CEATI DSIG Steg 1 Flood Hazard Estimation Methods for Dam Safety. Fredrik Persson

Transkript

1 CEATI DSIG Steg 1 Flood Hazard Estimation Methods for Dam Safety Fredrik Persson

2 ÅF - Vattenkraft ÅF ca 7000 medarbetare, >100 kontor i 70 länder 5 th största konsultfirman inom Vattenkraft i världen Pågående projekt: >110 st Största projekt: Nant de Drance, Schweiz; 48,000,000 Pågående aktivitet: Förstudier: > MW Detaljprojektering: > MW

3 Center for Energy Advancement through Technological Innovation - CEATI CEATI International Inc. agerar för att identifiera och behandla tekniska frågor som är avgörande för bolag/organisationer, genom fokuserade intressegrupper och samarbetsprojekt. Deltagarna kan genomföra projekt som svarar mot sina strategiska mål till en bråkdel av kostnaden. Behovet av internationell bredd i teknikutveckling åtgärdas genom ett praktiskt, dynamiskt och kostnadseffektivt program. Dam Safety

4 Dam Safety Interest Group - DSIG Dam Safety The Dam Safety Interest Group (DSIG) består av dammägare som gemensamt sponsrar R&D projekt vars syfte är att främja tillgång på kunskap och öka säkerheten för dammar. Idag är DSIG representerat internationellt via dammägare i Kanada, USA, Australien, Sverige, Frankrike, UK och Tyskland. Antal anslutna företag/organisationer 43 st

5 Dam Safety Agenda Bakgrund Mål Organisation Resultat/ slutsatser Rekommendation

6 Dam Safety Mål för uppdraget Målet för uppdraget som har genomförts var: Steg 1 1. Analys av regelverket för framtagande av dimensionerande flöde runt om i världen (WP1) 2. Analys av befintliga flödesdimensioneringsmetoder (WP2) Steg 2 3. Tillämpning av olika metoder för gemensamt fallstudier (WP3)

7 Dam Safety Syfte Steg 1:1 Analys av regelverket för framtagande av dimensionerande flöde runt om i världen (WP1: Syftet med denna uppgift är att ge en överblick av de regelverk som gäller för framtagande av dimensionerande flöde kopplat till dammsäkerhet. Tyngdpunkten bör ligga på Europa, Nordamerika, Asien och Australien. Om möjligt bör detta ge ett globalt perspektiv.

8 Dam Safety Syfte Steg 1:2 - Analys av befintliga flödesdimensioneringsmetoder (WP2): Syftet med denna uppgift är att ge en översikt över olika metoder både i praktiska tillämpningar och i den vetenskapliga litteraturen för flödesdimensioneringsberäkningar för dammsäkerhet. Alla kända metoder bör anges, beskrivas och jämföras samtidigt som det skall lyftas fram positiva och negativa egenskaper samt brister. De metoder som skall beaktas är (men inte begränsat till): Klassiska frekvensanalyser, Multifractal analyser, Regionala frekvensanalyser, PMP / PMF (Trolig Maximum Nederbörd / Trolig Maximum Flöde), och Rainfall Runoff simuleringsmetoder.

9 Dam Safety Organisation Sponsor grupp: CEATI - Gus Tjoumas / Chris Hayes EDF - Pietro Bernardara OPG - Andy Zielinski BCH - Zoran Micovic Brookfield - Tammy Hartung Elforsk - Hydro Quebec - Mathurin Daynou TVA - David Bowling

10 Dam Safety Organisation Konsultgrupp Project leader: Paul Sayers, Sayers and Partners Dr David Bowles, RAC Engineers & Economists, USA Dr Harvey Rodda, Hydro-GIS Ltd, UK Dr Chris Gippel, Fluvial Systems Pty Ltd, Australia Dr Rory Nathan, Australia Dr Huang, Institute of Water and Hydraulic Research, China Dr Ed Tomlinson, Applied Weather Associates, USA Dr Max Little, Systems Analysis, Modelling and Prediction Group, UK

11 Resultat Steg 1:1 Analys av regelverket för framtagande av dimensionerande flöde runt om i världen # C0: Granskningen har visat på att det inte föreligger något uttryckligt samband mellan formella regler och metoden för att uppskatta dimensionerande flöde. Detta resultat överensstämmer med slutsatserna från ICOLD kommittén för dammsäkerhet förslag till betänkande om dammsäkerhetsförordningen. Granskningen bekräftar också att standardbaserade metoder fortsätter att dominera formella regler. Riskbaserade metoder: Den mest relevanta av dessa inkluderar behovet av att (i) uppskatta en fullständig fördelning av dimensionerande flöden (snarare än ett enda flödesscenario kännetecknande för en traditionell standardbaserad metod), och (ii) erkänner uttryckligen osäkerhet (som härrör från fel i data, modeller och modellstruktur) i uppskattningarna av Qdim.

