نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

شبیه‌سازی هیدرولیکی شکست سدهای خاکی: (بخش اول: توسعه مدل)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
امیر رضا کاووسی زاده 1
رضا براتی 2
حسین صبورکازران 3
علی فرودی 4
1 کارشناس ارشد مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد
2 دکتری تخصصی مهندسی عمران، رئیس گروه تحقیقات کاربردی، شرکت آب منطقه‌ای خراسان رضوی
3 دکتری تخصصی مهندسی عمران، کارشناس مطالعات پایه منابع آب، شرکت آب منطقه‌ای خراسان رضوی
4 استادیار گروه عمران، دانشکده علوم مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان
10.22125/iwe.2024.333772.1613
چکیده
امروزه تأمین نیاز آبی، تغذیه سفره‌های زیرزمینی و کنترل سیلاب‌ها از اهداف ساخت سدها می‌باشند. از طرفی شکست سد می‌تواند با رهاسازی حجم عظیم آب منجربه تلفات حداکثری در پایین‌دست گردد. لذا با شبیه‌سازی این پدیده امکان آگاه‌کردن مدیران از ابعاد خسارات احتمالی، تصمیم‌گیری و مدیریت صحیح بحران میسر خواهد بود.در این تحقیق وضعیت هیدرولیکی شکست سدهای خاکی تبارک‌آباد و چهچهه در استان خراسان رضوی مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهای شکست، روندیابی سیلاب به ازای سناریوهای مختلف نظیر شکست روگذری، رگاب و شکست آنی (اقدامات خرابکارانه) و نقشه‌های پهنه‌بندی و پارامترهای مربوطه تجزیه و تحلیل شده است. لذا با توجه به نتایج سرعت و عمق جریان سیلاب ناشی از شکست سد، زمان رسیدن اولین اثرات سیل و پهنه‌هایی که زیر آب خواهند رفت مشخص گردیده‌اند. بخشی از تحلیل‌های مورد استفاده در تحقیق حاضر، برنامه‌های کامپیوتری توسعه داده شده در بستر نرم‌افزار Mathematica بوده که در ترکیب با نتایج بدست آمده از نرم‌افزار BREACH امکان تعیین بدترین وضعیت شکست تدریجی سد از طریق یک فرآیند تکراری را فراهم می‌کند و در ادامه به منظور تحلیل جریان غیردائمی ناشی از شکست سد در نرم‌افزار HEC-RAS (دوبعدی) لحاظ شده است. به‌علاوه کد کامپیوتری کاربر را قادر خواهد ساخت تا تحلیل‌هایی به‌منظور تعیین مهمترین هیدروگراف خروجی از سد، با استفاده از روش مرتب‌سازی عملکرد پاسخ‌ها بر اساس شباهت به پاسخ ایده‌آل (TOPSIS) انجام داده که بر اساس آن، دو معیار اصلی برای هر هیدروگراف یعنی زمان دبی حداکثر و مقدار دبی حداکثر با ضریب وزنی برابر در فرآیندی ریاضی قرار خواهند گرفت.
کلیدواژه‌ها
شکست سد خاکی
پهنه‌بندی سیلاب
تحلیل هیدرولیکی
روندیابی
موضوعات

عنوان مقاله English

Hydraulic Simulation of the Failure of the Embankment Dams: (Part 1: Model Development)

نویسندگان English

Amir Reza Kavosizadeh 1
Reza Barati 2
Hossein Saboorkazeran 3
Ali Foroudi 4
1 MSc of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
2 Head of Applied Research Group, Regional Water Authority of Khorasan Razavi,
3 Expert at Water Resources Basic Studies, Regional Water Authority of Khorasan Razavi
4 Assistant Professor, Civil Engineering Department, Quchan University of Technology, Quchan, Iran.
چکیده English

In the present study, the hydraulic failure of two embankment dams (the Tabarakabad and Cahcahe dams, the Khorasan Razavi province) has been studied. By modeling the failure phenomenon of the dams, failure parameters, flood routing for different scenarios such as overtopping, piping and sudden failures, zoning maps of velocity and depth of flood wave, arrival time of the flood peak and areas that will be submerged have been considered. In this study, a computer program is developed in the context of the Mathematica software, which with the help of the BREACH software results to analysis gradual failure of the dams through an iterative process. Minimum and maximum roughness conditions have been considered in the analysis of unsteady flow dam failure in the HEC-RAS software. The results of flood zoning due to different failure scenarios have also been evaluated. It is worth mentioning that in the second part of this article, risk analysis and identification of vulnerabilities will provide.

