بررسی شکست سد خاکی شهرچای ارومیه ناشی از روگذری جریان و پهنه‌بندی سیلاب آن با استفاده از مدل دوبعدی CCHE2D

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی عمران-سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

2 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

3 گروه مهندسی عمران، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز

4 دکتری مهندسی عمران-ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

شکست سدها در اثر وقوع زلزله، بمباران، پدیده رگاب، روگذری جریان و یا وجود اشتباه در طراحی و اجرای پروژه محتمل بوده و می­تواند خسارات جانی و مالی فراوانی در پایین­دست آن­ها ایجاد نماید. بدین منظور در ابتدا با استفاده از مدل Breach هیدروگراف خروجی از ساختگاه سد شهرچای تحت سناریوی شکست فرضی روگذری جریان به­دست آمده و سپس با شبیه­سازی داده­های یک مدل تجربی، میزان دقت  مدل عددی دوبعدی CCHE2D با تعداد و شکل معینی از سلول­های میدان محاسباتی و نیز روش upwind  در گسسته­سازی معادلات حاکم بر مساله سنجیده         شده ­است. متعاقب آن پهنه­بندی سیلاب ناشی از شکست ­سد در اثر پدیده­ی روگذری با استفاده از امکانات و ابزار ­ GIS استخراج و نقشه­ مناطق سیل­گیر پایاب مشخص گردیده است. نتایج مطالعات حاکی از آن است که با شکست سد و ایجاد سیلاب با حجم بالا و بیش از ظرفیت رودخانه، سیلاب فرصت خروج از مسیل رودخانه را پیدا کرده و وارد زمین­های کشاورزی و مناطق مسکونی روستایی می­شود. بعد از گذشت نزدیک به 19 ساعت از زمان سیلاب و رسیدن به نقطه پیک هیدروگراف، جریان سیلاب با شدت بیشتری مناطق مسکونی پایین­دست و اراضی زراعی و کشاورزی را احاطه می­کند. بحرانی­ترین وضعیت از 19 ساعت بعد از شکست سد که به نقطه پیک هیدروگراف می­رسد شروع     می­شود و تقریباً تمامی مناطق روستایی موجود در معرض استغراق کامل قرار خواهند داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Shahrchay Earthfill Dam Break due to Overtopping and Flood Mapping

نویسندگان [English]

  • Abolfazl Arzanlou 1
  • yousef hassanzadeh 2
  • Nazila kardan 3
  • Mehran hasanzadeh 4
1 Graduated MS student of Hydraulic Structure, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz,
2 Professor, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz,
4 PhD Student of Geotechnics, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

Dam break due to an earthquake, bombing, piping, overtopping, or some lacks in design and construction process is unavoidable, which could lead to loss of life and property downstream of the dam. In this paper, numerical modelling of Sharchay dambreak, located in Urmiyyah city, is of interesting and the outflow hydrograph of Shahrchay dam site has obtained using Breach model under the scenario that considers the dam break due to overtopping. To numerical modelling of dam break in two dimensional conditions, it has been used CCHE2D software, which utilizes finite element method to solve the shallow-water equations. To verification of the model, the measured data of an experimental model has been used and then the needed number and structure of the cells in computational domain as well as suitable method for discretization of the governing equations has been determined. In addition, using the Graphical Information System (GIS) the information about flood extent obtained and the mapping of flooded zone in downstream prepared. The results revealed that due to dam break and flood spreading that exceeds from the capacity of the river, the flood extends to the surrounding agricultural lands and rural residential areas. Thereafter, with reaching flood to the peak point of hydrograph during 19 hours, the downstream agricultural lands and residential areas is influenced by a great flood. 19 hours after the beginning of dam break, at moment that the flooding reaches to the peak of hydrograph, the critical condition will occur and almost all rural areas will subject in danger of complete submergence.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dam failur
  • Flood mapping
  • Overtopping
  • Breach
  • 2D model of CCHE2D

ارزنلو، ا.، ی. حسن زاده، و ن. کاردان. 1395. شبیه­سازی عددی شکست سد و پهنه­بندی سیلاب به منظور استفاده در تهیه برنامه واکنش سریع (مطالعه موردی: سد شهرچای ارومیه)، نشریه دریافنون، سال سوم، شماره 6 (زیرچاپ).

ارزنلو، ا. (1394). بررسی شکست سد خاکی شهرچای ارومیه ناشی از روگذری جریان و پهنه بندی سیلاب با استفاده از مدل HEC-RAS  وGIS ، پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد، دانشگاه تبریز.

حسن زاده، ی. 1383. هیدرولیک شکست سد، کمیته ملی سدهای بزرگ، انتشارات وزارت نیرو، 136 صفحه.

