Proposta de uma metodologia para obtenção de parâmetros de brechas em rupturas de barragens em cascata utilizando modelagem física | Proposal of a methodology to obtain breach parameters in cascade dam break using physical modeling

Environmental, economic and social consequences of a dam break are catastrophic. Geometric and breach formation parameters, such as formation time, breach width, breach height and breach lateral slope must be adequately estimated to obtain a rupture hydrograph (duration, shape, volume and peak flow) closest to that one which would occur in case of a real rupture. Therefore, dimensional evaluations are required to properly reproduce breach formation mechanisms adequately. By increasing the representativeness of the consequences estimated, the effectiveness of the respective emergency plan is also increased, reducing associated risks. This research evaluates the hypothetical breach formation parameters specifically for reservoirs which fail in cascade. To determine these parameters, the methodology uses reduced models to simulate the failure of two sequential dams, based on existing dams, to determine the outcoming hydrographs. Outflow hydrographs were determined using hydrological modelling software, considering the breach parameters determined on the reduced model of the cascade reservoirs’ failure. The same simulations were carried out with breach parameters from empirical methodologies available in the literature e.g. MacDonald and Langridge-Monopolis (1984), Von Thun and Gillette (1990) and Froehlich (1987, 1995, 2008). These outflow hydrographs were used as input to a two-dimensional computational hydraulic model, from which the respective flood levels were obtained. By analysis of the parameters of these flood maps, depth, flow velocity, shear stress and hydrodynamic risk, the discrepancies between the breach parameters related to each methodology were evaluated. Results indicated a reduction of 30% on breach formation time and a 40% widening on breach width for the downstream dam. For the tests a standardized synthetic material was developed, replacing the soils.

As consequências ambientais, econômicas e sociais das rupturas de barragens são catastróficas e demandam seu conhecimento prévio para minimização dos riscos. Essas consequências são função direta das brechas de ruptura, cujas formas geométricas e os parâmetros de formação, tais como tempo de formação e parâmetros geométricos como largura, altura e declividade dos taludes laterais das brechas devem ser adequadamente representativos para que se possa obter um hidrograma de ruptura (forma, volume e vazão de pico) o mais próximo possível daquele que ocorreria em caso de uma ruptura real de uma estrutura qualquer em estudo. Quanto mais fidedigna esta representação, mais próximas às reais serão as consequências determinadas, criando condições para uma resposta à emergência mais adequada. Esta pesquisa determina os parâmetros de formação de brecha da ruptura hipotética especificamente para o caso de reservatórios em cascata. Para que possam ser determinados estes parâmetros, a metodologia utiliza modelos reduzidos, procurando representar duas barragens próximas, baseados em barragens existentes, para determinar os hidrogramas resultantes de cada barramento após os eventos de ruptura simulados. A partir dos parâmetros obtidos procede-se à simulação em programa de modelagem hidrológica para obter hidrogramas representativos das rupturas, segundo os resultados dos parâmetros de brecha desta pesquisa, considerando os reservatórios em cascata e, para efeito comparativo, procede-se a mesma simulação com parâmetros de brechas de outras pesquisas já realizadas e.g. MacDonald e Langridge-Monopolis (1984), Von Thun e Gillette (1990) e principalmente Froehlich (1987, 1995, 2008). Em seguida, os hidrogramas de ruptura obtidos foram propagados em programa de modelagem hidráulica computacional bidimensional, para obter as respectivas manchas de inundação. Por meio de análise dos parâmetros destas manchas de inundação, profundidade, tensão de arraste, risco hidrodinâmico e velocidade de escoamento, realizou-se uma análise das discrepâncias entre os parâmetros de brecha estimados conforme as diversas metodologias estudadas. Os resultados indicaram um tempo de formação 30% menor e uma brecha 40% mais larga para a barragem de jusante. Para os testes foi desenvolvido um material sintético padronizado, para substituir os solos.

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