Översvämningar och dammbrott
Fakta
Översvämningar och höga flöden
Flödesvariationer i naturliga vattendrag
Flödesvariationer i reglerade vattendrag
Översvämningar i Sverige
Skador
Kunskapsområden
Hydrologi
Dammsäkerhet
Riskanalys/säkerhetsanalys/konsekvens- bedömning
Reflexioner kring framtida forsknings- och utvecklingsbehov beträffande dammsäkerhet
Dammbrott
Bakgrund
Dammtyper
Fyllningsdammar
Betongdammar
Övriga dammar
Konsekvensklassificering av dammar
Utskov

Översvämningar och höga flöden

Flödesvariationer i naturliga vattendrag
Flödet i våra vattendrag bestäms huvudsakligen av hur mycket nederbörd som faller, samt hur mycket som avdunstar. Beroende på det geografiska läget och årstiden lagras en del nederbörd på marken som snö, i sjöar och vattendrag som ytvatten eller i marken som grundvatten. Denna magasinering påverkar också flödet i vattendragen. Flödet har ofta en säsongsvariation med en vårflod i samband med snösmältningen och en höstflod, som uppkommer i samband med den normalt högre nederbörd som inträffar under perioden juli-september.

I oreglerade vattendrag, dvs sådana som saknar dammar, uppkommer därför höga flöden regelbundet. Under vissa år med hög nederbörd och/eller stora snömängder kan vattenflödet bli extremt med stora översvämningar som följd. Hur stor flödesvariationen kan var mellan olika år framgår av figuren nedan. Utmed oreglerade vattendrag har man därför ibland byggt skyddsvallar för att förhindra eller reducera skador. Vid extrema flöden har det dock visat sig vara svårt att helt kunna förhindra översvämningar och tillhörande skador. Sverige har hittills under 1900-talet varit förskonat från översvämningar av stora tätbebyggda områden liknande de som inträffade i östeuropa sommaren 1997. Risken för liknande nederbördsmängder är dock uppenbar.
 

Hogvattenflode i Vindelalven

Årliga högvattenflöden (kubikmeter per sekund) i den oreglerade Vindelälven för olika år uppmätt vid Sorsele (Källa: SMHI, 1996)
 

Flödesvariationer i reglerade vattendrag
I reglerade vattendrag kan höga flöden dämpas genom att stora vattenmängder kan lagras i regleringsmagasin. När magasinet är fullt kan ingen dämpning göras och flödesförloppet blir då i princip som för ett oreglerat vattendrag, jfr figuren nedan. Vid vissa extrema situationer kan dock viss överdämning övervägas, dvs att vattenytan i magasinet tillåts stiga över den nivå som anges i vattendomen. Vattendomen fastställs av en vattendomstol och den anger gränserna för vattenstånd, flöden etc under året. Den dagliga regleringen baseras på prognoser för energibehov och vädersituation och bestäms av ett vattenregleringsföretag som finns för varje vattendrag.
 

flodesdiagram
Uppmätt reglerat flöde och rekonstruerat naturligt flöde i Luleälven vid Boden 1993-1995. (Källa: SMHI, 1996)

Figuren ovan visar hur regleringen minskar högvattenflödet i samband med vårfloden, även för ett extremt år som 1995. Under höstfloden 1993 sammanfaller flödena när magasinen fylldes och vatten fick tappas förbi.
 

Översvämningar i Sverige
Bland stora översvämningar som inträffat i Sverige kan nämnas (Ref.: Bergström 1997):

Skador
Förutom de direkta skador på egendom som inträffar i vattendragets närhet uppkommer även sekundära skador på exempelvis:
Dammbrott

Bakgrund
De skador som uppkommer vid dammbrott är desamma som de som uppkommer vid  översvämningar. Till skillnad från översvämningar (som till viss del kan förutsägas genom väderprognoser) kan ett dammbrott inträffa plötsligt utan någon förvarning. De vattenmängder som frigörs vid ett dammbrott är i många fall avsevärt större än de högsta flöden som förekommit. Ett dammbrott kan också bidra till ytterligare dammbrott nedströms, vilket innebär att konsekvenserna kan bli oerhörda. Kraftindustrin arbetar därför aktivt med övervakning, tillsyn och underhåll av dammarna enligt RIDAS (kraftföretagens riktlinjer för dammsäkerhet) som antagits av Kraftverksföreningen, där bolag med vattenkraftsanläggningar är medlemmar.

