Landslide generated impulse waves in dam reservoirs. Experimental investigation on a physical hydraulic model

The impulse waves generated by landslides that occur in an artificial basin may have disastrous impacts on the surrounding environment. For Alpine lakes, impulse waves are particularly significant, because of steep shores, narrow reservoirs geometry, possible large slide masses, and high impact velocities. Catastrophic events, as the well-known Vajont disaster occurred in Italy in 1963 which led to the loss of more than 2000 human lives, promoted the study of the physical process and the possible consequences of this phenomenon. The present analysis is based on an experimental research performed on a 1:190 physical scale model in laboratory, which allows to simulate the entire phenomenon, from the landslide movement to the dam overtopping. The main objective of this study is to gain more knowledge about the landslide generated impulse waves in reservoirs by trying to find a general modelling that, despite the phenomenon complexity, could help in the prediction of potential disaster effects. With this aim, experiments have been conducted by modifying the landslide location, the altitude of fall, its shape and volume, and by investigating two different dam freeboards. The research is initially focused on the simple observation of generated impulse waves amplitude and propagation in the basin, water height on the dam crest and total overtopping water volume. Subsequently, it proceeds with a dimensional analysis, based on the identified phenomenon governing parameters. In this way, we can demonstrate not only the influence of the slide volume and the basin water level on the total overtopping volume, but also the existing relation between the water outflow and the slide shape and velocity at the instant of impact with water.

Le onde di impulso generate da frane in bacini artificiali possono comportare effetti catastrofici sul territorio. In numerosi bacini idrici delle zone Alpine, caratterizzate da vallate dai ripidi pendii e possibile instabilità dei versanti, potrebbero generarsi onde di grandi dimensioni causate dallo scivolamento di un corpo di frana. Disastrosi eventi, come la strage nella valle del Vajont del 1963, quando oltre 2000 persone persero la vita, hanno incentivato lo studio del fenomeno fisico e la ricerca di una correlazione tra le caratteristiche del territorio e le possibili conseguenze della generazione di onde di impulso. Il presente studio si sviluppa a seguito di una ricerca sperimentale, durata quattro mesi, condotta su un modello fisico in laboratorio, in scala 1:190, che riproduce l’intero fenomeno, dalla caduta della frana alla tracimazione dell’acqua dalla diga. L’obiettivo dell’analisi è quello di accrescere la conoscenza del fenomeno, contribuendo alla ricerca di una modellazione universale che, pur tenendo conto della complessità del processo, possa aiutare a predire gli effetti di un potenziale evento calamitoso. Con questo fine, sono stati condotti 130 esperimenti variando la posizione, l’altezza di distacco, la forma ed il volume di frana e investigando due differenti livelli idrici nel serbatoio artificiale. La prima fase della ricerca si incentra sull’osservazione qualitativa del fenomeno, in termini di ampiezza e direzione di propagazione delle onde nel bacino, di altezza d’acqua sulla cresta della diga e di volume complessivamente tracimato. Sulla base di tale indagine preliminare si procede, in un secondo momento all’individuazione dei parametri governanti il fenomeno e alla conseguente elaborazione di un’analisi dimensionale. In questo modo, oltre ad evidenziare la diretta dipendenza del volume d’acqua tracimato dal volume di frana e dal livello idrico nel bacino, è possibile indagarne la dipendenza dalla forma e dalla velocità del corpo franoso nell’istante di impatto con l’acqua.