Advanced

Säkerhetsanalys av befintliga fyllningsdammar - En fallstudie av Rengårds kraftverk

Wahlqvist, Pierre LU and Rick, Andreas LU (2011) In LUTVDG/TVBB-5352-SE VBR920 20102
Division of Fire Safety Engineering
Risk Management and Safety Engineering
Division of Risk Management and Societal Safety
Abstract (Swedish)
Kraftverksdammar används för att dämma stora mängder vatten och senare använda vattnet i elproduktion. Konsekvenserna vid ett eventuellt dammbrott kan bli mycket allvarliga och orsaka stora skador på människor, miljö och infrastruktur. De potentiella skadorna medför att säkerhetsarbetet är en stor och viktig del av dammverksamheten för att på ett så bra sätt som möjligt förhindra skador på dammar som kan utgöra faror för omgivningen. Vattendrag utrustas ofta med flera kraftverksdammar varpå det ställs höga krav på säkerheten för varje damm. Detta eftersom ett dammbrott kan leda till en dominoeffekt på resterande dammar nedström. För att säkerställa att en damm erhåller den säkerhetsnivå som krävs utförs riskanalyser som har som mål att... (More)
Kraftverksdammar används för att dämma stora mängder vatten och senare använda vattnet i elproduktion. Konsekvenserna vid ett eventuellt dammbrott kan bli mycket allvarliga och orsaka stora skador på människor, miljö och infrastruktur. De potentiella skadorna medför att säkerhetsarbetet är en stor och viktig del av dammverksamheten för att på ett så bra sätt som möjligt förhindra skador på dammar som kan utgöra faror för omgivningen. Vattendrag utrustas ofta med flera kraftverksdammar varpå det ställs höga krav på säkerheten för varje damm. Detta eftersom ett dammbrott kan leda till en dominoeffekt på resterande dammar nedström. För att säkerställa att en damm erhåller den säkerhetsnivå som krävs utförs riskanalyser som har som mål att exponera dammens brister.
På uppdrag av Skellefteå Kraft har en säkerhetsanalys genomförts på deras kraftverksdamm i Rengård som är lokaliserad i Skellefte älv. Rapporten ska ge företaget nya infallsvinklar på hur dammsäkerhetsarbetet kan utvecklas. Dammen i fråga är en större fyllningsdamm med historiska problem av bortspolning av material från dammens inre. Konsekvensen av ett dammbrott vid Rengård innebär fara för människoliv och enligt gällande rutiner klassas Rengård som en klass 1B-damm, vilket är den näst högsta klassificeringen. Konstruktionen som är byggd 1970 uppfyller få av de rekommendationer gällande filter och val av material som framställts av Svensk Energi i deras riktlinjer för dammsäkerhet och som gäller för nybyggnation av fyllningsdammar idag. Uppförandet av dammen och val av material har lett till att dammen utsatts för skador på grund av inre erosion, en av de vanligaste orsakerna till dammbrott. Målet med rapporten är att ge företaget värdefull kunskap inom området riskanalys, samt att metoderna för valda riskanalyser ska kunna appliceras på företagets övriga dammar.
Kraftverket i Rengård är uppbyggd av två fyllningsdammar och en betongdamm. Betongdammen innehåller en stationsbyggnad för elproduktion och ett utskovsparti för reglering av vattennivån i magasinet vid höga tillflöden. Fyllningsdammarna är uppbyggda av jordmaterial i olika lagerzoner vars gemensamma uppgift är att dämma vatten. Konstruktionen kräver dock en viss genomströmning för att för höga portryck inte ska orsaka instabilitet i dammen. Ett konstant flöde genom dammen innebär alltid en risk för att material transporteras bort med flödet. Viktiga egenskaper för en fyllningsdamm är att vara tillräckligt tät och inte innehålla svaghetszoner med förhöjd permeabilitet.
Säkerhetsanalysen utgörs av en översiktlig felmodsanalys som visar vilka svagheter som ska styra kommande säkerhetshöjande åtgärder och ger en bedömning av om befintlig övervakningsutrustning är tillräcklig. Vidare genomförs en djupare riskanalys via upprättandet av ett händelseträd samt en kvantifiering av trädet för att ge en skattning för risken av att ett ökat läckage leder till dammbrott genom inre erosion. Kvantifieringen av händelseträdet bygger till stor del på expertbedömningar och inte på statistisk data. Genom att använda expertutlåtanden framför statistik beaktas de omgivningsspecifika egenskaperna i analysen. Resultatet blir mer relevant baserat på den aktuella dammens förutsättningar.
