SwedCOLD tackar våra sponsrande företag

Transkript

1 SwedCOLD tackar våra sponsrande företag

2 ICOLD grundades 1928 Icke statlig internationell organisation som utgör forum för utbyte av kunskap och erfarenhet inom dammbyggnad 98 medlemsländer med nationella föreningar -senaste länder: Ecuador, Angola 2014 (nr.97 och 98) -kommande: Myanmar, Togo, Guinea, Benin, Gabon, Afghanistan, Oman, Mauritius and Namibia

3 Från början syfte att uppmuntra framsteg inom planering, design, byggande, drift och underhåll I slutet på 60-talet fokus på dammsäkerhet, övervakning, åldrande och omgivningens inverkan På senare tid även inkluderat nya områden såsom finansiering, utbyggnad av internationella älvar, information till allmänheten

4 SwedCOLD bildades 1931 Representerar Sverige vid ICOLDs årliga möten informationskanal och arbetar för att svensk expertis medverkar i kommittéer och på kongresser ta initiativ till information och diskussion om angelägna frågor avseende dammar på det nationella planet, främja forskning och utveckling Under senare år: Exekutivmöte 2 ggr/år Temadagar 2 ggr/år Nyhetsbrev 2 ggr/år Workshop ca 1 gång/år forum för fördjupad diskussion

5 Nyhetsbrevet 200 tryckta ex. samt på hemsidan

6 1993 bildades The Club for European National Committees of ICOLD 22 medlemsländer Syftet är att främja forskning och utveckling inom ämnesområden med speciell aktualitet för Europa samt vara en mötesplats för yngre aktörer Europaklubbsmöten ca vart 3:e år oktober 2016 är nästa Europaklubbsmöte inplanerat till Alanya, Turkiet. Temat är Dams for Sustainable Development.

7 Nästa temadag 3 april Tema: Riskhantering Kommande ICOLD evenemang 3-7 juli 2017 ICOLD Annual Meeting, Prag, Tjeckien 14th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams. Den kommer att gå av stapeln 6 8 september 2017, på KTH. SwedCOLD har dragit tillbaka ansökan om att arrangera ICOLD årsmöte i Stockholm Inget nytt beslutat i ärendet då kongresser kan komma att arrangeras vart annat år istället för vart tredje år som det är idag. SwedCOLD ICOLD Europaklubben

8 8. Extension of the Committee on Dam Surveillance. Term of office ICOLD-delegat: Sam Johansson. BEVAKNING AV ICOLD-KOMMITTÈER 1. Proposed revised Term of Reference of the Committee on Concrete Dams Term of office ICOLD-delegat: Erik Nordström. 2.a. Proposed revised Term of Reference of the Committee on Dam Safety. Term of office ICOLD-delegat: Maria Bartsch. 2.b. Extension of the Committee on Dam Safety. Term of office ICOLD-delegat: som ovan 3. Committee on Embankment Dams. Creation of a sub-group inside this Committee to deal with the future development of large dams in tropical zones. ICOLD-delegat: Ingvar Ekström. 4. Extension of the Committee on the Environment. Term of office ICOLD-delegat: Birgitta Adell. 5. Extension of the Committee on Public Awareness and Education. Term of office Same membership, same Terms of Reference. ICOLD-delegat: Gunnar Sjödin. 6. Extension of the Committee on Operation, Maintenance and Rehabilitation of Dams. Term of office ICOLD-delegat: Vakant. 7. Extension of the Committee on Flood Evaluation and Dam Safety. Term of office ICOLD-delegat: Anders Söderström.

9 Nästa temadag 4 april Tema: Riskhantering M. Extension of the Committee on Operation, Maintenance and Rehabilitation of Dams. Terms of reference ICOLD-delegat: Vakant. K. Integrated Operation of Hydropower Stations and Reservoirs Terms of reference SwedCOLD avser att ansöka om representation av svensk delegat.

10 FoU Dammsäkerhet Aktuellt inom Energiforsk Sara Sandberg Tf Områdesansvarig vattenkraft Swedcold temadag 25 oktober 2016

11 Energiforsks FoU-portfölj vattenkraft Samhälls- och industriintresse Dammsäkerhet Miljö Svenskt Vattenkraftcentrum Tillrinning Underhåll och förnyelse

12 Svenskt Vattenkraftcentrum (SVC) SVC är ett centrum för utbildning och forskning inom vattenkraft och gruvdammar Kunskap och kompetens till nytta för industrin, samhället och högskolan. Chalmers, KTH, LTU och Uppsala universitet Vattenbyggnad & Vattenturbiner och generatorer Seniorforskare utgör navet i de starka forskarmiljöerna Forskningsprojekt Adjungerade professorer Experimentell verksamhet Internationell samverkan Forskarskola

13 Vattenbyggnad Hydrologi och vattenbyggnadshydraulik Vattenbyggnadshydraulik Fyllnadsdammar Geoteknik och och bergmekanik Grundläggning Fyllnadsdammar Grundläggning Konstruktions-teknik Anders Wörman Gunnar Hellström Jenny Lindblom Fredrik Johansson Richard Malm Liu Dr-14 Åkesson Dr-15 Ferdos Dr -16 Zmijewskij Dr -17 Teng Lic -16 Andersson Dr-13 Jonsson Dr-15 Andersson Dr -18 Rönnqvist Dr-15 Vahdati Lic-14 Johansson Lic-14 Toromanovic Lic- 17 Krounis Dr-16 Spross Dr-16 Bjurland Lic-16 Bayona Lic -18 Rosenqvist Dr-16 Gasch Dr-18 Eriksson Lic - 17 James Yang Patrik Andreasson Peter Viklander Marie Westberg Wilde 16- Erik Nordström

