دانلود پایان نامه بررسی تبعات شکست سد با نرم افزار MIKE11

59,000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

تحصيلات تکميلي

 

 

پايان نامه کارشناسي ارشد در رشته عمران-مهندسی آب

 

 

 

 

عنوان:

بررسی تبعات شکست سد با نرم افزار MIKE11

(مطالعه موردی سد دز)

استاد راهنما:

دكتر  غلامحسین اکبری

 

 

استاد مشاور:

مهندس مرتضی زرگر

 

تحقيق و نگارش:

……………………….

 

 

(اين پايان نامه از حمايت مالي معاونت پژوهشي دانشگاه سيستان و بلوچستان بهره مند شده است)

شهریور1390

چكيده:

یکی از بزرگترین ریسکها در سد سازی، بحث شکست سد است که اگر به دقت شناخته شود و مطالعه در مورد آن صورت گیرد، ایمنی در مورد شکست سد بوجود می آید و احتمال وقوع خرابی و متحمل شدن هزینه های زیاد از بین می رود. کاهش ریسک بایستی در تمامی ابعاد و برای کلیه خطرات محتمل صورت پذیرد.­ ­در بررسی خطرات بایستی امکان هشدار و تخلیه مردم در پائین دست در نظر گرفته شود. بنابراین کاهش ریسک میتواند با برخورد جامع گرایانه، متعادل و کم هزینه گردد. در این راستا مسائلی که مستقیما به سد مربوط نمی­  باشند مانند آبگرفتگی در پائین دست، بایستی به دقت مورد مطالعه قرار گیرند. توجه دقیق بایستی به عواملی مانند سرعت تخریب سد، عمق و سرعت جریان، فاصله سد از مراکز جمعیت، کارایی سیستم هشدار سیلاب و وضعیت اقلیمی در شرایط سیلابهای نادر معطوف شود. این عوامل بعلاوه پارامترهای دیگر، عواقب تخریب سد را معیین میکنند با شناخت علل شکست سدها می توان به چاره جویی مناسب برای اصلاح آنها پرداخت و قبل از طراحی، با شناخت آنها اقدام به طراحی صحیح نمود.

بررسی پیامدهای ناشی از شکست سدها، از جمله مطالعاتی است که بر روی سدها ی ایران صورت می گیرد و یا خواهد گرفت. این موضوع بدلیل قرار گیری بسیاری از سدها در مجاورت مناطق مسکونی و شرایط خاص منطقه از نظر زلزله خیزی است. در این تحقیق تبعات پدیده شکست سد دز با نرم افزار MIKE11   مورد مطالعه قرار گرفت و با مقایسه نتایج با نتایج بدست آمده از روابط تجربی و همچنین نتایج بدست آمده از نرم افزارنمرود به این نتیحه رسیدیم که نرم افزار MIKE11 قادر است پهنه آبگرفتگیناشی از شکست سد را به خوبی مدل سازی کند.

 

كلمات كليدي: شکست سد – مدلسازي – MIKE11 – دز

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                                                                  صفحه

فصل اول، کلیات. 1

1-1-مقدمه. 2

1-2-شکست هيدروليکي سدها 2

1-3-بيان مسأله و هدف تحقيق.. 3

1-4-شرح روش اجراي تحقيق : 5

1-5-ساختار پايان نامه. 6

فصل دوم مروري بر مطالعات انجام شده :. 8

2-1-مقدمه. 9

2-2-اهمیت بررسی مساله شکست سد : 9

2-3-نمونه هایی از سدهاي شکسته شده در جهان. 9

2-4-بررسي عوامل ايجاد كننده شكست سدها 11

2-4-1- دسته‌بندي مكانيزم‌هاي شكست از نظر فراواني وقوع. 12

2-4-2-یافته هاي حاصل از مطالعات شكست سدها 14

2-5-پيش بيني پارامترهاي شکافت.. 15

2-5-1- روشهاي موجود براي پيشبيني پارامترهاي شکافت.. 17

2-5-2-پيش بيني جريان خروجي پيک با دادههاي مطالعه موردي.. 18

فصل سوم: روابط و معادلات حاكم بر مسئله شكست سد. 20

3-1-مقدمه. 21

3-2-معادلات حاکم بر مساله شکست.. 21

3-3- روش حل معادلات.. 22

3-3-2-شرايط مرزي.. 24

3-3-3- شرط مرزي باز 25

3-3-4- شرط مرزي منبع نقطه‌اي.. 25

3-3-6- شرط مرزي سراسري.. 26

3-3-7- شرط مرزي بسته. 26

فصل چهارم: معرفي مدل رياضي مورد استفاده. 27

4-3- نرم‌افزارهاي موجود. 29

4-4- انتخاب مدل رياضي مناسب.. 31

4-5-1-  نرم افزار MIKE11. 32

4-5-2- مدل هيدروديناميك(H D) 34

4-5-3- معادلات حاكم. 34

4-5-4- تعريف مقاطع عرضي.. 34

4-5-5- شبکه محاسباتي.. 36

4-5-5-1-توصيف کلي.. 36

4-5-5-2- انتخاب منطقه مدلسازي.. 37

4-5-5-3- انتخاب فاصله نقاط (Dx) 37

4-5-5-4-  شرايط پايداري.. 37

4-5-5-5-  مدل شكست سد. 38

4-6-مروری بر راهنمای کاربردی مدل MIKE 11. 39

4-6-1-ویرایشگر شبکه رودخانه: 39

4-6-1-1-  نمایش گرافیکی 40

4-6-1-2- نمایش جدولی.. 40

4-6-2- وایشگر مقطع عرضی.. 42

4-6-2-1- ورود اطلاعات خام مقطعی عرضی.. 42

4-6-2-2- تعیین نوع مقطع عرضی.. 43

4-6-3- ویرایشگر شرایط مرزی.. 44

4-6-3-1- پنجره شرایط مرزی.. 44

4-6-3-2- بررسی انواع شرایط مرزی.. 45

4-6-4- ویرایشگر هیدرودینامیک… 48

4-6-4-1- آشنایی با پنجره پارامترهای هیدرودینامیک… 49

3-3-4-2 تعیین پارامترهای هیدرودینامیکی مدل. 51

4-6-5- مدل سازی.. 52

4-6-5-1- مدل ها 52

4-6-5-2- ورودی ها 53

4-6-5-3- شبیه سازی.. 54

4-6-5-4- نتایج. 54

4-6-5-5- شروع شبیه سازی.. 55

فصل پنجم: معرفي مطالعه موردي.. 56

5-1- مقدمه. 57

5-2- سيستم رودخانه كارون و دز 57

5-2-1-رودخانه‌ كارون‌ 57

5-2-2- رودخانه‌ دز 58

5-2-2-1-  رودخانه سزار 59

5-2-2-2-  رودخانه بختياري.. 60

5-2-2-3ـ رودخانه‌ بالارود. 60

5-2-2-4 ـ رود خانه‌ شاوور 60

5-3-  ايستگاههاي آبسنجي حوضه آبريز كارون و دز 61

5-4- مشخصات سدهاي مخزني سيستم رودخانه کارون و دز 64

5-4-1- سد دز 64

5-5- اطلاعات موجود. 70

5-5-1- مقاطع عرضي.. 70

5-5-2- تهيه  نقشه DEM منطقه. 71

5-5-3- گسترش مقاطع عرضي.. 72

5-5-4- مسير رودخانه ها 74

5-5-4-1- رودخانه هاي دز و بالارود. 75

5-5-4-2- رودخانه كارون. 575

فصل ششم: کاربرد مدل رياضي.. 878

6-1- مقدمه. 79

6-2- متدولوژي.. 080

6-3- مدل رياضي تهيه شده 181

6-3-1- مسير رودخانه. 181

6-3-2- مقاطع عرضي.. 84

6-3-3- شرايط مرزي.. 585

6-3-3-1- شرط مرزي بالادست.. 585

6-3-3-2- شرط مرزي پايين دست: 686

6-3-4- شرايط اوليه. 898

6-3-6- ضريب مانينگ معرفي شده به مدل رياضي.. 696

6-4- تعيين سناريوهاي مختلف شکست سد. 898

6-5- ارائه نتايج. 1101

6-5-1- دبي پيک شکست سد سناريوهاي مختلف.. 1101

6-5-2- رونديابي سيلاب ناشي از شکست سد دز 4103

فصل  هفتم: نتایج و پيشنهادات.. 111

7-1- نتایج. 2112

7-2- پيشنهادات.. 3113

 

