Моделирование процессов переполнения водохранилища, размыва грунтовой плотины и развития чрезвычайной ситуации в нижнем бьефе гидроузла

Ольга Владимировна Немеровец

doi:10.33408/2519-237X.2025.9-3.375

Авторы

Ольга Владимировна Немеровец Белорусский национальный технический университет; 220013, Беларусь, Минск, пр-т Независимости, 65 https://orcid.org/0000-0002-5240-3536

DOI:

https://doi.org/10.33408/2519-237X.2025.9-3.375

Ключевые слова:

расход, паводок, водохранилище, напор, уравнение баланса воды, гидрограф паводка, прогноз, авария, гидротехническое сооружение, грунтовая плотина

Аннотация

Цель. Разработка и реализация комплексного подхода для моделирования процессов переполнения водохранилища, размыва грунтовой плотины и развития чрезвычайной ситуации в нижнем бьефе гидроузла.

Методы. Моделирование процессов с учетом методов расчета, включающих уравнение баланса воды для оценки переполнения водохранилища, двухстадийный процесс размыва грунтовой плотины с учетом изменения формы ее профиля, а также уравнения Сен-Венана для моделирования движения воды в нижнем бьефе.

Результаты. Разработан комплексный подход моделирования развития чрезвычайной ситуации на гидротехническом объекте вследствие переполнения водохранилища, перелива воды через гребень и размыва грунтового сооружения. На основании полученного гидрографа размываемых расходов в створе грунтовой плотины определены параметры волны прорыва, зоны и уровни затопления в нижнем бьефе гидроузла. Выполнена апробация разработанного комплексного подхода при разработке проектной документации на реконструкцию гидроузла в городе Ошмяны, с моделированием процессов переполнения водохранилища и определением границ затопления территорий нижнего бьефа в зависимости от различной пропускной способности водосбросного сооружения.

Область применения исследований. Область применения результатов исследования охватывает несколько ключевых направлений, связанных с обеспечением безопасности гидротехнических сооружений и прогнозированием возможных аварийных ситуаций. В частности, проектирование и эксплуатация гидротехнических объектов, оценка устойчивости старых гидросооружений, предупреждение и предотвращение чрезвычайных ситуаций. Применение результатов моделирования для оценки потенциального ущерба экосистемам и населенным пунктам, расположенным в зонах риска. Результаты могут быть использованы для разработки нормативных правовых актов, стандартов и рекомендаций по безопасности гидротехнических объектов и зонированию территорий, подверженных угрозе затоплений.

Биография автора

Ольга Владимировна Немеровец, Белорусский национальный технический университет; 220013, Беларусь, Минск, пр-т Независимости, 65

кафедра «Гидротехническое и энергетическое строительство, водный транспорт и гидравлика», старший преподаватель

Библиографические ссылки

Brown E.T. Reducing risks in the investigation, design and construction of large concrete dams. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2017. Vol. 9, No. 2. Pp. 197–209. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2016.11.002.

Malik L.K. Faktory riska povrezhdeniya gidrotekhnicheskikh sooruzheniy [Risk factors for damage to hydraulic structures]. Moscow: Nauka, 2005. 354 p. (rus). EDN: https://elibrary.ru/QMISRX.

Govorushko S.M. Vliyanie prirodnykh protsessov na gidrotekhnicheskie sooruzheniya (soobshchenie 2) [Impact of natural processes on hydro-technical utilities (paper 2)]. Astrakhan Bulletin of Ecological Education, 2019. No. 2 (50). Pp. 75–87. (rus). EDN: https://elibrary.ru/OUPGHM.

Dhar O.N., Rakhecha P.R., Mandal B.N., Sangam R.B. The rainstorm which caused the Morvi dam disaster in August 1979. Hydrological Sciences Bulletin, 1981. Vol. 26, No. 1. Pp. 71–81. (fra). DOI: https://doi.org/10.1080/02626668109490862.