حسن زاده، ی.، و. نورانی، و. سپهری، ه. دل­ افروز،  م. حسن  زاده، و ف. الماس پور. 1394. تحلیل امواج ناشی از شکست سد و پهنه­بندی دشت سیلابی با استفاده از مدل ریاضی (مطالعه موردی: سد ونیار)، نشریه دانش آب و خاک، شماره 25، دوره 1/4، ص 15-1

محمدنژاد، ب.ع.، م.ا. فاطمی کیا، ج. بهمنش، م. منتصری. 1393. شبیه­سازی عددی انتشار موج ناشی از شکست سد به صورت دو بعدی قائم، نشریه مهندسی عمران ومحیط زیست، شماره 44، دوره 3، ص 59-47. 

مهندسین مشاور سکو، گزارش فنی پروژه سد مخزنی شهر چای، مهر 1378.

Bellos, C.V., J.V. Soulis and J.G. Sakkas. 1991. Computation of two-dimensional dam-break induced flows. Advances in Water Resources, 14(1): 31-41.

Changzhi, L., W. Hong, Ch. Zhixue, Y. Yongfeng, R. Zhengfu and C. Mike. 2014. Dam break flood risk assessment for Laiyang city, Journal of Geological Resource and Engineering, 4: 189-199. 

Dressler, R.F. 1952. Hydraulic resistance effect upon the dam-break function. Journal of Research of the National Bureau of Standards, 49(3): 217-225.

Fennema, R.J and W.H. Chaudhry. 1987. Simulation of one dimensional dam-break flows. Journal of Hydraulics Research, 25: 41-51.

Fraccarollo, L and E.F. Toro. 1995. Experimental and numerical assessment of the shallow water model for two-dimensional dam-break type problems. Journal of Hydraulic Research, 33(6): 843-864.

Frazão, S.S and Y. Zech. 2002. Dam Break in Channels with 90° Bend. Journal of Hydraulic Engineering, 128(11): 956-968.

Jia, Y., H. Azad and X. Chao. 2010. Computational modeling of Midwest Flood 2008: Levee Breaching and Flood Propagation, Proceedings of World Environmental & Water Resources Congress, May 16-20, Rhode Island, USA.

Jorgeson, J., X. Ying and W. Wardlaw. 2004. Two dimensional modelling of dam breach flooding. US-CHINA Workshop on Advanced Computational Modelling in Hydroscience and Engineering, September 19-21, Oxford, Mississippi, USA.

Munoz, D.V.H and G. Constantinescu. 2015. Development and validation of a 3D numerical model to simulate floods in natural streams. E-Proceedings of the 36th IAHR World Congress, 28 June-3 July, Hague, Netherland.

Roshandel, A., N. Hedayat and H. Kiamanesh. 2010. Simulation of dam break using finite volume method. World Academy of Science Engineering and Technology, 47: 11-26.

Ritter, A. 1982. Die Fortpflanzung de Wasserwellen.vZeitschriftVerein Deutscher Ingenieurev, 36(33): 947-954 (In German).

Singh, J., M.S. Altinakar and Y. Ding. 2011. Two-dimensional numerical modelling of dam break flows over natural terrain using a central explicit scheme. Advances in Water Resources, 34(10): 1366- 1375.

Stoker, R.F. 1957. Water waves: the mathematical theory with applications. Inter science Publishers, Inc., New York.

Tawatchai, T and W. Rattanapitikon. 1999. 2-D modelling of dam break wave propagation on initially dry bed. International Journal of Science Technology, 4(3): 28-37.

Ying, X., S.S.Y. Wang and A.A. Khan. 2003. Numerical simulation of flood inundation due to dam and levee breach. Proceeding of ASCE World Water & Environmental Resources Congress 2003 (CDROM), June 23-26, Philadelphia, USA,.

Ying, X., A. Khanand S.S.Y. Wang. 2004. Upwind conservative scheme for the Saint Venant equation.  Journal of Hydraulic Engineering, 130(10): 977-987.

Ying, X.Y and S.S.Y. Wang. 2008. Improved implementation of the HLL approximate Riemann solver for one-dimensional open channel flows. Journal of Hydraulic Research, 46(1): 21–34.

Ying, X.Y and S.S.Y. Wang. 2010. 2D numerical simulation of breaching process of unlined cohesive earthen dam. ASCE, World Environmental and Water Resources Congress, 2010, 1317-1326.

Zarein, M and V. Naderkhanloo. 2014. Modeling dam-break flows using 3D mike 3 flow model. Journal of Boldverslty and Environmental Science, 5(6): 1-6. 

Zhang, H., Y. Hassanzadeh, N.D. Long and R. Kahawita. 1992. A 1-D numerical model applied to dam-break flows on dry beds. Journal of Hydraulic Research, 30(2): 211-224.

Zhou, J.G., D.M. Causon, C.G. Mingham and D.M. Ingram. 2004. Numerical prediction of dam-Break flows in general geometries with complex bed topography. ASCE Journal of Hydraulic Engineering, 130: 332-340.