14 Utvärdering av SVC Utvärderare Vattenbyggnad: Kaare Høeg, NGI och Leif Lia, NTNU Slutsatser The organisational structure and financing is unique in an international perspective With the support of SVC, KTH and LTU have together built a strong undergraduate and graduate teaching program in Hydraulic Engineering in Sweden. [ ] Rekommendationer Research work on methods of maintenance, repair and strengthening of embankment dams should be given higher priority. The research work on internal erosion in embankment dams has been very successful. Emphasis should now be placed on how to prevent internal erosion and methods to improve the situation in existing dams that are likely to develop internal erosion in the future. More emphasis should be placed on the system-oriented areas [ ]

15 Dammsäkerhetstekniskt utvecklingsprogram Syftar till att långsiktigt stödja kraftindustrins dammsäkerhetspolicy. Dammsäkerhetsarbetet kännetecknas av fortlöpande förbättringar bedrivas i samverkan med berörda myndigheter god internationell nivå Relevanta och angelägna utvecklingsprojekt Kunskaps- och kompetensutveckling Vattenkraftföretagen behålla och vidareutveckla en uthålligt hög nivå på dammsäkerhet Ge stöd åt fortsatt utveckling av RIDAS

16 Dammsäkerhetstekniskt utvecklingsprogram Styrgrupp Peter Viklander, Vattenfall Vattenkraft (ordf.) Romanas Ascila, Vattenfall Vattenkraft Anders Isander, Uniper Anders Sjödin, Statkraft Sverige Gunnar Sjödin, Vattenregleringsföretagen Viktor Carlsson, Skellefteå Kraft Jonas Birkedahl, Fortum Generation Jan Lidström, Holmen Energi Maria Bartsch, Svenska kraftnät (adj.) Anna Engström-Meyer, Svenska kraftnät (adj.) Nils Isaksson, Svenska kraftnät (adj.) Sara Sandberg, Energiforsk (adj.)

17 Inriktning Fördelning budget Övergripande dammsäkerhet Påverkan på dammanläggningen Påverkan från dammanläggningen Dammanläggningen Övrigt (DSIG, konferens, exjobb, ICOLD, Energiforsk)

18 Inriktning Dammanläggningen Dämmande konstruktioner och grundläggning Avbördningsanordningar och vattenvägar Övervakning och tillståndskontroll Reparationsmetoder och uh Beredskap

19 2016: Exjobb, ICOLD-kommittéer och konferenser Omkostnadsersättning för examensarbeten Åtta (8) teknologer från KTH respektive Uppsala Universitet (UU) gjort sitt arbete på Tsinghua University, Beijing och Shandong University. Ersättning svensk medverkan i internationellt kommittéarbete ICOLD Tolv (12) personer från konsultföretag och dammägare i lika många kommittéer Omkostnadsersättning för presentation av konferensbidrag Association of dam safety officials (ASDSO) årliga möte I Philadelphia, USA (Sweco) ICOLD 2016 i Johannesburg, Sydafrika (ÅF) HydroVision i HydroVision International, Minneapolis, Minnesota, USA (KTH/Vattenfall)

20 Dammsäkerhetstekniskt utvecklingsprogram September 2016 augusti 2019 Budget ca 20 MSEK Vattenkraftföretag Svenska kraftnät Och Dam Safety Interest Group (DSIG) inom CEATI Energiforsk sammanhållande Marie Westberg Wilde (tom dec 2016) och Sara Sandberg sprider information om forskningsbehov till tänkbara utförare samt bereder förslag till styrgruppen verkställer styrgruppens beslut ansvarar för programmets ekonomi resultatspridning

21 Dammsäkerhetstekniskt utvecklingsprogram Inriktning Övergripande dammsäkerhetsarbete Påverkan på dammanläggningen Dammanläggningen Påverkan från dammanläggningen Omkostnadsersättning svenska experters deltagande i internationella kommittéer presentation av konferensbidrag på internationella konferenser examensarbeten med dammsäkerhetsrelevans ingå. Dam Safety Interest Group (DSIG) Energiforsks arbete

22 Dammsäkerhetstekniskt utvecklingsprogram Nya rapporter

23 Dammsäkerhetstekniskt utvecklingsprogram Nya projekt Uppdatering av Varningsrapporten, Elforsk 11:81 Dam Anchoring Principles via DSIG Workshop fyllningsdammar 25 okt Övergripande erfarenheter av svenska fyllningsdammar Gunnar Sjödin, Vattenregleringsföretagen Varning av allmänheten vid dammbrott En studie av behov och möjligheter kompletterad version 2011 Elforsk rapport 11:81 Tänkbara utvecklingsprojekt Åke Nilsson, WSP Peter Wilén, Norconsult Ingvar Ekström, SWECO

24 Vanligt utförda uppgraderingar av fyllningsdammar SwedCOLD Temadag Åke Nilsson

25 VASO-rapport - Enkät, utsänd Ange åldersförändringar i fyllningsdammar som bedöms påverka dammsäkerheten ELFORSK och VASO (Vattenregleringsföretagens Samarbetsorgan)

26 Skada i erosionsskydd Reparerades i många fall med ett ordnat erosionsskydd med blocken i kontakt med varandra i ett förband. Är det inte Ingvar Ekström som står där borta?

