Risikoanalyse metodikk

Transkript

1 Risikoanalyse metodikk Energi Norges prosjekt Damsikkerhet i et helhetlig perspektiv (DSHP) Suzanne Lacasse Norges Geotekniske Institutt (NGI)

2 DHSP Prosjektet NGIs oppgaver Norsk og internasjonal erfaring Metodikk for risikovurdering Risikovurdering av norske dammer Dam Dravladalen Nyhellervatndammene Nesjendammene Dam Strandfossen Anbefalinger for norsk praksis

3 DHSP Prosjektet NGIs oppgaver Norsk og internasjonal erfaring Metodikk for risikovurdering Risikovurdering av norske dammer Dam Dravladalen Nyhellervatndammene Nesjendammene Dam Strandfossen Anbefalinger for norsk praksis

4 Risikoanalyse metodikk Innhold Bakgrunn om risiko og risikovurdering for dammer, erfaringer i Norge Metodikk anvendt på 3 norske dammer Eksempler på akseptabel/uakseptabel risiko

5 Bruk av risikoanalyse for dammer I 1990 årene var Norge et foregangsland innen risikovurdering for dammer, med sine pålitelighetsanalyser av Dam Trolldalen (Songa), Dam Viddalen, Dam Venemo, Dam Dravladalen og Dam Svartevann. Norge arrangerte også den første internasjonale konferansen om dette emnet i Risikovurdering for dammer har vært lite brukt i Norge de siste 15 år. Metodikken brukes oftere i andre land.

6 Bruk av risikoanalyse for dammer Risikovurderinger for dammer kan brukes til å: identifisere bruddårsaker og bruddmekanismer generelt, eller ved valg og prioritering av rehabiliteringstiltak, ved viktige avgjørelser i design eller rehabiliteringsfase, eller ved uventet uhell eller oppførsel av dammen.

7 Ingeniørmessig definisjon av risiko Risiko = f (Fare, Konsekvens) R = F. K R = F. E. S F = Fare (sannsynlighet for at en fare inntrer, funksjon av tid) E = Verdien av element(er) som er påvirket av faren S = Sårbarhet av risikoelementene Thailand, etter des tsumanien

8 Risikovurdering [ISO-3100:2009] ISO Guideline for Risk Management (ISO 73:2009) har følgende definisjon for risiko: Risk is the effect of uncertainty on objectives. Risiko er effekt av usikkerhet på målsettingen.

9 Risikovurdering for norske dammer Metoder som nylig ble anvendt på 3 dammer Hendelsestre analyse («event tree analyse», ETA) Bayes nettverk («Bayesian networks») Monte Carlo simulering FORM metode («First Order Second Moment analyse»)

10 Hendelsestre-analyse Visuell dekomponering av hendelser som kan skje i dammens levetid Hendelsestre analyse deler opp et problem på en visuell måte. Det som kjennetegner hendelsestre analyse er: Tar utgangspunkt i ytre hendelser som kan påvirke en dam og kartlegger mulige videre hendelsesforløp for å bestemme mulige konsekvenser. Analysen ser forover i hendelsesforløpet: «Hva kan skje hvis»?

11 Hendelsestre-analyse - 8 steg [Høeg, 1996; Vick 2002] 1. Vurdering av erfaring fra tilsvarende damanlegg 2. Inspeksjon av damanlegget og gjennomgang av data siden bygging 3. Diskusjon og konsensus om hvordan usikkerhetene skal kvantifiseres (beskrivelse av usikkerhet) 4. Diskusjon av mulige bruddårsaker og bruddmekanismer ( Failure mode screening ) 5. Konstruksjon av hendelsestrær og valg av sannsynlighet for hver gren 6. Beregning av årlig bruddsannsynlighet 7. Evaluering av resultater 8. Iterasjon og dokumentasjon

12 Hendelsestre anayse (Event tree analysis (ETA) «Hva kan skje hvis»? Initiering fortsettelse kan utviklingen føre til brudd? I ETA, hendelsene ved en node må være innbyrdes ekskluderende ( mutually excusive ) (kan ikke skje samtidig). /år [Hartford & Baecher 2003]

13 Hendelstre-analyse (ETA) Hvordan kvantifiserer vi sannsynligheter for hver hendelse? Statistiske estimater (fra observasjoner, forsøksresultater etc.) Beregninger (stabilitet, setning, etc) med modeller basert på fysiske prosesser. Ekspertvurdering, tidigere erfaring. Vanligvis gjort med ekspert-team The collective judgment of experts, structured within a process of debate, can yield as good an assessment of probabilities as mathematical analyses [Vick 2002].