Resultatet av felmodsanalysen visar att dammsäkerhetsarbetet bör inrikta sig på att säkerställa höger fyllningsdamms funktion och beständighet mot inre erosion. Felmodsanalysen identifierade tre felmoder som visar ett högre risktal än de övriga och som säkerhetsarbetet i framtiden bör beakta. De tre felmoderna handlar om att dammen är i riskzonen för inre erosion och att de injekteringar som gjorts i dammarna utgör svaghetszoner. Analysen visar även att övervakningsutrustningen i Rengård kan utökas. Höger damm utsätts för högre risktal än den vänstra på grund av dess stabilitetsbrister vid extrema lastfall samt att övervakningsutrustning i höger damm inte är lika omfattande som vänster.
Resultatet av händelseträdet visar att höger damm löper större risk för att ett ökat läckage leder till dammbrott genom inre erosion än vänster damm. Att resultatet skiljer sig mellan höger och vänster damm beror till stor del på att höger damm saknar dammtå på nedströmssida och därmed inte har någon stabil bas vid extrema laster. Kvantifieringen ska ses som ett indexvärde istället för ett absolut värde på risken då geotekniska förhållanden och händelsekedjor är komplexa, starkt områdesberoende och svåra att kvantifiera. Resultatet av hela säkerhetsanalysen blir ett viktigt verktyg som kan användas vid jämförelse av olika dammar eller mellan olika delar av en damm för att prioritera kommande säkerhetshöjande åtgärder.
Slutsatsen av rapporten är att felmodsanalysen är en systematisk och flexibel metod som visualiserar riskbilden för kraftverksdammar på ett bra sätt. Användandet av metoden har i denna rapport gett Skellefteå Kraft svar på vilka felmoder som säkerhetsarbetet bör inrikta sig mot. Felmodsanalysen har gett en bedömning av hur väl det befintliga övervakningssystemet fungerar. Händelseträdet ger en idealiserad bild av händelseförloppet från ett ökat läckage till dammbrott genom inre erosion. Geologiska händelseförlopp är komplexa och svåröverskådliga varför en kvantifiering av händelseträdet skiljer sig från verkligheten och därför bör det kvantifierade värdet ses som ett indexvärde vid jämförelse mellan olika dammanläggningar eller mellan delar i samma anläggning. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Wahlqvist, Pierre LU and Rick, Andreas LU
supervisor
organization
course
VBR920 20102
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
publication/series
LUTVDG/TVBB-5352-SE
report number
5352
ISSN
1402-3504
language
Swedish
id
1763253
date added to LUP
2011-01-17 15:20:54
date last changed
2014-03-10 10:40:36
@misc{1763253,
  abstract     = {Kraftverksdammar används för att dämma stora mängder vatten och senare använda vattnet i elproduktion. Konsekvenserna vid ett eventuellt dammbrott kan bli mycket allvarliga och orsaka stora skador på människor, miljö och infrastruktur. De potentiella skadorna medför att säkerhetsarbetet är en stor och viktig del av dammverksamheten för att på ett så bra sätt som möjligt förhindra skador på dammar som kan utgöra faror för omgivningen. Vattendrag utrustas ofta med flera kraftverksdammar varpå det ställs höga krav på säkerheten för varje damm. Detta eftersom ett dammbrott kan leda till en dominoeffekt på resterande dammar nedström. För att säkerställa att en damm erhåller den säkerhetsnivå som krävs utförs riskanalyser som har som mål att exponera dammens brister.
På uppdrag av Skellefteå Kraft har en säkerhetsanalys genomförts på deras kraftverksdamm i Rengård som är lokaliserad i Skellefte älv. Rapporten ska ge företaget nya infallsvinklar på hur dammsäkerhetsarbetet kan utvecklas. Dammen i fråga är en större fyllningsdamm med historiska problem av bortspolning av material från dammens inre. Konsekvensen av ett dammbrott vid Rengård innebär fara för människoliv och enligt gällande rutiner klassas Rengård som en klass 1B-damm, vilket är den näst högsta klassificeringen. Konstruktionen som är byggd 1970 uppfyller få av de rekommendationer gällande filter och val av material som framställts av Svensk Energi i deras riktlinjer för dammsäkerhet och som gäller för nybyggnation av fyllningsdammar idag. Uppförandet av dammen och val av material har lett till att dammen utsatts för skador på grund av inre erosion, en av de vanligaste orsakerna till dammbrott. Målet med rapporten är att ge företaget värdefull kunskap inom området riskanalys, samt att metoderna för valda riskanalyser ska kunna appliceras på företagets övriga dammar.