27 Ordnat orienterat erosionsskydd där blockens längdaxel läggs ungefär vinkelrätt mot uppströmssländens lutning (Akersvassdammen, Norge). Benämndes i början den norska modellen. I Ridas Tillämpningsvägledning gavs båda alternativen; ordnat erosionsskydd med blocken i god kontakt, alternativt även ordnat erosionsskydd med blocken ordnade med längdaxel vinkelrät mot slänten.

28 Ordnat i kontakt med blocken i kontakt med varandra och orienterat

29 Exempel på omläggning av erosionsskydd i svenska dammar Ordnat och orienterade block

30 Exempel på skador på uppströms erosionsskydd vid utskov (vänster) och möjlig reparation med betongmadrass (höger).

31 ORSAKEN TILL DAMMBROTT

32 Exempel på stödmur för höjning av tätning till motsvarande nivå som tätkärnan för övriga dammen vid anslutning till betongkonstruktion.

33 HÖJNING AV TÄTKÄRNAN MED MORÄN Morän som tätning Skumglas på lutande ytor Fin- och grovfilter nedström Isolerskivor på horisontella ytor

34 Höjning av tätkärna med morän som isoleras med skumglas. 2016

35 Höjning av tätning med PVC-spont 2006 Dammkrön med höjning av tätkärna med PVC-spont (vänster) och höjning i fält (höger)

36 Höjning av tätkärna med geomembran Utläggning av membran vid höjning av tätkärnan, - sektion till vänster - foto från arbetet till höger

37 VASO-rapport - Enkät, utsänd Hur upptäcktes förändringarna?

38 Insamling av läckageflöde

39 DRÄNERINGAR LÄNGS NEDSTRÖMS DAMMTÅ OCH MÄTÖVERFALL

40 Läckagemätning vid dammens anslutning till utskov Betongmur grundlagd på berg som injekterats Mätbrunn Utloppsrör från mätöverfall

41 VASO-rapport - Enkät, utsänd Ange förändringar i fyllningsdammar som bedöms påverka dammsäkerheten

43 Många av sjunkgroparna inträffade vid anslutning till betongkonstruktioner

44 Typisk dammsektion anslutning mot betongkonstruktion STÅLSONT 5 á 10 m IN I TÄTKÄRNAN Överkant erosionsskydd Stålspont vid anslutningen till betongkonstruktioner Risk för sättningar Ingen plats för uppströmsfiler och övergångslager Filter Core Tätkärna Core Tätkärna Filter

45 Exempel på reparationer vid anslutning till betongkonstruktion.

46 Dräneringar längs dammtån

47 Exempel på dimensionering med flödesberäkning överst tv, och typisk utformning stabilitet överst th Typisk utformning av stödbank Tätning med morän för att samla läckage och förhindra påverkan från nedströmssidan

48 ANSLUTNING AV FYLLNINGSDAMMAR TILL BETONGKONSTRUKTIONER

49 Exempel på stödbank

51 D 15 för nedströmsfiltret dammar Uppdelning på dammar med sjunkgropar och dammar där inga förändringar rapporterats

52 JUKTAN - Fortlöpande erosion på grund av extremt grov filter D 15 = 32 mm 1. Uppbyggnad Svaghetszoner 2. Uppbyggnad Ombyggnad Läckage jan Ombyggnad Läckage dec 1980

53 Nya tätskärmar för att uppgradera den tätande funktionen TÄTSKÄRM SOM SCHAKTAS SOM KONTINUERLIG SLITS MED GRÄVMASKIN (SLURRY WALL) Jord-Bentonit slitsmur ( Soil-Bentonite, SB slurry wall ) Jord-Cement-Bentonit slitsmur (Soil-Cement-Bentonite, SCB slurry wall) Cement-Bentonit slitsmur (Cement-Bentonite, CB slurry wall)

54 Slurry trench

55 Slurry wall Är det inte Tage Rickardsson som står där?

56 Lövön - slurry trench och ombyggnad av övre del 1998

57 Lövön SLURRY RENCH Är det inte Janne Liif som står där? eller är det Bosse Bergander eller Bosse Wångenberg?

58 VASO-rapport - Enkät, utsänd Ange förändringar i fyllningsdammar som bedöms påverka dammsäkerheten

59 TÄTNING SOM SCHAKTAS I PANELER MED ANPASSAD UTRUSTNING (DIAPHRAGM WALLS) Peter Viklander? Fred Lindholm?

60 Hydraul-manövrerade gripskopor Bentonit-slurry för stabilisering, varefter i princip undervattensgjutning

61 EN STOR MÄNGD INSTRUMENT, AUTOMATISERADE, SATELITÖVERFÖRING TILL BuRec i DENVER I COLERADO Diaphragm wall Dräneringshål Problem med stora läckage genom tätkärnan och undergrunden i båda anslutningarna

62 Per Öhrner? Urban Norstedt?

63 Navajo dam diaphragm wall 120 m djup, hydromill, 1988

64 Schaktutrustningar för slitmurar i lameller Gripskopa (Clamshell) Hydromill

65 Navajo State Park Inte så mycket om reparationsmetoder Den tidigare forsen som fanns innan dammen byggdes har nu kunnat omvandlas till ett omtyckt friluftsområde. Fritidsaktiviteter: året runt camping, båtturer mm Fiske: sedan dammen byggdes har miljoner av regnbågar och foreller samlats I magasinet Naturliv: Besökare kan se rävar, hjortar, älg, bäver mm

66 REFERENSER Nya tätningar ICOLD B150 Cutoffs for dams 338 sidor, Donald A. Bruce 2012

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85 Exempel på reparationsinjektering Swedcold Peter Wilén 1

