این مقاله دو هدف اساسی زیر را دنبال می کند. تجزیه و تحلیل آمار شکست سدهای بزرگ موجود در ادبیات فن هدف نخست این پژوهش را تشکیل می دهد. در این بخش حوادث شکست سدها از دیدگاه فرکانس، علل، توزیع زمانی و مکانی و توزیع حوادث نسبت به سن و نوع سد مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و احتمال خطر شکست هر سد در سال و تعداد قربانیان ناشی از آن برآورد شده است. هدف دوم نیز تحلیل معادلات حاکم بر جریانهای غیردایمی با سطح آزاد در یک بستر شیبدار را تعقیب می کند. بدین منظور معادلات حاکم بر پدیده با انتخاب متغیرهای مبنای مناسب ابتدا به شکل معادلات مشخصه بی بعد تبدیل شده و سپس تحلیل گردیده است. نتایج حاصل از روش تحلیلی برای کمیتهای هیدرولیکی نظیر تغییرات پیشانی امواج مثبت و منفی، تغییرات پروفیل حداکثر سطح آب، تغییرات ارتفاع نسبت به زمان در پایاب سد به شکل نمودارهای کاربردی بی بعد ارایه شده و با داده های تجربی موجود در ادبیات فن مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفته و نشان داده شده است که پیشانی امواج مثبت و منفی نسبت به شیب بستر حساس بوده و با افزایش شیب بستر مقدار آن نیز افزایش می یابد.

اهمیت مسئله شکست سد از آنجا ناشی می‌شود که این حوادث خطرات جدی برای جوامع انسانی به همراه دارند. سدها به عنوان سازه‌های کلیدی در مدیریت منابع آبی و تولید انرژی، نقش مهمی در زندگی انسان‌ها ایفا می‌کنند و هر گونه شکست در آنها می‌تواند به خسارات جانی و مالی قابل توجهی منجر شود. با توجه به اهمیت سدها، به‌ویژه سدهای خاکی، بررسی و تحلیل عوامل شکست آنها اهمیت بالایی دارد. سد خاکی درودزن یکی از سدهای مهم کشور است که در تأمین آب و کشاورزی منطقه نقش حیاتی دارد. هدف از این مطالعه بررسی روند شکست سد و خطرات ناشی از آن درصورت وقوع (مطالعه موردی  سد درودزن) است. در این تحقیق برای تحلیل دقیق‌تر، از مدل‌سازی عددی با نرم‌افزار MIKE 21 استفاده شده است که قابلیت شبیه‌سازی دقیق جریان آب و رفتار سازه را در شرایط مختلف دارد. این مدل‌سازی به ارزیابی تأثیرات شکست سد بر مناطق پایین‌دست کمک می‌کند و شامل محاسبه سطح سیلاب، سرعت جریان آب و تعیین مناطق است. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد که شکست سد درودزن می‌تواند باعث سیلاب‌های شدید و خسارات گسترده در مناطق پایین‌دست شود و به مناطق مسکونی، زمین‌های کشاورزی و زیرساخت‌های حیاتی آسیب برساند. این یافته‌ها بر لزوم اقدامات پیشگیرانه و طراحی صحیح سدها تأکید دارند. همچنین، آموزش و آگاهی‌بخشی به جوامع محلی درباره خطرات بالقوه شکست سد و برگزاری نمایش‌‌های امدادی دوره‌ای، می‌تواند به کاهش تلفات و خسارات کمک کند. این تحقیق نشان می‌دهد که با استفاده از روش‌های علمی و فناوری‌های پیشرفته، می‌توان خطرات شکست سدها را کاهش داده و از خسارات جانی و مالی جلوگیری کرد.