De största dammarna utmed älvarna i Sverige har byggts för vattenkraftändamål och dammarna ingår vanligen i ett större system bestående av:

Kraftstation

(Källa: Vattenfalls bildarkiv)

De största regeleringsmagasinen ligger oftast högst upp i vattendraget för att kunna fånga upp vårfloden från fjällen. Sådana dammar ägs ofta av det regleringsföretag som bildats av alla kraftverksägarna i en älv. Regleringsföretaget bestämmer vilka vattenföringar och därmed vilken elproduktion som ska gälla i respektive kraftverk.

Dammbrott kan uppkomma dels genom genomläckning i själva dammkonstruktionen eller i grunden, dels genom skador orsakade av överströmning av vatten beroende på otillräckliga/igensatta utskov, driftsproblem av luckor etc.

Två dammbrott har inträffat i Sverige. År 1973 överströmmades en liten damm med ca 2,5 m höjd i Sysslebäck, Värmland, vilket medförde att ca 12 000 m3 vatten frigjordes. Det materiella skadorna blev ringa medan en person omkom. I samband med den extremt höga nederbörden i Dalarna och Hälsingland hösten 1985 steg vattenytan över dammen vid Noppikoski till följd av att en utskovslucka ej kunde öppnas (Skoog 1991). En parti av dammen spolades bort och cirka 1 miljon m3 vatten strömmade ut. Ingen människa skadades vid dammbrottet.
 

Dammtyper
Genom årtusenden har dammar byggts för bevattning, vattenreglering, översvämningsskydd, vattenförsörjning, energiförsörjning (för kvarnar, sågverk, gruvor och elproduktion) samt deponier. Enligt länsstyrelsernas registreringar finns det i Sverige uppemot 6 000 dammar av varierande storlek och ålder. Flertalet av dessa dammar används ej för någon form av vattenutnyttjande men har ofta stort kulturhistoriskt värde. Den största gruppen av svenska dammar som finns i drift idag används för kraftproduktion.

Höga dammar är enligt den internationella definition som används inom ICOLDs (International Commision on Large Dams) minst 15 m höga. Enligt den svenska kommittén för höga dammar (SwedCOLD) finns 190 st höga dammar (enligt 1997 års statistik). Totalt finns cirka 900 st kraftverksdammar. Dessutom finns dammar som ägs av gruvindustrin. Av dessa så kallade gruvdammar är för närvarande 11 stycken i drift medan. Dessutom finns åtminstone 20 dammar som har avvecklats.

Dammarna uppdelas ofta efter byggnadsmaterial i fyllningsdammar, betongdammar och övriga dammar. I Sverige och även internationellt är fyllningsdammar vanligast. De olika dammtyperna och dess egenskaper beskrivs kortfattat nedan. Materialet har till stor del hämtas från KTHs kurs "Dammar och Dammsäkerhet" som tagits fram på uppdrag av Kraftverksföreningen.

Fyllningsdammar
Med fyllningsdamm avses en damm som huvudsakligen består av packad jord och sprängsten. En  jorddamm är en fyllningsdamm som huvudsakligen består av packad jord (t.ex. morän, sand och grus), medan en  stenfyllningsdamm  är en damm som mestadels består av sprängsten. Den äldsta typen av fyllningsdamm är den homogena jorddammen som huvuvdsakligen utgörs av ett enda relativt tätt material. Den homogena jorddammen har i Sverige t ex använts vid låga invallningar. Eftersom dränerande lager saknas på dammens nedströmssida kan källsprång uppstå på nedströmsslänten. Därför utvecklades zonerande fyllningsdammar  bestående av:

I figuren nedan finns dessa zoner markerade samt några övriga konstruktionsdetaljer som kan förekomma. Tätkärnan kan vara både vertikal och lutande.
 

Fyllningsdamm med c tatkarna

Fyllningsdamm med central tätkärna

1. tätkärna  2. finfilter  3. grovfilter  4. stödfyllning  5. injektering  6. betongplatta 7. släntskydd  8. krönskydd  9. dammtåskydd
 

Svagheter - internationella erfarenheter
Fyllningsdammarnas svagheter har dokumenterats både internationellt av ICOLD (1995)  och nationellt (VASO Dammkommitté rapport 1, 2, 10-13,15-17). Ett centralt begrepp är inre erosion, som innebär att finmaterial bortförs från tätkärnan, varvid läckaget genom dammen ökar. Åldring utgör också en viktig orsak till de förändringar som inträffar i dammar

