ITB Golden Ratio Spillway ni jiometri ya pande mbili ya kilele cha spillway inayofafanua radii kuu na mahusiano ya kijiometri ya kilele hicho kwa kutumia konstanti isiyo na vipimo ya uwiano wa dhahabu \(\phi\approx1.618\). Utafiti ulitathmini mipangilio miwili inayoitwa Type A na Type B kwa kutumia uundaji wa modeli za namba wa Flow-3D na majaribio ya modeli halisi za maabara. Modeli halisi ya Type A ilijaribiwa kwa skeli ya 1:25 na modeli halisi ya Type B kwa skeli ya 1:40; kwa prototypes zote mbili zilitumika hali za \(P=6\) m, \(H_d=2\) m na \(P/H_d=3\). Tofauti kubwa zaidi ya exact relative kati ya matokeo ya kimwili na ya namba ya unit-discharge ni %4,51 kwa Type A na %9,21 kwa Type B. Waandishi wanatathmini kuwa jiometri zote mbili zinatoa matokeo yaliyo karibu na Ogee profile ya kawaida kwa uwezo wa discharge na zinatoa mbadala wa muundo ulio rahisi zaidi kijiometri. Hata hivyo, validation iliyopo imefanywa katika skeli ya maabara, kwa vertical upstream face na ndani ya safu finyu ya \(P/H_d\)–\(H/H_d\); mabwawa makubwa, mitiririko yenye sediment, usafirishaji wa mawe na hali halisi za uwanjani zinahitaji kuthibitishwa kando.

Type A inaunganisha upstream radius ya \(R_1=0.5H_d\), iliyochukuliwa kutoka kiwango cha Ogee, na radii za ziada zinazotokana na uwiano wa dhahabu. Katika chanzo, \(a=R_1\), \(b=R_1/1.618\), \(R_2=b/1.618\), na kwa downstream \(R_3=R_1\times1.618\) zimefafanuliwa. Type B ni jiometri rahisi zaidi; inatumia \(R_1=0.5H_d\), \(b=R_1\) na \(R_3=R_1\times1.618\). Katika aina zote mbili, downstream slope imetolewa kama 1:1.

Mahesabu ya Flow-3D yalitumika kutathmini sifa za kihidroliki kama discharge coefficient \(C_d\), correction coefficient \(C/C_d\), uhusiano wa water-level–discharge, pressure distribution, flow separation na cavitation potential. Katika Figure 9, mkunjo wa \(C_d\) wa Type A unaonekana juu kidogo ya mkunjo wa USBR Ogee, ilhali katika Figure 11 mkunjo wa \(C_d\) wa Type B unaonekana kuwa karibu sana na mkunjo wa Ogee. Katika Figure 10 na Figure 12, \(C/C_d\) correction curve kwa Golden Ratio geometry zote mbili inafuata kwa karibu mkunjo wa Ogee na kubaki chini kidogo upande wa thamani kubwa za \(H/H_d\).

Chapisho la Kiingereza la 2026 la utafiti huu si seti mpya na huru ya data za majaribio. Sehemu ya Publication Note katika chanzo inaeleza kwamba makala ni toleo la Kiingereza lililopanuliwa la toleo la Kiindonesia lililochapishwa 2025 na kwamba data msingi za namba/majaribio zilibaki zilezile katika makala zote mbili. Toleo la 2026 lilipanua uwekaji wake katika fasihi, likarekebisha hitimisho na kuongeza mapendekezo ya matumizi kama vile Type A kwa spillways za mabwawa na Type B kwa weirs za mito.

Kwa nini kilele cha spillway ni muhimu sana?

Spillway ni muundo wa kihidroliki unaopeleka kwa usalama maji ya ziada yanayozidi kikomo cha uendeshaji katika bwawa, hifadhi au weir kwenda downstream. Kilele cha spillway ni eneo la juu la kijiometri ambako maji huanza kumwagika. Umbo la profile ya kilele huathiri jinsi mtiririko unavyokaribia muundo, jinsi maji yanavyojitenga kwa ulaini na uso, kiasi cha discharge kinachoweza kupita, pressure distribution na hatari ya cavitation inayoweza kutokea kutokana na shinikizo la chini.

