Sortumatapausten vertailu tarkasteltavat tilanteet lhttilanteen hydrologia Suomen ympristkeskus

Sortumatapausten vertailu, tarkasteltavat tilanteet, lähtötilanteen hydrologia Suomen ympäristökeskus 11. 12. 2017 Insinööritoimisto Pekka Leiviskä

Tarkasteltavat tilanteet Vahingonvaaraselvityksessä padon sortumapaikoiksi valitaan kohdat, joissa sortumasta aiheutuu suurin vahingonvaara (PTA 6 §). Turvallisuussuunnitelman ja pelastussuunnitelman laatimiseksi saattaa olla tarpeellista myös vähemmän vaarallisen sortumapaikan tarkastelu. Tulvatapaukset, joille vahinkoarviot laaditaan, päätetään yhdessä patoturvallisuusviranomaisen kanssa. Purkautumiskohdissa tulee verrata keskenään erilaisia mahdollisia padon sortumatapauksia Sortumapaikkojen valinnassa on otettava huomioon padon korkeus eri kohdilla patolinjaa sekä padon alapuolisen maaston topografia, joka vaikuttaa tulvaaallon reittiin. Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 2 ? ? ?

Kaivospadon erityispiirteitä Kaivospato saattaa sijaita kaukana asutuksesta, joten asuinrakennuksille ei aiheudu välitöntä vaaraa. Sen sijaan alueella työskenteleville padon murtumisesta syntyvästä tulvaaallosta saattaa aiheutua merkittävä uhka. Samoin varastoidun aineen levimäinen saattaa aiheuttaa ympäristölle uhan. Sortumatapauksien syntytapa tulee määritellä padon rakenteen mukaisilla olettamuksilla sortumisesta ja sen kehityksestä. Vrt. esim. tyypillisen maapadon ja kaivosalueella sijaitsevan padon erityyppiset rakenneratkaisut (runsas järeän louheen käyttö tukipenkereenä, tiivistyskalvorakenteet yms. ) Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 ? ? 3 ?

Lähtötilanteen hydrologia • Patosortumavaikutukset määritetään sekä normaalitilanteissa että tulvatilanteissa. Maapatojen sortumatilanteet tulee määrittää vähintään seuraavissa tapauksissa (tulvapenkereet, ks. alla): • maapadon äkillinen sortuma sisäisen eroosion vaikutuksesta keskivirtaamalla MQ normaalitilanteessa • maapadon sortuminen ylivirtauksen/sisäisen eroosion johdosta tulvatilanteissa, joista luokan määrittämisen lähtötilanteena käytetään kerran 20 vuodessa toistuvaa tulvaa HQ 1/20 (luonnontulva, jonka aikana patosortuman oletetaan tapahtuvan) Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 4

Tulvapenkereen mitoitus Tulvapenkereiden luokan määrittämisen lähtötilanteena käytetään tulvaa, jonka leviämisen estämiseksi tulvapenger on mitoitettu. Tulva voi olla siten huomattavastikin harvinaisempi kuin HQ 1/20. Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 5

Patojen murtumismekanismeja Maapadot 35 % ylivirtaus 38 % suotovirt. 21 % perust. virheet Muut 6 % Lähde: Costa 1985 Maapatojen sortumiseen johtavat syyt voidaan jaotella yleisesti kolmeen luokkaan. Näitä ovat 1. ) Ylivirtaus 2. ) Hallitsematon suoto 3. ) Liukupintasortumat Kaksi ensimmäistä ovat yleisimmät syyt ja kattavat sortumista suurimman osan. Näiden syiden osuus kaikista sortumista kuitenkin vaihtelee eri lähteissä, ja usein padon sortuminen onkin seurausta monen tekijän yhteisvaikutuksesta. (Mäkitalo 2013) Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 https: //damsafety. org/w hat-are-causes-damfailures 34 % ylivirtaus 30 % työvirheet, liukupintasortumat Suotovirtaus 20 % Halkeilu, rakoilu, materiaalin painumisesta aih. muutokset Välinpitämättömyys ja ylläpidon laiminlyönti 6

Sortumatapausten vertailu Olettamukset tulee perustaa tunnetuista sortumatapauksista tai kokeellisesti tai todellisilla tapauksilla testatulla laskentamallilla saataviin tuloksiin ottaen huomioon padon rakenne ja eroosionkestävyys. Sisäinen eroosio Käytännön vahingonvaaraselvityksissä sortumaolettamukset maapadoille ovat yleensä: • ylivirtaus (esimerkki Dam-breach experiment, outburst flood from an overtopping lake (summary of USGS study) https: //www. youtube. com/watch? v=hm. KLxo. APU 1 c • sisäinen eroosio (esimerkki Piping Failures at Dams Association of State Dam Safety Officials (ASDSO) https: //www. youtube. com/watch? v=PC 58 m. GG 55 io Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 7 Ylivirtaus

https: //www. usbr. gov/ssle/damsafety/Tech. Dev/DSO-98 -04. pdf BREACH malli (Fread 1988 ) (Foehlich 1995 ) = Ennusteyhtälöt käytetään käsiteltävän tapauksen lähtötietoja käytetään jonkin tapahtuneen patosortuman tietoja murtumavirtaaman määrittämiseen Mikko Huokuna 16. 12. 2005 Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 8