En sammanställning av orsakerna till dammbrott på fyllningsdammar i USA mellan 1900 och 1970 då 77 dammbrott inträffade visar att dammbrott på grund av läckage i dammkroppen och undergrunden (som mestadels är orsakade av inre erosion) är ungefär lika vanligt (30 + 14 = 44%) som dammbrott på grund av höga flöden (23 + 18 = 41%), vilket framgår av följande statistik:

Läckning genom dammen
30%
Läckning genom grunden
14%
Överströmning
23%
Erosion
18%
Instabilitet
6%
Andra orsaker
9%

ICOLD  har även genomfört en omfattande genomgång av 14.700 dammar högre än 15 m (uppgifter fram till 1983, exklusive Kina) för att få information från alla medlemsländer om orsakerna till dammbrott och förändringar i dammar. Förändringar avser i detta fall sådana fall som på något sätt påverkar dammsäkerheten.

Vidare visar ICOLDs inventering att 0,7% av alla dammar (inkluderande betongdammar, fyllningsdammar och övriga dammar) har rasat. Frekvensen är något högre (0,83%) för fyllningsdammarna. Fördelningen av orsakerna är i stort sätt samma som för visade orsaker för dammbrott för fyllningsdammar i USA, jfr tabellen nedan. Tabellen anger sannolikheten över hela dammens livslängd som erhållits genom att dividera angivna värden med dammarnas genomsnittliga ålder med 30 år.

Genomsnittlig sannolikhet för dammbrott för fyllningsdammar räknat på hela dammens livstid:
 

Orsak till dammbrott % Sannolikhet
för dammbrott
Överströmning och brott på t.ex. utskov 48 1/250
Instabilitet av t ex slänter 8 1/1500
Inre erosion och otillräcklig kontroll av läckning i dammkroppen 28 1/425*
Inre erosion och otillräcklig kontroll av läckning i undergrunden 12 1/1000
Övrigt 4 1/3000
Totalt 100 1/120

*  kombinerad sannolikhet för inre erosion i dammkroppen och undergrunden ca. 1/300


Från informationen nedan kan också utläsas att sannolikheten för dammbrott minskar med dammens ålder. Erfarenheter från t ex Australien visar dock att brott varit nära i flera gamla dammar, vilket tyder på att dammarna möjligen åldras och att risken ökar då dammarna blir 25 - 30 år gamla.

Procentuell fördelning av dammbrott och dammförändringar (d.v.s. läckage, rörelser, flöde etc.) över tiden i förhållande till dammens färdigställande:
 

Tid efter färdigställande Dammbrott, % Dammförändring, %
Byggnadstiden 14 11
Första dämning 40 25
Första 5 åren 11 20
Senare än 5 år 30 26
Ej specifiserat 5 18
Totalt 100 100

Svagheter - svenska erfarenheter
Åldringsfall/förändringar i svenska fyllningsdammar har studerats av VASO dammkommitté genom sammanställning av svaren från en enkät som sänts till dammansvariga. Svaren  visade att någon sorts förändring konstaterats i 68 dammar högre än 15 m, samt i 16 dammar lägre än 15 m. Graden av förändringar var mycket varierande. I vissa fall hade noterats t.ex. små skador på erosionsskyddet, som troligen har mycket begränsad, om någon påverkan på dammsäkerheten.

Förändringarna har nästa samtliga upptäckts genom direkta observationer i samband med "rondning", "inspektioner" eller "besiktningar". Den planmässiga kontrollen är härigenom mycket viktig. Ytterligare instrumentering skulle dock vara önskvärd och flera forskningsprojekt pågår inom detta område för att  få möjlighet till att upptäcka förändringarna i ett tidigare skede. Av VASOs rapporter framgår att det finns ett behov av ökad användning av kontinuerlig läckagemätning. Av historiska skäl  utförs dessa mätningar ej lika omfattande i Sverige som utomlands.

I följande tabell redovisas frekvensen av olika typer av förändringar. Många av dammarna har haft flera olika förändringar, varför totala antalet förändringar är betydligt fler än antalet dammar. Då samma typ av förändring inträffat flera gånger på samma damm har dock denna förändring endast medtagits en gång.
 