Chanzo kinazungumzia Ogee na cylindrical crest kama suluhisho mbili zinazotumika kwa kawaida nchini Indonesia. Ingawa Ogee profile hutoa ufanisi mkubwa wa kihidroliki, inahitaji usanifu na utekelezaji wa usahihi kutokana na mikunjo changamano na mahusiano mengi ya kijiometri. Cylindrical crest ni rahisi zaidi, lakini inaelezwa kuwa katika umbo la two-arc hakuna rejea moja ya uhakika katika kiwango cha KP-02 kwa uwiano kati ya upstream \(R_1\) na downstream \(R_2\).

Ugumu wa usanifu katika jiometri ya Ogee

Katika Figure 1 ya chanzo, mahusiano yafuatayo yametolewa kwa jiometri ya upstream ya Ogee:

\[ R_1=0.5H_d \]

\[ R_2=0.2H_d \]

\[ a=0.282H_d \]

\[ b=0.175H_d \]

\[ c=a-b \]

Kwa downstream profile, chanzo katika Figure 1 kinaonyesha:

\[ X^{1.85}=2.0H_d^{0.85}y \]

uhusiano huo.

Hapa \(H_d\) ni urefu bainifu wa usanifu unaotumika kama design head/design water level. \(X\) na \(y\) zinawakilisha koordinati za kijiometri za Ogee downstream profile. Ulinganisho mkuu katika mjadala wa chanzo ni kwamba, ikilinganishwa na profile hii changamano ya Ogee, Golden Ratio geometry inaweza kuundwa kwa urahisi zaidi kwa mahusiano ya kudumu ya \(\phi\).

Tatizo katika cylindrical spillway ni nini?

Kulingana na vigezo vya usanifu vya KP-02 vilivyonukuliwa katika chanzo, kwa cylindrical two-arc crest upstream radius \(R_1\) inaweza kuchaguliwa takribani katika safu ya \(0.3–0.7H_d\) kwa miundo ya uashi wa mawe na \(0.1–0.7H_d\) kwa miundo ya zege. Kwa upande mwingine, inaelezwa kuwa hakuna ufafanuzi wa uhakika wa radius ratio kwa downstream \(R_2\), na downstream slope hutumika kama 1:1.

Moja ya misukumo ya awali ya usanifu wa ITB Golden Ratio Type B ni kufanya uhusiano huu wa upstream–downstream radius uwe umefafanuliwa kwa kutumia konstanti \(\phi\approx1.618\).

Uwiano wa dhahabu unatumikaje katika jiometri ya ITB spillway?

ITB Golden Ratio Spillway hutumia konstanti ya uwiano wa dhahabu \(\phi\approx1.618\) kama uwiano wa kijiometri usio na vipimo kati ya upstream na downstream crest radii; katika Type A, \(R_2\) na \(R_3\) hutolewa kutoka radius ya msingi ya Ogee \(R_1=0.5H_d\), huku Type B ikitumia msingi huohuo wa \(R_1\) pamoja na mkunjo mmoja rahisi wa upstream na uhusiano wa downstream \(R_3=\phi R_1\).

Uwiano wa dhahabu katika chanzo

Katika Figure 3, chanzo kinaonyesha kupitia golden rectangle na golden spiral kwamba uwiano wa vipande mbalimbali vya mstari hukaribia konstanti ileile:

\[ \phi\approx1.618 \]

\(\phi\) ni konstanti isiyo na vipimo. Kwa hiyo, hata ukubwa kamili wa urefu wa \(R_1\), \(R_2\), \(R_3\), \(a\) na \(b\) katika mita au sentimita ukibadilika, uwiano kati yao unaweza kubaki uleule. Huo ndio msingi wa kihisabati wa hoja ya waandishi kwamba jiometri ya spillway inaweza kupimwa kwa ukubwa tofauti.

Jiometri ya Type A

Mahusiano haya yakiandikwa kwa mfuatano:

\[ R_2=\frac{R_1}{\phi^2} \]

hupatikana. Usemi huu ni muunganiko wa kialjebra wa uhusiano uliotolewa katika chanzo kwa hatua mbili kama \(b=R_1/\phi\) na \(R_2=b/\phi\); si ugunduzi mpya wa majaribio.