در این پژوهش، روش بدون شبکه چندربعی برای حل مسیله شکست سد با هدف رفع برخی از نقاط ضعف روش های معمول با شبکه توسعه یافت. به این منظور، دستگاه معادلات دیفرانسیل غیرخطی و غیرپایای حاکم با استفاده از تابع چندربعی بازتولید و روند حل آن بیان گردید. همچنین برای گسسته سازی جمله های زمانی از روش اختلاف محدود پیشرو استفاده گردید و نشان داده شد که برای گسسته سازی ترم های مکانی روش ضمنی مناسب است. برای تعیین مهم ترین عامل در دقت و سرعت روش چندربعی، یعنی پارامتر شکل بهینه، ضمن اثبات ناکارآمدی برخی از الگوریتم های پرکاربرد پیشین در حل مسیله شکست سد، یک ایده جدید برای آن ارایه گردید. در این ایده، شرایط اولیه مسیله با تابع چندربعی درون یابی و پارامتر شکلی که دقیق ترین تخمین از آن را داشته باشد، به عنوان پارامتر شکل بهینه انتخاب می گردد. پارامتر شکل به دست آمده برای آنالیز مسیله در گذر زمان نیز بهینه می باشد و برای هر سه مجهول مسیله یکسان است. لذا حجم محاسبات روش چندربعی به شدت کاهش می یابد. همچنین همگرایی و دقت قابل قبول رویکرد پیشنهادی طی حل چند مثال مختلف در مقایسه با سایر روش های عددی و تحلیلی نشان داده شده است.

در این تحقیق، شکست سد خاکی بفراجرد تحت سناریوی روگذری جریان، به عنوان مهمترین عامل ایجاد پدیده شکست سد، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. برای انجام این منظور، جهت تعیین مشخصات شکست و هیدروگراف خروجی از مقطع شکسته­شده، از مدل BREACH استفاده گردید. در ادامه جهت روندیابی و شبیه سازی جریان حاصله در پایین دست، از مدل دوبعدی نرم­افزار HEC-RAS بهره گرفته شد و در نهایت جهت پهنه­بندی سیلاب از نرم­افزار ArcGIS استفاده گردید. نتایج حاصل از تحقیق حاضر، نشان داد که سد بفراجرد در مدت زمان 80 دقیقه پس از فرسایش وجه بالا­دست و با دبی حداکثر در حدود 4000 مترمکعب بر ثانیه به­طور کامل می­شکند. همچنین روستای خانقاه بفراجرد، منطقه گردشگری ازناو و شهر خلخال به ترتیب با درصدهای استغراق در حدود 35، 10 و 20 درصد تحت تاثیر سیلاب قرار می­گیرند. بعلاوه، زمان رسیدن پیشانی سیل به مناطق ذکرشده، به ترتیب حدود 10، 30 و 40 دقیقه می باشد، که فرصت بسیار اندکی برای اقدامات اضطراری مختلف وجود خواهد داشت.

ایمنی مربوط به مسائل سد در تحقیقات دانشگاهی، برنامه ریزی دولت و سرمایه گذاری در پایاب سدها اهمیت دارد. در این مقاله با استفاده از داده های مربوط به 142 سد خاکی شکسته شده در جهان، پارامترهای شکست سدهای خاکی (عرض شکست، شیب شکست، زمان شکست و حداکثر دبی خروجی) بررسی و ارزیابی شده است. با استفاده از روابط تجربی و مدلهای کامپیوتری BREACH و FLDWAV شکست سد خاکی آیدوغموش و پهنه بندی سیلاب ناشی از آن در دو حالت روگذری و پدیده ایجاد لوله در بدنه سد بطور مجزا مورد بررسی و ارزیابی واقع گردیده است. با توجه به اینکه در روابط تجربی پیشنهادی از داده های بیشتری استفاده شده است، بنابراین نسبت به روابط قبلی دقیق تر هستند. بر اساس تحقیق انجام شده تغییر شرایط ژئوتکنیکی در تعیین زمان ریزش لوله ایجاد شده در بدنه سد، در مدل فرسایشیBREACH ، نتایج بهتری را با توجه به سدهای واقعی شکسته شده در جهان بدست می دهد. بر اساس نتایج بدست آمده، مناطق مسکونی و تاسیسات مهم در پایاب سد فوق الذکر در معرض خطر سیلاب شکست سد قرار می گیرند.

به دلیل زمان بر بودن و هزینه بالای حل دو بعدی معادلات حاکم بر رفتار سیلاب، اکثر مدل های عددی پدیده شکست سد را به صورت یک بعدی مورد بررسی قرار می دهند و مدل های دوبعدی کمتر مورد توجه قرار گرفته اند. در تحقیق حاضر با استفاده از مدل دوبعدی حل معادلات سنت - و نانت، هیدرودینامیک سیلاب ناشی از شکست سد در عبور از خم های متوالی مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج آن با مدل های یک بعدی حل معادلات مقایسه شده است. به منظور بررسی پدیده شکست سد در پیچان رودها در شرایط واقعی، شکست احتمالی سد زاینده رود واقع بر رودخانه زاینده رود به عنوان مطالعه موردی ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهند که در نظر گرفتن اثر خم ها در مسیر سیلاب و نیز توالی خم ها، تاثیر چشم گیری در کاهش مقدار بیشینه سیلاب داشته، بر نحوه پخش سیل در سواحل موثر است و در زمان پخش و حرکت موج به سمت پایین دست نیز تاخیر ایجاد می کند.

