بررسی آزمایشگاهی و کاربرد محاسبات نرم در ارزیابی شکافت و آب‌نمود خروجی در شکست سد خاکی

تعیین فراسنج‌های شکافت و آب‌نمود حاصله به دلیل خسارت‌های جبران‌ناپذیر و آلودگی‌های محیط‌زیستی ناشی از شکست سد خاکی در اثر روگذری جریان و رگاب از اهمیت فراوانی برخوردار است. در این تحقیق با مطالعه بر روی ساختار فرسایش، فرآیندهای تاثیرگذار بر شکست سد خاکی بررسی شده و روابط تجربی برای تعیین میزان دبی اوج، ویژگی‌های شکافت و زمان در حالت روگذری جریان و رگاب ارائه می‌گردد. به‌منظور بررسی فرآیندهای گسترش شکافت از مدل‌های فیزیکی با ارتفاع و مشخصه‌های فنی مختلف تحت روگذری جریان در داخل مجرای آزمایشگاهی استفاده شده است. در بخش دیگر مطالعه حاضر، رابطه‌های تجربی جدیدی برای پیش‌بینی حجم فرسایش‌یافته (ver) براساس ویژگی‌های شکافت و مشارکت منابع مختلف شامل داده‌های تاریخی، آزمایشگاهی و سدهای واقعی توسعه یافته است. در به‌دست‌آوردن داده‌های مربوط به شکافت فرضی سدهای مذکور از مدل ریاضی breach استفاده شده است. نتیجه‌های این تحقیق نشان می‌دهد زمان خرابی (tf) در سدهای خاکی وابستگی زیادی به ویژگی‌های هیدرولیکی و شکافت داشته و براین‌اساس، در روابط توسعه‌یافته جدید، tf به‌عنوان تابعی از ویژگی‌های مذکور در نظر گرفته می‌شود. بر اساس شاخص‌های کارآیی، مقدارهای ضریب تبیین (r^2) برای رابطه‌های پیشنهادی برای تعیین qp در حالت‌های روگذری جریان و رگاب به‌ترتیب برابر با 0.94 و 0.91 می‌باشند. ضریب یادشده جهت تعیین رابطه ver برابر با 0.98 و در تعیین رابطه‌های tf به‌ترتیب معادل با 0.85 و 0.87 محاسبه شده است. از آنجایی‌که آب‌نمود ناشی از شکست سد به هندسه و زمان تشکیل شکافت بستگی دارد، به کمک داده‌های آزمایشگاهی و تلفیقی از تحلیل‌های رگرسیونی و الگوریتم‌های تکاملی، آب‌نمود سدهای واقعی به عنوان مطالعه موردی شبیه‌سازی شده‌اند.

Experimental Investigation and Application of Soft Computing in the Assessment of Breach and Outflow Hydrograph in the Embankment Dam Break

Determination of the breach parameters and resulting hydrograph of the embankment dam failure due to overtopping and piping erosion has great importance because of the significant injuries and environmental impacts. In this research, by investigations on the erosion mechanisms, the affecting processes on the embankment dam failure are examined, and empirical relationships are presented to determine the peak outflow discharge (Qp), time, and breach characteristics in the overtopping and piping failure cases. Physical models with different heights and technical specifications were constructed and failed in the experimental flume to study the breach expansion rates. In the other part of the research, new empirical relations have been developed to predict the eroded volume (Ver) based on the breach characteristics and the contribution of various resources including historical, experimental, and hypothetical failures of the real embankments. The BREACH mathematical model has been used to obtain the failure parameters related to the hypothetical breach of the recent dams. According to observations, the failure time (tf) is highly dependent on hydraulic and breach characteristics. Therefore, the tf is considered as a function of these characteristics in the proposed formulas. Based on the performance indices, the values of the determination coefficient (R^2) for the newly proposed Qp relations are equal to 0.94 and 0.91, respectively, in the overtopping and piping failures. This coefficient for the development of the Ver relationship is equal to 0.98, and for the development of tf equations are equal to 0.85 and 0.87, respectively. Since the outflow hydrograph of a breached embankment dam is largely depended on the geometry and evolution time of the breach, the failure hydrographs of real embankments are simulated using a combination of regression analysis and evolutionary algorithms as a case study.