Experiments on initial stages of development of dam-break waves

Abstract

The initial stages of instantaneous dam-break waves are here evaluated spatially and temporally through 36 physical experiments. Different conditions were tested for downstream (J) and upstream (M) water depths and their ratios (r) to approach realistic conditions for prototype dams. Two non-dimensional parameters are proposed – effective height (HEF) and effective velocity (VEF) – to evaluate water depths and velocity peaks along the dam-break wave evolution. The maximum wave height is estimated as a function of r, whereas the HEF is inversely related to r. The maximum VEF peak is registered for r between 0.1 and 0.2, considered a critical description for real dams. The presence of downstream water depth also modifies the dam-break wave frontal shape and types of wave break features. Previously published classifications of the moving wave based on those features are now expanded with a first tested r = 0.8 in which no jet was identified (undulated movement).

Os estágios iniciais da onda oriunda da ruptura instantânea de uma barragem são avaliados espacial e temporalmente, através de 36 experimentos físicos. Diferentes condições foram testadas, variando as profundidades de água a jusante (J), a montante (M) e sua proporção (r). Dois parâmetros adimensionais são propostos – altura efetiva (HEF) e velocidade efetiva (VEF) – para avaliar a altura da lâmina d’água e os picos de velocidade ao longo do desenvolvimento da onda de ruptura de barragem. A altura máxima da onda é estimada em função de r, enquanto HEF está inversamente relacionada a r. O pico máximo de VEF é registrado para r entre 0,1 e 0,2, considerada uma situação crítica para barragens reais. A presença de água a jusante também modifica o formato da onda e os tipos de quebra dessa onda. As classificações publicadas anteriormente da onda em movimento, com base nessas características, são expandidas com um primeiro r testado (r = 0,8) para o qual nenhum jato foi identificado (movimento ondulado).