Jiometri ya Type B

Tofauti kuu ya kijiometri ya Type B na Type A ni kuondolewa kwa muundo wa upstream radius ya pili na kufafanuliwa kwa upande wa upstream kwa radius moja kuu iliyo rahisi zaidi.

Nafasi ya mbinu ya ITB Golden Ratio katika fasihi

Mtiririko wa utafiti

Mtiririko wa mbinu katika chanzo ni kama ifuatavyo:

1. Mapitio ya fasihi.
2. Kukusanya masharti ya usanifu na data za kuingiza.
3. Kuunda modeli ya spillway geometry.
4. Kukokotoa upstream radius, downstream radius na downstream geometry.
5. Kuunda modeli ya STL kwa kutumia Google SketchUp.
6. Flow-3D numerical modelling.
7. Kupata water level–discharge rating curve na matokeo ya kihidroliki.
8. Kuandaa laboratory physical model.
9. Vipimo vya Flow/discharge.
10. Ulinganisho wa validation wa matokeo ya namba na ya kimwili.
11. Hitimisho na mapendekezo.

Modeli ya Flow-3D ilifanya nini?

Spillway geometry ilihamishwa kwa modeli ya Flow-3D katika muundo wa STL. Chanzo kinaeleza kwamba modeli iliwekewa boundary na fluid parameters na kwamba water-level–discharge rating curve ilitengenezwa kwa kutumia discharges tofauti kwa kila aina ya spillway.

Vigezo vikuu vilivyochambuliwa:

• water level,
• discharge,
• discharge coefficient \(C_d\),
• correction coefficient \(C/C_d\),
• velocity field,
• pressure distribution,
• flow separation,
• cavitation potential / \(\sigma\) index.

Katika Figure 7 na Figure 8 kuna picha za Flow-3D velocity/pressure contour kwa Type A na Type B chini ya hali ya \(P/H_d=3\), vertical upstream face. Hata hivyo, kwa kuwa chanzo hakijachapisha mesh resolution, timestep, turbulence model, convergence criterion au thamani za namba za \(\sigma\), vigezo hivyo havikamilishwi na Verianla.

Mikunjo ya \(C_d\) na \(C/C_d\) ina maana gani?

\(C_d\) ni design discharge coefficient inayowakilisha tabia ya discharge kwa jiometri fulani ya spillway na uwiano wa \(P/H_d\); \(C/C_d\) ni correction ratio isiyo na vipimo inayoonyesha jinsi discharge coefficient inavyopaswa kusahihishwa dhidi ya thamani ya usanifu wakati actual head \(H\) ni tofauti na design head \(H_d\).

Uwiano wa \(P/H_d\)

\[ \frac{P}{H_d} \]

ni uwiano wa kijiometri usio na vipimo ambapo:

• \(P\): spillway height,
• \(H_d\): design water level/design head

hutumika hivyo.

Figure 9 inaonyesha uhusiano kati ya \(C_d\) na \(P/H_d\) kwa Type A. Chanzo kinaeleza kuwa Type A curve iko juu kidogo ya USBR Ogee curve.

Figure 11 inaonyesha uhusiano huohuo kwa Type B na kuripoti kuwa Type B curve iko karibu na mkunjo wa USBR Ogee.

Uwiano wa \(H/H_d\) na correction coefficient

\[ C_1=\frac{C}{C_d} \]

Chanzo kinafafanua \(C_1\) kama correction coefficient.

Hapa:

• \(H\): actual water level/head,
• \(H_d\): design water level/head,
• \(C\): actual operating-condition discharge coefficient,
• \(C_d\): design discharge coefficient

hufasiriwa hivyo.

Figure 10 kwa Type A na Figure 12 kwa Type B zinaonyesha uhusiano wa \(C/C_d\) na \(H/H_d\). Chanzo kinaripoti kuwa Golden Ratio curves zote mbili zinafuata kwa karibu Ogee correction curve na kubaki chini kidogo katika sehemu ya mwisho ya uwiano wa juu.

