Tribalj Dam Break and Flood Wave Propagation

Ova studija napravljena je prema projektnom zadatku pod nazivom "Određivanje posljedica uslijed iznenadnog rušenja ili djelomičnog oštećenja zemljane brane akumulacije Tribalj matematičkim modeliranjem". Cilj studije je bio napraviti numeričke simulacije propagacije poplavnog vala nastalog kao posljedica djelomičnog oštećenja ili potpunog rušenja brane Tribalj te definirati područje pod utjecajem takvog poplavnog vala. Pri provedbi navedenih simulacija korišteni su najmoderniji 1D i 2D matematički, odnosno numerički modeli ugradeni u softverski paket Stripp12 kojeg su razvili autori ove studije. Ovi numerički modeli propagacije vodnog vala uslijed pucanja brane pokazuju se kao robusni i ekonomični, tako da postaju dominantni način modeliranja ovih pojava.


U obradi rezultata korištena je GIS tehnologija. Akumulacija Tribalj nalazi se u dolini rijeke Dubračine uz mjesto Tribalj, oko 7,5 km uzvodno od grada Crikvenice. Voda iz akumulacije Tribalj koristi se kao tehnološka voda za Petrokemiju Omišalj. Brana akumulacije Tribalj je nasuta, visine 8,9 m, duljine krune 875 m, sa kotom krune 61,2 m n. m. Zapremina akumulacije do maksimalne kote uspora iznosi 1.5 milijuna m3. Na slici fig02 dana je pregledna situacija hidroenergetskog sustava Vinodol, a na slici fig03 uzdužni presjek postrojenja HE Vinodol. Iz digitaliziranih podataka napravljeni su poprečni profili poplavnog područja za potrebe jednodimenzionalnog matematičkog modela. Za dvodimenzionalni matematički model formirana je dvodimenzionalna nestrukturirana mreža upotrebom komercijalnog softvera. Na slici fig04 nalazi se detalj numeričke mreže kod mjesta Tribalj, a na slici fig05 detalj numeričke mreže u gradu Crikvenici. Svakom čvoru mreže u proračunskoj domeni pridružen je Manningov koeficijent hrapavosti kao i pripadna nadmorska visina. Na slici fig07 nalazi se detalj numeričke mreže kod mjesta Tribalj sa pripadajućim nadmorskim visinama izraženim u nijansama boja od plave do crvene, dok se na slici fig08 nalazi detalj numeričke mreze grada Crikvenice.


Pri zadavanju područja koje treba modelirati u programu Stripp12 potrebno je unijeti triangulaciju područja, visinu terena na svakom čvoru triangulacije i Manningov koeficijent hrapavosti na svakom čvoru triangulacije. U programu Stripp12 visine terena mogu se mijenjati u vremenu u toku simulacije što je korišteno u ovom projektu kod simulacija postupnog urušavanja brane, to se može vidjeti na slici fig10 (gore: propust na brani u trenutku t = 2,5 min; dolje: propust u trenutku t = 20 min). Na slici fig11 prikazan je hidrogram rušenja brane dobiven na temelju BREACH modela, dok slika fig12 prikazuje trenutno rušenje segmenta brane.