86 Exempel på skadesituation Från Elforsk 07/53, 99/48 2

87 Injektering i fyllningsdammar Skador i tätkärna, sjunkgropar, läckage Jordinjektering - Permeationsinjektering - Jetinjektering - (Uppspräckningsinjektering, kompaktinjektering) Berginjektering + kontakrzon jord/berg - Kontakt mellan filter och tätjord och spricksystem/krosszoner i berg Injekteringsmedel - Cement med olika tillsatser Permeationsinjektering - Cement-Bentonit - Bentonit - Kemiska injekteringsmedel (PU) - Silica Sol 3

88 Reparationsinjekteringar Utförda i Sverige, exempel Bastusel 1993 cementbruk, vattenglas, bentonit Hällby 1986 cement, bentonit, silikatbruk Näs 1989 cement, bentonit, kem Porjus cement, sand/bentonit/cement Rengård 1983/93 cement, cement/bentonit Ringdalsdammen 1999 cement, bentonit Rätan 1994 cement/bentonit Suorva 1983 cement, bentonit, silikat Lilla Edet 2006 cement Några av dessa finns beskrivna i olika Elforsk rapporter Allmänt injektering av dammar, Elforsk 12/65, 07/53, 99/48, mfl 4

89 Injektering som reparationsmetod? Risker vid injektering - skapa nya läckagevägar Osäkerhet när det gäller resultat Vad händer under injekteringen? Injektering - en svartkonst (berginjektering i undermarksbyggande) Vad sker på längre sikt? Livslängd på reparationsåtgärd Krav på uppföljning av förändringar när det gäller läckage mm. Identifiering felmoder baserat på inträffade skador och resultat av reparationsinjektering, Felmodsbaserad övervakning och framtagande av åtgärdsplaner SLUTSATSER: RESULTATET ÄR EN TÄTKÄRNA SOM ÄR EN MIX AV OLIKA MATERIAL MED OLIKA EGENSKAPER KANSKE LITE TVEKSAM REPARATIONSMETOD PÅ LÅNG SIKT 5

90 Exempel på reparationsinjektering I huvudsak bra berg, förekomst av sprickzoner och lerslag i berg Stödfyllning av sprängsten medför hög gradient Sjunkgropar och ökande läckage Skadad tätkärna och håligheter i tätkärnan närmast bergytan Reparation med jord- och berginjektering Materialtransport till stor del via sprickor i kontaktzonen jord/berg och i bergsprickor Åtgärderna är år nu fortfarande god funktion 6

91 Injekteringsmetoder - utveckling Injektering av porer och sprickor konventionell jordinjektering Injektering och samtidigt ersätta den skadade tätzonen - Jetinjektering - Nya metoder Jord-slurry blandning Slurry diken (Soil mixing, Cutter Soil Mixing, Trench Mixing) Jetinjektering att spola ur jord och ersätta bedöms tveksamt ur dammsäkerhetssynpunkt vid utförande. Svårkontrollerat Mekanisk inblandning Insitu (Soil mixing, Trench mixing) Ej utfört i Sverige/Norge? 7

92 Cutter Soil Mixing - GeoMix Verktyget skär och roterar med flera klingor ned, samtidigt som injekteringsmedel tillförs vid neddrivning och upptag av verktyget. Maximalt djup m beroende på utrustning 8

93 Soil Mixing Wall Soil Mixing Wall vertikal borrning med en skruvborr och samtidigt inblandning av injekteringsmedel, vid borrning ned och drivning upp. Metoden kan utföras på djup mellan 6-15 m. 9

94 Exempel Soil Mixing Herbert Hoover Dike (Lake Okeechobee, Florida) Slurrydike utförd i en lagerföljd av sand/grus torv sand/silt kalksten Djup ned till ca 36 m Slitsbredd av 0,45 0,9 m, längd 1,8-2,4 m. Panelerna utfördes med överlapp, för att skapa en sammanhängande tätvägg. Utförande i fyra steg: 1. Positionering av skärverktyget 2. Vertikal neddrivning (med samtidig inblandning av bentonitslurry) 3. Upptagning samtidigt med inblandning av cementslurry med tillsatsmedel 4. Återfyllning, återställning 10

95 Herbert Hover dike Florida Vid arbetet utfördes en kontinuerlig registrering av följande parametrar: Rotationshastighet på skärverktyget Neddrivningshastighet Volym slurry vid neddrivning Uppdragningshastighet Volym cementslurry vid uppdragning Kontrollhål (borrkärnor) utfördes för kontroll av resultatet ned till 0,6 m ovanför panelens grundläggningsnivå. Kärnorna kontrollerades och provtagning utfördes. Hydraultester utfördes för att kontrollera den hydrauliska konduktiviteten (medelvärdet uppmättes till m/s). 11

96 Trench Mix Dikesgrävningsutustning (trencher) med inblandning av injekteringsslurry som utförs i ett moment. Kan utföras ned till ca 10 m. Två alternativ: vått eller torrt. 12

97 Exempel Trench Mix Förstärkning av en flodvall vid Wisla i Polen ( ) Tätning och förstärkning av ett läckage vid grundläggningsnivån för flodvallar Ned till 6 m djup i osorterade sandiga kvartära jordlager. Tätningen utfördes med den våta metoden, dvs. en slurry blandades direkt på plats. Ursprunglig hydraulisk konduktivitet m/s Krav efter utförd åtgärd K< 10-8 m/s Provtagning för kontroll utfördes kontinuerligt under arbetet 13

98 Risker med olika dammtyper Fyllningsdamm med tätkärna filter etc Stor gradient dvs hög pådrivande kraft Risk för materialtransport via läckage eller via berget Känslig vid utförandet, packning och stenseparation mm Homogen damm Portrycksuppbyggnad nedströms vid läckage Vanligen avsaknad av filter risk vid materialtransport 14