Kikomo cha matumizi ya mikunjo ya usanifu

Chanzo kinaeleza kuwa mikunjo ya Figure 9–12 inaweza kutumiwa moja kwa moja kwa usanifu wa awali ndani ya mipaka ifuatayo:

Kulingana na pendekezo la chanzo chenyewe, nje ya safu hizi au katika miradi ya high-hazard dam, utafiti wa site-specific numerical au physical model unapaswa kufanywa, na crest pressure pamoja na cavitation potential vikaguliwe kando katika hali zilizo juu ya design head.

Ufanano wa Froude unahamishaje matokeo ya modeli halisi kwenda kwenye prototype?

Ufanano wa Froude ni mbinu ya scaling inayotegemea kudumisha ufanano wa kidinamiki wa athari za inertia na gravity kati ya modeli na prototype katika mitiririko yenye uso huru; katika utafiti huu, discharges za modeli halisi za 1:25 Type A na 1:40 Type B zilibadilishwa kuwa thamani za prototype unit discharge na kulinganishwa na matokeo ya Flow-3D.

Uhusiano wa scaling uliotolewa katika jedwali la Type B

Chanzo katika Table 3 hutumia wazi muundo ufuatao katika safu ya prototype unit discharge kwa Type B:

\[ q=\frac{Q\,40^{1.5}}{b} \]

Hapa:

• \(q\): prototype unit discharge, unit \(m^3/s/m\),
• \(Q\): physical-model total discharge, unit \(m^3/s\),
• 40: geometric scale ratio ya Type B,
• \(b\): upana wa flume ya maabara, \(0.30\) m,
• kipeo 1,5: kinaonyesha utegemezi wa unit-discharge scaling kwa uwiano wa urefu chini ya Froude similitude.

Kwa mfano, katika Table 3 kwa \(H=0.50\) cm, physical \(Q=0.00019\,m^3/s\) ilipimwa na prototype unit discharge ikatolewa kuwa takribani \(0.16\,m^3/s/m\).

Scaling ya Type A

Type A iko katika skeli ya 1:25. Thamani za prototype unit-discharge katika Table 2 zinaendana na uwiano wa skeli ya 25 katika mantiki ileile ya Froude similarity. Kwa sababu header inayoonekana ya Table 2 haichapishi fomula ya kialjebra kwa uwazi kama jedwali la Type B, Verianla haitumii kauli hii kama “equation tofauti iliyoandikwa na chanzo,” bali kama tafsiri ya kihisabati inayofafanua mantiki ya scaling ya thamani za Table 2.

Jiometri ya modeli halisi

Thamani za Model P na Hd hupatikana moja kwa moja kutoka prototype P na Hd kwa kutumia uwiano wa skeli na zinaendana na lebo katika picha za modeli halisi za chanzo.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Ulinganisho wa discharge ya kimwili na ya namba kwa Type A

Katika Type A, exact relative error kubwa zaidi iliyochapishwa ni %4,51. Kiwango hiki cha juu kinaonekana katika mstari wa \(H_{model}=1.6\) cm. Katika kiwango cha juu zaidi cha prototype head kilichojaribiwa, \(H=3.0\) m, physical-model scaling ni \(q=12.71\,m^3/s/m\), huku numerical result ikiwa \(12.15\,m^3/s/m\); chanzo kinatoa relative error ya %4,38.

Ulinganisho wa discharge ya kimwili na ya namba kwa Type B

Katika Type B, exact relative error kubwa zaidi ni %9,21 na hutokea katika mstari wa \(H_{model}=1.25\) cm. Katika hatua ya mwisho ya jaribio, prototype unit discharge ni \(12.31\,m^3/s/m\), matokeo ya Flow-3D ni \(12.02\,m^3/s/m\), na relative error ni %2,38.

Tofauti ya Chini ya %10 Kati ya Modeli ya Namba na Modeli Halisi Inamaanisha Nini?

Katika utafiti, relative error katika ulinganisho wote wa unit-discharge uliochapishwa kwa Type A na Type B ilibaki chini ya %10; hali hii inaunga mkono kwamba, chini ya masharti yaliyochunguzwa ya \(P/H_d=3\), vertical-upstream na skeli ya maabara, matokeo ya discharge ya Flow-3D yako karibu na vipimo vya modeli halisi, lakini haimaanishi kuwa kiwango hicho hicho cha hitilafu kinahakikishwa kwa jiometri nyingine, mabwawa makubwa, mtiririko wenye sediment au prototypes za uwanjani.