فهرست جدول ها

عنوان جدول                                                                                                                         صفحه

جدول 2-1. نمونه هایي از سدهاي شکسته شده در دنیا………………………………………………………………………………..10

جدول2-2. عوامل مختلف ايجاد کننده شکست سد. 11

جدول 2-3. آمار درصد وقوع شکست بر اساس نوع شکست.. 12

جدول 2-4. نتايج حاصل از تحقيقات لوکولا برروي سدهاي چين.. 13

جدول 2-5. رابطه بين سن سد و درصد عوامل تخريب سد. 14

جدول 4-1. برخي از مدل‌هاي متعارف در مطالعات شكست.. 30

جدول 4-2. ويرايشگرهاي مورد استفاده در نرم افزار MIKE 11 جهت مدلسازي هيدروليك… 33

جدول 4-3. مدولهاي موجود در نرم افزارMIKE 11، 33

جدول (5-1)- مشخصات ايستگاههاي آبسنجي رودخانه كارون در سرشاخه ها 62

جدول ( 5-2)- مشخصات  ايستگاههاي هيدرومتري حوضه آبي رودخانه دز  در سرشاخه ها 63

جدول (5-3)- خلاصه مشخصات سد مخزني دز 67

جدول (5-4)- مقادير عددي حجم – ارتفاع سد مخزني دز در طي سالهاي مختلف.. 68

جدول (5-5)- دبي اشل سرريز سد مخزني دز(دبي برحسب متر مكعب بر ثانيه) 69

جدول (6-2)-  مقادير ضريب زبري ضريب زبري بر اساس تجربيات چاو براي آبراهه‌هاي طبيعي.. 191

جدول (6-3)- مقدار ضريب زبري پايه بر اساس روش SCS. 393

جدول(6-4)- زبري اضافي مربوط به موانع عمودي.. 393

جدول (6-5)- ضريب مربوط به پيچش مسير كانال. 393

جدول (6-6)- زبري اضافي براي پوشش گياهي.. 494

جدول (6-7)- زبري اضافي براي تغييرات در اندازه مقطع و شكل كانال (Anonmouso1963b) 595

جدول (6-8)- زبري اضافي براي نامنظمي سطح كانال. 595

جدول (6-9)- مقادير زبري رودخانه هاي كارون و دز در ساير مطالعات.. 797

جدول (6-11) – مقاديرحداکثر دبي در محل سد به ازاي سناريو هاي مختلف شکست.. 2101

جدول (6-12)- مقادير پيک سيلاب ناشي از شکست سد دز بر اساس روابط تجربي موجود. 2102

جدول (6-13) – مقادير حداکثر سيلاب ناشي از شکست به ازاي سه سناريو. 4104

 

فهرست شكل ها

عنوان شكل                                                                                                                             صفحه

شکل 1-1. شکست سد بتني مالپاست- فرانسه   3

شکل 2-1. پارامترهاي فيزيکي شکافت.. 15

شكل 3-1. كانال و شبكه نقاط محاسباتی.. 22

شكل 3-2. الگوريتم 6 نقطه‌اي ابوت مربوط به معادله  پيوستگي.. 1

شكل 3-3. الگوريتم 6 نقطه‌اي ابوت مربوط به معادله اندازه حركت 1

شكل 4-1. امتداد دادن سطح مقطع براي محاسبه پارامترهاي هيدروليكي.. 36

شكل (5-1) موقعيت كلي حوضه كارون و دز …………………………………………………………………………………………………….64

شكل (5-2)- نمايي از سد دز و سرريز آن. 66

شكل (5-3)- منحني حجم ارتفاع مخزن سد دز در سال 2002. 69

شكل (5-4)- منحني دبي اشل مجموع سرريزهاي سد دز 070

شكل (5-5)- مقطع عرضي گسترش يافته رودخانه دز در كيلومتر446/25. 373

شكل (5-6)- مقطع عرضي گسترش يافته رودخانه كارون در كيلومتر851/97. 373

شكل (5-7)- مقطع عرضي گسترش يافته رودخانه كارون در كيلومتر698/117. 474

شكل (5-8)- مسير شماتيك رودخانه هاي دز و كارون. 474

شكل (5-9)- پروفيل طولي رودخانه دز 575

شكل (5-10)- پرفيل طولي رودخانه گرگر. 676

شكل (5-11)- پرفيل طولي رودخانه شطيط.. 777

شكل (5-12)- پرفيل طولي رودخانه كارون در بازه بند قير تا اهواز 777

شکل (6-1) مسیر کل رودخانه های کارون و دز به همراه سد مخزنی دز 83

شكل (6-2)- موقعيت شماتيك مقاطع عرضي زده شده در مخزن سد دز 484

شكل (6-3)- مقطع مخزن نمونه سد دز در كيلومتر 899/11 از ابتداي مخزن سد. 484

شكل (6-4)- هندسه سه بعدي مخزن سد دز 585

شكل (6-5)- تغيير ات تراز سطح آب در سال 2007 ميلادي در ايستگاه آبفاي خرمشهر. 888

شكل (6-6)- تغيير ات تراز سطح آب در سال 2007 ميلادي در ايستگاه 11 آبادان. 888

شکل (6-7)– هيدروگراف ناشي از شکست سد دز به ازاي سناريو اول. 3103

شکل (6-8)– هيدروگراف ناشي از شکست سد دز به ازاي سناريو دوم. 3103

شكل (6-9)- پروفيل سطح آب سد دز و پايين دست آن 1 ساعت بعداز شكست در سناريو اول. 5105

شكل (6-10)- پروفيل سطح آب سد دز و پايين دست آن 1 ساعت بعداز شكست در سناريو دوم. 5105

شكل (6-11)- پروفيل سطح آب سد دز و پايين دست آن  2 ساعت بعداز شكست در سناريو اول. 6106

شكل (6-12)- پروفيل سطح آب سد دز و پايين دست آن 2 ساعت بعداز شكست در سناريو دوم. 6106

شكل (6-13)- پروفيل سطح آب سد دز و پايين دست آن  6 ساعت بعداز شكست در سناريو اول. 7107

شكل (6-14)- پروفيل سطح آب سد دز و پايين دست آن 6 ساعت بعداز شكست در سناريو دوم. 8107

شكل (6-15)- هيدروگراف سيلاب ناشي از شكست سد دز در سناريو اول. 8108

شكل (6-16)- هيدروگراف سيلاب ناشي از شكست سد دز در سناريو دوم در محدوده رودخانه دز 8108

شكل (6-17)- هيدروگراف سيلاب ناشي از شكست سد دز در سناريو اول. 9109

شكل (6-18)- هيدروگراف سيلاب ناشي از شكست سد دز در سناريو دوم. 9109

فصل اول

کلیات

 

1-1-          مقدمه

همه ساله در نواحي مختلف جهان خسارات جاني و مالي جبران ناپذيري بر اثر وقوع حوادث غير مترقبه مانند سيل به جوامع بشري وارد مي گردد. خوشبختانه در کشور ما با احداث سدهاي مخزني بزرگ بر روي برخي رودخانه هاي مهم کشور مانند دز به ميزان قابل توجهي از ميزان اين خسارات کاسته شده است. اما بايد به اين نکته توجه داشت که در اثر شکست اين سدهاي مخزني بزرگ نيز خسارات جبران ناپذيري به نواحي پايين دست آنها وارد مي گردد. لذا شبيه سازي هيدروليکي پديده شکست سد، جهت برآورد خسارت،  بر نامه ريزي صحيح و تدارک فعاليتهاي امدادي در محدوده اثر اين واقعه از اهميت خاصي برخوردار مي باشد. خسارات بسيار زياد ناشي از شكست سد بخصوص در رابطه با سدهايي كه در نزديكي شهرهاي بزرگ احداث مي شوند، لازم است كه همزمان با مطالعه و طراحي بخشهاي مختلف سد در نظر گرفته شود ]6 [.