Murtuma-aukon korkeuden ja leveyden suhde Wahl T. , L. , 1998. Prediction of Embankment dam Breach Parameters – A Litterature Review and Needs Assessment, U. S. Bureau of Reclamation Dam Safety Report DSO-98 -004. https: //www. usbr. gov/ssle/damsafety/Tech. Dev/DSO-98 -04. pdf Murtuma-aukon leveys on noin 3… 5 x padon korkeus, (merkittävällä osalla havaintoja) Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 9

Murtuma-aukon määrittäminen Purkautumisen määrityksessä tulee käyttää tarkoitukseen soveltuvia laskentamenetelmiä. Käytetty määritysmenetelmä ja laskentatapa on esitettävä ja niiden käyttökelpoisuus altaan ominaisuuksien mukaan on perusteltava. Määritykseen liittyvää epävarmuutta on kuvattava ja arvioitava sen vaikutuksia tuloksiin ja johtopäätöksiin. (Herkkyysanalyysin laadinta!) Käytetyt lähtötiedot ja -olettamukset on esitettävä. Mikäli parempaa menetelmää ei ole käytettävissä, voidaan sortuma-aukon muodostumisen määrittämiseen käyttää Patoturvallisuusoppaan liitteessä 14 esitettyä Froehlichin (1995) menetelmää. Menetelmän avulla saadaan sortuma-aukon lopullinen leveys ja aukon muodostumiseen kuluva aika. Näiden tietojen avulla voidaan määrittää sortumaaukosta purkautuva virtaama. 10 Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 Teton padon murtuma 5. 6. 1976 www. waterarchives. org

Kaivospatojen materiaalien erityispiirteitä Kaivosten padottavat ainekset ovat yleensä rikastuslietettä eli rikastushiekan, -kemikaalien ja veden luokitettua sekoitusta (Lukkarinen 1987). Lisäksi käytetään erilaisia vettä pidättäviä kalvomateriaaleja (geotekstiilit) Rikastushiekan raekoko vaihtelee savesta hiekkaan ja karkeampia aineksia saatetaan erottaa kaivostäyttöjen raaka-aineeksi (Soile 2005). Rikastuskemikaalit hajoavat pato-oloissa ajan kuluessa. Eri kaivosten padottavat ainekset ja mahdolliset sitomismateriaalit vaihtelevat geologisista syistä malmi- tai mineraaliesiintymäkohtaisesti. Toisinaan padottavan materiaalin ominaisuudet voivat tuotantoprosessin aikana yllättäen vaihdella esim. malmityypin vaihtuessa tai prosessihäiriön vuoksi, jolloin syntyy fysikaalisia ja kemiallisia epäjatkuvuuksia tai epätasalaatuisuutta eri läjityskerrosten välille (Soile 2005). Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 11

Froehlich (1995) Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 12

Eri menetelmien arvio murtumaaukon leveydestä ja toteutunut https: //www. usbr. gov/tsc/techreferences/hy draulics_lab/pubs/PAP-0939. pdf Maapatojen erilaisuuden vuoksi tulee tehdä herkkyystarkastelua valituille murtumakriteereille Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 13

Havaitun ja ennustetun murtuma-ajan välinen riippuvuus, vertailussa eri parametrisia menetelmiä aukon muodostumisajan ennustamiseen. https: //www. usbr. gov/ssle/damsafety/Tech. Dev/ DSOTech. Dev/DSO-98 -04. pdf Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 14

Murtuma-aukkojen koon ja muodostumisen variointia Kynnyskorkeus Aukon leveys Muodostumisaika Ylivirtaus/sis. eroosio Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 15

Sortuma-aukon muodon ja ajan vaikutukset Usein lähialueella voi olla merkittäviäkin eroja virtaamissa ja vedenkorkeuksissa saman murtumapaikan eri sortumatapauksien osalla, mutta alaspäin mentäessä erot tasoittuvat Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 16

Sama pituusleikkauksena Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 17

Demo tarkasteltavasta tilanteesta kaivospadolla, HECRAS 2 D Insinööritoimisto Pekka Leiviskä 11. 12. 2017 18