Muundo wa hitilafu wa Type A na Type B

Matokeo ya discharge ya namba na ya kimwili kwa Type A kwa ujumla yanaonekana kuwa karibu zaidi. Ingawa tofauti ya juu zaidi kwa Type B inafikia %9,21, pointi zote zilizojaribiwa zilibaki chini ya kikomo cha %10.

Kauli “Scale effects negligible” inapaswa kusomwaje?

Waandishi wanatathmini kuwa scale effects zinaweza kupuuzwa kwa kuzingatia ulinganifu wa karibu wa modeli halisi ya Type A ya skeli 1:25 na ya Type B ya skeli 1:40 na matokeo ya Flow-3D.

Hata hivyo, hakuna scale-effect experiment tofauti iliyoripotiwa ambapo jiometri ileile ya Type A au Type B ilijaribiwa sambamba katika skeli kadhaa tofauti za kimwili. Kwa hiyo, hitimisho hili ni tafsiri ya chanzo inayotegemea ulinganifu wa modeli mbili zilizopo za kimwili na modeli ya namba; si utafiti mpana na huru wa scale-sensitivity.

Matokeo ni yapi kwa upande wa shinikizo na cavitation?

Chanzo kinaeleza kuwa katika uchanganuzi wa Flow-3D, pressure distribution, flow separation na cavitation potential inayotegemea \(\sigma\) index zilichunguzwa. Katika sehemu ya hitimisho, inaelezwa kuwa Type A na Type B hutoa pressure distribution iliyo karibu na Ogee na zina faida ya reduced cavitation risk.

Hata hivyo, makala haitoi kando:

• jedwali la thamani za \(\sigma\),
• jedwali la minimum crest pressure,
• ulinganisho wa cavitation threshold,
• pressure sensor physical-test series

Kwa hiyo, mwelekeo wa hitimisho la chanzo unaweza kuwasilishwa, lakini Verianla haiwezi kuzalisha uwiano mpya wa kiasi kuhusu kupungua kwa hatari ya cavitation.

Taarifa za reproducibility za Flow-3D

Chanzo kinaeleza kuwa Flow-3D ilitumika na kwamba geometry ilihamishwa kama STL mesh. Hata hivyo, maelezo yafuatayo hayajaripotiwa kwa uwazi:

• Flow-3D software version,
• mesh cell size au jumla ya cell count,
• grid-independence analysis,
• turbulence model,
• mipangilio ya free-surface model,
• time step,
• simulation duration,
• convergence tolerance,
• exact inlet/outlet boundary values,
• fluid-property table.

Kwa hiyo, ingawa utafiti unaripoti ulinganisho wa utendaji wa kijiometri na kihidroliki, uwezo wa mtafiti huru kujenga upya CFD setup kwa namna ileile kwa kutumia taarifa za makala pekee ni mdogo.

Tofauti za nambari za vielelezo ndani ya chanzo

Hitimisho zinazoungwa mkono na utafiti

• Jiometri za ITB Golden Ratio Type A na Type B ni profaili za kilele cha spillway zinazofafanuliwa kwa sabiti \(\phi\approx1.618\).
• Flow-3D numerical models ziliundwa kwa Type A na Type B na kulinganishwa na laboratory physical models.
• Type A ilijaribiwa kwa 1:25, Type B kwa 1:40 physical scale.
• Physical validation ilifanywa chini ya masharti ya \(P/H_d=3\) na vertical upstream face.
• Maximum exact unit-discharge relative error iliyochapishwa kwa Type A ni %4,51.
• Maximum exact unit-discharge relative error iliyochapishwa kwa Type B ni %9,21.
• Waandishi wanatathmini kuwa aina zote mbili zinaonyesha utendaji ulio karibu na Ogee profile kwa upande wa discharge capacity.
• Katika chanzo, \(C_d\) curve ya Type A inafasiriwa kuwa juu kidogo ya Ogee curve, huku curve ya Type B ikiwa karibu na Ogee.
• \(C/C_d\) curves za Type A na Type B kwa ujumla zinafuata Ogee correction curve kwa ukaribu.
• Golden Ratio geometry inaweza kufafanuliwa kwa mahusiano machache ya kijiometri kuliko Ogee.