1-2-         شکست هيدروليکي سدها

سيلاب ناشي از شكست سدهاي بزرگ خرابي و مصيبت زيادي را در دو قرن اخير سبب شده است شكست سد و جريان خروجي ناشي از آن به عنوان يكي از مهمترين مطالعات پژوهشي در بسياري از كشورها و موسسات تحقيقاتي بوده و در حال حاضر نيز ادامه دارد. شكست سدهای بتنی مي تواند به علت پديده هاي سرريز شدن از روي سد بدليل ناتواني ظرفيت تخليه سرريز، تراوش، اثر زلزله، ايجاد موج ضربه اي در اثر ورود توده لغزشي به داخل مخزن و يا در اثر خرابكاري صورت گيرد.

پس از وقوع اين پديده ها و ايجاد شکافت اوليه در بدنه سد و عبور جريان از ميان شکافت ايجاد شده به مرور زمان شکافت اوليه به کل بدنه يا بخش اعظم آن گسترش يافته و سبب تخريب آن مي گردد. البته در سدهای بتنی این پدیده معمولا به صورت ناگهانی و در زمان اندکی اتفاق می افتد. در شکل (1-1) شکست سد بتني مالپاست [1] – فرانسه نشان داده شده است.

شکل 1-1. شکست سد بتني مالپاست- فرانسه  [[2]]

1-3-          بيان مسأله و هدف تحقيق

به دو طريق مي توان دبي پيك سيل ناشي از شكست سد بتنی را پيش بيني نمود . يكي آنكه رابطه اي تجربي بين برخي پارامترها مانند حجم، عمق و … برقرار نمود و از طريق رگرسيون بين داده هاي جمع آوري شده مدلي آماري براي محاسبه دبي پيك ارئه كرد.روش دوم  استفاده از كامپيوتر و مدلهاي فيزيكي براي شبيه سازي ايجاد شكست در سد و رها شدن آب موجود در مخزن آن است. روابط رگرسيوني در تسريع كار و در مواردي كه دادها در دست نيست، لازم هستند اما بزرگي سيل را با تخمين زياد پيش بيني مي كنند . اين روا بط بويژه در طراحي سازه هاي خاكي براي در نظر گرفتن نكات ايمني مفيد به نظر مي آيند .روشهاي محاسباتي فعلي مدلهاي كاملا فيزيكي به تمام معنا نبوده و در جاهائي به تخمين متوسل مي شوند .علاوه بر آن اين قبيل روشها بسيار پر زحمت بوده و نياز به اطلاعات زيادي در مورد سازه، ويژگي هاي مصالح، سيستم رودخانه اي و… دارند.

با استفاده از مدلسازي رياضي اين پديده مي توان يک تخمين بسيار مناسب از ميزان دبي پيک و تراز آب      رودخانه در نواحي مختلف پايين دست سد به ازاي سناريو هاي مختلف مانند شکست آني يا تدريجي سد با صرف کمترين هزينه بدست آورد. براي اين كار مي بايستي هيدروگراف خروجي ناشي از شكست سد با توجه

به نوع شكست مشخص گشته سپس با توجه به مورفولوژي پايين دست رونديابي و پهنه بندي سيلاب مشخص گردد. همچنين مي توان با استفاده ازنتايج مدلسازي و سيستم اطلاعات جغرافيايي GIS ميزان خسارات ناشي از شکست سد را که به اراضي کشاورزي، شهر ها و روستاهاي پايين دست وارد خواهد شد، برآورد کرد، که مي تواند جهت برنامه ريزي فعاليتهاي آينده در محدوده رودخانه ها بسيار مفيد باشد . به طور کلي در بررسي پديده شکست سد بايد نکات زير را مورد توجه قرار داد ]6 [:

1- تخمين درست هيدروگراف ناشي از شکست سد

2- رونديابي سيلاب ناشي از شکست سد در رودخانه پايين دست و تهيه نقشه پهنه سيلاب آن

3- تعيين مناطق در معرض خطر

4- تهيه برنامه فعاليتهاي امدادي به ترتيب اولويت

مدل هاي رياضي از نظر بعد به پنج گروه تقسيم مي شوند :

1- مدل يک بعدي 2- مدل شبه دوبعدي 3- مدل دو بعدي 4- مدل شبه سه بعدي 5- مدل سه بعدي

در مدل يک بعدي معادلات جريان يک بعدي در راستاي اصلي جريان حل شده و متوسط پارامترهاي جريان در هر مقطع عرضي محاسبه گرديده و توزيع عرضي يا عمقي سرعت در نظر گرفته نمي شود.

در مدل شبه دو بعدي محدوده عرضي راستاي اصلي جريان به تعدادي از لوله هاي جريان و به موازات يکديگر تقسيم مي گردد. معادلات يک بعدي در راستاي لوله هاي جريان حل شده و متوسط پارامترهاي جريان در هر مقطع در جهت عرضي نيز محاسبه مي گردد.

در مدل دو بعدي معادلات ديفرانسيل دو بعدي در سيستم مختصات سطح افق يا سطح قائم با استقرار شبکه عددي حل مي گردد.

در مدل شبه سه بعدي معادلات ديفرانسيل دو بعدي با مختصات طول و عرض، در سطوح متوالي   افقي-در امتداد عمق با استقرار شبکه عددي حل مي گردد.

در مدل سه بعدي معادلات ديفرانسيل سه بعدي در سيستم مختصات طول، عرض و عمق با استقرار شبکه عددي حل مي گردد.

پديده شکست سد از نظر هيدروليکي يک پديده بسيار ناپايدار بوده و جهت شبيه سازي عددي آن نياز به مدل رياضي بسيار قوي مي باشد. به طور کلي در پديده شکست سد از مدلهاي سه بعدي تنها در محدوده شکست سد و جهت تخمين بهتر هيدروگراف شکست سد، از مدلهاي دوبعدي در محدوده شکست و نواحي پايين دست نزديک سد جهت تعيين دقيق پهنه سيلاب ناشي از شکست سد و از مدلهاي يک بعدي در نواحي دوردست پايين سد جهت تعيين پهنه سيلاب ناشي از شکست سد استفاده مي گردد. همچنين اکثر مدلهاي رياضي موجود به دليل ضعف عمده در پيش بيني سرعت و روند گسترش شکافت ايجاد شده در بدنه سد خصوصا در سدهای بتنی، پديده شکست سد را به صورت آني فرض مي کنند ]6 [.

اما استفاده از مدلهاي سه بعدي و دوبعدي در نواحي نزديک به بدنه سد نياز به حجم اطلاعات بسيار زيادي داشته که بسيار مشکل و زمان بر مي باشد. لذا عمدتا در مسائل کاربردي جهت مدلسازي شکست سد از نرم افزارها و مدلهاي يک بعدي استفاده مي گردد. البته استفاده از مدلهاي يک بعدي جهت مدلسازي اين پديده چندان خالي از اشکال نبوده و در صورتيکه اطلاعات توپوگرافي مناسبي براي اين مدلها فراهم نگردد نتايج پهنه سيلاب ناشي از آنها خصوصا در محدوده نزديک به بدنه سد داراي خطاها و اشکالات فراواني مي باشد. لذا در اين تحقيق تلاش خواهد شد با بهره گيري از نرم افزار يک بعدي MIKE11 و زير مدل شکست سد آن پديده شکست سدهاي بتنی در سناريوهاي مختلف که در ادامه تشريح خواهد شد و در مطالعه موردي کاربرد اين نرم افزار براي رودخانه دز  و شکست سد مخزني دز به عنوان آخرين سد موجود بر روي اين رودخانه بررسي گردد.

این نرم افزار جريان عبوري از مقطع شكسته شده سد را مانند جريان عبوري از بالاي يك سرريز عريض به دو روش مختلف در نظر مي گيرد : در روش اول مقطع شكست سد با زمان تغيير مي كند و در روش دوم جريان عبوري از بالاي تاج سد و جريان عبوري از مقطع شكست به صورت جداگانه محاسبه مي شوند.این  مدل مي تواند شكاف ايجاد شده در سد را به صورت تدريجي يا آني با استفاده از روابط انتقال رسوبات برای سدهای خاکی يا سري زماني شكست سد تعریف شده توسط استفاده کننده برای سدهای بتنی، گسترش دهد تا سد به طور كامل نابود شده و از بين برود ]11،12 [.

