Hantering av osäkerheter i dammsäkerhetsarbete. Urban Norstedt

Transkript

1 Hantering av osäkerheter i dammsäkerhetsarbete Urban Norstedt

2 Hantering av osäkerheter i dammsäkerhetsarbete Vem är Urban Norstedt? CTH 1968 inriktad mot geo och anläggning 3 år entreprenör 10 år konsult geoteknik 28 år inom Vattenfall Utveckling och kontroll Säkerhetsfrågor generellt Dammsäkerhetschef Internationellt arbete inom ICOLD Numera pensionär och oberoende konsult. 2

3 Hantering av osäkerheter i dammsäkerhetsarbete Jag har haft mycket god hjälp av Stefan Berntsson VattenfallVattenkraft AB och hans Lic. avhandling om Riskanalys i Dammsäkerhetsarbetet Hans Rönnqvists WSP Lic. avhandling om Inre erosion 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 Betongdammar 8 8

9 9

10 Suorva West Dam 10

11 Vattenfall Dams in Sweden VATTENFALL DAMS - YEAR OF CONSTRUCTION Earthfill Rockfill Concrete 22 11

12 Dam hights and Reservoir capacities VATTENFALL DAMS - HEIGHT OF DAMS (m) VATTENFALL DAMS - VOLUME OF RESERVOIRS (Mm3) Mm

13 Lule River Harsprånget Dam Letsi Dam Messaure Dam 13

14 Vargön Dam Göta River Lilla Edet Dam 14

15 ORSAKER TILL DAMMBROTT I USA Fyllningsdammar Läckage i damm 30% Överströmning 23% Läcckage i grund 14% Instabilitet 6% Övrigt 9% Flödeserosion 18% 77 dammbrott i USA under

16 23 juni Ross Dam, USA 10 m hög fyllningsdamm Hus översvämmades, följande brott i 4 damm Nedströms 16

17 Taum Sauk Plant (Pumped Dam break in USA in spite of prescritive regulator Storage Facility) USA Location: Reynolds County, Missouri Production Capacity: 440 MW* Maximum Operating Head: 860 ft Number of Units: 2 pump turbines Began Operation: 1963 Reservoir Size: Upper: 55 acres Lower: 370 acres Type: Upper: Concrete Faced/Rock filled Lower: Concrete Gravity Height: Upper: 84 ft + 10 ft parapet wall Lower: 55 ft Length: Upper: 6562 ft Lower: 390 ft Taum Sauk Taum Sauk *Not currently in service 17

18 Description of Taum Sauk Project The Taum Sauk Dam Missouri USA Regulated by FERC (Federal Energy Regulatory Commission). Very Competent!! A Pump Storage Plant Built 1963 Owned and operated by Amren 18

19 Description of Incident Description of Failure December 14th, :15 am, a 700 foot long breach occurred in the northwest corner of the Upper Reservoir 1.5 Billion Gallons of water was released down Profit Mountain into the East Fork of the Black River during a 25 minute period Flooding and Damage was sustained to 281 of the 2,490 acres of Johnson s Shut-Ins Closed one road (County Hwy N) Destroyed the Park Superintendent's House; Family members suffered various personal injuries. No Fatalities 19

20 20

21 Inte bara geoteknik, inte ens bara teknik Se helheten! Hela systemet Övergripande säkerhetsledningssystem MTO, Människa Teknik Organisation 21

22 Full System Approach People All are... Technology Organisation and need to be linked together! 22

23 Hantering av organissationsrisker 23

24 Sometime things happen Forgot something.? 24

25 ICOLD Committee on Dam Safety Publiceras

26 Komponenter i ett säkerhetsledningssystem 26

27 27

28 Dam Safety Policy setting clear direction for the organization to follow. Objective of the Dam Safety Management Plan

29 Dammsäkerhetspolicy Medlemsföretagens dammsäkerhetsarbete är i första hand inriktat på att så långt möjligt skydda människors liv och hälsa, men beaktar även andra skyddsbehov. Kraven på dammsäkerhet ställs i relation till bedömda konsekvenser i händelse av dammbrott. Med denna inriktning skall: Riskbaserad styrning!! sannolikheten för dammbrott där människoliv kan vara hotade hållas på en så låg nivå att detta hot såvitt möjligt elimineras konsekvenserna i händelse av dammbrott genom god planering såvitt möjligt reduceras. dammsäkerheten hållas på god internationell nivå Dammsäkerhetsarbetet bedrivs på ett kvalitetssäkrat sätt och skall kännetecknas av fortlöpande förbättringar. 29