99 INJEKTERING I BERG Multikomponent cementbaserade injekteringsmedel, med låga vct (stabila bruk) Online-mätning och uppföljning av injekteringsprocessen, RTGC, (Real Time Grouting Control) för kontroll av injekterad volym. MWD, measurement while drilling Vattenförlustmätning som kontroll?? 15

100

101 Storfinnforsen fyllningsdamm förstudie, granskningar och val av metod för att minska portrycken i nedströms stödfyllning Carl-Oscar Nilsson, , carl-oscar.nilsson@uniper.energy

102 Orientation Faxälven, a branch of Ångermanälven km 2 catchment area 500 m 3 /s average water flow 12 TWh annually Approx 17% of total hydro production in Sweden 2

103 3

104 Commissioned: 1954 Nr. units: 3 Power: 112 MW Production: 536 GWh Head: 49,5 m Buttress dam: 900 m Height: 40 m Embankment dam: 300 m Height: 25 m 4

105 Original Design - Behavior Design GW level

106 Actual Behavior High pore pressure Corse filter Will not stop internal erosion Actual GW level

107 1 st Stage, Improved Seepage Capacity Drainage and toe berm

108 2 nd Stage, Choice of Method, Option Additional rock fill New sealing diaphragm wall

109 2 nd Stage, Choice of Method, Option New RCC dam on downstream side

110 2 nd Stage, Choice of Method, Option Drilled chimney drains, dia 300 mm c/c 1 2 m Reduction of pore pressure decrease risk for internal erosion

111 3 rd Stage, Method Test And Evaluation Approx. 50 m trail test strip with vertical drainage Evaluation performed

112 3 rd Stage, Method Test And Evaluation

113 3 rd Stage, Method Test And Evaluation LAYER

114 4 th Stage, Continue Drains During 2016

115 15

116 16

117 17

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133 Åtgärder på mindre fyllningsdammar i södra Sverige Jill Holmberg o. Tina Påhlstorp, ÅF

134 Exempel: Konskevensklass 3 damm 2

135 Efter en överdämning i augusti 2014 observerades två skador i fyllningsdammen. En vid anslutning till betongdammen och en mitt på dammen. 3

136 Dammens uppbyggnad Anläggningen togs i drift Ersatte en tidigare anläggning. H 7 m, L 40 m 4

137 Akut förstärkning På eftermiddagen samma dag som överströmningen skett åkte vi upp till dammen. Beställde massor och maskiner när vi satt i bilen. Bra hjälp av täktkarta med adressuppgifter (bilaga till beredskapsplanen). 5

138 En stor mängd kablar hittades i dammkrön 6

139 Urspolat finmaterial Inget övergångslager mot n.s. stödfyllning 7

140 Fyllning med sand 0-8 mm under och runt kablarna. Packning för hand. Därefter fyllning med krossmaterial 0-18 mm och packning med padda. 8

141 Risk att tätkärnan tagit skada? Röjning av nedströmsslänten kort därefter för att kunna observera ev. läckage/skador tills permanenta åtgärder vidtagits. 9

142 Permanenta åtgärder 2015 Provgropsgrävning och stabilitetsberäkningar genomfördes våren Tätkärna Träspont I dammtån 10

143 Material i tätkärnan uppfyller krav enl. RIDAS. Siltig grusig Sand med finjordshalt %. Träsponten murken i de delar som kunde ses. Inledningsvis övervägdes att trycka ner en stålspont genom tätkärnan med silent piling. Till slut beslutades att det fanns för många osäkerheter med den för svenska dammar hittills oprövade metoden så traditionell förstärkning med stödbank valdes. 11

144 Entreprenad Entreprenör handlades upp efter sommaren 2015 PEAB Entreprenaden påbörjades i slutet av oktober 2015 och slutbesiktning hölls i slutet av november

145 Planerade/Genomförda åtgärder Röjning nedströms dammen + anläggande av tillfartsväg Stödbank på n.s. slänten uppdragen till krön Borttagning av kablar Justering av tätkärna och dammkrön till ursprunglig nivå 13

146 Justering av tätkärnan till ursprunglig nivå Ök tätkärna grävdes fram. Rester av murken träspont hittades längs hela sträckan. I övrigt såg tätkärnan ut att vara i bra skick. Justering till ursprunglig nivå med siltig grusig Sand från närbelägen täkt. Kring tätkärnan lades övergångslager 0/32 mm. 14

147 Vegetations- och matjordsavtagning Mkt block, stor sten och betong i nedströmsslänt och dammtå. Bedömdes inte riskfritt att schakta Schakt i n.s. slänt och dammtå gjordes mindre omfattande än ursprungligen tänkt. Beslutades att inte lägga något dränage 15

148 Utläggning av övergångslager och stödbank Övergångslager blandning av 0/63 och 16/32 mm för att uppfylla filterkriterierna. Till stödbanken användes utsorterat material från närbelägen täkt 40/400 mm. 16

149 Justering av dammkrön och förbättrat erosionsskydd vid utloppskanalen 17

150 Före och efter åtgärd 18

151 Utmärkande för åtgärder på mindre fyllningsdammar i södra Sverige Konsekvensklass varierar från 1 till 3 Typisk damm: upp till 10 m hög, träspont, mer el. mindre homogen, klädd m. matjord, mycket vegetation Gamla dammar och dåligt arkivunderlag Små kraftverk små resurser. Svårare motivera omfattande utredningar. Dammägaren inte markägare problem med åtkomst Dammar inne i samhällen nära bebyggelse påverkar hur åtgärder kan bedrivas. Inte alltid att de stora entreprenörerna ens vill räkna på jobben. Krångliga upphandlingar? 19

