Hantering av osäkerheter i dammsäkerhetsarbete Urban Norstedt
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
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
5
6
7
Betongdammar 8 8
9
Suorva West Dam 10
Vattenfall Dams in Sweden VATTENFALL DAMS - YEAR OF CONSTRUCTION 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1900-10 1910-20 1920-30 1930-40 1940-50 1950-60 1960-70 1970-80 1980-90 1990-00 2000-10 11 28 Earthfill Rockfill Concrete 22 11
Dam hights and Reservoir capacities VATTENFALL DAMS - HEIGHT OF DAMS (m) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0-15 15-30 30-45 45-60 60-75 75-90 90-105 105-120 120-135 VATTENFALL DAMS - VOLUME OF RESERVOIRS (Mm3) 30 25 25 000 Mm 3 20 15 10 5 0 0-1000 1000-2000 2000-3000 3000-4000 4000-5000 5000-6000 6000-7000 7000-8000 8000-9000 9000-10000 10000-12
Lule River Harsprånget Dam Letsi Dam Messaure Dam 13
Vargön Dam Göta River Lilla Edet Dam 14
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 1900-1970 15
23 juni 2002 - Ross Dam, USA 10 m hög fyllningsdamm Hus översvämmades, följande brott i 4 damm Nedströms 16
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
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
Description of Incident Description of Failure December 14th, 2005 5:15 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
Inte bara geoteknik, inte ens bara teknik Se helheten! Hela systemet Övergripande säkerhetsledningssystem MTO, Människa Teknik Organisation 21
Full System Approach People All are... Technology Organisation and need to be linked together! 22
Hantering av organissationsrisker 23
Sometime things happen Forgot something.? 24
ICOLD Committee on Dam Safety Publiceras 2011 25
Komponenter i ett säkerhetsledningssystem 26
27
Dam Safety Policy setting clear direction for the organization to follow. Objective of the Dam Safety Management Plan 1990 1997 2007 2002 2008 28
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
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
Konsekvensklassning Konsekvenser skall styra säkerhetsinsatser förlust av människoliv allvarlig personskada förlust av sociala, miljömässiga eller ekonomiska värden 31
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. 2008-04-02 Urban Norstedt Vattenfall AB Vattenkraft 32 32
Planering och mål Performance goals Identification of hazards and risks (risk assessment) Organization Responsibility Information management 1997 2002 2008 33
Vägledning genomförande 1997 2002 2008 Management structure for different lifecycle phases - Design, construction and commissioning - Operation - Decommissioning Maintenance and Repairs Change Management Emergency Preparedness and Response 34
FYLLNINGSDAMMAR Tätkärna Filter Stödfyllning Stenfyllningsdamm, stödfyllning av sprängsten Jordfyllningsdamm, stödfyllning av jord (t ex grus, morän) 35
Internal erosion and piping Predicting surfacing internal erosion in moraine core dams Hans Rönnqvi st Licentiate thesis stockholm, sweden 2010 www.kth.se TRITA-LWR LIC Thesis 2050 ISSN 1650-8629 ISRN KTH/LWR/LIC 2050-SE ISBN 978-91-7415-699-7 36
Internal erosion Fig. 39. Schematic causes for initiation and continuation of internal erosion in moraine core dams (Rönnqvist, 2008a). 37
Internal erosion Betydeksefullt Tätjordens inre stabilitet Filtrens effetivitet Hans Rönnqvist. Läs hans licavhandling 38
39 39
Fyllningsdamm Tätt och stabilt 40
Fyllningsdamm Kapa toppen så det går att köra på den 41 41
Fyllningsdamm Tätskärm och stöd 42 42
Fyllningsdamm Hinder för inre erosion Filter av sand och grus 43
Fyllningsdammar kan skadas av och eventuellt brista p.g.a. piping Barriär som skall hindra dammbrott Stödbank av grovt material 44
Djupförsvar 45
Brottsenario överströmning Måste förhindras! Krav på fribord (design för at klara lasten) och på tillförlitlig avbördningkapacitet (förhindra eller lindra lasten) 46 46
Om luckan inte öppnar kan det gå illa 47
48
49
Klimathotet Följ och handla!! 50
Ökad avbörningskapacitet 51
Security 2011-04-11 52
Testområde vid Røssvatnet - Mo I Rana Tustervassdammen Røssvatnet Försöksplats Hur mycket läckage tål en stenfyllningsdamm? 53
Vad tål en fyllningsdamm?
Fyllningsdammar brister förr eller senare om det rinner över för mycket!!! 55
Genomströmning av homogen stenfyllning B = 2,5m H=6m H=5,5m 1,5 1 Berg Fast tätt material 56
Homogenous Rockfill Full Scale Throug Flow Test 4-2002 57
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
60
61
62
63
Övervakning, utvärdering och rapportering 1997 2002 2008 Performance Analysis and Evaluation Inspection, Testing and Monitoring Incident and Accident Reporting 64
65
Brottsenario överströmning Måste förhindras! Krav på fribord (design för at klara lasten) och på tillförlitlig avbördningkapacitet (förhindra eller lindra lasten) 66 66
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
DIFFERENT FAILURE MODES Gate Opening function to prevent overtopping DIFFERENT HAZARDS Gate opening reliable enough to prevent overtopping 68
Hot External Hazards Hazards Internal Hazards (Design, Constr., Maint., Operation) Seismic Reservoir Human attacks Water barrier Hydraul. struct. Mech/ elec Meteorological Procedures 69
Brottmekanismer Global Failure Modes Overtopping (erosion or overturning) Loss of strength (structural failure) 70
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
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 2009-05-28 URBAN NORSTEDT 72
DIFFERENT FAILURE MODES Svaghet i tätkärnan DIFFERENT HAZARDS Hinder för inre erosion Filter av sand och grus 73
DIFFERENT FAILURE MODES Dåligt filter Hazard and Failure mode matrix DIFFERENT HAZARDS Hinder för inre erosion Filter av sand och grus 74
DIFFERENT FAILURE MODES Otillräcklig säker dränagakapacitet Hazard and Failure mode matrix DIFFERENT HAZARDS 75
DIFFERENT FAILURE MODES Förhindra att det leder till dammbrott DIFFERENT HAZARDS Stödbank av grovt material 76
Risk Management Approach PREVENTION CONTROL MITIGATION Basic failure events Outcomes Pro-action Reaction Preparation Repression Aftercare 77
Vulnerability Index Plan och prognos baserad på identifierade svagheter och brister. Hypothetical (Planned) risk reduction schedule 120 100 80 60 40 20 STENKULLAFORS ÅSELE LÅNGBJÖRN LASELE KILFORSEN NÄMFORSEN FORSMO NÄS SÖDERFORS ÄLVKARLEBY 0 1 2 3 4 5 Year 78
Vägledning genomförande 1997 2002 2008 Performance Review Internal and External Audit 79
Utomstående /fristående granskning 80
Ps. Det kan gå på tok!! Det gäller att planera noga!! 81
82
So, finally this was all Thanks again! 2008-04-02 Urban Norstedt Vattenfall AB Vattenkraft 83 83
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 70-90 Mm 3 frisläpptes Ett hundratal hem förstördes och minst fem byar översvämmades efter olyckan. 84