
L(s) | Distance between two adjacent
cross sections at offset s in a curvilinear channel
|
m | Number of subsections in a cross section
|
m s | Slope of a boundary line on the channel cross
section
|
MA(x,y0) | The
weight coefficient that will result in a valid volume per unit
length when multiplied with the cross-sectional area at
location x for water-surface height y
0
|
MQ(x,y0)
| The weight coefficient that will result in a valid momentum
content per unit length when multiplied with the total flow
rate through the cross section at location x for
water-surface height y 0
|
M r | Momentum flux for flow over the roadway
at a culvert
|
n c | Number of cross sections considered in the
computation of sinuosity
|
n i | Manning's roughness coefficient for subsection
i of a cross section
|
n p | Number of surveyed points used to describe a
cross section
|
n s | Number of line segments below the water
surface in the cross section; used when computing a nonuniform
| velocity distribution
NDDABS | The allowable absolute deviation from normal
depth in the computation of the water-surface profile in the
CHANRAT command
|
NDDREL | The allowable relative deviation from normal
depth in the computation of the water-surface profile in the
| CHANRAT command
q (s) | Flow per unit width in a cross
section at offset s
|
q r | Flow over a roadway-embankment weir per unit
width of roadway
|
q w (s) | Flow over a weir per unit width
at offset s
|
Q | Total flow rate in the cross section
|
Q B | Flow rate in a culvert barrel
|
Q C | Critical flow rate determined for steady flow
in a compact channel ( = =
1)
|
Q E | Critical flow rate determined from
minimization of specific energy in a channel where 1
|
Q f | Free-weir or free-orifice flow at an underflow
gate
|
Q i | Flow rate represented by conditions at line
segment i in the cross section
|
Q M | Critical flow rate determined from
minimization of specific force in a channel where 1
|
Q r | Flow rate over the roadway at a culvert
|
Q w (z w) | Total flow over a weir
for a given upstream water-surface elevation
|
P e | Roadway embankment height
|
P i | The wetted perimeter for subsection i
of the cross section
|
R (s) | Hydraulic radius at offset s
in the cross section
|
R hg | Fraction of the gate-opening width over which
the transition in contraction coefficient between weir flow and
| orifice flow is applied
s | Offset distance across a cross section
|
s B | Beginning offset for the top width in a cross
section at a given water-surface height
|
s E | Ending offset for the top width in a cross
section at a given water-surface height
|
S A | Appropriate slope to use when approximating a
nonuniform velocity distribution for estimation of
or ; should be the energy slope, S e,
when estimating , and the friction (momentum) slope,
S f, when estimating
|
S c | Critical slope in a culvert barrel
|
S e | The energy slope for flow in a channel
|
S f | The friction (momentum) slope for flow in a
channel
|
S h (x 1, x 2
) | The correct volume of water between cross sections at
locations x 1 and x 2
for a given water-surface height
|
S q (x 1, x 2
) | The correct momentum content of the flow between cross
sections at locations x 1 and x
2 for a given water-surface height
|
S 0 | Bottom slope of the channel, positive
when the bottom elevation decreases in the downstream direction
|
T | Top width of the flow
|
T c | Top width of the water surface at critical
depth
|
T i | Top width of the water surface for subsection
i of the cross section
|
V (s) | Flow velocity at offset s in
the cross section
|
V | Cross-sectional average velocity
|
V D | Velocity at a dam site after failure
|
V Di
| Velocity at a dam site before failure
|
V | Velocity difference specified to define a
continuous energy-loss function as flow reverses in the
vicinity of a flow expansion or contraction
|
W (s) | Crest width of a weir represented at
the local offset s
|
x | Distance along the distance axis for the channel
(main-channel axis)
|
dx | Distance increment along the main-channel axis
|
dx (i) | Distance
increment on flow line i in a curvilinear channel
|
x | Distance between cross sections
|
x 12 | Distance between the approach
section (section 1) and entrance section (section 2) of a
culvert
|
x 23 | Length of a culvert
|
X | The difference in the product of the velocity and
the energy-flux correction coefficient from the downstream | section to the upstream section of a flow expansion or contraction
X f | A general designation of parameters on which
the first moment of area with respect to the water surface is
| functionally dependent
y (x) | The height of the water surface above
the minimum point in the cross section at the location given by
x
|
y c | Critical depth (water-surface height)
|
y n | Normal depth (water-surface height) for a
given flow
|
y s | The stopping water-surface height for
computation of the water-surface profile in the CHANRAT command
|
y t | A nontabulated argument value for which a
function value is sought by interpolation from a function table
|
|
The i th argument value tabulated in a function table
|
y 1 fw | The limiting water-surface
height at section 1 (approach section) of an underflow gate for
free-weir flow for a given gate opening
|
y 2 max | Maximum water-surface
height at the culvert entrance (section 2) for culvert-flow
type 1
|
y 4 f | The water-surface height at
section 4 (departure section) of an underflow gate at the
free-flow limit for a given gate opening
|
y 4 sw | The limiting water-surface
height at section 4 (departure section) of an underflow gate
for submerged-weir flow for a given gate opening
|
z (s) | Elevation of the cross section
boundary at offset s
|
|
Minimum bottom elevation at section i of a culvert
|
z ci | Elevation of the culvert invert at the
downstream end
|
z e | Total-energy line elevation
|
z i | Boundary elevations of the surveyed points
used to describe a cross section
|
z j | Bottom elevation at section j of an
underflow gate relative to the datum for the stream system
|
z m | Elevation of the minimum point on the
cross-section boundary
|
z w | Water-surface elevation
|
|
Maximum water-surface elevation at section 1 for culvert-flow
type 1
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z 3 p | Elevation of the piezometric
surface at the exit section (section 3) of a culvert
|
dz e | Differential increment in the total-energy
line elevation
|
z | Difference in bottom elevation between
sections 2 and 3 of an underflow gate
|
| Kinetic-energy-flux correction coefficient
|
| Momentum-flux correction coefficient
|
µ | The slope of the sinuosity for a submerged line
segment on the cross-section boundary
|
i | The sinuosity in the cross section applicable
to the i th subsection
|
ij | The sinuosity at the j th cross
section of the i th flow line
|
(s) | The rate of change of distance along
the flow line at offset s to the rate of change of
distance along the | main-channel axis (sinuosity at offset s)
(y) | Escoffier stage variable used in the
generalized Ritter dam-break solution
| |