152 Utmärkande för åtgärder på mindre fyllningsdammar i södra Sverige Driftpersonalen har en viktigt roll i att upptäcka tecken på skador. Flera gånger har åtgärder initierats av att driftpersonal upptäckt förändringar i läckage etc. Viktigt personalen känner att det är deras anläggning. Inte alltid att det går att strikt tillämpa filterkriterier enl. RIDAS vid val av material för förstärkning. Ofta mer el. mindre akuta åtgärder kräver improvisation och snabba beslut. Driftpersonalens lokalkännedom värdefull t.ex. för att få tag på grävmaskinist 20

153 INTERNAL EROSION PHENOMENA IN EMBANKMENT DAMS Basis for facilitating numerical modelling Swedcold Temadag 25 of October 2016 FARZAD FERDOS Failure of Teton Dam on June 5, 1976

154 Erosion is the main cause of failure of earth structures such as embankment dams, dykes and levees. Animal burrows Slump Crest subsidence Cracking Groin Cracking Boil Pipe formation Scour hole Cracking

155 Large zoned embankment dam breach due to internal erosion Upstream Downstream Shell Riprap Riprap Shell Core Foundation Internal erosion- Pipe formation

156 Numerical modelling of a zoned embankment dam undergoing internal erosion. Porous Media Flow components Sediment-Scour components Pipe flow, Viscous-Turbulent Flow Darcy s Flow Turbulent Flow Pipe Growth Turbulent Flow Turbulent Flow Unsaturated seepage Darcy s Flow

157 PhD project in Hydraulic Structures Phase I A thorough study of the hydraulic behaviour of coarse rockfill material subjected to heavy and turbulent throughflow conditions. Phase II Explore ways in which internal erosion processes and their development in porous material can be numerically modelled for engineering purposes. Numerical approach Experimental approach Outlet Porosity in time Erosion chamber Outflow Inlet Inflow Planned for Part II L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L total H D m m m m m m m m D SFD simulation Completed in Part I Eulerian continuum

158 Phase I Study of the hydraulic behaviour of coarse rockfill material subjected to heavy and turbulent throughflow conditions. Turbulent Flow Turbulent Flow A systematic and confident understanding of the throughflow is crucial for the design, safety assessment and erosion protection of the dams and to decrease their risk of failure. Numerical modelling Flow behaviour needs to be understood Material properties and governing equations for turbulent throughflow (Constitutive law )

159 Throughflow properties of coarse rockfill material were studied by means of : 1. Analysing field pumping test data from Trängslet rockfill dam. Borehole Cut-off wall Measuring Weir 2 field tests (2008 and 2010) done by SWECO 2. Constructing a large-scale apparatus (permeameter )and doing extensive laboratory tests. 3. Simulating 3D models for fluid flow through coarse materials, resembling the ones used in the laboratory experiments, by using the Flow-3D software.

160 f Friction Factors: Reynolds number dependency of the friction factors was observed for high Re numbers! f = 1 4 D p L P 0 P L 1 2 ρv 0 2 where P 0 P L = 1 2 ρ L v2 R h f tube 60, 000 Flow Laws: Re c p = Fr 2 i 2 a 10.0 n=0.3 n= Re 0 Re= Re = U n d 50 ν k = m s a = b = 5.095

161 Numerical experimentation: Study beyond the experimental limits (Re number) C D Particle-path tracking Re Flow3D Experimental limit Flow3D Studying the force balance within the porous media :

162 F shear (kg m s -2 ) Density θ ω (a) (b) R² = R² = E+0 5E+4 1E+5 2E+5 2E+5 Reynolds number E+2 1E+0 1E-2 1E-4 Burgers Eq l tube /l material Numerical simulations 1E-6 Burgers Undefined Ferdos & Dargahi E-8 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 Reynolds number 1E+5 1E+6 F 6 RU 1 S / T U S eff I II D I II

163 Porous Media Flow components Sediment-Scour components Pipe flow, Viscous-Turbulent Flow Turbulent Flow Darcy s Flow Darcy s Flow Unsaturated zone Turbulent Flow Pipe Growth Phase II Explore ways in which internal erosion processes and their development in porous material can be numerically modelled for engineering purposes. Suffusion and granulometric instability Contact erosion between two soil layers Concentrated leak erosion Backward piping erosion Understand the mechanisms Facilitate numerical modelling

164 Suffusion and the concentrated leak erosion mechanisms were studied by means of: 1. Conducting laboratory experiments 2. Developing a theoretical framework to facilitate continuum-based numerical modelling. 3. Definition of constitutive law of erosion whereby the initiation of material instability erosion initiation, as well as the continuation of the phenomenon mass removal rate are accounted for.

165 Inflow Laboratory studies on internal erosion Outlet Outflow Erosion chamber Inlet

166 Percent finer by weight Tests for Suffusion mechanism: Soil-A mixture of Skempton and Brogan (1994) Initiation tests (2 repetitions) Type A (constant hydraulic loading) Type B (constant material matrix) 0 kpa mechanical loading 10 kpa mechanical loading 25 kpa mechanical loading 50 kpa mechanical loading Soil-A Skempton Grain size (mm)

167 Conducted tests for Concentrated leak mechanism: Silty clay core material of Teton dam in Idaho, U.S.A. HET - 0 : 0 mechanical loading (4 repetitions) Concentrated leak (HET): HET -25 : 25 kpa m.loading HET -50 : 50 kpa m.loading HET -75 : 75 kpa m.loading HET -100 : 100 kpa m.loading

168 Hydromechanical Envelope model: Taken from Li, Modification is needed to get the flow-induced shear forces in to account Otherwise the stress reduction factors cannot be explained.

