Dam Break Analysis Cover Page

Dam Break Analysis

(Mullaperiyar Dam to Idukki Reservoir)

Sponsor, Chief Engineer, ISW, Vikas Bhavan, Thiruvananthapuram, Kerala


                             Page No.

  EXECUTIVE SUMMARY                                                           i

CHAPTER 1   INTRODUCTION                                                                1
        1.1 Need for Dam Break Modelling                                                3
        1.2 Scope of Work                                                               4                
            1.2.1 Part I: Dam Break Analysis of Different Scenarios Of Failure          5
            1.2.2 Part II: Inundation Mapping for Various Failure Scenarios             6

CHAPTER 2 HEC-RAS DAM BREAK MODEL                                                       7
        2.0 Model Selection                                                             8
        2.1 Model Stability During Unsteady Flow Simulation                             9
            2.1.1 Cross-Section Spacing                                                 9
            2.1.2 Computational Time Step                                              10
            2.1.3 Theta Weighing Factor                                                10
            2.1.4 Solution Iteration                                                   11
            2.1.5 Solution tolerances                                                  11
            2.1.6 Weir and spillway stability factor                                   12
        2.2 Model Limitations                                                          12
        2.3 Input Data Requirement                                                     12
            2.3.1 Reservoir Data                                                       12
            2.3.2 Catchment Hydrology                                                  13
            2.3.3 Structural Data                                                      13
            2.3.4 Topographic Data                                                     14

CHAPTER 3 STUDY AREA                                                                   17
        3.1 Mullaperiyar Dam                                                           17
        3.2 Salient Features of Mullaperiyar Dam and its Allied Structures             19

CHAPTER 4 HEC-RAS DAM BREAK MODEL SETUP                                                24
        4.1 Model Set Up for Mullaperiyar Dam                                          24
            4.1.1 Periyar River                                                        25
            4.1.2 Reservoir                                                            27
            4.1.3 Dam and Spillway                                                     29
            4.1.4 Upstream Boundary                                                    30                              
            4.1.5 Downstream Boundary                                                  31
            4.1.6 Selection of Breach Parameters                                       31

CHAPTER 5 ANALYSIS AND DISCUSSION OF RESULTS                                           35
        5.l Sensitivity Analysis                                                       40
            5.1.1 Sensitivity of Manning's roughness (N)                               40
            5.1.2 Sensitivity of breach width (Bw)                                     41
            5.1.3 Sensitivity of breach development time (tf)                          42
            5.1.4 Sensitivity of Probable Maximum Flood (PMF)                          42
            5.1.5 Sensitivity of Δx (space)                                            42
            5.1.6 Sensitivity of Δt (space)                                            43

CHAPTER 6 CONCLUSIONS                                                                  67

                                                                      Page No

Table 1.1  Dam break scenarios                                                           5
Table 2.1  Ratio of wave speed (Vw) to average velocity (V) for various channel shapes  10
Table 4.1  Reservoir stage-area-capacity relationship                                   27
Table 4.2  Mullaperiyar Dam spillway rating table                                       29
Table 4.3  Probable Maximum Flood (PMF) for Mullaperiyar Dam                            30
Table 4.4  Range of possible values for breach characteristics                          33
Table 4.5  Breach parameters considered for dam break analysis                          33
Table 5.1  Computations of maximum water surface elevations for dam break flood         37
Table 5.2  Maximum water levels, their times of occurrence, and
           velocities at selected locations                                             40      

Table 5.3a  Sensitivity of Manning's roughness (N)                                      43      
Table 5.3b  Sensitivity of Breach Width (Bw)                                            44      
Table 5.3c  Sensitivity of Breach Development Time (tf)                                 44      
Table 5.3d  Sensitivity of PMF                                                          45      
Table 5.3e  Sensitivity of Δx (space)                                                   45          
Table 5.3F  Sensitivity of Δt (time) steps                                              46

                                                        Page No

Fig. 2.1   Flow chart of dam break modeling mechanism                                   11
Fig. 3.1   Periyar River basin                                                          21
Fig. 3.2   Plan of Mullaperiyar project                                                 22
Fig. 3.3   Section of Mullaperiyar Main Dam                                             23
Fig. 4.1   HEC model setup for Periyar River reach between Mullaperiyar dam and         26
           Idukki Reservoir.
           Note: Section No. 1 represents the Mullaperiyar Dam site at Chainage
           0.0 km and Section 46 represents the upstream brink of Idukki Reservoir
           at Chainage 36 km from Mullaperiyar Dam.

Fig. 5.1a  Dam break flood hydrograph and its routing downstream                        35
Fig. 5.1b  Stage hydrographs at selected locations                                      36
Fig. 5.2   Cross-sections showing water surface elevation and other                     47-62
           hydraulic parametres including velocity of flow (See Chapter 5)
Fig. 5.3   Maximum water surface profile and other hydraulic variables.                 63
           Main channel distance represents the distance from most downstream
           section (i. e. Section No. 47). The distance from 0 to 4 km is the
           extended portion of the channel. Main channel distance of 4 km
           represents the upstream brink of Idukki Reservoir.

Fig. 5.4   Sample photographs of the cross-sections located between                     64
           Mullaperiyar dam and Idukki Reservoir.
Fig. 5.5   Sensitivity of Manning's N. Here, the chainage refers to the distance        65
           from Mullaperiyar dam.
Fig. 5.6   A 3-D view of the area inundated due to dam break flood                      66

Disclaimer: Portions of the report appearing on this site are re-typed/photograhed/OCRed/scanned copies . Though effort has been taken to see that they are accurate reproduction of the original public document, spelling and other errors are possible. This site assumes no liability regarding such errors or omissions. Kerala Water Resources Department initially declined to provide certified copies of the report under RTI Act. (Requests for Volume II and III were subsequently rejected and the case is pending). Additional low resolution photos of the inundation map appended to the report is on Expert-Eyes blog.