1-4-         شرح روش اجراي تحقيق :

رودخانه دز یکی از بزرگترين و پرآب ترين رودخانه ايران مي باشد كه در حوضه آبريز خليج فارس و درياي عمان جاري  است. از رودخانه هاي كارون و دز كارون حدود 880 مقطع عرضي به فواصل تقريبي 1 تا 2 كيلومتر در اختيار مي باشد كه در قالب طرحهاي مختلف ساماندهي  آبراهه كارون و حريم و بستر رودخانه كارون از سوي سازمان آب و برق خوزستان به عنوان كارفرماي پروژه ها برداشت شده است ]10[ . در اين تحقيق از مقاطع برداشت شده حد فاصل سد دز تا شهر اهواز  استفاده خواهد شد. متاسفانه بازه بين سد مخزني تا سد تنظيمي دز به طور تقريبي 28 كيلومتر فاقد مقاطع عرضي مي باشد. لذا جهت تهيه مقاطع عرضي ابن بازه از نقشه هاي توپوگرافي 1:25000 و DEM[3] منطقه استفاده خواهد شد. همچنين جهت معرفي هندسه مخزن سد دز به مدل نيز  از نقشه هاي توپوگرافي 1:5000 مخزن سد استفاده خواهد شد.

به دليل آنکه تا کنون در حوضه کارون و دز پديده شکست سد حادث نشده است امکان کاليبراسيون دقيق پديده شکست سد وجود ندارد و بايد مدل تهيه شده را به چند بخش تقسيم و براي هر کدام از بخشها به صورت جداگانه مدل تدقيق گردد. همانطور که پيشتر اشاره گرديد معمولا در پديده شکست سد بايد موارد زير بررسي گردد:

– تخمين درست هيدروگراف ناشي از شکست سد

– رونديابي سيلاب ناشي از شکست سد در رودخانه پايين دست و تهيه نقشه پهنه سيلاب آن

– تعيين مناطق در معرض خطر

جهت اطمينان از نتايج مدل جهت پيش بيني هيدروگراف ناشي از شکست سد، ابتدا نتايج حاصل از مدل MIKE11 به ازاي يک مسئله ساده با حل تحليلي پديده شکست سد مقايسه خواهد شد و پس از اطمينان از صحت نتايج آن، آناليز حساسيت بر روي پارامترها تاثير گذار هيدروگراف ناشي از شکست سد دز انجام خواهد شد و تلاش خواهد شد هيدروگراف حاصل در سناريو منتخب با نتايج حاصل از روابط تجربي موجود براي اين پديده و کارهاي انجام شده توسط ديگران مقايسه و کنترل گردد.

جهت تعيين ضريب زبري رودخانه و سيلاب دشتهاي آن و کاليبراسيون رونديابي سيلاب ناشي از شکست سد در رودخانه پايين دست و تهيه نقشه پهنه سيلاب آن از روابط تجربي و کارهاي انجام شده در گذشته استفاده خواهد شد.

نهايتا هيدروگراف سيلاب ناشي از شکست سد دز در رودخانه دز روند يابي  و نتايج حاصل از اين رودنديابي به ازاي نقاط مختلف رودخانه کارون و دز تعيين خواهد شد.

1-5-         ساختار پايان نامه

كارهاي انجام شده در اين تحقيق در هفت فصل آمده است. فصل اول شامل کليات موضوع، هدف تحقيق و

روش بررسي آن مي‌باشد. در فصل دوم شرح مختصري از مطالعات انجام شده بر روي پديده شکست سد و نتايج برخي كارهاي نمونه انجام شده با نرم‌افزارهاي مختلف از جمله نرم افزار MIKE11 ارائه شده است. در فصل سوم روابط و معادلات حاکم بر پديده شکست سد تشريح خواهد شد. درفصل چهارم ابتدا شرح مختصري از مدلهاي موجود جهت مدلسازي پديده شکست سد ارائه و سپس روابط، معادلات و روش حل مدل منتخب مورد استفاده  ارائه شده است.

در فصل پنجم به معرفي مطالعه مورد (رودخانه دز و سد دز) پرداخته شده است. در فصل ششم فرآيند مدلسازي مطالعه موردي ارائه شده است. در فصل هفتم نيز نتایج تحقيق و پيشنهادات مطالعات آينده ارائه خواهد شد.

فصل دوم

 

مروري بر مطالعات انجام شده

2-1-      مقدمه

در اين فصل ابتدا تاريخه مطالعات انجام شده بر روي پديده شکست سد، به همراه روابط تجربي موجود جهت پيش بيني ابعاد حفره ايجاد شده در سد و دبي پيک ناشي از شکست سد بررسي شده است و علل شکست سدهاي مختلف در جهان ارائه شده است.

 

2-2-     اهمیت بررسی مساله شکست سد :

شکست سد بالدوين هيلز در سال 1964 نزديک لوس آنجلس، کاليفرنيا و شکست سد سَن فرناندو در 1971، ايالت کاليفرنيا را وادار به وضع قانون لزوم تهيه نقشه­هاي پهنه بندی سيل ­در اثر شکست سد توسط مالکان سدها کرد. از اين رو نياز به روشهاي توسعه يافته براي تخمين هيدروگراف شكست سد بوجود آمد. پيش از تصويب قانون کاليفرنيا روشهاي بسيار کمي درباره تخمين هيدروگراف­ خروجي شكست سد منتشر شده بود ]13[ .

شکست­ بي­شمار سدها در ميانه دهه 70 ميلادي شامل سد بوفالو (1972)، سد تيتون (1976), سد لورل ران و سد سندي ران (1977) و سد کِلي بارنِس (1977) منجر به بازبيني گسترده برنامه اصلاح ايمني سد­ها شد. خيلي از بررسي­ها توصيه کردند که برنامه­ريزي براي آمادگي اضطراري با نقشه­هاي پهنه سيل بايد مورد تاکيد قرار گيرند. رهنمودهاي فدرال براي ايمني سدها مورخ 25 ژوئن 1979, اظهار داشتند که نقشه­هاي پهنه سيل بايد تهيه شوند. اين رويدادها نياز به روش­هاي توسعه يافته براي تخمين هيدروگراف خروجي ناشي از شكست سدها را روشن ساخت ] 13 [.

2-3-     نمونه هایی از سدهاي شکسته شده در جهان

دانش سد سازي بر پايه استفاده از تجارب ديگران استوار است. لذا در اين بخش شكست برخي سدهاي معروف در جهان بررسي شده است و دلايل شكست هر كدام از آنها به طور خلاصه ارائه شده است. در جدول (2-1) ليست برخي سدهاي شكسته شده مهم در دنیا ارائه شده است. همانطور كه در این جدول ملاحظه مي گردد سد تيتون با ارتفاع حدود 93 متر از رودخانه معروفترين سدي است كه در امريكا  شكسته شده است.