Hitimisho ambazo utafiti hauungi mkono moja kwa moja

• Utendaji wa muda mrefu wa ITB Golden Ratio Spillway katika prototype halisi ya bwawa haujajaribiwa uwanjani.
• Haijaonyeshwa kwamba relative error zilezile zitadumishwa katika mabwawa makubwa.
• Sediment-laden flow haijathibitishwa kwa jaribio la kimwili.
• Hakuna jaribio la boulder impact au abrasion lililofanywa.
• Pendekezo kwamba Type B ni thabiti zaidi katika usafirishaji wa miamba halijathibitishwa moja kwa moja kwa boulder-impact test.
• Uthibitishaji wa kimwili wa sloping upstream face si sharti kuu la majaribio ya utafiti huu.
• Matokeo chini ya masharti ya \(P/H_d\) na \(H/H_d\) nje ya uwiano wa usanifu uliojaribiwa hayajathibitishwa.
• Chanzo hakiripoti utafiti wa kina wa CFD mesh-independence.
• Hakuna mfululizo tofauti wa data ya namba ya \(\sigma\) uliochapishwa kwa reduced cavitation risk.
• Haijaonyeshwa kwamba Golden Ratio geometry ni bora zaidi kihidroliki kuliko Ogee chini ya masharti yote.

Pendekezo la matumizi kwa Type A

Waandishi wanapendekeza Type A crest kwa matumizi ya dam spillway. Hoja ni kwamba, kwa kuwa reservoirs hushikilia sehemu muhimu ya coarse sediment na bed load, kupita kwa miamba mikubwa juu ya crest kunatarajiwa kuwa kwa kiwango kidogo na muundo wa compound upstream curvature wa Type A uko karibu zaidi na Ogee hydraulic performance.

Pendekezo hili si uthibitishaji wa uwanjani, bali ni muunganiko wa hydraulic results zilizopo na tathmini ya kihandisi ya kiutendaji.

Pendekezo la matumizi kwa Type B

Waandishi wanapendekeza Type B kwa matumizi ya river weir. Inadhaniwa kuwa single-upstream-radius geometry iliyo rahisi zaidi ya Type B inaweza kutoa faida za ujenzi na ukarabati ulio rahisi zaidi kwa upande wa impact/abrasion katika mazingira ya mito yenye coarse bed load na boulder.

Hata hivyo, boulder transport haikutumika katika jaribio la sasa. Chanzo kinaomba hasa sediment-laden flows na prototype field monitoring katika future work.

Mapendekezo ya ulinzi kwa river weirs

Chanzo kinapendekeza kwamba, Type B inapotumika katika river weirs, crest na downstream face zilindwe dhidi ya abrasion kwa high-strength concrete au armouring layer; downstream energy dissipator iundwe kuruhusu kupita kwa boulder, na crest ikaguliwe mara kwa mara baada ya mafuriko makubwa.

Kwa nini uthibitishaji wa ziada unahitajika katika mabwawa makubwa?

Chanzo kinaeleza kuwa ITB Golden Ratio geometry inaweza kupimwa kijiometri kupitia \(H_d\) na \(\phi\) na kwamba kwa nadharia inaweza kutumika kwa miundo midogo, ya kati na mikubwa. Hata hivyo, katika mabwawa makubwa:

• heads za juu zaidi,
• scale effects,
• crest pressures,
• cavitation risk,
• approach-flow conditions

huwa muhimu zaidi; kwa hiyo inapendekezwa matumizi yaendelee kwa hatua na uthibitishaji ufanywe kwa modeli halisi kubwa zaidi na uwanjani.

Utafiti wa baadaye

Maeneo ya utafiti wa baadaye yanayopendekezwa na chanzo ni:

• stepped au energy-dissipating Golden Ratio variants,
• tafiti za kina zaidi za scale-effect,
• majaribio ya sediment-laden flow,
• masharti tofauti ya approach-flow,
• larger-scale physical models,
• sloping upstream faces,
• uwiano wa \(P/H_d\) nje ya safu ya majaribio ya sasa,
• vipimo vya crest pressure distribution,
• vipimo vya cavitation-index,
• hasa kwa Type B, prototype field monitoring chini ya boulder transport.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asilia: ITB Golden Ratio Spillway Crest: An Innovative Spillway Geometry For Design Simplicity And Optimal Hydraulic Performance.

