Физическое моделирование разрушения грунтовой дамбы водохранилища в процессе переполнения водоема

Разрушение грунтовых плотин как естественного, так и искусственного происхождения обусловлено определенными критическими условиями. Основными причинами при этом являются перелив потока через гребень плотины, фильтрация воды сквозь ее тело или механическое разрушение. Для горных районов весьма характерны процессы разрушения грунтовых перемычек моренных озер. Кроме того, прорывы грунтовых плотин могут происходить под толщей покровных и горных ледников, что приводит к формированию подледниковой гидрографической сети. В результате разрушения дамб образуются прорывные паводки, сопровождающиеся значительными разрушениями, а порой и человеческими жертвами. В связи с тем, что изучать процесс прорыва непосредственно в момент его естественного прохождения крайне сложно и небезопасно, исследователи обращаются к альтернативным методам, а именно к физическому моделированию. В работе приводятся результаты эксперимента прорыва моренного модельного водоема. Работа выполнялась в прибрежной зоне прорвавшегося озера Башкара (Приэльбрусье). Для этого была создана искусственная дамба, состоявшая из материала морен, окружающих озеро. Это, в известной степени, воссоздает условия эксперимента, близкие к натурным. В процессе выполнения работы проводилась фото- и видеофиксация прорыва модельного водоема. Результаты физического моделирования вполне согласуются с ранее опубликованными данными прорывов грунтовых плотин и не противоречат физической сущности процесса.

разрушения плотин, прорывы озер, физическое моделирование, опасные гидрологические явления

1. Бакланова Д. В. Факторы, влияющие на возникновение аварийных ситуаций на крупных каналах // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2011. № 3 (03). С. 1-9.

2. Боронина А. С., Попов С. В., Пряхина Г. В. Моделирование подледниковых паводков на примере катастрофического прорыва водоема в леднике Долк (полуостров Брокнес, Восточная Антарктида) // Сборник докладов международной научной конференции «Третьи Виноградовские чтения. Грани гидрологии», Санкт-Петербург, 28-30 марта 2018 г. С. 854-859.

3. Виноградов Ю. Б. Метод расчета гидрографа паводка при прорыве подпруженного ледником озера // Селевые потоки. Cб. 1. 1976. С. 138-153.

4. Гнездилов Ю. А., Иващенко Е. Н., Красных Н. Ю. Оценка гипотетического прорыва озера Башкара // Сборник научных трудов Северо-Кавказского института по проектированию водохозяйственного и мелиоративного строительства (ОАО «Севкавгипроводхоз»). 2007. Вып. 17. С. 122-145.

5. Дубинский Г. П., Снегур И. П. Физико-географические особенности верховьев р. Баксан и метеорологические наблюдения на леднике Башкара // Материалы Кавказ. экспедиции (по программе МГГ). Т. III. Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1961. С. 215-285.

6. Зотиков И. А. Тепловой режим ледника Центральной Антарктиды // Бюлл. САЭ, 1961. Вып. 28. С. 16-21.

7. Зотиков И. А. О температурах в толще ледников Антарктиды // Антарктика. 1963. С. 61-105.

8. Зотиков И. А., Капица А. П., Сорохтин О. Г. Тепловой режим ледникового покрова Центральной Антарктиды // Бюлл. САЭ. 1965. Вып. 51. С. 27-32.

9. Зубов Н. Н. О предельной толщине морских и материковых льдов // Метеорология и гидрология. 1959. № 2. С. 22-27.

10. Исанина Э. В., Крупнова Н. А., Попов С. В., Масолов В. Н., Лукин В. В. О глубинном строении котловины Восток (Восточная Антарктида) по материалам сейсмологических наблюдений // Геотектоника. 2009. № 3. С. 45-50.

11. Караушев А. В. Теория и методы расчета речных наносов. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 271 с.

12. Кидяева В. М., Петраков Д. А., Крыленко И. Н., Алейников А. А., Штоффел М., Граф К. Опыт моделирования прорыва Башкаринских озер // Геориск. 2018. Т. XII. № 2. С. 38-46.