جدول 2-1. نمونه هایي از سدهاي شکسته شده در دنیا
نام سد نوع سد ارتفاع سد (متر) نام کشور سال ساخت سال شکست سد علت شکست تلفات جانی(نفر) میزان خسارت (میلیون دلار)
Austin Dam بتنی 15.5 آمریکا 1909 سپتامبر 1911 روگذري از سد، وجود عيب در فونداسيون 78 88
Baldwin Hills Dam خاکی 20.1 آمریکا 1951 دسامبر 1963 ترك برداشتن بدنه سد و ايجاد حفره در بدنه سد 50 11
Bellucci Dam خاکی رومانی 1962 1991 شكست دريچه موجب روگذري و شكست سد شد 78
Bilberry Dam خاکی بریتانیا 1843 فوريه 1852 كيفيت ضعيف ساخت 81
Blackbrook Dam خاکی بریتانیا 1797 1799 نشست سد و ناكافي بودن گنجايش سرريز
Buffalo Creek Dam خاکی 14 آمریکا 1972 فوريه 1972 روگذري از سرريز سد بعلت حجم زياد سيلاب 125 50
Castlewood Dam مصالح بنایی 21.3 آمریکا 1890 آگوست 1933 كيفيت ضعيف فونداسيون 2 1
Dale Dyke Dam خاکی بریتانیا 1863 مارس 1846 كيفيت ضعيف ساخت 150
Glashutte Dam خاکی آلمان 1953 اگوست 2002 روگذري از سد، بعلت گنجايش ناكافي سرريز
Habra Dam مصالح بنایی 35.5 الجزایر 1973 دسامبر 1981 روگذري از سرريز، بعلت ناكافي بودن گنجايش سرريز 209
Kelly Barenes DAm خاکی 12.2 آمریکا 1948 نوامبر 1977 پديده رگاب 309 3
Lawn Lake Dam خاکی 8 آمریکا 1979 1982 3
Malpasset Dam بتنی دوقوسی فرانسه 1958 دسامبر 1959 زيرفشار 421
Mohne Dam مصالح بنایی 36.5 آلمان 1913 مي 1943 بمباران نيروگاه مجاورسد 1300
Puentes Dam مصالح بنایی 50 اسپانیا 1785 آوريل 1802 شكست شمعهاي چوبي فونداسيون 608
Teton Dam خاکی 93 آمریکا 1976 1976 در آستانه تكميل كار سد، بعلت وجود ترك وپديده رگاب در خاكريز، سد شكسته شد 11 400
Tous Dam خاکی 50 اسپانیا 1977 1979 روگذري و واژگوني سد
Walanut Grove Dam بتنی 33.5 آمریکا 1888 1890 85
Williamsburg Dam بتنی 13 آمریکا 1873 می1874 138
South Fork Dam خاکی 22 آمریکا 1888 می 1889 2209
Zeyzoun Dam خاکی سوریه 1996 2004 تخریب بدنه خاكريز 22

2-4-     بررسي عوامل ايجاد كننده شكست سدها ]2[

شكست سد مي‌تواند تحت اثر عوامل طبيعي و تصادفي و يا عمدي بوجود آيد. تخريب‌هاي طبيعي ناشي از وقايع طبيعي پيشبيني نشده از جمله بارش‌هاي غير متعارف و سيل ناشي از آن، زمين لرزه، نشست‌هاي نامتقارن، لغزش زمين و يا بدنه، نشت شرياني[4]، تراوش از بدنه، سرريزي، برخورد موج با بدنه و يا عوامل ديگر، مي‌باشد. شكست سد در اثر عوامل انساني و يا عمدي مي‌تواند شامل مواردي از جمله هر گونه خرابكاري، بمبگذاري و يا انفجار، ضعف سازه‌اي، اشتباهات طراحي، بهره‌برداري غلط مخزن و تخريب بدنه باشد. در جدول (2-2) عوامل مختلف ايجاد شكست بسته به نوع بدنه، در سه نوع سد خاكي، وزني و قوسي ارائه شده است.

جدول2-2. عوامل مختلف ايجاد کننده شکست سد ]2[

نوع سد نوع تخريب
سدهاي خاكي هيدروليكي (سرريزي)
زهاب
تخريب پي
اثر موج
سدهاي وزني لغزش سد
واژگوني
تخريب پي
سدهاي قوسي لغرش صخره‌اي [5]
بارهاي فوق العاده ناشي از سيل‌هاي پيش‌بيني نشده
تخريب برشي
سرريزي خارج از بدنه

2-4-1- دسته‌بندي مكانيزم‌هاي شكست از نظر فراواني وقوع ]2[

با توجه به برخي اطلاعات موجود تا سال 1971 ، آمار درصد وقوع شكست بر اساس نوع شكست در جدول (2-3) ارائه شده‌است. پنمن در 1986 سه عامل فرسايش در اثر سرريزي، لغزش‌هاي چرخشي و فرسايش‌هاي داخلي را به عنوان عوامل اصلي تخريب سدها بيان مي‌كند. برگا در 1992 اشاره مي‌كند كه 40 درصد وقايع تخريب‌ سد در اثر تجاوز سيل از مقدار سيل طراحي سرريز اتفاق افتاده است. لوكولا در 1993 با بررسي سدهاي چين نشان مي‌دهد كه عمده تخريب‌ها در اثر بارش‌هاي پيش بيني نشده و پايين‌بودن معيارهاي طراحي بوده است نتيجه تحقيقات وي در جدول (2-4) ارائه شده است. در اين جدول يك دسته عوامل اصلي تعيين و مواردي به عنوان عوامل وابسته به عنوان زير مجموعه عوامل اصلي در نظر گرفته شده است.  در جدول (2-5) نيز رابطه سن سازه‌اي سد و درصد وقوع عوامل مختلف شكست سد ارائه شده است. اين جدول نشان مي‌دهد خطرات نشت در سال‌هاي اوليه بيشتر وجود دارد اين در حالي است كه مشكلاتي از قبيل سرريزي تقريبا در هر زماني از طول عمر سد احتمال وقوع دارد.

جدول 2-3. آمار درصد وقوع شکست بر اساس نوع شکست ]2[

نوع تخريب درصد وقوع تا سال 1971
مشكل پي 40
مشكل سرريز 23
مشكل سازه ضعيف 12
نشست پيشبيني نشده 10
بالا بودن فشار منفذي 5
جنگ 3
ايجاد لغزش در مخزن 2
مصالح نا مناسب 2
بهره برداري غلط 2
زلزله 1

جدول 2-4. نتايج حاصل از تحقيقات لوکولا برروي سدهاي چين ]2[

رديف عوامل تخريب در صدهاي چين درصد وقوع
1 سرريزي
امكانات غير كافي براي سرريز 42
تجاوز سيل از معيارهاي طراحي 5/9
2 مشكلات نشت آب
نشت از بدنه 7/22
نشت از فنداسيون 3/1
نشت از اطراف سرريز 6/0
نشت از اطراف تونل 5/4
3 مشكلات سازه‌اي
لغزش بدنه سد 6/2
مشكلات كيفي سرريز 6
مشكلات كيفي تونل 8/0
4 مديريت غير صحيح بهره‌برداري
عدم رعايت استاندارد ذخيره‌سازي در دوره ذخيره براي كنترل سيل 1/1
ضعف تجهيزات 3/1
تاخير در باز شدن دريچه سرريز به علت صدمه ديدگي 5/0
عدم مديريت بهره‌برداري 3/1
5 ساير موارد
انسداد سرريز به علت لغزش ديواره‌هاي مخزن 7/1
ضعف طرح عمومي پروژه 6/0

جدول 2-5. رابطه بين سن سد و درصد عوامل تخريب سد ]2[

عمر سد از زمان ساخت درصد عامل صدمه و يا تخريب
سرريزي نشت مجرايي تراوش پي لغزش
0-1 9 23 16 29
1-5 17 50 34 24
5-10 9 9 13 12
10-20 30 9 13 12
20-30 13 9 12 12
30-40 10 5 6 11
40-50 9 4 6 0
50-60 3 0 0 0

2-4-2-                یافته هاي حاصل از مطالعات شكست سدها

– ابعاد سد و ظرفيت مخزن : بيشتر شكست سدها مربوط به سدهاي با ارتفاع متوسط بوده است. حدود 70 دردصد از اين سدها با ارتفاع كمتر از 15 تا 30 متر ارتفاع بوده كه حجم مخزن آنها بيش 1 ميليون متر مكعب بوده است.

– شكست سد ها بر حسب ارتفاع سد: نتايج مطالعات انجام شده نشان مي دهد كه حادثه شكست سدها بطور قابل ملاحظه‌اي در سدهاي با ارتفاع كمتر از 30 متر بيشتر از سدهاي با ارتفاع بيشتر از 60 متر بوده است.

– شكست سدها بر حسب نوع سد: بر اساس تحقيات انجام شده بيشتر تعداد سدهاي شكسته شده مربوط به سدهاي خاكي بوده است.

– شكست سدها به لحاظ عدم كاركد سازه هاي جانبي آنها: در سدهائيكه سازه هاي جنبي باعث شكست آنها شده اند، عدم كفايت سرريز از عمده ترين عوامل موثر شكست بوده است.