Typ Förändring Antal
1 Läckage i grunden 16
2 Läckage i dammkroppen 19
3 Skador i släntskydd 45
4 Onormala rörelser (sättningar eller sidorörelser) 16
5 Inre erosion i grunden 5
6 Inre erosion i dammkroppen 13
7 Utglidningar (uppströms eller nedströms) 5
8 Förändringar vid anslutning mellan fyllningsdamm och betongkonstruktion 16
9 Förändringar i dränagesystem eller filter 1
10 Portrycksförändringar 4
11 Förändringar i injekteringsskärm 1
12  Insjunkningar i dammkrön eller slänter 27
13 Annan förändring 3

Statistiken visar att skador i släntskydd (typ 3) har det högsta antalet skadefall. Eftersom denna typ av skador är lätta att upptäcka genom direkta observationer (i samband med rondning eller särskild tillsyn i samband med stormar), kan skadorna åtgärdas eller hållas under övervakning innan de leder till någon större påverkan på dammsäkerheten.

Vidare framgår att insjunkningar i dammkrön eller slänter (typ 12) är den näst  vanligaste typen av förändring som noterats. Sjunkgroparna rapporteras ofta förekomma i kombination med andra förändringar som läckage i grunden eller dammkroppen (typ 1 respektive 2) och inre erosion (typ 5 eller 6). Eftersom internationell statistik visar att en stor andel av inträffade dammbrott på fyllningsdammar orsakas av inre erosion, kan dessa typer av förändringar i vissa fall allvarligt påverka dammsäkerheten. Läckagets storlek och ingående materials erosionsmotstånd påverkar risken för att förändringen förvärras.

Förändring vid anslutning till betongkonstruktioner uppges ha inträffat vid 16 av de rapporterade dammarna. En fortgående förändring kan i dessa fall vara svår att upptäckta, eftersom upphängning på konstruktionen kan medföra att förändringar djupt ner i dammkroppen inte fortplantas upp till ytan. På så sätt kan denna typ av förändring i vissa fall, om den inte upptäcks, vara ett allvarligt dammsäkerhetsproblem.

Byggnadsåret visar sig ha en stark koppling till risken för att dammen blir utsatt för inre erosion, dock inte med det förväntade resultatet att äldre dammar skulle uppvisa en starkare tendens att vara utsatta för inre erosion än yngre dammar. Om man delar in tiden från 1940 till 1985 i perioder om 5 år och för varje period beräknar det totala antalet byggda dammar samt hur stor andel av dessa som idag är utsatta för inre erosion fås den fördelning som visas i  figuren nedan. Resultaten uppvisar en tydlig skillnad mellan dammar byggda före respektive efter 1970; före 1970 uppgår andelen dammar som är utsatta för inre erosion till ca 10 % medan denna andel ökar kraftigt efter 1970 och dessutom ligger kvar på ca 30 % fram till 1985. I figuren visas även det totala antalet dammar för respektive period och det framgår inget samband mellan det totala antalet byggda dammar och andelen utsatta för inre erosion.
 

Diagram sjunkgropar

Byggnadsår för dammar med inre erosion (sjunkhål) jämförda med byggnadsåren för alla byggda dammar högre än 15 m.


Ett samband har också bekräftats mellan grovt nedströmsfilter och sjunkgropar, som visar att många av dammarna som utsatts för inre erosion har ett alltför grovt nedströmsfilter.
 

Betongdammar
Betongdammar grundläggs normalt på berg. De äldsta betongdammarna kallas massivdammar (eller gravitionsdamm) eftersom man eftersträvade en tung dam vars egenvikt kunde hålla mot vattenlasten. Med tiden utvecklades materialkännedom och produktionsmetoder vilket ledde till slankare konstruktioner, lamelldammar. En ytterligare dammtyp är valvdammar vilka fördelar vattenlasten mot dammens sidoanfang. Antalet betongdammar i Sverige är ca. 25 st. Av dessa är ca. 60% lamelldammar, 30% massivdammar och ca. 10% är valvdammar.
 
 

valvdamm lamelldamm massivdamm
Valvdamm Lamelldamm Massivdamm

Dessa bilder visas med tillstånd från US Bureau of Reclamation som har en aktiv roll i dammsäkerhetsarbetet i USA. Bilderna har hämtats från deras hemsida www.usbr.gov som innehåller en utförlig beskrivning  av olika dammtyper, samt förteckning över amerikanska dammar, dammsäkerhetspolicy etc.
 