13. Ковалев П. В. О селях на северном склоне Центрального Кавказа // Материалы Кавказ. экспедиции (по программе МГГ). Том III. Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1961. С. 149-161.

14. Лейченков Г. Л., Беляцкий Б. В., Попков А. М., Попов С. В. Геологическая природа подледникового озера Восток в Восточной Антарктиде // Материалы гляциол. исслед. 2005. Вып. 98. С. 81-91.

15. Лукин В. В., Масолов В. Н., Миронов А. В., Попков А. М., Попов С. В., Шереметьев А. Н., Веркулич С. Р., Кузьмина И. Н. Результаты геофизических исследований подледникового озера Восток (Антарктида) в 1995-1999 гг. // Проблемы Арктики и Антарктики. 2000. № 72. С. 237-248.

16. Мандрикова Д. В., Липенков В. Я., Попов С. В. Строение ледникового покрова в районе озера Восток (Восточная Антарктида) по данным радиолокационного профилирования // Материалы гляциол. исслед. 2005. Вып. 98. С. 65-72.

17. Масолов В. Н., Попов С. В., Лукин В. В., Попков А. М. Характер рельефа дна и водного тела подледникового озера Восток, Восточная Антарктида // Доклады РАН. 2010. Т. 433. № 5. С. 693-698.

18. Михалев М. А. Физическое моделирование гидравлических явлений. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2010. 443 с.

19. Парамзин А. С., Ежиков И. С., Рачкова А. Н., Большиянов Д. Ю. Уникальное ледниковое событие на Архипелаге Северная Земля // Российские полярные исследования. 2017. № 4 (30). С. 47-49.

20. Пономарчук К. Р. Разработка методики оценки параметров процесса формирования проранов при прорывах грунтовых плотин. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: Мос. гос. ун-т природообустройства, 2001. 120 с.

21. Попов С. В., Черноглазов Ю. Б. Подледниковое озеро Восток, Восточная Антарктида: береговая линия и окружающие водоемы // Лед и снег. 2011. № 1 (113). С. 13-24.

22. Попов С. В., Попков А. М. Сейсморадиолокационные исследования района подледникового озера Пионерское, Восточная Антарктида // Криосфера Земли. 2015. Т. XIX. № 2. С. 107-113.

23. Попов С. В., Боронина А. С., Пряхина Г. В., Григорьева С. Д., Суханова А. А., Тюрин С. В. Прорывы ледниковых и подледниковых озер в районе холмов Ларсеманн (Восточная Антарктида), в 2017-2018 гг. // Геориск. 2018. Т. XII. № 3. С. 56-67.

24. Сейнова И. Б. Селевые процессы бассейна р. Баксан в последнем тысячелетии (Центральный Кавказ). М.: ВИНИТИ, 1997. 295 с.

25. Черноморец С. С., Петраков Д. А., Алейников А. А., Беккиев М. Ю., Висхаджиева К. С., Докукин М. Д., Калов Р. Х., Кидяева В. М., Крыленко В. В., Крыленко И. В., Крыленко И. Н., Рец Е. П., Савернюк Е. А., Смирнов А. М. Прорыв озера Башкара (Центральный Кавказ, Россия) 1 сентября 2017 года // Криосфера Земли. 2018. Т. 22. № 2. C. 70-80.

26. Björnsson H. Subglacial lakes and jökulhlaups in Iceland // Glob. Planet. Change. 2003. Vol. 35. N 3-4. P. 255-271.

27. Fowler A. C. Dynamics of subglacial floods // Proc. Royal Society. A. Mathematical Physics. Engineering Sciences. 2009. Vol. 465. N 2106. P. 1809-1828.

28. Fricker H. A., Scambos T., Bindschadler R., Padman L. An active subglacial water system in West Antarctica mapped from space // Science. 2007. Vol. 315. P. 1544-1548.