30 Vattenfalls sju vägledande principer The dam safety work is based on good and cost-effective risk management practices. Precautionary principle, which implies that precautions are taken in proportion to the degree of uncertainty and the potential consequences of failure. Physical strengthening on dams should, where cost effective, be made with extra safety margin. Risks should be reduced to as low as reasonably practicable (ALARP). Structural improvements are in principle preferred over operational restrictions. Advances in sciences and technology should contribute to continuous improvements. Dam safety management is, from an overall perspective, performed homogeneously across the dam portfolio. 30

31 Konsekvensklassning Konsekvenser skall styra säkerhetsinsatser förlust av människoliv allvarlig personskada förlust av sociala, miljömässiga eller ekonomiska värden 31

32 Vad är en säker damm? ICOLD bulletin 59 Dam Safety Guidelines Generellt En dam med säkerhetsmarginaler för att utan allvarlig skada klara alla tänkbara laster som den under sin livstid kan förväntas utsättas för. Vid stora dammbrottskonsekvenser En dam som därutöver klarar alla mycket osannolika men möjliga laster utan att gå till brott. Skador accepteras Urban Norstedt Vattenfall AB Vattenkraft 32 32

33 Planering och mål Performance goals Identification of hazards and risks (risk assessment) Organization Responsibility Information management

34 Vägledning genomförande Management structure for different lifecycle phases - Design, construction and commissioning - Operation - Decommissioning Maintenance and Repairs Change Management Emergency Preparedness and Response 34

35 FYLLNINGSDAMMAR Tätkärna Filter Stödfyllning Stenfyllningsdamm, stödfyllning av sprängsten Jordfyllningsdamm, stödfyllning av jord (t ex grus, morän) 35

36 Internal erosion and piping Predicting surfacing internal erosion in moraine core dams Hans Rönnqvi st Licentiate thesis stockholm, sweden TRITA-LWR LIC Thesis 2050 ISSN ISRN KTH/LWR/LIC 2050-SE ISBN

37 Internal erosion Fig. 39. Schematic causes for initiation and continuation of internal erosion in moraine core dams (Rönnqvist, 2008a). 37

38 Internal erosion Betydeksefullt Tätjordens inre stabilitet Filtrens effetivitet Hans Rönnqvist. Läs hans licavhandling 38

39 39 39

40 Fyllningsdamm Tätt och stabilt 40

41 Fyllningsdamm Kapa toppen så det går att köra på den 41 41

42 Fyllningsdamm Tätskärm och stöd 42 42

43 Fyllningsdamm Hinder för inre erosion Filter av sand och grus 43

44 Fyllningsdammar kan skadas av och eventuellt brista p.g.a. piping Barriär som skall hindra dammbrott Stödbank av grovt material 44

45 Djupförsvar 45

46 Brottsenario överströmning Måste förhindras! Krav på fribord (design för at klara lasten) och på tillförlitlig avbördningkapacitet (förhindra eller lindra lasten) 46 46

47 Om luckan inte öppnar kan det gå illa 47

48 48

49 49

50 Klimathotet Följ och handla!! 50

51 Ökad avbörningskapacitet 51

52 Security

53 Testområde vid Røssvatnet - Mo I Rana Tustervassdammen Røssvatnet Försöksplats Hur mycket läckage tål en stenfyllningsdamm? 53

54 Vad tål en fyllningsdamm?

55 Fyllningsdammar brister förr eller senare om det rinner över för mycket!!! 55

56 Genomströmning av homogen stenfyllning B = 2,5m H=6m H=5,5m 1,5 1 Berg Fast tätt material 56

57 Homogenous Rockfill Full Scale Throug Flow Test

58 Zonad damm Övertoppad till dammbrott 2,5m B = 1m H=6m H=5,5m 1 4 1,5 1 Mätöverfall Berg Fast tätt material 58 58

59 59

60 60

61 61

62 62

63 63

64 Övervakning, utvärdering och rapportering Performance Analysis and Evaluation Inspection, Testing and Monitoring Incident and Accident Reporting 64