169 80mm 3D resistivity tomography studies 200 mm 80 mm Water tightening plastic cap Electrode rod 16 electrodes in each row Wire This end is open and the electrode is in indirect contact with the soil 200 mm 20mm 350 mm

170 3D resistivity change due to suffusion process t = 20 hrs t = 22 hrs t = 27 hrs t = 32 hrs t = 37 hrs t = 43 hrs (end) z y x Resistivity difference (ohm m) This resistivity change can be translated to porosity change in media due to internal erosion.

171 Conclusion remarks: Adopting the findings from the two aforementioned continuum based work enables modelling the internal erosion phenomena in embankment dams from initiation until the failure. Material s Porosity in time Upstream Downstream Shell Riprap Riprap Shell Core Velocity magnitude in time Foundation Internal erosion- Pipe formation Porous Media Flow components Sediment-Scour components Pipe flow, Viscous-Turbulent Flow Darcy s Flow Forchheimer (Turbulent Flow) Forchheimer (Turbulent Flow) Pipe Growth Darcy s Flow Background Objectives and Motivation Methodology Results Conclusion remarks

172 Public PhD defense INTERNAL EROSION PHENOMENA IN EMBANKMENT DAMS: Throughflow and internal erosion mechanisms Location: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, KTH Royal Institute of Technology Time: Friday November 4 at 9:00 AM. Welcome! THANK YOU FOR YOUR ATTENTION!

173 SwedCOLDs temadag Drivgodslänsa vid Halvfari Kraftverk Ola Nilsson, SWECO Energuide Karl-Erik Löwén, Löwén Procura AB

174 Halvfari Vattenkraftverk - Lokalisering Halvfari Dammen 2

175 Halvfari damm Avesta Storfors 3

176 Halvfari kraftstation, utskov and hävert till vänster i bild 4

177 Halvfari Damm, ombyggnad utskov med Bottenutskovslucka Segmentluckor 2 st: Bredd 6m Höjd: 10,2 m Bottenutskovslucka: Bredd: 6m Höjd: 7m 5

178 Halvfari Damm, ombyggt hävertutskov 6

179 Halvfari Dammsäkehetshöjande åtgärder Halvfari dammsäkerhetshöjande åtgärder projekterat av Sweco. Utökad utskovskapacitet från 650m 3 /s till FK1 =1045 m 3 /s. Ny bottenutskovslucka, ombyggnad av hävertutskovet. Uppgradering av befintliga två sektorluckor 6m breda. Drivgodskontroll med hjälp av en länsa uppströms anläggningen. Uppgradering av elsystem, KAS pegel, fjärr- styr och övervakningsutrustning. Förlängning av utskovspelare och stödmurar i utskovet och utskovskanalen för att klara erosion. Förstärkning av erosionsskydd i utskovskanalen för att klara erosion. Förstärkning av fyllningsdammen och installation av mätutrustning. Entreprenadarbeten utfördes

180 Halvfari bedömd verklig utskovskapacitet Karl-Erik Löwén Project Manager 8 Hydropower & Dams Fortum Renewable Energy

181 Halvfari bedömd verklig utskovskapacitet Flödesdimensioneringsklass I flöde är 1045 m 3 /s Total teknisk kapacitet 1059 m 3 /s vid DG, 1201 m 3 /s vid TÖK (hävert inräknad). Bottenutskovet kan tekniskt avbörda upp till 564 m 3 /s vid TÖK. Utskovet bedöms ej bli igensatt av drivgods. Detta flöde motsvarar ca 500-års flödet. Ytutskoven 2st är 6m breda och 11,2m höga. Teknisk avbördning 567 m 3 /s vid TÖK. Hur stor andel av utskoven som blir igensatta vid drivgods är svårt att bedöma. Det finns således behov av en läns för flöden över ca 600 m 3 /s och drivgods. Karl-Erik Löwén Project Manager 9 Hydropower & Dams Fortum Renewable Energy

182 Halvfari läns projektering upphandling Inventering av möjlig drivgodsmängd. Preliminär projektering 2007 Internationell förfrågan anbud totalentreprenader läns Inga anbud uppfyllde kraven att klara dim. flöde och dim. vindlast. Dimensioneringsunderlag saknas i Sverige för läns utsatt för extremlaster med drivgods i olika mängd: FKI Vattenflöde 1045 m 3 /s och vind 20 m/s ( år) FKII Vattenflöde 330 m 3 /s och vind 30 m/s ( år) Året runt läns som klarar islaster. 10

183 Karl-Erik Löwén Project Manager Halvfari läns projektering upphandling BMT Fleet Technology: Design Study for Debris and Ice Boom Tog fram övergripande dimensionering av läns för extremlaster. Sweco utförde detaljprojektering Anbudsförfrågan. Utförande 2012 NCC som entreprenör för läns Älvservice som entreprenör för fundament

184 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK VAD ÄR DRIVGODS???

185 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Exempel: Regnkatastrofen vid Fulufjället: Enorma trädbrödar, ofta med mycket grova, flerhundraåriga granar, återfinns på flera ställen längs de värst drabbade åarna, som här någon km upp längs Stora Göljån.

186 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Exempel: Lake Lynn (WV): Lake Lynn (WV) following a massive rain event in Fotot taget från

187 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Flera exempel.. Timmer Flyt-torv Båtar Sjunktimmer Hus Skred Träd Växter Med mera. Olika från plats till plats...