کلیدواژه‌ها English

Dam-break
Flood Zoning
Hydraulic Analysis
Routing
کاوسی­زاد، ا، براتی، ر، فرودی، ع و صبورکازران، ح. (1401) شبیه­سازی هیدرولیکی شکست سدهای خاکی: بخش دوم؛ تحلیل ریسک و شناسایی نقاط آسیب‌پذیر در سدهای تبارک‌آباد و چهچهه. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، همین شماره.
نشریه شماره 688: راهنمای تعیین ضریب زبری هیدرولیکی رودخانه‌ها (1394)، وزارت نیرو؛ دفتر استانداردهای فنی، مهندسی، اجتماعی و زیست محیطی آب و آبفا. معاونت فنی و توسعه امور زیربنایی؛ امور نظام فنی و اجرایی کشور - دانشگاه تهران؛ کمیته تخصصی مهندسی رودخانه و سواحل
Amini, A., Ali, T. M., Ghazali, A. H. & Huat, B. K. (2009). Adjustment of peak streamflows of a tropical river for urbanization, American Journal of Environmental Sciences, vol. 5, p. 285.
Amini, A., Bahrami, J., & Miraki, A. (2022). Effects of dam break on downstream dam and lands using GIS and Hec Ras: a decision basis for the safe operation of two successive dams. International Journal of River Basin Management, 20(4), 487-498.
Akan, A.O. (2011). Open channel hydraulics: Elsevier.
Akbari, G. H., & Barati, R. (2012). Comprehensive analysis of flooding in unmanaged catchments. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 165(4), 229-238. Thomas Telford Ltd.
Akbari, G. H., Nezhad, A. H., & Barati, R. (2012). Developing a model for analysis of uncertainties in prediction of floods. Journal of Advanced Research, 3(1), 73-79.
Atashi, V., Barati, R., & Lim, Y. H. (2023a). Development of a distributed nonlinear Muskingum model by considering snowmelt effects for flood routing in the Red River. Scientific Reports, 13(1), 21356.
Atashi, V., Barati, R., & Lim, Y. H. (2023b). Distributed Muskingum model with a Whale Optimization Algorithm for river flood routing. Journal of Hydroinformatics, 25(6), 2210-2222.
Atashi, V., Barati, R., & Lim, Y. H. (2023c). Improved river flood routing with spatially variable exponent Muskingum model and sine cosine optimization algorithm. Environmental Processes, 10(3), 42.
Badfar, M., Barati, R., Dogan, E., & Tayfur, G. (2021). Reverse flood routing in rivers using linear and nonlinear Muskingum models. Journal of Hydrologic Engineering, 26(6), 04021018.
Barati, R. (2010). Investigation of flood routing methods in natural waterways. Master's Thesis, The University of Sistan and Baluchestan Graduate School.
Barati, R., Rahimi, S., & Akbari, G. H. (2012). Analysis of dynamic wave model for flood routing in natural rivers. Water Science and Engineering, 5(3), 243-258.
Barati, R., Akbari, G. H., & Rahimi, S. (2013). Flood routing of an unmanaged river basin using Muskingum–Cunge model; field application and numerical experiments. Caspian Journal of Applied Sciences Research, 2(6), 8-20.
Chang, T.-J., Kao, H.-M., Chang, K.-H. & Hsu, M.-H. (2011). Numerical simulation of shallow-water dam break flows in open channels using smoothed particle hydrodynamics," Journal of Hydrology, vol. 408, pp. 78-90.
Fread, D., (1984). DAMBRK: The NWS dam-break flood forecasting model vol. 4: Hydrologic Research Laboratory, National Weather Service, NOAA.
Fread, D. (1988). BREACH, an erosion model for earthen dam failures: Hydrologic Research Laboratory, National Weather Service, NOAA.
Hajeri, S., Shivapur, A.V and Venkatesh, B. 2016. Flood plain mapping and dam break analysis for Neerasagar reservior. International Research Journal of Engineering and Technology
3(6): 1279-1285.
Heidari, S. M. (2020). Emergency Action Plan for Flash Flood Due to Dambreak–Case Study: Shahrchai Dam, Urmia (Iran). Urmia (Iran). Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=3709042.
Maharjan, M. & Takahashi, A. (2014). Liquefaction-induced deformation of earthen embankments on non-homogeneous soil deposits under sequential ground motions," Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 66, pp. 113-124.
Rashid, R.M. and Chaudhry, M.H. (1995). "Flood routing in channels with flood plains," Journal of Hydrology, vol. 171, pp. 75-91.
Wahl, T. L. (2004). Uncertainty of predictions of embankment dam breach parameters, Journal of hydraulic engineering, vol. 130, pp. 389-397, 2004.
Wahl, T.L. 1998. Prediction of Embankment Dam Breach Parameters. A Literature Review and Needs Assessment. U.S. Bureau of Reclamation Dam Safety Report DSO-98-004.
Zhang, L., Xu, Y. & Jia, J. (2009). Analysis of earth dam failures: A database approach, Georisk, vol. 3, pp. 184-189.
نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران
دوره 14، شماره 4 - شماره پیاپی 56
تابستان 1403
صفحه 350-370