29. Gjetvaj G. Mogućnosti povećanja stabilnosti hidrotehničkih nasipa // 5 Hrvatska konferencijo vodama. Opatija, 2011. P. 761-769.

30. Hanson G. J., Cook K. R., Hunt S. L. Physical modeling of overtopping erosion and breach formation of cohesive embankments // Transactions of the ASABE. 2005. Vol. 48 (5). P. 1783-1794.

31. Mohamed M. M. A., El-Ghorab E. A. S. Investigating scale effects on breach evolution of overtopped sand embankments // Water Science. 2016. Vol. 30. P. 84-95.

32. Morris M., Hassan M. IMPACT: Investigation of extreme flood processes and uncertainty - a European research project // Proc. of the 40th Defra Flood and Coastal Management Conference, 2005. P. 1-17.

33. Popov S. V., Masolov V. N. Forty-seven new subglacial lakes in the 0-110°E sector of East Antarctica // J. Glaciol. 2007. Vol. 53. N 181. P. 289-297.

34. Popov S. V., Pryakhin S. S., Bliakharskii D. P., Pryakhina G. V., Tyurin S. V. Vast ice depression in Dålk Glacier, East Antarctica // Ice and Snow. 2017. Vol. 57. N 3. P. 427-432.

35. Robin G. Ice movement and temperature distribution in glaciers and ice sheets // J. of Glaciol. 1955. Vol. 2. N 18. P. 523-532.

36. Siegert M. J., Le Brocq A., Payne A. J. Hydrological connections between Antarctic subglacial lakes, the flow of water beneath the East Antarctic Ice Sheet and implications for sedimentary processes // Glacial sedimentary processes and products (eds I. Montanez, M. J. Hambrey, P. Christoffersen, N. F. Glasser and B. Hubbard). 2009. P. 3-10.

37. Studinger M., Bell R., Karner G. D., Tikku A. A., Holt J. W., Morse D. L., Richter T. G., Kempf S. D., Peters M. E., Blankenship D. D., Sweeney R. E., Rystrom V. L. Ice cover, landscape setting and geological framework of Lake Vostok, East Antarctica // EPSL. 2003. Vol. 205. P. 195-210.

38. Tabacco I. E., Bianchi C., Zirizzotti A., Zuccheretti E., Forieri A., Della Vedova A. Airborne radar survey above Vostok region, east-central Antarctica: ice thickness and Lake Vostok geometry // J. Glaciol. 2002. Vol. 48 (160). P. 62-69.

39. Tingsanchali T., Hoai H. C. Numerical modelling of dam surface erosion due to flow overtopping // Advances in Hydroscience and Engineering. 1993. Vol. 1. P. 883-890.

40. Tingsanchali T., Chinnarasri C. Numerical modelling of dam failure due to flow overtopping // Hydrological Sciences Journal. 2001. Vol. 46. N 1. P. 113-130.

41. Tinney E. R., Hsu H. Y. Mechanics of washout of an erodible fuse plug // Journal of the Hydraulics Division. 1961. Vol. 87. N 3. P. 1-29.

42. Vaskinn K. A., Løvoll A., Höeg K., Morris M., Hanson G., Hassan M. A. A. M. Physical modeling of breach formation: large scale field tests. Association of State Dam Safety Officials: Dam Safety Conference. Phoenix, Arizona, US, 2004.

43. Visser P. J., Vrijling J. K., Verhagen H. J. A field experiment on breach growth in sand-dikes // Proc. of the 22nd Int. Conf. Coastal Eng. Delft, The Netherlands. 1991. P. 2087-2100.

44. Wingham D. J., Siegert M. J., Shepherd A., Muir A. S. Rapid discharge connects Antarctic subglacial lakes // Nature. 2006. Vol. 440. N 7087. P. 1033-1036.

45. Wright A., Siegert M. J. The identification and physiographical setting of Antarctic subglacial lakes: an update based on recent geophysical data for Subglacial Antarctic // AGU Geophysical Monograph 192. Washington DC. 2011. P. 9-26.