Waandishi: Dantje Kardana Natakusumah, Syaeful Annas, Joko Nugroho, Eka Oktariyanto Nugroho, Arno Adi Kuntoro, Fitra Adinata.

Maelezo ya kibibliografia kuhusu jina la mwandishi: PDF ya chanzo inaandika “Syaeful Annas”; metadata rasmi ya wavuti ina umbo “Syaeful Anas”. Katika makala kuu, tahajia asilia iliyo katika PDF imehifadhiwa.

Mchango sawa: Chanzo hakina tamko la equal-contribution.

Mwandishi wa mawasiliano: Dantje Kardana Natakusumah.

Taasisi 1–5: Water Resources Engineering Research Group, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Institut Teknologi Bandung.

Taasisi 6: Fitra Adinata — Consultant, PT. Sapta Adhi Pratama.

Jarida: Jurnal Teknik Sipil.

Mchapishaji: Institut Teknologi Bandung; Jurnal Teknik Sipil inayoungwa mkono na Faculty of Civil and Environmental Engineering.

Juzuu / toleo: Vol. 33 No. 1, April 2026.

Kurasa: 25–36.

DOI: 10.5614/jts.2026.33.1.3.

ISSN: 0853-2982.

eISSN: 2549-2659.

Aina ya chanzo: Civil engineering research article; numerical hydraulic modelling + laboratory physical-model validation.

Mapitio ya kitaalamu: Jurnal Teknik Sipil ni jarida la peer-reviewed. Sera rasmi ya ITB inaeleza kwamba makala hutumwa kwa angalau wataalamu wawili reviewer. Kwa kuwa aina ya blind review haijaelezwa kando kwenye jukwaa la rekodi la makala yenyewe, hakuna sifa ya ziada iliyotolewa hapa.

Received: 23 April 2026.

Revised: 23 April 2026.

Accepted for publication: 23 April 2026.

Published: 23 April 2026.

Leseni: Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND 4.0).

Rekodi rasmi: Ukurasa wa rekodi ya makala wa Jurnal Teknik Sipil; DOI 10.5614/jts.2026.33.1.3.

Preprint: Chanzo hakionyeshi preprint tofauti.

Uhusiano na chapisho la awali: Utafiti huu ni toleo la Kiingereza lililopanuliwa la makala ya Kiindonesia ya 2025 ya Natakusumah na wenzake iliyochapishwa katika Jurnal Teknik Sipil 32(3), 315–334, na pia unahusiana na SIBE 2025 oral presentation.

Toleo la data: Kwa mujibu wa maelezo ya waandishi katika Publication Note, underlying numerical and experimental data ya makala ya Kiindonesia ya 2025 na toleo la Kiingereza la 2026 ni ileile. Toleo la 2026 linapanua uwekaji wa utafiti katika fasihi, linarekebisha conclusions na kuongeza practical recommendations mpya.

Sabiti kuu ya jiometri: \(\phi\approx1.618\).

Type A: \(R_1=0.5H_d\), \(a=R_1\), \(b=R_1/1.618\), \(R_2=b/1.618\), \(R_3=R_1\times1.618\), downstream slope 1:1.

Type B: \(R_1=0.5H_d\), \(b=R_1\), \(R_3=R_1\times1.618\), downstream slope 1:1.

Jiometri za ulinganisho: USBR Ogee profile na KP-02 cylindrical/two-arc crest.

Geometry software: Google SketchUp.

Geometry file: STL.

Numerical software: Flow-3D.

Numerical outputs: Water level, discharge/rating curve, \(C_d\), \(C/C_d\), velocity, pressure distribution, flow separation, cavitation potential/\(\sigma\) index.

Kikomo cha reproducibility cha Flow-3D: Software version, mesh resolution, grid-independence study, turbulence model, timestep, simulation duration, convergence tolerance na exact boundary-condition values hazijaripotiwa kwa undani katika chanzo.

