Physical modelling of the destruction of reservoir ground dam in consequence of the overflow of water body
https://doi.org/10.31857/S0869-6071151251-63
Abstract
The destruction of ground dams, of natural and artificial origin, is caused by certain critical conditions. The main reasons for this are the overflow of water over the crest of a dam, the filtration of water through its body, or mechanical destruction. The processes of destruction of ground dams of moraine lakes are very frequent phenomena for mountain regions and can often occur there. In addition, the outburst of ground dams can take place under the thickness of the cover and mountain glaciers that leads to the formation of the subglacial hydrographic drainage system. Because of the dam destruction, outburst floods, which are accompanied by significant destruction and even human losses, are formed. Considering that, it is extremely difficult and unsafe to investigate the outburst process directly at the time of its natural occurrence, the researchers turn to alternative methods, like physical modeling. In this paper, the results of physical modeling of the outburst of the moraine model reservoir are presented. The experiment was carried out near the coastline of the outburst glacier lake Bashkara (Central Caucasus, Elbrus Region, Russia). Therefore, the artificial dam, consisting of material of moraines surrounding the lake, was created. This leads to a possibility to recreate the experimental conditions closest to natural. During the research photography and video filming of the outburst of the model reservoir were carried out. The results of physical modeling are in complete agreement with previously published data of outburst of ground dams and do not contradict with the physical essence of the process.
About the Authors
G. V. Pryakhina
Saint-Petersburg State University
Russian Federation
Russian Federation
A. S. Boronina
Saint-Petersburg State University
Russian Federation
Russian Federation
S. V. Popov
Polar Marine Geosurvey Expedition;Saint-Petersburg State University
Russian Federation
Russian Federation
V. A. Rasputina
Saint-Petersburg State University
Russian Federation
Russian Federation
A. E. Voinarovskii
«Photogrammetry» Ltd.;Saint-Petersburg State University
Russian Federation
Russian Federation
References
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.
Review
For citations:
Pryakhina G.V., Boronina A.S., Popov S.V., Rasputina V.A., Voinarovskii A.E. Physical modelling of the destruction of reservoir ground dam in consequence of the overflow of water body. Proceedings of the Russian Geographical Society. 2019;151(2):51-63. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0869-6071151251-63
Views:
242
Email this article 