188 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Halvfari: TRÄD st 2-32 m st > 14 meter

189 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK LÖSNINGAR? - Lokalt problem eller problem för hela älven? - Minska / begränsa drivgodsmängden? - Överkapacitet i avbördningskapacitet? - Bredda utskovsöppningar? Höja brobanor? - Drivgodsfällor? - Visir? - Drivgodslänsar? - Annat?

190 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK I Sverige arbetar vi med problemet men har ännu inte löst det... Men så här har vi gjort i Halvfari

191 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK

194 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK HUR GÖR MAN EN DRIVGODSLÄNSA? Vill inte ta upp och lägga i länsan varje år. Medför mycket jobb samt risk att länsan inte finns på plats när den verkligen behövs. Om länsan ska ligga i året runt måste den tåla all väderpåverkan och all nötning inkluderande eventuell årlig isbelastning. Länsan ska stoppa drivgodset, men något enstaka träd kan slinka förbi. Anläggningen ska klara detta. Länsan är till för extrema situationer (vi kanske aldrig får se den i funktion), men måste samtidigt klara alla normala situationer. Vilka krafter ska länsan dimensioneras för?

195 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Vilka krafter dimensioneras länsan för? Drivgods Is Extrema vindar Extrema flöden ( -> höga vattenhastigheter) Samt tillämpliga kombinationer av dessa.

196 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK LANDFUNDAMENT Kraften i bärlina förs över till landfästena/fundamenten. Höger sida utgörs av fyllningsdammen och vänster sida av naturlig strand. Bärlinan ligger drygt 2 meter under vattenytan. Måste fundamentet placeras på den nivån för att inte lyfta hela länsan??? Vill ogärna gå in i (eller igenom) fyllningsdammen. Vill även undvika arbeten under vatten.

197 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK NIVÅ Regleringsamplitud: 0,4 meter. MEN anläggningen ska även tåla en överdämning på 1,2 meter. Detta är en extrem situation men det är ju just då som länsan behövs Bärlinan ska ligga drygt 2 meter under vattenytan. Även vid extrema fall.

198 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK LÖSNING - Nivåreglerande sänken

200 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK LÖSNING - Nivåreglerande sänken Bärlinan kunde dras över dammkrönet och fundamentet placeras nedströms dammen.

203 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Länsans form - Uppspänd / rak lina medför orimliga krafter. - Slack lina medför nötningsproblem.

206 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Länsans form - Uppspänd / rak lina medför orimliga krafter. - Slack lina medför nötningsproblem. LÖSNING: Uppspänningslina

209 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Dynamiska krafter från vågor Normal vågpåverkan riskerar att utsätta linan för konstanta ryck som leder till utmattning. Vi behöver en flexibel uppspänning. Fjäder?

210 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Dynamiska krafter från vågor Tyngd på uppspänningslinan

212 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK Länsan installerades ERFARENHETER EFTER FYRA ÅRS DRIFT: Skred under magasinsytan påverkade uppspänningen. Vajer-brott i uppspänningslina pga för snäv radie. Några saxsprintar till lyrschacklen har korroderat bort. Ersätts troligen med kontramuttrar eller svetslåsning. I övrigt har länsan fungerat.

213 DRIVGODSLÄNSA VID HALVFARI KRAFTVERK FRÅGOR? Tack för oss

214 Granboforsen - Betongmadrass Lars Johnsson, Jämtkraft

215 Jämtkraft Hissmofors Kattstrupeforsen Indalsälven Storsjön Granboforsen

216 Granboforsen Erosionsskydd Bakgrund FDU 2007, Grontmij Diverse interna utredningar, Förstudie + komplettering, , WSP Strömningsutredning, 2014, Norconsult Betongmadrass Entreprenör NCC med UE, Tecomatic Byggtid 2 veckor i oktober 2015

217 Provtappning 2007

218 Principskiss betongmadrass

219 Förarbete betongmadrass

220 Förarbetet klart

221 Tecomatic gjuter betongmadrass, Jämtkraft m.fl. tittar på

222 Tecomatic gjuter

223 Gjutning klar

224 Återfyllning runt madrass

225 Klart

226 Betongmadrass 1 år senare

227

228 SWEDCOLD 2016 LÄCKAGEMÄTNING MED WILLOWSTICK

229 SWEDCOLD 2016 TEORI PROGRAM RESULTAT

230 Willowstick -metodik Läckagemätning i tre enkla steg 1. Lägg ut en krets med en elektrod upp- och nerströms dammen 2. Anslut en kraftkälla 3. Mät resulterande magnetfelt SWEDCOLD

231 Willowstick -metodik Profil av mätpunkt Elektrod n/s Strömkrets Elektrod u/s generator Magnetfält Koncentration av elektrisk ström genom vattenläckor Magnetfelt SWEDCOLD

232 Willowstick -metodik Analys den svåra biten Preliminär analys ECD SWEDCOLD

233 Pilot på fyra norska dammar Första runda 1. Gressvassdammen (Statkraft) 2. Vasslivatn (Trønder Energi) 3. Jukla (Statkraft) 4. Songa (Statkraft) Andra runda 5. Viddalsvatn (E-Co Energi) Svartadalsvatn (Statkraft) SWEDCOLD

234 Pilot -Gressvassdammen SWEDCOLD

235 Pilot -Gressvassdammen ECD modell som visar läckaget i B och C, nedströms vy. Läckageväg B under dammen Läckageväg C under dammen SWEDCOLD