Hydraulic modeling of an automatic upstream water level control gate for submerged flow conditions

The article proposes a mathematical model of an automatic upstream water level control gate designed to function under free and submerged flow conditions, called the Vlugter gate. The automatic gate controls the upstream level close to a design level for submerged flow, using a counterweight to compensate for the hydraulic pressure on the gate. The proposed gate model is an extension of an existing model for free flow conditions (Begemann gate) to submerged conditions. Submergence effects are introduced both in the discharge law and the equilibrium law. The mathematical model is validated on experimental data from two small-scale gates and on data from literature, in order to show the ability of the model to simulate the behavior of gates of various dimensions. / L`article propose un modèle mathématique précis d`une vanne automatique à niveau amont constant, appelée vanne Begemann ou « flap gate ». Cette vanne automatique contrôle le niveau amont proche d`un niveau de référence pour un écoulement dénoyé à l`aide d`un contrepoids qui compense la pression de l`eau sur la vanne. Le modèle proposé est prévu pour être inclus dans un modèle de simulation hydraulique. On obtient d`abord une loi de débit à partir d`hypothèses physiques simples. Ensuite, on modélise la force exercée par l`eau sur la vanne pour obtenir la loi d`équilibre statique. Ce modèle mathématique est validé sur des données expérimentales mesurées sur une vanne modèle réduit et sur d`autres données provenant de la littérature, pour montrer la capacité du modèle à simuler des vannes de différentes tailles.