Vikulin A.V., Vol'fson I.F., Vikulina M.A., Dolgaya A.A. Tsivilizatsiya glazami katastrof: prirodnykh i sotsial'nykh [Civilization by the eyes of disasters: natural and social]: monograph. Petropavlovsk-Kamchatsky: Kamchatka State Technical University, 2016. 236 p. (rus)

Biscarini C. Di Francesco S., Ridolfi E., Manciola P. On the simulation of floods in a narrow bending valley: the Malpasset dam break case study. Water, 2016. Vol. 8, No. 11. Article 545. 19 p. DOI: https://doi.org/10.3390/w8110545.

Shcherbakov A.O., Talyzov A.A., Rumyantsev I.S., Pruchkin S.I., Buber A.L. Sovershenstvovanie upravleniya kaskadom volzhskikh vodokhranilishch na osnove gidrodinamicheskikh modeley i GIS-tekhnologiy [Improvement in management of Volga water reservoir cascade on the basis of hydrodynamic models and GIS-technologies]. Melioration and Water Management, 2002. No. 2. Pp. 8–12. (rus). EDN: https://elibrary.ru/YJFXTT.

Bednaruk S.E. O planirovanii meropriyatiy po snizheniyu riska ushcherbov ot navodneniy [On planning measures to reduce risk of flood damage]. Bezopasnost' energeticheskikh sooruzhenii [Safety of energy facilities]: scientific, technical and industrial collection. Moscow: Research Institute of Energy Facilities, 2003. No. 11. Pp. 407–414. (rus)

Bednaruk S.E., Motovilov Yu.G. Opyt upravleniya kaskadom volzhskokamskikh vodokhranilishch s ispol'zovaniem imitatsionnykh matematicheskikh modeley v period vesennego polovod'ya [Experience in management of the Volga-Kama water reservoir cascade while using imitation mathematical models during spring flood]. Proc. of Intern. conf. «Upravlenie vodno-resursnymi sistemami v ekstremal'nykh usloviyakh», Moscow, June 4–5, 2008. Moscow, 2008. 1 CD-ROM. (rus)

Nemerovets O.V., Ivashechkin V.V. Modelirovanie izmeneniya urovney vody v vodokhranilishche pri propuske raskhodov polovod'ya [Simulation of changes in water levels in a reservoir when the flood flow is over]. Proc. of Intern. scientific-practical conf. «Vodnye puti i ruslovye protsessy. Gidrotekhnicheskie sooruzheniya vodnykh putey», Saint Petersburg, May 29–31, 2023. Saint Petersburg: Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, 2023. Iss. 6, part 2. Pp. 99–106. (rus). EDN: https://elibrary.ru/IQKFFM.

Veremenyuk V.V., Ivashechkin V.V., Nemerovets O.V. Modelirovanie protsessa izmeneniya urovney v kaskade iz dvukh ruslovykh vodokhranilishch pri propuske polovod'ya [Modeling of process for level changes in cascade of two channel water reservoirs in case of flooding]. Science & Technique, 2019. Vol. 18, No. 2. Pp. 146–154. (rus). DOI: https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-2-146-154. EDN: https://elibrary.ru/ZYFGLZ.

Ivashechkin V.V., Nemerovets O.V., Veremenyuk V.V. Prognoz urovney v kaskade iz dvukh vodokhranilishch pri propuske raskhodov polovod'ya [Forecast of levels in a cascade of two reservoirs when passing flood discharges]. Proc. of Intern. scientific-practical conf. «Vodnye puti i ruslovye protsessy. Gidrotekhnicheskie sooruzheniya vodnykh putey», Saint Petersburg, May 29 – June 1, 2019. Saint Petersburg: Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, 2019. Iss. 4. Pp. 227–237. (rus). EDN: https://elibrary.ru/YFOBXW.

Karpenchuk I.V., Striganova M.Yu. Opredelenie parametrov volny proryva i otsenka vozmozhnykh posledstviy zatopleniya [Determination of breakthrough wave parameters and assessment of possible consequences of flooding]. Vestnik Komandno-inzhenernogo instituta MChS Respubliki Belarus’, 2008. No. 2 (8). Pp. 41–45. (rus). EDN: https://elibrary.ru/SMTLOZ.