14 Hvordan usikkerhetene kan kvantifiseres?

15 Sannsynlighetsbeskrivelse, Dam Dravladalen i 2016 Sannsynlighet Verbal beskrivelse Norsk (snit: 0.1%) (snitt: 1%) (snitt: 10%) (snitt: 50%) (snitt: 90%) (snitt: 99%) (snitt: 99.9%) Virtually impossible, due to known physical conditions or process that can be described and specified with almost complete confidence Very unlikely, although the possibility cannot be ruled out on the basis of physical or other reasons Unlikely, but it could happen As likely as not (unknown) with no reason to believe that one possibility is more or less likely than the other Likely, but it may not happen Very likely, but not completely certain Virtually certain, due to know physical conditions or process that can be described and specified with almost complete confidence Nesten umulig Veldig usannsynlig Usannsynlig Usikker Sannsynlig Veldig sannsynlig Nesten sikker

16 Eksempel på et hendelsestre for Dam Dravladalen (2016) Hendelse: Flom på vinterhalvåret (is og hardpakket snø i overløpet)

17 Eksempel på et hendelsestre for Dam Dravladalen (2016)

18 Hendelsestre-analyse Eksempel på konsekvensanalyse Risiko Årlig bruddsannsynlighet Konsekvenser $$

19 Hendelsestre-analyse Eksempel på konsekvensanalyse Risiko Risiko Verdi/år $$

20 Bayes nettverk analyse Kan få en fordeling av sannsynligheter. (beste tilpasning med lognormal probabilistisk fordeling) Snitt = /år Min = /år Max = /år Lognormal 10 7 /år 10 6 /år

21 Monte Carlo simulering FS = Motstand/Last Last = f (gravitasjon, vanntrykk) Motstand = f (materialegenskaper, effektivspenning, etc) Analysen av FS gjentas ganger for å dekke området av mulig variasjon i last og motstandparametrene

22 FORM analyser Nesjendammene Stabilitet av sekundærdam 1 (platedam) under islast h L Analysene gjennomført med «First Order L = Islast Reliability Method» R = Motstand løser ligningene mot glidningder last og motstandsparametrene M = Momentmotstand er beskrevet mot med velting sin ussikkerhet. Resultatet er en sannsynlighet for brudd (hvor sannsynlig er det for at FS < 1). M R P f, gliding = P[ L R ] P f, velting = P[ L h M ]

23 Risikoanalyse metodikk Bakgrunn om risiko og risikovurdering for dammer, erfaringer i Norge Metodikk anvendt på 3 norske dammer Eksempler på akseptabel/uakseptabel risiko

24 Hvor mye risiko er vi villige til å akseptere/tolerere? Akseptabel risiko Uakseptabel risiko Tolererbar risiko (ALARP sone) ALARP As Low As Reasonably Practicable

25 F-N kurver og akseptabel risiko F-N kurver er en velegnet måte for å sammenligne beregnede sannsynligheter med akseptabel sannsynlighet Whitman, 1984

26 Akseptabel samfunnsrisiko i forskjellige land 10-1 Årlig bruddsannsynlighet Akseptabel Uakseptabel Antall dødsfall eller skadekostnader Ken Ho (2009) Geotechnical Engineering Office, Government of Hong Kong

27 F-N kurver og akseptabel risiko Årlig bruddsannsynlighet Tolererbar eller akseptabel Ikke akseptabel Antall dødsfall eller skadekostnader

28 Ekstreme hendelser Årlig bruddsannsynlighet Akseptabel 1 10 Uakseptabel Antall dødsfall eller skadekostnader Stress testing: Fokus på å identifisere de svakeste ledd i et system og å gjøre systemet mer robust i disse leddene. Lav frekvens høy konsekvenser hendelser («svarte svaner»)

29 Stress testing ble krav (WENRA, 2011) for alle kjernekraft anleggene i Europa i 2011 og 2012 etter erfaringen fra Tōhoku jordskjelvet og Fukushima Dai ichi ulykken i Japan. Japan, 11 mars 2011

30 Risikovurdering av dammer Målet med risikovurderingsmetodikken er å ta med usikkerhetene i analyser. Analysen bringer inn ny innsikt i de forskriftsmessige deterministiske analysene, dimensjoneringskrav og beslutninger om dammens sikkerhet. Det er flere måter å analysere sannsynligheter på. Selve bruddsannsynlighetstallet (P f ) er ofte ikke det mest interessante, det er sammenligningene mellom beregnede sannsynligheter som er viktigst.

31 Risikovurdering av dammer Risikoanalyser gir muligheten til å kombinere, på en systematisk måte, resultater fra ingeniørbaserte analyser, observasjoner, tidligere erfaring, statistiske verdier, ekspertvurderinger og annen informasjon i en beslutningsprosess med hovedhensikt å skaffe et bedre beslutningsgrunnlag. Analysene kan oppdateres over hele dammens liv. Gjennomføring av en risikoanalyse fordrer en proaktiv tankegang og en identifisering av aktuelle og potensielle problemområder. Dette gir et bedre grunnlag for å iverksette tiltak for reduksjon av risiko og for å prioritere og optimalisere bruken av ressurser.