– اقدامات انجام شده پس از تخريب: بر اساس نتايج موجود 50 سد از 140 سد شكسته شده بحالت خود باقمانده است. 24 سد از 140 سد با طرح جديد در محل دوباره ساخته شده اند. 22 سد از 140 سد با طرح قبلي دوباره ساخته شده اند و در 18 سد از 140 سد بازسازي نواحي خراب شده صورت گرفته است.

اصلی ترین دلیل بررسی شکست سدها تعیین میزان حداکثر دبی خروجی بر اثر شکست می باشد. در تعیین این میزان عوامل مختلفی وجود دارد که مهمترین آن پارامتر شکافت می باشد.در ادامه به صورت اجمالی به توضیح این بخش می پردازیم.

2-5-     پيش بيني پارامترهاي شکافت

پارامترهاي مورد نياز براي توصيف فيزيکي آن شامل عمق، عرض و شيب کناره هاي شکافت به علاوه پارامترهايي که زمان شروع و توسعه شکافت را تعريف مي­کنند, هستند. در شکل (2-1) پارامترهاي فيزيکي شکافت نشان داده شده اند.

شکل 2-1. پارامترهاي فيزيکي شکافت

عمق شکافت:

اين پارامتر در تعداد زيادي از منابع منتشر شده اشاره به ارتفاع شکافت دارد. محدوه عمودي شکافت که از تاج سد تا کف شکافت اندازه گيري مي­شود. برخي منابع نيز هِد مخزن را به عنوان مبنا گرفته اند و اندازه سطح آب مخزن تا کف شکافت را به عنوان عمق شکافت بيان نموده اند ]13 [.

عرض شکافت:

عرض نهايي شکافت و نرخ گسترش آن ميتواند به طور شگفت آوري روي دبي پيک و ترازهاي سيل پايين دستِ  سد تاثير گذار باشد. در مطالعات موردي، جهت بررسي اين پارامتر هم از عرض ميانگين شکافت و هم عرض بالا يا پايين بازشدگي، جهت بررسي استفاده کرده اند ]14 [.

ضريب شيب دیواره شکافت:

ضريب شيب ديوراه شکافت نسبت عرض و عمق شکافت را تعيين مي­کنند. تعيين صحيح زاويه شيب ديواره

شکافت نسبت به پيش بيني عرض و عمق شکافت در درجه دوم اهميت قرار دارد ]13 [.

پارامترهاي وابسته به زمان در مسئله شکست سد عبارتند از زمان آغاز شکافت و زمان شکل گيري آن  گاهي به عنوان زمان توسعه به آن اشاره مي­شود.

مشخص کردن دو پارامتر مجزا اين مسئله را تصديق مي­کند که شکست  سدهاي خاکي در واقعيت لحظه­اي نيست و دو فاز وجود دارند که در آنها مکانيزم و نرخ فرسايش کاملا متفاوت است. در فاز آغاز شکافت، هنوز سد دچار شکست نشده است و جريان خروجي از سد ناچيز است؛ جريان خروجي شامل يک مقدار ناچيز ناشي از روگذري يا يک مقدار کم ناشي از پديده نشت يا رگاب مي­باشد. در فاز آغاز شکافت اگر روگذري يا رگاب متوقف شود احتمال باقي ماندن سد وجود دارد . اما در فاز شکل گيري شکافت جريان خروجي و فرسايش به سرعت افزايش مي­يابند و متوقف نمي­شود.

شناخت و محاسبه دو فاز به اين علت مهم است که زمان آغاز شکافت روي زمان هشدار موجود براي تخليه جمعيت پايين دست تاثير گذار است . تحقيقات قبلي ( مطالعات موردي, معادلات تجربي, مدلهاي عددي و … ) اصولا روي زمان شکل گيري شکافت تمرکز کرده بودند و زمان آغاز شکافت به عنوان يک پارامتر مجزا در بيشتر مطالعات شکست سد گزارش نشده است.

هنگامي که زمانهاي شکل گيري شکافت در مطالعات موردي گزارش شدند سوالاتي همچون اينکه آيا زمانهاي گزارش شده فقط براي فاز شکل گيري شکافت هستند و يا اينکه ممکن است شامل چند بخش آغاز شکافت هم باشد. تشخيص دو مرحله حين و قبل از شکست کار دشواري است به خصوص براي مشاهده کننده­اي که که وقايع را به صورت پيوسته مشاهده مي­کند. براي گزارش صحيحتر زمانهاي آغاز و شکل گيري شکافت تعاريف زير پيشنهاد مي­شوند:

زمان آغاز شکافت : زمان آغاز شکافت با اولين عبور جريان از روي سد يا درون آن شروع مي­شود و آغازگر هشدار, تخليه يا آگاهي از احتمال شکست سد است. زمان آغاز شکافت در آغاز فاز شکل گيري شکافت به پايان مي­رسد ]13 [.

2-5-1- روش­هاي موجود براي پيش­بيني پارامترهاي شکافت

نتايج تحليل شکست سد به طور کلي در سه مسئله مجزا تقسيم شده است ]13 [:

1) پيش­بيني هيدروگراف جريان خروجي

2) رونديابي هيدروگراف در پايين دست سد با استفاده از يک مدل نظير DAMBRK

3) پيش­بيني خسارت ها و تلفات جاني ناشي از سيل

روشهاي ساده شده­اي که از پروسه تشکيل شکافت صرف نظر مي­کنند؛ از داده هاي مطالعه موردي براي پيش بيني مستقيم حداکثر جريان خروجي و زمان مورد نياز براي شکست استفاده مي­کنند. اين پيش بيني ها ميتوانند بر اساس مقايسه با يک يا چند سد که دچار گسيختگي شده­اند ( تحليل مقايسه­اي[6]) يا بر اساس روابط رگرسيوني که حداکثر جريان خروجي و زمان گسيختگي را با پارامترهاي هيدروليکي وابسته مثل ارتفاع سد, ذخيره مخزن و حجم خاکريز, پيش­بيني مي­کنند ( معادلات پيش­بيني کننده[7]), باشند.

يک روش سخت­تر شبيه سازي شکافت سد و جريان خروجي منتجه در DAMBRK با استفاده از روش پارامتري[8] است. هندسه نهايي شکافت و زمان شکل­گيري آن تعيين شده و توسعه شکافت به عنوان يک پروسه ساده شده­ي وابسته به زمان ( افزايش خطي ابعاد شکافت) شبيه سازي مي­شود. اين روش امروزه مورد استفاده قرار مي­گيرد. مدل جديد FLDWAV نيز از همين روش استفاده مي­کند.

شيوه­هاي بسياري براي پيش بيني پارامترهاي شکافت که به عنوان ورودي تحليل به کار مي روند, وجود دارند. سه روش اصلي را مي توان شناسايي کرد. آناليز مقايسه­اي مطالعات موردي مشابه و استفاده از معادلات پيش بيني کننده بر اساس مطالعات موردي بيشمار, ساده ترين روشها هستند. روش سوم سخت تر است اما به جهت ارائه نتايج مفصل­تر مانند پيش­بيني زمان آغاز شکافت و پيش­بيني ابعاد ميانگين شکافت و نيز پارامترهاي نهايي شکافت, همواره توصيه مي­شود.

هر سه روش کاستي­هايي دارند. آناليز مقايسه­اي خيلي دقيق نيست و از کمبود داده­هاي مطالعاتي فراگير روي انواع سدها به خصوص سدهاي خيلي بلند  رنج مي­برد. روش معادلات پيش­بيني کننده نيز داراي مشکلات مشابهي است و روابط رگرسيوني بر پايه داده­هاي در دسترس عدم قطعيت بالايي دارند. مدل­هاي پايه فيزيکي از فقر درک مکانيزم توسعه شکافت و پروسه پر انرژي فرسايش در تنگنا هستند.

2-5-2-پيش­بيني جريان خروجي پيک با داده­هاي مطالعه موردي

به جاي تعيين پارامترهاي شکافت و سپس رونديابي جريان ورودي و حجم مخزن, بسياري از بررسي­ها از داده­هاي مطالعات موردي براي توسعه معادلات تجربي مربوط به پيک جريان خروجي شکافت به ارتفاع سد, حجم ذخيره مخزن يا ترکيب اين دو استفاده مي­کنند.