هدف اصلی در این پژوهش ارزیابی آزمایشگاهی و عددی پدیده انتقال رسوب بر اثر شکست سد با در نظر گرفتن تاثیر رسوبات مخزن می باشد. در این راستا سه پارامتر نوع مصالح رسوب، ضخامت لایه رسوب در مخزن و پایین دست محور سد، به عنوان متغیرهای اصلی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل آزمایشگاهی در فلومی به طول 10 متر، عرض و ارتفاع 0.5 متر و شبیه سازی عددی در بستر مدل فلوئنت در فضای دوبعدی و سه‎ بعدی انجام و عملکرد مدل عددی بر اساس مدل آزمایشگاهی، اعتبارسنجی شده است. نتایج بیانگر دقت قابل قبول مدل عددی در شبیه سازی پدیده انتقال رسوب بر اثر شکست سد بوده، به گونه ای که میانگین خطای مدل سازی عددی کمتر از 5% بوده است. نتایج نشان می دهد که کاهش قطر ذرات رسوب از 20 به 3 میلیمتر باعث افزایش تغییرات ضخامت لایه رسوب بر اثر شکست سد گردیدهاست. علاوه براین نتایج نشان داد که لایه رسوب مخزن سد به عنوان یک پارامتر موثر در نرخ انتقال رسوب و رخداد تغییرات در ریخت شناسی بستر بر اساس جریانهای شکست سد بوده است، به گونه ای که با افزایش ضخامت لایه رسوبات مخزن سد نسبت به لایه رسوب پاییندست، مقادیر تغییرات ضخامت لایه بستر حدودا 10% افزایش یافته که بیانگر افزایش نرخ انتقال رسوب در این شرایط بوده است. براساس نتایج مدل عددی ایجاد شده در هر دو فضای دو بعدی و سه بعدی دقت قابل قبولی در شبیه سازی پدیده انتقال رسوب بر اثر شکست سد داشته است و می تواند به عنوان یک مدل مرجع برای شبیه سازی و ارزیابی پدیده انتقال رسوب بلاخص در فضای 3D به کارگیری شود.

فرو ریختن ناگهانی یک سد  مخزنی می­تواند اثرات تخریبی گسترده­ای را برای تاسیسات پایین دست موجب شود و همچنین در صورت عبور از مناطق مسکونی علاوه بر خسارات مالی، منجر به تلفات جانی گردد. بر این اساس، دانستن مشخصات سیلاب ایجاد شده در مناطق مختلف پایین دست سد، می تواند در تعیین نقاط بحرانی پایین دست که در معرض خطرات بالقوه سیل های ناشی از شکست سد قرار دارند، مفید واقع شود. در مقاله حاضر، اقدام به شبیه سازی عددی سیلاب­های ناشی از تخلیه سرریز و شکست سد خاکی گیوی در استان اردبیل شده است. برای این منظور از ماژول Mike-Flood که ترکیبی از ماژول­های یک بعدی Mike-11 و دوبعدی Mike-21 می­باشد، استفاده شده است. در این تحقیق سناریوهای وقوع حداکثر سیل محتمل (PMF) جهت ایجاد مکانیزم روگذری (Overtopping) به همراه سناریوهای روز آفتابی (Sunny day) جهت وقوع مکانیزم فرسایش (Piping) در دو حالت پرشدگی مخزن و همچنین سناریوی خرابکاری به صورت شکست آنی کل سد مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج بدست آمده بیانگر آن بود که بحرانی ترین سناریوها به ترتیب مربوط به سناریوی خرابکاری، وقوع حدکثر سیل محتمل و در نهایت سناریوی روز آفتابی بوده است. تحت این سناریوها به ترتیب 19، 17 و 5/13 درصد از قسمت جنوبی شهر گیوی که در نزدیکی رودخانه گیوی قرار دارد و همچنین تمامی روستاهای واقع شده بین سد گیوی تا روستای فیروزآباد که در سمت چپ ساحل رودخانه گیوی چای قرار گرفته اند به همراه روستای فیروزآباد به طور کامل زیر آب خواهند رفت.