CALCULATION OF THE MORPHOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE CLOSURE CHANNEL AND THE EXTREME DISCHARGE DURING BREAKTHROUGHS OF GROUND DAMS
Authors: Виноградова Т.А. , Макушин М.А. , Виноградов И.А. , Парфенов Е.А. , Кадацкая М.М. , Сазонова С.И. 
Published: July 2024

Работа посвящена вопросу расчета размеров прорана в грунтовых плотинах при переливе воды из водохранилища через гребень и максимального расхода волны прорыва. Были проанализированы методы расчета, прописанные в нормативных документах и рекомендованные контролирующими органами. Выполнен расчет морфометрических характеристик прорана и максимальных расходов прорывной волны различными методами для конкретных объектов, сравнение с экспертными оценками этих параметров. Отмечено, что изложенная в двух нормативных документах методика, не имеет под собой физического обоснования, поскольку полученные размеры прорана и параметры волны прорыва не зависят от первоначального объема воды в водохранилище. В свою очередь расчетная схема другого нормативного документа не учитывает такой фактор, как время размыва и результат расчета отличается в разы при различном заданном шаге глубины размыва. Для данного документа характерно использование эмпирических соотношений, которые имеют довольно узкий диапазон использования, а также недоучет связи между формированием прорана и величиной сброса воды. Из-за недостаточной обоснованности рекомендованных методик и больших несоответствий с экспертными оценками возникает необходимость создания новых альтернативных методов расчета. В данной статье рассмотрено 2 таких метода, разработанных в различных организациях. Первый метод косвенно учитывает материал плотины через расчет неразмывающей скорости. В основе второго метода лежит физический процесс размыва, что выгодно отличает его от других. В качестве проверки расчетных значений были использованы данные о нескольких произошедших в последнее время катастрофических прорывах грунтовых плотин. Результаты сравнения позволяют сделать вывод о том, что альтернативные методы дают большую точность. На основе вышесказанного можно сделать предварительный вывод о необходимости пересмотра существующих нормативных документов. Литература Бобков С.Ф., Боярский В.М., Векслер А.Б., Швайнштейн A.M. Основные факторы учета пропускной способности гидроузлов при декларировании их безопасности // Гидротехническое строительство. 1999. №4. С. 2-9. Кадацкая М.М., Виноградов А.Ю., Кацадзе В.А., Беленький Ю.И., Бачериков И.В., Хвалев С.В., Каляшов В.А. Анализ методов расчета неразмывающей скорости при проектировании водопропускных и водоотводных сооружений лесного хозяйства // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. Вып. 227. С. 174-187. DOI: 10.21266/2079-4304.2019.227.174-187 Катастрофы конца XX века / Под ред. В.В. Владимирова. М.: Издательство Геополитика, 2001. 400 с. Малик Л.К. Чрезвычайные ситуации, связанные с гидротехническим строительством ретроспективный обзор // Гидротехническое строительство. 2009. №12. C. 2-16 Пономарчук К.Р. Оценка параметров развития прорана при разрушении грунтовой плотины // Природообустройство. 2011. №3. С. 77-82. Чугаев Р.Р. Гидравлика: учебник для вузов. Л.: Энергоиздат, 1982. 672 с. Фролов Д.И., Волосухин В.А. Совершенствование российского законодательства по безопасности гидротехнических сооружений // Бюллетень «Использование и охрана природных ресурсов в России». 2012. №6. С. 17-21

The work is devoted to the calculation of the size of the closure channel in the ground dams when water is poured from the water reservoir through peak and the extreme discharge of the dam break wave. The authors analyzed the methods of calculation prescribed in regulations and recommended by regulatory authorities. The calculation was made of the morphometric characteristics of the closure channel and extreme discharge of the dam break wave by various methods for specific objects, the comparison with expert estimates of these parameters. It is noted that the method, described in two regulations, has no physical justification, because according to it the size of closure channel and the parameters of breakthrough wave do not depend on the initial volume of water in the reservoir. The calculation method in the third regulation, does not take into account such factor as the time of erosion and the results are different at times with different specified step of erosion depth. This regulation is characterized by the use of empirical relations, which have a rather narrow range of use, and a lack of account of the relationship between the formation of the closure channel and the value of water discharge. Due to the lack of validity of the recommended calculation methods and large variation with expert estimates prescribed in the regulations, there is a need to create new alternative methods of calculation. This article discusses 2 such methods developed in various organizations. The first of them indirectly takes into account the material of the dam through calculated non-eroding velocity. The second one is based on the physical process of erosion, that is distinguishe it from others. As a test of the calculated values, there were used data on several recent catastrophic breakthroughs of groundwater dams. The comparison results allow us to conclude that alternative methods give greater accuracy. Based on the previous, can be done a preliminary conclusion about the need to revise existing regulations. References Bobkov S.F., Boyarskii V.M., Veksler A.B., Shvainshtein A.M. Osnovnye faktory ucheta propusknoi sposobnosti gidrouzlov pri deklarirovanii ikh bezopasnosti [The main factors for taking into account the capacity of waterworks when declaring their safety] Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo], 1999, no. 4, pp. 2-9. (In Russian). Chugaev R.R. Gidravlika: uchebnik dlya vuzov [Hydraulics: a textbook for high schools]. Leningrad, Publ. Energoizdat, 1982. 672 p. (In Russian). Frolov D.I., Volosukhin V.A. Sovershenstvovanie rossiiskogo zakonodatel'stva po bezopasnosti gidrotekhnicheskikh sooruzhenii [Improvement of the Russian legislation on safety of hydraulic engineering constructions]. Byulleten' «Ispol'zovanie i okhrana prirodnykh resursov v Rossii» [Scientific, informative and analitical bulletin «Use and protection of natural resources of Russia»], 2012, no. 6, pp. 17-21. (In Russian). Kadatskaya M.M., Vinogradov A.Yu., Katsadze V.A., Belenkiy Yu.I., Bacherikov I.V., Hvalev S.V., Kalyashov V.A. Analiz metodov rascheta nerazmyvayushchei skorosti pri proektirovanii vodopropusknykh i vodootvodnykh sooruzhenii lesnogo khozyaistva [Analysis of methods for calculating non-eroding speed in the design of culverts and drainage forestry facilities]. Izvestiya Sankt-Peterburgskoi lesotekhnicheskoi akademii [Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii], 2019, is. 227, pp. 174-187 (In Russian; summary in English). DOI: 10.21266/2079-4304.2019.227.174-187 Katastrofy kontsa XX veka [Disasters of the End of the 20th Century] Ed. V.V. Vladimirov. Moscow, Publ. Geopolitika, 2001. 400 p. (In Russian). Malik L.K. Chrezvychainye situatsii, svyazannye s gidrotekhnicheskim stroitel'stvom retrospektivnyi obzor [Emergencies related to hydraulic engineering construction retrospective review]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo], 2009, no. 12, pp. 2-16. (In Russian). Ponomarchuk K.R. Otsenka parametrov razvitiya prorana pri razrushenii gruntovoi plotiny [Assessment of parameters of closure channel development at destruction of earth dams]. Prirodoobustroistvo [Environmental Engineering], 2011, no. 3, pp. 77-82. (In Russian; abstract in English).