کریک پاتریک[9] 13 مورد مطالعه موردي و 6 شکست فرضي را ارائه کرد و بهترين رابطه براي دبي پيک را به عنوان تابعي از عمق آب پشت سد در زمان شکست پيشنهاد داد. اين تحليل شامل داده­هايي از شکست سد اس.تي فرانسيس[10] و کاليفرنيا[11] که يک سد وزني بتني بود, مي­شد. گمان مي­رفت که سد فرانسيس بر اثر پديده رگاب در خاکريز سمت راست دچار شکست شده است, اما مطالعات اخير نشان مي­دهند که اين امر ممکن است بر اثر ترکيبي از روگذري جريان در قسمت بتني و لغزش خاکريز چپ انجام شده باشد, از اين رو اين نمي­تواند براي قرار گيري در تحليل مناسب باشد ]33 [.

سویل [12]در سال 1981 از 13 مطالعه موردي ثبت شده توسط کریک پاتریک براي توسعه معادلاتي که پيک جريان خروجي شکست سد را به عمق آب در سد در زمان شکست مرتبط مي­کردند , استفاده کرد ]21[ . اين کار منجر به ايجاد يک منحني پوش شد که البته 3 نقطه کمي بالاتر از منحني قرار گرفتند. ریکلاویشن [13] در سال 1982 اين کار را توسعه داد و يک معادله پوش براي جريان خروجي پيک با استفاده از داده­هاي 21 سد پيشنهاد داد ]34[ .

ساین و اسنوراسون[14] روابطي براي جريان خروجي شکست سد به عنوان تابعي از ارتفاع سد و حجم مخزن ارائه کردند. اين روابط با استفاده از نتايج شبيه سازي هشت سد که با DAMBRK و HEC-1 آناليز شده بودند, توسعه يافته بودند. در مقاله سال 1984 تنها رابطه پيک جريان خروجي که کمترين خطاي استاندارد را نمايش داده بود, ارائه شد] 16،18 [.

گراهام [15]داده هاي شکافت و پيک جريان خروجي 19 سد را خلاصه و جريان خروجي واقعي را با مقادير پيش بيني شده توسط معادلات سازمان احيا اراضي (1982) , معادله پوش هاگن[16] (1982) و يک رابطه برازشي براي پيک جريان خروجي که تابعي از حجم مخزن و عمق آب در زمان شکست بود, مقايسه کرد]20 [.

مکدونالد[17] منحني پوش و بهترين برازش براي پيک جريان خروجي را با استفاده از اطلاعات سدهاي خاکي شکافته شده به عنوان تابعي از فاکتور شکل گيري شکافت توسعه دادند. اين منحني­ها براي بازبيني نتايج منطقي شبيه سازي شکافت با استفاده از فاکتور شکل گيري شکافت, مورد استفاده قرار گرفت. روابط مشابهي براي سدهاي غير خاکي مورد جستجو قرار گرفت اما به علت پراکندگي بسيار زياد داده ها رابطه واحدي برازش نشد ]23 [.

کوستا[18] اطلاعات جامعي از دبي هاي سيل ناشي از شکست همه انواع سدهاي ساخته شده و  طبيعي ارائه کرد. وي منحني هاي پوش و معادلات رگرسيوني براي پيک جريان را به عنوان تابعي از ارتفاع سد, حجم مخزن در زمان شکست و حاصلضرب اين دو پارامتر ارائه کرد. وي از داده­هاي شکست سد فرانسيس (سازه بتني وزني) در تحليل خود استفاده کرد اما به نظر نمي­رسد روي نتايج تاثير گذار باشد ]18[ .

فروهلیچ[19] يک معادله رگرسيوني بهترين برازش براي پيش بيني دبي پيک بر اساس حجم مخزن و هِد[20] با استفاده از داده­هاي 22 مطالعه موردي که دبي پيک آنها در دسترس بود, ارائه کرد. روش او با محققان ديگر تفاوت داشت. او با اجازه تعريف حجم و تراز به عنوان ترم هاي مستقل از يکديگر در معادله رگرسيوني درجات آزادي ديگري را ايجاد کرد ]27 [.

مراجع

 

[1] ابريشمي جلیل.، اصول جريان در مجاري باز، 1385.

[2] کميته سدهای بزرگ ايران.، نگرشي بر سدهای ايران، 1372.

[3] طالب بيدختي ناصر.، قديم پور زهرا،. مير باقري احمد.،  شکست سد و پهنه بندي سيلاب ناشي از آن با استفاده از نرم افزارهاي MIKE11، HEC RAS، BREACH، ARC VIEW، هفتمين کنگره بين المللي مهندسي عمران، 1385.

[4] پور رحيم علي اکبر.، عموشاهي محسن.،  تحليل عددي شکست سد بر اثر حملات نظامي با مطالعه موردي سد اراک، پژوهشکده مهندسي پدافند غير عامل

[5] زمرديان سيد محمد علي.، هوشمند ديارجان.، تعيين پارامترهاي شکست سدهاي خاکي متوالي ملاصدرا و درودزن و رونديابي سيلاب ايجاد شده، مجموعه مقالات چهارمين گنکره ملي مهندسي عمران، دانشگاه تهران، 1387.

]6[ زرگر مرتضي.، نکوئيان فر مصطفی.، محمودي کردستاني سهام الدين.، مدلسازي هيدروليكي شكست سد مارون با استفاده از نرم افزار MIKE11،  دومين کنفرانس ملي سد و نيروگاه برقابي – شرکت توسعه منابع آب و نيروي ايران، .1387

[7] زمرديان سيد محمد علي.، عليقي زاده بهبهاني ستار.، ارزيابي مدل شکست سدهاي خاکي BREACH و رابطه پيش بيني شکست سدهاي خاکي در تعيين دبي ماکزيمم خروجي وزمان شکست سد سيوند، مجموعه مقالات پنجمين کنفرانس هيدروليک ايران– جلد سوم صفحه 1621-1628 – دانشگاه شهيد باهنر، کرمان، 1384.

[8]شمسايي ابوالفضل.، موسوي شهرام.، تخمين پارامترهاي شکست سدهاي خاکي و رونديابي سيلاب ناشي از ان، اولين کنگره ملي مهندسي عمران، دانشگاه صنعتي شریف، 1378.

[9] موسسه تحقيقات آب وزارت نيرو، مطالعات شکست سد در حوضه هاي کارون، کرخه و دز، شرکت توسعه منابع آب و نيروي ايران، 1387.

[10] شرکت مهندسين مشاور دزآب اهواز، مطالعات تعيين حد و حريم بستر رودخانه کارون،  شرکت سهامي سازمان آب و برق خوزستان، 1385.

[11] DHI, A modeling system for Rivers and channels (MIKE11), User Guide manual, DHI water & Environment, Denmark, 2005

[12] DHI, A modeling system for Rivers and channels (MIKE11),Reference manual, , DHI water & Environment, Denmark, 2005.

[13] Tony L. Wahl, (1998) Prediction of Embankment Dam Breach Parameters, U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation Dam Safety Office, 2005.

[14] Wurbs, Ralph A., Dam-Breach Flood Wave Models, Journal of Hydraulic Engineering, 1987.

[15] Westphal, Jerome A., and David B. Thompson, NWS Dambreak or NWS Simplified Dam Breach Computational Hydrology, 1987

[16] Singh, Krishan P., and Arni Snorrason, Sensitivity of Outflow Peaks and Flood Stages to the Selection of Dam Breach Parameters and Simulation Models, Journal of Hydrology , 1984.

[17] Dekay, M.L., and G.H. McClelland, Setting Decision Thresholds for Dam Failure Warnings: A Practical Theory-Based Approach, CRJP Technical Report Center for Research on Judgment and Policy, University of Colorado, Boulder, Colorado, 1991.

[18] Singh, Krishan P., and Arni Snorrason, Sensitivity of Outflow Peaks and Flood Stages to the Selection of Dam Breach Parameters and Simulation Models, SWS Contract Report 288, Illinois Department of Energy and Natural Resources, State Water Survey Division, SurfaceWater Section at the University of Illinois, 1982.