Svagheter
Internationellt har betongdammarnas svagheter visat sig oftare bero på dammens anslutningar än på själva betongkonstruktionen. De svagheter som påvisats är främst (ICOLD Bulletin 59, 1987):

Svenska erfarenheter från dammbrott i betongdammar saknas. De svagheter som upptäckts i samband med de fördjupade dammsäkerhetsutvärderingar som genomförts visar oftare på stabilitetsproblem än på undermålig grundläggning. Detta kan förklaras av att de svenska betongdammarna oftast grundlagts på mycket bra berg, varför betongdammarna bedöms generellt ha en hög säkerhet. Betongens beständighet är av avgörande betydelse eftersom betongkonstruktioner är utsatta för urlakning, vittring, sönderfrysning etc vilket påverkar både betongens och armeringens förmåga att uppta laster.
 

Övriga dammar
Till övriga dammar hör främst äldre varianter byggnadstyper. Dammarna är ofta låga men är ofta belägna nära bebyggelse och dammbrott kan därför trots den låga höjden ge betydande konsekvenser. Bland dessa typer kan nämnas:

Dessa dammars svagheter är främst av ålderskaraktär exempelvis vittring, sönderfrysning och genomläckning.
 

Konsekvensklassificering av dammar
För närvarande utför kraftindustrin en konsekvensklassificering av sina dammar. Dammarna delas in fyra konsekvensklasser utifrån de konsekvenser som kan bli följden av ett dammbrott, både vad gäller risk för förlust av människoliv eller allvarlig personskada eller förlust av sociala, miljömässiga och ekonomiska värden.

Klassificering med avseende på risk för människoliv eller allvarlig personskada görs enligt följande tabell:
 

Konsekvensklass Konsekvens
1A Uppenbar risk för förlust av människoliv
1B Icke försumbar risk för förlust av människoliv eller allvarlig personskada
2  
3  

Klassificering med avseende på risk för skador på infrastruktur, miljö och egendom görs på liknande sätt:
 

Konsekvensklass Konsekvens
1A Uppenbar risk för allvarlig skada på viktig trafikled; viktig dammbyggnad eller jämförlig anläggning; eller allvarlig skada på betydande miljövärde, samtstor ekonomisk skadegörelse.
1B Beaktansvärd risk för allvarlig skada på viktig trafikled; viktig dammbyggnad eller jämförlig anläggning; eller allvarlig skada på betydande miljövärde, samt uppenbar risk för stor ekonomisk skadegörelse.
2 Icke försumbar risk för beaktansvärd skada på viktig trafikled; viktig dammbyggnad eller jämförlig anläggning; eller allvarlig skada på betydande miljövärde eller annans egendom.
3 Försumbar risk för beaktansvärd skada på viktig trafikled; viktig dammbyggnad eller jämförlig anläggning; eller allvarlig skada på betydande miljövärde eller annans egendom.

Den tabell som ger den allvarligaste konsekvensklassningen avgör vilken konsekvensklasstillhörighet dammen får.

Någon liknande klassificering görs ej generellt av de övriga dammar som finns i länsstyrelsernas register eller gruvdammar i drift, även om konsekvenserna av dammbrott studeras lokalt av kommunerna. Som framgår av de dammbrott som inträffat kan betydande konsekvenser uppkomma även vid brott i mindre dammar. (I beredskapssyfte vore därför en översiktlig konsekvensklassificering värdefull även för andra dammar än kraftverksdammar.)
 

Utskov
För att vid behov kunna leda (vatten-)flödet förbi kraftverket vid stillestånd eller vid högre flöden än de som kan passera genom kraftverkets turbiner ingår oftast sk utskov i en dammkonstruktion. Utskoven består av öppningar mellan vilka luckor av olika typer är infästa, exempelvis segmentluckor, planluckor och spettluckor. Utskovens intag kan placeras vid vattenytan eller på större djup.

Luckorna kan regleras så att önskad vattenmängd kan passera. Den vanligaste typen kallas segmentlucka. Då luckans framkant lyfts börjar vattnet att strömma ut under luckan. Luckorna testas regelbundet, ofta i samband med provtappningar.
 

Svagheter
Luckornas storlek och tyngd medför att stora krav ställs på den mekaniska utrustningen för att reglera luckorna. Normalt regleras luckorna med fjärrstyrning från en driftcentral. Manuell styrning är dock möjlig men används ej under normal drift, men kan användas vid extrema situationer. För att säkerställa att luckorna kan öppnas finns flera möjligheter, som batteridrift, reservelaggregat, eller manuell öppning. Lucköppningsfunktionen inbegriper flera system både inom el, styr och mekanik.
 
 

Senast ändrad 2002-02-10
© RiskNet/FOI