Ontwikkeling stroomgat en debiet bij dijkdoorbraak

Ontwikkeling stroomgat en debiet bij dijkdoorbraak

Visser, P.J.
Ribberink, J.S.
Kalkwijk, J.P.T.

Civil Engineering and Geosciences

Hydraulic Engineering

1986-11-01

Eén van de mogelijkheden voor het opslaan van energie is een bekken met een relatief hoge waterstand (Pomp Accumulatie Centrale). Het bekken is omringd met een dijk van zand, die vanwege de mogelijkheid van doorbreken een risico voor de aangrenzende gebieden betekent. Het maximale uitstroomdebiet bij dijkdoorbraak is een belangrijke grootheid bij het maatgevende faalmechanisme voor een PAC. Dit uitstroomdebiet wordt vooral bepaald door de groei van het stroomgat in de tijd. In dit rapport wordt een mathematisch model beschreven voor de groei van het stroomgat en het verloop van het uitstroomdebiet in de tijd na een initieel kleine bres. Er is uitgegaan van een dijk volledig opgebouwd uit zand, waarbij wordt verondersteld dat de taludbekledingen het erosieproces niet befnvloeden. Het model is quasi 3-dimensionaal: de bresgroei in breedterichting is gekoppeld aan die in de diepte. Voor de bepaling van het zandtransport is het concept van Bagnold [6] toegepast. Hierbij wordt het transport berekend door deze met efficiency-factoren te koppelen aan het beschikbare vermogen hiervoor. Het model is gebaseerd op het mechanisme van dijkdoorbraak als waargenomen in drie experimenten. Drie stadia in de dijkdoorbraak kunnen hierbij onderscheiden worden: I. versteiling van het buitentalud tot een zekere grenswaarde, II. kruinsverlaging met daaraan gekoppeld groei van de bres in de breedte, III. dijk t.p.v. het stroomgat is geheel verdwenen, voortgaande groei van het stroomgat in de breedte en in de diepte (ontgrondingskuil). In stadium II bepaalt het zandtransport aan de teen van het buitentalud de erosie van het gehele talud, dus ook de kruinsverlaging. Toetsing van het model is gedaan aan de resultaten van de drie schaalproeven. De overeenkomst tussen theoretisch model en de experimentele resultaten is zeer goed. Voor de prototype-situatie is met het model een groot aantal berekeningen uitgevoerd. Enerzijds is hierbij de gevoeligheid van met name het maximale debiet voor de diverse parameters onderzocht, d.w.z. voor de efficiency factor e van het suspensietransport, de breedte-diepte-verhouding r van het stroomgat, de Chèzy coëfficiënt, de helling van het buitentalud in stadium II en de afvoer-coëfficiënt. Anderzijds is de oppervlakte van en waterdiepte in het bekken gevarieerd. Het model is vooral gevoelig voor e en r. De efficiency factor e is hiervan de meest onzekere parameter. Dit is het gevolg van de noodzakelijke extrapolatie van de kennis omtrent de opname en het transport van zand bij stroomsnelheden van 1 à 2 m/s naar snelheden van orde grootte 20 m/s. Het theoretisch model voorspelt voor een bekken met een vaterdiepte van 70 m, een oppervlakte van 15 km2 en een dijkprofiel met helling buitentalud 1 : 4 en helling binnentalud 1 : 2.8, een maximaal debiet van 2.8 x 10^5 m3/s, optredend ongeveer 42 minuten na het begin van de dijkdoorbraak. Hierbij is de efficiency factor van Bagnold e = 0.01 toegepast. Een variatie van e met een factor 2 naar beneden en naar boven geeft een maximaal debiet van respectievelijk 2.0 x 10^5 en 4.0 x 10^5 m3/s, optredend respectievelijk ongeveer 60 en 30 minuten na het begin van de dijkdoorbraak.

stroomgat
dijkdoorbraak
uitstroomtdebiet
PAC
Pomp Accumulatie Centrale
mathematisch model

http://resolver.tudelft.nl/uuid:ac245572-c4fd-4e94-acf8-dba5e86e032e

TU Delft, Department of Hydraulic Engineering

Report no. 8-86

Institutional Repository

report

(c) 1986 TU Delft, Department of Hydraulic Engineering