[19] Babb, A.O. and T.W. Mermel, Catalog of Dam Disasters, Failures and Accidents, Bureau of  Reclamation, Washington, DC, 1968.

[20] Graham, Wayne J., Physical and Breach Parameters for Dams with Large Storage to Height Ratios, unpublished internal document, U.S. Bureau of Reclamation, Denver, Colorado. Graham, Wayne J., undated, Actual and Equation Derived Dam Failure Flood Peaks, unpublished internal document, U.S. Bureau of Reclamation, Denver, 1983.

[21] Soil Conservation Service, Simplified Dam-Breach Routing Procedure, Technical Release No. 66 (Rev. 1), 1981.

[22] Hagen, Vernon K., Re-evaluation of Design Floods and Dam Safety, Proceedings, 14th Congress of International Commission on Large Dams, Rio de Janeiro, 1982.

[23] MacDonald, Thomas C., and Jennifer Langridge-Monopolis, Breaching Characteristics of Dam Failures, Journal of Hydraulic Engineering, 1984.

[24] Evans, Steven G., The Maximum Discharge of Outburst Floods Caused by the Breaching of  Man-Made and Natural Dams, Canadian Geotechnical Journal, 1986.

[25] Froehlich, David C., Embankment-Dam Breach Parameters, Hydraulic Engineering, 1987

[26] Singh, V.P., and P.D. Scarlatos, Breach Erosion of Earthfill Dams and Flood Routing: BEEDnModel, Research Report, Army Research Office, Battelle, Research Triangle Park, North Carolina, 131 p, 1985.

[27] Froehlich, David C., Peak Outflow from Breached Embankment Dam,Journal of Water Resources Planning and Management, 1995.

[28] Froehlich, David C., Embankment Dam Breach Parameters Revisited, Water Resources, 1995

[29] Johnson, F.A., and P. Illes, A Classification of Dam Failures, International Water Power and Dam Construction, 1976

[30] Singh, V.P., and P.D. Scarlatos, Analysis of Gradual Earth-Dam Failure, Journal of Hydraulic Engineering, vol. 114, 1988

[31] Dewey, Robert L., and David R. Gillette, Prediction of Embankment Dam Breaching for Hazard Assessment, Proceedings, ASCE Specialty Conference on Geotechnical Practice in, 1993

[32]Von Thun, J. L., and Gillette, D. R. Guidance on breach parameters. Internal Memorandum, U.S. Dept. of the Interior, Bureau of Reclamation, Denver, 17, 1990.

[33] Kirkpatrick, Gerald W., Evaluation Guidelines for Spillway Adequacy, The Evaluation of Dam Safety, Engineering Foundation Conference, Pacific Grove, California, ASCE, 1977.

[34]Bureau of Reclamation, Guidelines for defining inundated areas downstream from Bureau of Reclamation dams, Reclamation PlanningInstruction No. 82-11, U.S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation, Denver, 25, 1982.

[35] Costa, John E., , Floods from Dam Failures, U.S. Geological Survey Open-File Report 85-560, Denver, Colorado, 54 p.45, 1985.

[36] Harris, G.W., and D.A. Wagner, Outflow from Breached Earth Dams, University of Utah, Salt Lake City, Utah, 1967.

[37] Brown, Richard J., and David C. Rogers, A Simulation of the Hydraulic Events During and Following the Teton Dam Failure, Proceedings of the Dam-Break Flood Routing Workshop,Water Resources Council, 1977.

[38] Brown, Richard J., and David C. Rogers, Users Manual for Program BRDAM, U.S. Bureau of Reclamation, Denver, Colorado, 1981.

[39] Lou, W.C., Mathematical Modeling of Earth Dam Breaches, Thesis, presented to Colorado State University, at Fort Collins, Colorado, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, 1981.

[40] Fread, D.L., BREACH: An Erosion Model for Earthen Dam Failures, National Weather Service, National Oceanic and Atmospheric Administration, Silver Spring, 1988.

[41] Macchione, F., and B. Sirangelo, Study of Earth Dam Erosion Due to Overtopping,

Proceedings of the Technical Conference on Hydrology of Disasters, WMO, Geneva,

Switzerland, 1988.

[42] Macchione, F., and B. Sirangelo, Floods Resulting from Progressively Breached Dams, Hydrology in Mountainous Regions. II – Artificial Reservoirs; Water and Slopes, Proceedings of Lausanne Symposia, IAHS Publication No. 194, August 1990

[43] Tony L. Wahl, Uncertainty of Predictions of Embankment Dam Breach Parameters, Journal of Hydraulic Engineering, 2004

[44] Webby, M. Grant, discussion of Peak Outflow from Breached Embankment Dam ,Journal of Water Resources Planning and Management, 1996.

[45] Walder, Joseph S., and Jim E. O’Connor, Methods for Predicting Peak Discharge of Floods Caused by Failure of Natural and Constructed Earth Dams, Water Resources Research, vol.33, no. 10, 1997.

[46] Tawatchai Tingsanchali, Noor Muhammah Khan Pridiction Of Flooding due to assumed Breaching of Mangla Dam,.

[47] US Armey Group of Engineering, Dam Break Analysis for Puula Reservoir Island of Kauai, 2008.

[48] US Armey Group of Engineering, Dam Break Analysis for Elua Reservoir Kaua, 2008

[49] Abbott, M.B. and Ionescu, F., On the Numerical Computation of Nearly- Horizontal

Flows, J.Hyd.Res.,

]50[اطلاعات گرفته شده از آب منطقه ای و شرکت آب و برق استان خوزستان – اهواز

The University of Sistan & Baluchestan

Graduate School

 

 

The Dissertation of M.Sc. in Water Engineering

 

 

 

Title:

Assessment of Dam Break Effects

(Case study: DEZ Dam)

Supervisor:

Dr. GHOLAM HOSEYNE AKBARI

 

 

Advisor:

MORTEZA ZARGAR

Research by:

ELIYAS VAHDAT

 

 

2011

 

 

Abstract

 

Dam break damages in downstream valley could be disastrous due to the release of a large amount of water. Dam break waves differ from natural floods in their dynamic effects and dimensions. Therefore, it is crucial to perform dam-break analysis and damage assessment for every individual dam. This will provide essential data for rescue actions and disaster alleviation. Dam-Break simulation in this research has been conducted using MIKE-11 software.

This model with the fully dynamic equations solves the vertically integrated equations of conservation of mass and momentum (Saint Venant equations). MIKE-11  uses an implicit finite difference scheme (6-point Abbott scheme) for solving onedimensional unsteady flow equations.

Dez dam is considered for the case study. It is a double curvature arch dam located 25 kilometers far from the Dezfool city. The instantaneous failure of Dez dam may cause huge destruction to the small towns, commercial and industrial complexes located at the downstream of the dam.

Using MIKE-11 hydraulic modeling software, flood events of different magnitudes can be modeled in order to find maximum flood extents and estimates of likely depths and velocity of moving floodwater. According to the results of different dam break scenarios, Hazard Matrix is identified with respect to the wave height and velocity. This can be used to create Flood Hazard mapping to provide an overview of flood risk to people within the study area.

This enables us to define the possible access/egress routes available under flood conditions, viable mitigation measures and provide a general overview on the safety of the site for redevelopment based on flood risk. The degree of hazard that floodwaters present to people is a function of both velocity and depth.

Hazards are generally categorized into the following four degrees of hazard: low, moderate, significant and extreme. As a simplified explanation, danger classifications are based on the groups of people that should be considered as falling into these danger classifications. Simulation results show that after 2 hours from occurring dam-break, none of residential zones are located in inundated areas. Therefore inhabitants have enough time to evacuate before the entrance of flood wave.

Key Words: Dam Break, Flood Depth, Flood Velocity, Mike 11

 

 

[1] Malpasset

[2] www.azuralive.com

[3] Digital Elevation Map

[4] Piping

[5] Rock sliding

[6]comparative analysis

[7]predictor equations

[8]parametric approach

[9]  (1977)

[10]St. Franci

[11]California

8

[13] .

[14]

[15]

[16]Hagen

[17]

[18]

[19]

[20]Head

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود پایان نامه بررسی تبعات شکست سد با نرم افزار MIKE11”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

39 − 32 =