Skeli halisi ya Type A: 1:25.

Skeli halisi ya Type B: 1:40.

Prototype spillway height P: 6 m.

Design water level Hd: 2 m.

Uwiano wa physical-validation: \(P/H_d=3\).

Sharti la upstream: Vertical upstream face.

Laboratory flume: 12,5 m × 0,30 m × 0,45 m.

Vipimo vya modeli ya Type A vinavyolingana na skeli: P=24 cm, Hd=8 cm.

Vipimo vya modeli ya Type B vinavyolingana na skeli: P=15 cm, Hd=5 cm.

Similarity: Froude similarity.

Usemi wa scaling wa chanzo kwa Type B: \(q=Q\,40^{1.5}/b\), with \(b=0.30\) m.

Maximum exact relative error ya Type A: %4,51.

Maximum exact relative error ya Type B: %9,21.

Hitilafu zilizozungushwa katika hitimisho: Type A hadi takriban %4,5; Type B takriban %9,2.

Preliminary-design range Type A: Kwa Vertical upstream face, \(P/H_d=0.8–3.0\), \(H/H_d\) hadi takriban 1,5.

Preliminary-design range Type B: Kwa Vertical upstream face, \(P/H_d=0.4–3.0\), \(H/H_d\) hadi takriban 1,5.

Nje ya safu hizi: Site-specific physical au numerical model confirmation inapendekezwa.

Pendekezo la matumizi ya Type A: Dam spillways; hili ni pendekezo la waandishi na si uthibitishaji wa prototype halisi ya bwawa kubwa.

Pendekezo la matumizi ya Type B: River weirs; ni pendekezo la kiutendaji hasa kwa mitiririko inayobeba coarse bed load/boulder, lakini katika utafiti wa sasa hakuna boulder-impact au sediment-laden physical test iliyofanywa.

Acknowledgements: Physical model tests zilifanywa katika Water Resources Laboratory, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Institut Teknologi Bandung, Ganesha Campus. Waandishi wanamshukuru technician wa maabara Tri Yadi kwa kituo, mwongozo na msaada wa kiufundi. Majaribio yaliunda sehemu muhimu ya master's thesis ya Syaeful Annas.

Funding: Chanzo hakina funding-source statement tofauti. Katika sehemu ya CRediT, Dantje Kardana Natakusumah amepewa jukumu la “Funding acquisition (lead)” lakini jina la mfadhili halijaelezwa.

Data Availability: Chanzo hakina data-availability statement tofauti.

Conflict of Interest: Chanzo hakina conflict-of-interest statement tofauti.

CRediT — Dantje Kardana Natakusumah: Conceptualization (lead), Methodology (lead), Writing – Original Draft (lead), Supervision (lead), Funding acquisition (lead).

CRediT — Syaeful Annas: Investigation (lead), Data curation (lead), Formal analysis (supporting), Writing – Original Draft (supporting).

CRediT — Joko Nugroho: Writing – Review & Editing (equal), Validation (supporting), Supervision (supporting).

CRediT — Eka Oktariyanto Nugroho: Investigation (supporting), Writing – Review & Editing (equal).

CRediT — Arno Adi Kuntoro: Writing – Review & Editing (equal), Resources (supporting).

CRediT — Fitra Adinata: Software (supporting), Visualization (supporting), Writing – Review & Editing (supporting).

Maelezo ya rejea za Figure ndani ya chanzo: Wakati Section 2.5/3.2 inatumia rejea ya Figure 14 kwa Type B physical model, caption iliyo kwenye ukurasa inaonyesha modeli ya Type B kama Figure 15. Type B discharge comparison pia inatajwa katika sehemu moja ya maandishi kama Figure 16, ingawa caption halisi ni Figure 17.

Vikwazo vikuu vya kisayansi: Physical validation ilifanywa tu kwa skeli chache na chini ya sharti la \(P/H_d=3\) vertical-upstream; maelezo mapana ya CFD setup hayajachapishwa; hakuna numeric cavitation-index/pressure table tofauti; sediment/boulder transport haijajaribiwa; large-dam prototype monitoring haijafanywa; utendaji nje ya tested ranges unahitaji site-specific validation.