Simulacija scenarija fizikalnog modela jednodimenzionalnim numeričkim modelom provedena je radi dobivanja globalnih podataka o propagaciji poplavnog vala. Početni uvijet razine vodnog lica zadan je na način prikazan na slici fig13. Manningov koeficijent trenja je postavljen duž cijele domene na vrijednost 0,02. Propagacija poplavnog vala nakon rušenja brane u 1D modelu prikazana je na slikama fig14 i fig15. Dvodimenzionalni digitalni model proračunskog podrucja izgraden je na prije opisan način. Početne razine vodnog lica u domeni dobivene su iz zasebnih simulacija kojima su proračunate razine vode za stacionarno strujanje u Dubračini te postavljanjem zadane razine vode na podrucje akumulacije Tribalj i Jadranskog mora. Stacionarni utok u akumulaciju modeliran je rubnim uvjetom zadanog protoka na granici domene na mjestu utjecanja. Izlazna granica na Jadranskom moru modelirana je rubnim uvjetom zadane razine vode. Na slici fig16 prikazano je vodno lice u jezeru Tribalji Dubraèini u početnom trenutku simulacije. Smještaj deset mjernih mjesta u domeni vidljiv je i na situacijskoj karti na slici fig17. Kao primjer na slici fig18 prikazana je razina vode na mjernom mjestu 6 u fizikalnom i numeričkom modelu. Kao mogući scenariji rušenja brane Tribalj, simulirani su sljedeći događaji: realizacija hidrograma po BREACH modelu, trenutno rušenje segmenta brane: segment od 500 m, segment od 100 m, segment od 50 m, segment od 500 m sa trenutnim rušenjem zida kod stadiona u Crikvenici te postepeno rušenje segmenta brane. Rezultati simuliranih scenarija prezentirani su sljedećim podacima: poplavne linije, razine vodnog lica na mjernim mjestima iz fizikalnog modela, dubine i brzine vode na izabranim mjernim mjestima u Crikvenici. Na temelju dobivenih rezultata provedena je analiza procjenjene materijalne štete na građevinskim objektima po Clausen-Clark modelu. Na slici fig21 prikazana je razina vode na mjernom mjestu 3, a na slici fig22 dubina vode i brzina strujanja na mjernom mjestu C3 za scenarij rušenja brane po BREACH modelu. Na slici fig23 prikazani su hidrogrami na mjernom mjestu 9 za scenarij trenutnog rušenja segmenta brane.



Procjena štete na građevinskim objektima napravljana je po Clausen-Clark modelu, tj. na temelju brzine strujanja i dubine vode na pojedinim mjernim mjestima. Na slici fig24 vidi se dubina vode i brzina strujanja na mjernom mjestu C3 za scenarij trenutnog rušenja segmenta brane od 500m, dok se na slici fig25 nalaze rezultati procjene štete za scenarij trenutnog rušenja segmenta brane od 50m. Vremenski trenutak nastupanja djelomičnog oštećenja na građevinskim objektima označen je prelaskom u žuto područje na hidrogramima brzine strujanja i dubine vode, dok je vremenski trenutak nastupanja potpunog građevinskih objekata označen prelaskom u narančasto područje na hidrogramima brzine strujanja i dubine vode. Na slici fig26 mogu se vidjeti rezultati simulacije trenutnog rušenja segmenta brane od 500 m, bez zida kod stadiona u Crikvenici na mjernom mjestu C3. Za potrebe simulacije kod postepenog rušenja segmenta brane izgrađeno je 8 numeričkih mreža sa propustima u brani širine od 10 m do 200 m, koje se učitavaju u nizu tijekom vremenskog perioda od 20 min. Iz rezultata simulacija za propust koji se otvara u vremenu dobiveni su hidrogrami razine vodnog lica za mjerne točke 2-9 i hidrogrami dubina i brzina vode za mjerne točke C1-C5. Na slici fig27 vidi se razina vode za scenarij sa propustom koji se otvara u vremenu na mjernom mjestu 3, a na slici fig28 dubine vode i brzine strujanja na mjernom mjestu C5. Na slici fig29 nalazi se slika područja sa ucrtanim poplavnim zonama za sve provedene simulacije i rezultat fizikalnog modela za varijantu 2. Na osnovu Clausen-Clark modela dobivene su zone različitih stupnjeva rizika štete na građevinskim objektima, a na slikama: fig30, fig31, fig32 i fig33 prikazane su zone rizika štete za različite simulacije scenarija rušenja brane. Na slici fig34 prikazane su dubine vode zajedno sa vektorima brzina u dijelu grada Crikvenice za scenarij trenutnog rušenja segmenta brane od 500 m u trenutku t = 24 min od trenutka rušenja brane. Dijelovi rezultata simulacije provedene u programu Stripp12 predstavljeni su kao dva kratka AVI filma za simulaciju trenutnog nestanka segmenta brane širine 50 m:



Glavni zakljucak je da su rezultati simulacija rušenja brane Tribalj i propagacije poplavnog vala racunalnim programom Stripp12 pouzdaniji od rezultata dobivenih fizikalnim modelom.


Provedene su simulacije po scenarijima trenutnog rušenja segmenta brane, postepenog rušenja segmenta brane te po svjetski korištenom BREACH modelu rušenja brane. Na temelju dobivenih rezultata provedena je analiza rizika materijalne štete na gradevinskim objektima sa sljedecim zaključcima:


Copyright 2013 - Department of Fluid Mechanics and Computational Engineering