تکامل هندسی شکافت و مقایسه فرآیند تعریض حاصل از شکست در سدهای خاکی و سدهای طبیعی زمین‌لغزشی

تشکیل و توسعه شکافت یک سد خاکی می‌تواند به‌طور چشمگیری بر سرعت رهاسازی برنامه‌ریزی‌نشده آب از مخزن تاثیر گذاشته و منطقه پایین‌دست را به چشم‌انداز یک منطقه سیلابی تغییر دهد. از سوی دیگر، شکست یک سد لغزشی طبیعی نیز یکی از جدی‌ترین مخاطرات طبیعی در سرتاسر جهان محسوب می‌شود که به‌دلیل تاثیرات تغییر اقلیم، زلزله‌های مکرر و رشد جمعیت افزایش چشمگیری داشته است. پارامترهای شکست سد مانند عرض و ارتفاع شکافت متغیرهای کلیدی برای تخمین دبی اوج حاصله طی شکست سد (q_p) به‌شمار می‌روند. لذا، تعیین خصوصیات مقطع شکافت در برآورد هیدروگراف سیلابی و q_p حاصله در حین رخداد خرابی تاثیر بسزایی دارد، در این تحقیق ویژگی‌های شکافت و به‌ویژه میانگین عرض شکافت (b_ave) در سدهای خاکی و لغزشی طبیعی به‌طور جداگانه مطالعه و نتایج آن با هم مقایسه شده‌اند. بدین‌منظور و با کمک هوش‌مصنوعی، رابطه‌های جدیدی براساس عرض بالایی شکافت (b_t) و پایینی آن (b_b) و نیز ارتفاع سد (h_d) برای نخستین بار معرفی می‌گردند. از داده‌های آزمایشگاهی حاصل از شکافت لحظه‌ای مدل‌های فیزیکی با مصالح دانه‌ای نیز به‌منظور بررسی دقیق‌تر توسعه شکافت استفاده شده و تغییرات سری‌های زمانی مربوط به نسبت‌های بی‌بعد b_ave/b_t و b_ave/b_b جهت ارزیابی بهتر روند فرسایش ارائه گردیده‌اند. در این مطالعه، همچنین نسبت‌های بی‌بعد به‌دست آمده از روگذری تپه‌های خاکی آزمایشگاهی با داده‌های تاریخی مربوط به خرابی پروتوتیپ‌های موجود از سدهای خاکی و طبیعی لغزشی مورد مقایسه قرار گرفته اند. با درنظر گرفتن تراکم نامناسب، فقدان ساختار منسجم و گستردگی دامنه فرسایش در سدهای لغزشی، محدوده تغییرات جدید و دقیقی در مورد نسبت‌های بی‌بعد به‌کمک رگرسیون چندگانه برای b_ave در سدهای مذکور ارائه شده است. استفاده از معیارهای ارزیابی عملکرد برای رابطه‌های ارایه شده دقت بالای آن‌ها را توصیف می‌کند.

geometric evolution of the breach and comparison of the widening process resulting from failure in embankments and natural landslide dams

the formation and development of a breach in an embankment can dramatically affect the rate of an unplanned release of water from the reservoir and change the downstream area to a floodplain landscape. furthermore, the failure of a landslide dam is considered one of the most serious natural hazards around the world, which has increased significantly due to the effects of climate change, frequent earthquakes, and population growth. dam failure parameters, such as the width and height of the breach, are considered key variables for estimating the peak outflow discharge (q_p). determining the breach characteristics during the failure event has an important role in the estimation of flood hydrograph and the q_p. therefore, the failure characteristics, including average breach width (b_ave) in embankments and landslides are studied separately and outcomes are compared together. additionally, new and unique relationships are developed based on the top width (b_t), the bottom width (b_b) of the breach, as well as the dam height (h_d), using artificial intelligence. to investigate the breach development process, laboratory data with granular materials obtained from the instantaneous failure of physical models have also been employed, and the time series variations of the dimensionless ratios of b_ave/b_t and b_ave/b_b are presented for a better evaluation of the erosion process. in this study, the dimensionless ratios obtained from the overtopping of the experimental models have also been compared with the historical records of the failure of existing prototypes derived from the breached embankments and landslides. considering irregular compaction, lack of coherent structure, and the wide range of erosion in landslides, a new and accurate range of variation has been introduced using multiple regression for b_ave determination in both kinds of the dams in framework of the dimensionless ratios. the application of performance indices describes the high accuracy in the proposed relationships.