Kraftverket i Rengård är uppbyggd av två fyllningsdammar och en betongdamm. Betongdammen innehåller en stationsbyggnad för elproduktion och ett utskovsparti för reglering av vattennivån i magasinet vid höga tillflöden. Fyllningsdammarna är uppbyggda av jordmaterial i olika lagerzoner vars gemensamma uppgift är att dämma vatten. Konstruktionen kräver dock en viss genomströmning för att för höga portryck inte ska orsaka instabilitet i dammen. Ett konstant flöde genom dammen innebär alltid en risk för att material transporteras bort med flödet. Viktiga egenskaper för en fyllningsdamm är att vara tillräckligt tät och inte innehålla svaghetszoner med förhöjd permeabilitet. 
Säkerhetsanalysen utgörs av en översiktlig felmodsanalys som visar vilka svagheter som ska styra kommande säkerhetshöjande åtgärder och ger en bedömning av om befintlig övervakningsutrustning är tillräcklig. Vidare genomförs en djupare riskanalys via upprättandet av ett händelseträd samt en kvantifiering av trädet för att ge en skattning för risken av att ett ökat läckage leder till dammbrott genom inre erosion. Kvantifieringen av händelseträdet bygger till stor del på expertbedömningar och inte på statistisk data. Genom att använda expertutlåtanden framför statistik beaktas de omgivningsspecifika egenskaperna i analysen. Resultatet blir mer relevant baserat på den aktuella dammens förutsättningar. 
Resultatet av felmodsanalysen visar att dammsäkerhetsarbetet bör inrikta sig på att säkerställa höger fyllningsdamms funktion och beständighet mot inre erosion. Felmodsanalysen identifierade tre felmoder som visar ett högre risktal än de övriga och som säkerhetsarbetet i framtiden bör beakta. De tre felmoderna handlar om att dammen är i riskzonen för inre erosion och att de injekteringar som gjorts i dammarna utgör svaghetszoner. Analysen visar även att övervakningsutrustningen i Rengård kan utökas. Höger damm utsätts för högre risktal än den vänstra på grund av dess stabilitetsbrister vid extrema lastfall samt att övervakningsutrustning i höger damm inte är lika omfattande som vänster. 
Resultatet av händelseträdet visar att höger damm löper större risk för att ett ökat läckage leder till dammbrott genom inre erosion än vänster damm. Att resultatet skiljer sig mellan höger och vänster damm beror till stor del på att höger damm saknar dammtå på nedströmssida och därmed inte har någon stabil bas vid extrema laster. Kvantifieringen ska ses som ett indexvärde istället för ett absolut värde på risken då geotekniska förhållanden och händelsekedjor är komplexa, starkt områdesberoende och svåra att kvantifiera. Resultatet av hela säkerhetsanalysen blir ett viktigt verktyg som kan användas vid jämförelse av olika dammar eller mellan olika delar av en damm för att prioritera kommande säkerhetshöjande åtgärder.
Slutsatsen av rapporten är att felmodsanalysen är en systematisk och flexibel metod som visualiserar riskbilden för kraftverksdammar på ett bra sätt. Användandet av metoden har i denna rapport gett Skellefteå Kraft svar på vilka felmoder som säkerhetsarbetet bör inrikta sig mot. Felmodsanalysen har gett en bedömning av hur väl det befintliga övervakningssystemet fungerar. Händelseträdet ger en idealiserad bild av händelseförloppet från ett ökat läckage till dammbrott genom inre erosion. Geologiska händelseförlopp är komplexa och svåröverskådliga varför en kvantifiering av händelseträdet skiljer sig från verkligheten och därför bör det kvantifierade värdet ses som ett indexvärde vid jämförelse mellan olika dammanläggningar eller mellan delar i samma anläggning.},
  author       = {Wahlqvist, Pierre and Rick, Andreas},
  issn         = {1402-3504},
  language     = {swe},
  note         = {Student Paper},
  series       = {LUTVDG/TVBB-5352-SE},
  title        = {Säkerhetsanalys av befintliga fyllningsdammar - En fallstudie av Rengårds kraftverk},
  year         = {2011},
}