Vremennaya metodika otsenki ushcherba, vozmozhnogo vsledstvie avarii gidrotekhnicheskogo sooruzheniya: RD 153-34.2-002-01 [Temporary methodology for assessing the damage possible as a result of a breakdown of a hydraulic structure: Guidance Document 153-34.2-002-01]. Affirmed April 26, 2001. Moscow: Ministry of Energy of the Russian Federation, 2001. 59 p. (rus)

Metodika opredeleniya razmera vreda, kotoryy mozhet byt' prichinen zhizni, zdorov'yu fizicheskikh lits, imushchestvu fizicheskikh i yuridicheskikh lits v rezul'tate avarii sudokhodnykh gidrotekhnicheskikh sooruzheniy [Methodology for determining the amount of damage that may be caused to the life, health of individuals, property of individuals and legal entities as a result of an accident at shipping hydraulic structures]: approved by order of the EMERCOM of Russia and the Ministry of Transport of the Russian Federation dated October 2, 2007 No. 528/143. Konsul'tantPlyus. Russia: reference legal system (accessed: May 24, 2025). (rus)

Bogoslavchik P.M. Raschetnaya model' razmyva gruntovykh plotin pri perelive [Calculation model of soil dam wash-away due to overflow]. Science & Technique, 2018. Vol. 17, No. 4. Pp. 292–296. (rus). DOI: https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-4-292-296. EDN: https://elibrary.ru/YOLTEL.

Ivashechkin V.V., Bohaslauchyk P.M., Veremenyuk V.V., Nemeravets O.V. Teoreticheskie osnovy rascheta razmyva gruntovykh plotin pri perelive vody cherez greben' [Theoretical foundations for calculating the erosion of soil dams during overflow of water over the ridge]. Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 2022. Vol. 65, No. 3. Pp. 276–284. (rus). DOI: https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-3-276-284. EDN: https://elibrary.ru/SUFULH.

Goncharov V.L. Dinamika ruslovykh potokov [Channel flow dynamics]. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1962. 373 p. (rus)

Ponomarchuk K. R. Otsenka parametrov razvitiya prorana pri razrushenii gruntovoy plotiny [Assessment of parameters of closure channel development at destruction of earth dams]. Prirodoobustroystvo, 2011. No. 3. Pp. 77–82. (rus). EDN: https://elibrary.ru/OFXGYH.

Grushevskiy M.S. Volny popuskov i pavodkov v rekakh [Waves of releases and floods in rivers]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1989. 336 p. (rus)

Klohn-Crippen. Red River one-dimensional unsteady flow model: final report submitted to International Joint Commission. Richmond (British Columbia), May 1999. 88 p.

Ahmad S., Simonovic S.P. Comparison of one-dimensional and two-dimensional hydrodynamic modeling approaches for Red River basin: final report to International Joint Commission. Winnipeg (Canada), December 1999. 52 p.

Al’tshul’ A.D. Gidravlicheskie soprotivleniya [Hydraulic resistance]. Moscow: Nedra, 1970. 216 p. (rus)

Veremenyuk V.V., Ivashechkin V.V., Nemeravets O.V. Modelirovanie neustanovivshegosya dvizheniya v nizhnem b'efe gidrouzla pri razrushenii gruntovoy plotiny [Simulation of unsteady movement in the downstream of a hydroelectric complex during the destruction of a soil dam]. Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 2021. Vol. 64, No. 6. Pp. 554–567. (rus). DOI: https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-6-554-567. EDN: https://elibrary.ru/EIWVGT.

Veremenyuk V.V., Ivashechkin V.V., Semenova Ya.A, Nemeravets O.V. Priblizhennaya metodika rascheta zatopleniya poymy reki pri ekstremal'nykh popuskakh iz vodokhranilishcha v period polovod'ya [Approximate method of calculation of inundation of river valley at extreme releases from water reservoir in the period of the high water]. Journal of Civil Protection, 2018. Vol. 2, No. 1. Pp. 67–75. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2018.2-1.67. EDN: https://elibrary.ru/YSGWVK.