12 Resultat Steg 1:2 Analys av befintliga flödesdimensioneringsmetoder # C1 " De sex grunderna i högflödesuppskattning". Sex principer som ligger bakom god praxis vid uppskattningen av högflöden beskrivs: (i) Var tydlig med innehåll och ramverk (ii) var sparsam i modellens ansats - ta endast med viktiga processer och variabler (iii) Var tydlig i graden av modellens fullständighet (vad som ingår och vad som inte) (iv) Var ärlig i kommunikationen av osäkerhetskällor och förtroendet i resultatet (v) antag inte att ett 1:Y regn producerar ett 1:Y flöde (vi) Lita inte på en enda strategi - kom ihåg att olika metoder kan ha kompletterande styrkor och svagheter och det finns ingen objektiv " sanning "

13 Resultat Steg 1:2 Analys av befintliga flödesdimensioneringsmetoder # C2 Utveckling mot riskbaserad reglering. Riskbaserade tillvägagångssätt innebär ett uttryckligt övervägande av risker, deras chans att inträffa och konsekvenserna om de skulle inträffa. Riskbaserad reglering utgör ramen inom vilka de risker som samhället är beredda att leva under, och de resurser som skall ägnas åt att hantera risken. Den mest relevanta av dessa i samband med denna studie är att det krävs; (i) ett uttryckligt erkännande av osäkerhet i beräkningarna av flöde (ii) en fullständig fördelning av högflöden som ska beräknas (i stället för att uppskatta en enda flöde händelse som kännetecknande för en traditionell standardbaserad metod)

14 Resultat Steg 1:2 Analys av befintliga flödesdimensioneringsmetoder # C3 Att tillåta historiska och framtida förändringar- Acceptera att observationsdata troligen inte har hämtats från ett stationär tillstånd - reflekterande klimat, markanvändning och andra förändringar inom avrinningsområdet # C4 Regn förblir den kritiska osäkerhet - Extrema flöden kan naturligtvis genereras genom en rad olika rumsliga / temporära händelser över ett magasin. För att dra nytta av övergången till simuleringsmetoder för uppskattningar av flödet kommer det att krävas att förbättring görs av ingående regn i serien.

15 Resultat Steg 1:2 Analys av befintliga flödesdimensioneringsmetoder # C5 Uppskatta osäkerhet - att få rätt balans mellan praktiskhet och stringens. Normala provtagningsmetoder används för att fånga stokastiska processer - till exempel baserat på Monte Carlo sampling från distributioner som bygger på en kombination av expertbedömningar och objektiva bevis. Sådana metoder erbjuder ett robust sätt att fånga hydrologiska variationer och slumpartade osäkerheter.

16 Resultat Steg 1:2 Analys av befintliga flödesdimensioneringsmetoder # C6 Erkänna begränsningar av olika metoder. Olika metoder kommer att vara mer eller mindre tillämpliga med tanke på den specifika omgivningen av magasinet, de extrema flöden av intresse och ingående parametrar. Att förstå dessa skillnader är en grundläggande byggsten för att säkerställa deras lämplighet i användning och, ännu viktigare kanske, undvika deras felaktig användning. Den trovärdiga gränsen för tillämplighet (t.ex. de mest extrema värden som kan uppskattas på ett försvarbart sätt) börjar falla på plats och generera ett förnuftiga sätt att hantera urvalet

17 Resultat Steg 1:2 Analys av befintliga flödesdimensioneringsmetoder # C7 Använda flera beviskällor rutinmässigt. Ingen beviskälla ger alla svar. Flera källor används allt mer idag för att få förtroende för beräkningarna av extrema flöden. Dessa innefattar t.ex. stöd för statistisk analys och jämförelse av resultat från alternativa metoder (t.ex. med hjälp av Paleo översvämningar analys för att stödja statistisk analys precis som jämförelser av olika alternativa simuleringsmodell).

18 Rekommendation - Steg 1:1 # R0 Utforska graden av konservatism (eller brist därav) som är associerad med nuvarande standardbaserad vägledning för framtagande av dimensionerande flöde. Denna rapport kan med fördel användas i jämförelsestudie mellan modelleringsmetoder där meteorologi, hydrologi och konstruktionerna behandlas som ett enda stokastisk system. Detta skulle möjliggöra en bättre förståelse för påverkan av slumpartade och epistemiska osäkerhet inom extremflöden, och konservatism (eller annat) inom standardbaserade metoder.

19 Rekommendation - Steg 1:2 Många framsteg har gjorts på senare år, men många utmaningar kvarstår. Rekommendationer för att ta itu med de viktigaste av dessa är: # R1 Bättre förstå resultatet av alternativa metoder genom ingående jämförelse. # R2 Utveckla avancerade statistiska metoder för att ta itu med icke-stationär data, bilda icke-stationära processer och magasinsregional data. Avancera inom statistiska metoder för att rutinmässigt: (i) undvika att anta att den observerade data är stationär (ii) noggrannhet i magasinsdata för att förlänga den trovärdiga gränsen för extrapolering vid varje given plats.

20 Rekommendation Steg 1:2 # R3 Utveckla avancerade metoder för att generera extrem nederbörd. Nederbörd är en central ingång till varje simulering av extrema flöde (dimensioneringsberäkningar). Väder simulatorer har börjat växa fram under de senaste åren, men stora ansträngningar kommer att krävas för att utveckla tillförlitliga applikationer för användning inom dammen industrin. # R4 Utöka metoder för att integrera flera beviskällor. Olika metoder finns tillgängliga för att uppskatta extrema flöden och sällan ger en metod den "perfekta" lösningen.

21 Rekommendation Steg 1:2 # R5 undersök potentialen hos databaserade metoder. Databaserade mekanistiska metoder har visat sig vara ett kraftfullt alternativ till fysiskaliskt-baserade simulering när de tillämpas på prognostisering av högflöde. # R6 utveckla en bättre förståelse av osäkerhet och känslighet.

22 Next step Steg 2 Beslut i DSIG avseende Steg 2: Tillämpning av olika metoder för gemensamt fallstudier (WP3) FRÅGOR?