Computer Modeling of Territory Flooding in the Event of an Emergency at Seredniodniprovska Hydroelectric Power Plant
Loading...
Files
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Dnipro University of Technology, Ukraine
Abstract
ENG: Purpose. Computer modeling of territory flooding in the event of an emergency at Seredniodniprovska Hydroelectric Power Plant (HPP). Methodology. The computer model of possible territory flooding at Seredniodniprovska HPP is developed using simulation modeling methods and geometric and hydrological approaches and considers initial boundary conditions of the water-engineering system. Calculations of the wave break height and the half-divided cross-sectional area of the river bed were made and a three-dimensional model of the territory flooding was built using the Python language and ArcGIS Desktop software. Findings. The data for each creation of the hydraulic node, namely the depth and width of the flooded territory, were calculated. This allowed analyzing the macro level considering the triangulation model of the surface. The wave break parameters and flaps (intersections) were taken into account in case of a dam break at a hydroelectric power plant or a rise in the water level. A mathematical model, and a 3D model were developed, and a forecast of the flood zone due to an emergency was made using satellite survey data. Originality. The mathematical method received further development for calculating flood territories in the event of an emergency at Seredniodniprovska Hydroelectric Power Plant, taking into account the parameters of the breakthrough wave and the calculation of cross-sections for the cases when a hydroelectric dam breaks or the water level rises; the method uses one-dimensional and two-dimensional systems of Saint-Venant equations, and geometric and hydrological approaches. A three-dimensional model of the territory flooding is developed to predict possible consequences. Practical value. The obtained results can be used to model the flooding of the territory located near dangerous hydro-technical objects, such as dams, dikes as well as to forecast flooded territories during the construction of drainage and protective structures.
UKR: Мета. Комп’ютерне моделювання зони затоплення прилеглої території при виникненні надзвичайної ситуації на Середньодніпровській гідроелектростанції (ГЕС). Методика. Комп’ютерна модель можливого затоплення прилеглої території на Середньодніпровській ГЕС побудована на основі методів імітаційного моделювання, геометричного й гідрологічного підходів і враховує початкові граничні умови гідровузла. Здійснено розрахунок висоти хвилі прориву й половинного ділення площі перерізу русла ріки та побудована тривимірна модель затоплення території з використанням мови Python і програмного забезпечення ArcGIS Desktop. Результати. Розраховані дані по кожному створу гідровузла, а саме глибина й ширина території, що затоплюється. Це дозволило провести аналіз на макрорівні з урахуванням тріангуляційної моделі поверхні. Були враховані параметри хвилі прориву та стулок (перетинів) у разі прориву дамби гідроелектростанції або підвищення рівня води. Розроблена математична модель, побудована 3D-модель і здійснене прогнозування зони затоплення внаслідок надзвичайної ситуації з використанням даних супутникової зйомки. Наукова новизна. Отримав подальший розвиток математичний метод розрахунку зон затоплення територій при виникненні надзвичайних ситуацій на Середньодніпровській ГЕС з урахуванням параметрів хвилі прориву й розрахунку створів (перетинів) у разі прориву дамби гідроелектростанції або підвищення рівня води на основі одновимірних і двовимірних систем рівнянь Сен-Венана, геометричного й гідрологічного підходів. Розроблена тривимірна модель затоплення території для прогнозування можливих наслідків. Практична значимість. Отримані результати можуть бути використані для моделювання затоплення територій, що знаходяться в безпосередній близькості до небезпечних гідротехнічних об’єктів, таких як дамби, греблі, та ін., а також прогнозування територій, що затоплюються при будівництві дренажних і захисних споруд.
UKR: Мета. Комп’ютерне моделювання зони затоплення прилеглої території при виникненні надзвичайної ситуації на Середньодніпровській гідроелектростанції (ГЕС). Методика. Комп’ютерна модель можливого затоплення прилеглої території на Середньодніпровській ГЕС побудована на основі методів імітаційного моделювання, геометричного й гідрологічного підходів і враховує початкові граничні умови гідровузла. Здійснено розрахунок висоти хвилі прориву й половинного ділення площі перерізу русла ріки та побудована тривимірна модель затоплення території з використанням мови Python і програмного забезпечення ArcGIS Desktop. Результати. Розраховані дані по кожному створу гідровузла, а саме глибина й ширина території, що затоплюється. Це дозволило провести аналіз на макрорівні з урахуванням тріангуляційної моделі поверхні. Були враховані параметри хвилі прориву та стулок (перетинів) у разі прориву дамби гідроелектростанції або підвищення рівня води. Розроблена математична модель, побудована 3D-модель і здійснене прогнозування зони затоплення внаслідок надзвичайної ситуації з використанням даних супутникової зйомки. Наукова новизна. Отримав подальший розвиток математичний метод розрахунку зон затоплення територій при виникненні надзвичайних ситуацій на Середньодніпровській ГЕС з урахуванням параметрів хвилі прориву й розрахунку створів (перетинів) у разі прориву дамби гідроелектростанції або підвищення рівня води на основі одновимірних і двовимірних систем рівнянь Сен-Венана, геометричного й гідрологічного підходів. Розроблена тривимірна модель затоплення території для прогнозування можливих наслідків. Практична значимість. Отримані результати можуть бути використані для моделювання затоплення територій, що знаходяться в безпосередній близькості до небезпечних гідротехнічних об’єктів, таких як дамби, греблі, та ін., а також прогнозування територій, що затоплюються при будівництві дренажних і захисних споруд.
Description
V. Hnatushenko: ORCID 0000-0003-3140-3788
Keywords
simulation, 3D model, flood zone, breakthrough wave, cross-sectional area, hydraulic structure, імітаційне моделювання, 3D-модель, зона затопленняхвиля прориву, площа перерізу, гідротехнічна споруда, хвиля прориву, площа перерізу, гідротехнічна споруда, КІТС
Citation
Ivanov D. V., Hnatushenko V. V., Kashtan V. Yu., Garkusha, I. M. Computer Modeling of Territory Flooding in the Event of an Emergency at Seredniodniprovska Hydroelectric Power Plant. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022. № 6. Р. 123–128. DOI: https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-6/123.