Forecasting of ice-loads on concrete dams

Vid utvärdering av befintliga dammars säkerhetsnivå är förståelsen för vilka laster de kan exponeras för mycket viktiga. Betongdammar exponeras för stora variationer i klimatet mellan sommar och vinter och vid svenska vinterförhållanden exponeras dammarna ofta för ett istryck från det istäcke som bildas på reservoaren. För att säkerställa hög dammsäkerhetsnivå och undvika stora kostnader för stabiliserande åtgärder, krävs vidare forskning på vad som styr islastens uppkomst och storlek.

I dagens riktlinjer ska dammar dimensioneras för att klara ett istryck motsvarande 5-20 ton per meter damm vid vattenytan. För låga gravitationsdammar som stabiliseras av sin egen vikt kan det bli svårt att klara dammens stabilitetskriterier mot en så stor horisontell last. Trots att islasten antas vara stor finns osäkerheter i vilka parametrar som styr islastens storlek och med vilken återkomsttid den stora lasten kan uppstå.

I flera tidigare genomförda SVC-projekt har islaster studerats och mycket av tidigare arbeten är refererat tillsammans med ny kunskap i Hellgren (2022). Genom analyser av tillgängliga data och nya mätdata från en större islastpanel i Rätan (Faxälven) tillsammans med en numerisk modellering har några av de sannolika parametrarna som styr islastens storlek identifierats. Till exempel verkar såväl temperatur som istjocklek och variationer i vattenstånd vara viktiga. Flera osäkerheter finns dock kvar och bl.a. är det oklart hur islasten skulle variera längs med en damm.

I det föreliggande projektet ska fortsatt utvärdering och analys av insamlade mätdata genomföras för att kalibrera och vidareutveckla framtagna prognosmodeller för islast. Bland annat har ytterligare en storskalig islastpanel installerats i Storrnorrfors (Umeälven) vilket ger nya indata från en anläggning med andra randvillkor än Rätan. Även löpande mätning av istjockleken, nu vid båda anläggningarna; ingår i analysen.

Prognosmodellerna som tidigare har utvecklats kommer att uppdateras med ledning av nya mätningar och ska sedan användas för att studera om det kan ha skett förändringar av islasten under ett längre tidsperspektiv m.a.p klimatförändringar (högre temperaturer) och andra körsätt i vattenkraftverken på grund av introduktionen av mer oplanerad elproduktion (vind). Det senare har gett mer frekventa variationer på vattennivån i reservoaren än tidigare. Vidare planeras prognosmodellerna användas för att illustrera hur islasten skulle kunna variera längs en älvstracka där olika anläggningar har olika förutsättningar (regionala/anläggningsspecifika) för hur stora islaster som kan uppstå.

Islastens variation längs med en damm studeras i den sista fasen av projektet för att utröna vilka dimensionerande laster som bör användas vid en framtida uppdatering av dammsäkerhetsriktlinjerna. Tidigare undersökningar har visat att lokalt uppmätta höga islaster på en kort sträcka inte nödvändigtvis är den last som råder på en längre dammdel, vilket är det intressanta vid en stabilitetsanalys. Genom litteraturstudier och numerisk modellering planeras fenomenet studeras och som del av arbetet planeras även ett koncept för mätning av islast på en längre sträcka att utvecklas.