65 65

66 Brottsenario överströmning Måste förhindras! Krav på fribord (design för at klara lasten) och på tillförlitlig avbördningkapacitet (förhindra eller lindra lasten) 66 66

67 DIFFERENT FAILURE MODES Hazard and Failure mode matrix DIFFERENT HAZARDS x A specific barrier between Hazard and Failure Mode. A deficiency in this barrier could in worst case lead to failure!! 67 67

68 DIFFERENT FAILURE MODES Gate Opening function to prevent overtopping DIFFERENT HAZARDS Gate opening reliable enough to prevent overtopping 68

69 Hot External Hazards Hazards Internal Hazards (Design, Constr., Maint., Operation) Seismic Reservoir Human attacks Water barrier Hydraul. struct. Mech/ elec Meteorological Procedures 69

70 Brottmekanismer Global Failure Modes Overtopping (erosion or overturning) Loss of strength (structural failure) 70

71 Brottmekanismer och bakomliggande orsaker Global Failure Modes Function Modes Due to.. Failure Inadequate Spillway capacity Inflow >Spillway Capacity Overtopping (erosion or overturning) Freebord Spillway reliabillity Loss of strength (structural failure) 71

72 Relating Hazards to Failure Modes in Human Error All water barriers All water barriers GLOBAL FAILURE MODES FUNCTIONAL FAILURE CHARACTERISTICS Meteorologic a Matrix External Hazards Seismic Reservoir Environment Human Attack Water barrier Internal Hazards Hydraulic struct. Mech/elec Infrastruct. & Plans DAM OVERTOPPING DAM COLLAPSE (INTERNAL STRUCTURAL WEAKENING AND AGEING) Hydraulic adequacy (discharge capacity) Discharge reliability issues (failure to open) Operational adequacy (rules followed) Reservoir maintenance (debris clearing etc.) Wave overtopping (upstream dams, landslides) Management systems (support hydraulic oper'ns) Management systems (support dam performance) Liquefaction of fills/fnds (static/seismic) Internal erosion (dam/abutments/foundation) Deformations (displacement/depressions) Structural weakening (crushing, strength loss) Waterstops/interfaces (unanticipated ingress water) Pumps and Drains (Uplift pressure control) X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X URBAN NORSTEDT 72

73 DIFFERENT FAILURE MODES Svaghet i tätkärnan DIFFERENT HAZARDS Hinder för inre erosion Filter av sand och grus 73

74 DIFFERENT FAILURE MODES Dåligt filter Hazard and Failure mode matrix DIFFERENT HAZARDS Hinder för inre erosion Filter av sand och grus 74

75 DIFFERENT FAILURE MODES Otillräcklig säker dränagakapacitet Hazard and Failure mode matrix DIFFERENT HAZARDS 75

76 DIFFERENT FAILURE MODES Förhindra att det leder till dammbrott DIFFERENT HAZARDS Stödbank av grovt material 76

77 Risk Management Approach PREVENTION CONTROL MITIGATION Basic failure events Outcomes Pro-action Reaction Preparation Repression Aftercare 77

78 Vulnerability Index Plan och prognos baserad på identifierade svagheter och brister. Hypothetical (Planned) risk reduction schedule STENKULLAFORS ÅSELE LÅNGBJÖRN LASELE KILFORSEN NÄMFORSEN FORSMO NÄS SÖDERFORS ÄLVKARLEBY Year 78

79 Vägledning genomförande Performance Review Internal and External Audit 79

80 Utomstående /fristående granskning 80

81 Ps. Det kan gå på tok!! Det gäller att planera noga!! 81

82 82

83 So, finally this was all Thanks again! Urban Norstedt Vattenfall AB Vattenkraft 83 83

84 Toppen av en moské sticker upp ur gyttjan där flodvågen svepte 3 juni 2002 fram när dammen brast. 3 juni 2002 Minst 29 människor dödades till följd av att en damm brast i norra Syrien Mm 3 frisläpptes Ett hundratal hem förstördes och minst fem byar översvämmades efter olyckan. 84