ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A SEGURIDAD DE PRESAS: COMPLEJO CERROS COLORADOS Presentador: Ailín Pertierra (apertierra@orsep.gob.ar)
OBJETIVOS ORSEP es el Organismo Regulador de Seguridad de Presas en Argentina, por lo que tiene como misión el lograr que las presas concesionadas por el Estado Nacional cumplan con los estándares internacionales de seguridad, tanto estructural como operativamente, con el objeto de proteger a la población y resguardar el patrimonio nacional. El presente trabajo constituye un paso clave dentro del proceso de implantación de las técnicas de análisis de riesgos para informar a la gestión de la seguridad de presas por parte del ORSEP. Iniciar un proceso de conocimiento de los beneficios y riesgos que generan las presas en la cuenca de los ríos Neuquén, Limay y Negro, para reducir el riesgo de inundaciones urbanas y rurales, protegiendo activos y personas. Identificar líneas de trabajo e inversión para mejorar las condiciones de seguridad de la población potencialmente afectada.
INUNDACIONES PRESAS ANÁLISIS DE RIESGO RIESGO: qué puede pasar? cómo es probable que pase? cómo son sus consecuencias? RIESGO DE INUNDACIÓN: probabilidad de que un determinado rango de escenarios de solicitación, actuando sobre un determinado sistema, provoque consecuencias asociadas a la inundación de espacios que normalmente no se encuentran cubiertos por el agua. R = p x c
ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS: Dique Ballester, construido 1910-1916. Toma canal del Alto Valle (100 m 3 /s, 80.000 ha regadas, 300.000 personas aguas abajo), construido 1969-1980. Usos: protección contra crecidas, almacenamiento de agua para riego, generación hidroeléctrica (462 MW). Río Neuquén, Q=280 m 3 /s Río Limay, Q=650 m 3 /s Río Negro, Q=930 m 3 /s
ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS: Portezuelo Grande Planicie Banderita El Chañar Incertidumbre solicitación hidrológica Loma de la Lata
PROCESO DE ANÁLISIS DE RIESGO Fase I Cualitativa 1. Determinación del alcance de estudio 2. Revisión de la información 3. Visita de campo 4. Discusión del estado actual 5. Identificación de modos de fallo 6. Arquitectura del modelo de riesgo Fase II Cuantitativa 7. Cálculo del riesgo 8. Evaluación del riesgo 9. Medidas de reducción de riesgo ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS:
PROCESO DE IDENTIFICACIÓN DE MODOS DE FALLO Visita técnica previo revisión de la información relevante. Presencia de más de 50 participantes relacionadas con la gestión de la seguridad de las presas en la sesión de identificación de modos de fallo. Identificación de 20 modos de fallo.
MODOS DE FALLO IDENTIFICADOS ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS: Factores que los hacen más y menos probables Recomendaciones para la gestión de la seguridad de las presas y la reducción de incertidumbre Recomendaciones para el modelo de riesgo
ARQUITECTURA DEL MODELO ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS: Mes N. Previo PG N. Previo LL N. Previo CH Lamina PG Sobrev. DIQ QRotura Vidas_rot Econ_rot Avenida Árbol de eventos con 1.548.288 ramas. Procesado con el software ipresas. Oper. PGDER Oper. PGDIQ Lamina LL Lamina CH N. Previo PB Oper. LL MF_LL MF_CH Oper. CH Sobrev. LL Econ_LL Sobrev. CH Vidas_no_rot MF_PG Lamina PB QRotura Econ_no_rot Sobrev. DER Econ_PGDER Sobrev. DER Econ_PGDER Vidas_no_rot Econ_no_rot MF_PB Sobrev. PB Econ_PB Vidas_rot Econ_rot Vidas Econ Lamina PG Sobrev. DIQ Loma de la Lata El Chañar Planicie Banderita Portezuelo Grande
SOLICITACIONES, RESPUESTA DEL SISTEMA Y CONSECUENCIAS Las crecidas entrantes al embalse y sus probabilidades de presentación anual. El nivel previo al que se encuentra cada uno de los embalses en el momento de darse la crecida. La fiabilidad del funcionamiento de los órganos de desagüe. Los resultados de la laminación, caracterizada por el nivel máximo alcanzado en los embalses y el caudal laminado en cada situación. Las probabilidades condicionales de que se produzca el fallo por sobrevertido para cada estructura en función del nivel máximo en los embalses. Los caudales pico resultantes de la rotura de las presas. Las consecuencias en términos de pérdidas estimadas de vida y de costes económicos provocados por la inundación.
SOLICITACIONES: ESTUDIO HIDROLÓGICO ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS: 25,000 20,000 15,000 Periodo de retorno 5 años 10 años 50 años 100 años 500 años 1.000 años 5.000 años 10.000 años 50.000 años 100.000 años Período de retorno (años) Caudal punta (m³/s) Volumen de Avenida (hm³) 5 4495 1610 10 5738 1888 50 8623 2533 Caudal (m³/s) 10,000 5,000 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Tiempo (horas) 100 9866 2811 500 12751 3456 1000 13994 3734 5000 16880 4379 10000 18122 4657 50000 21008 5302 100000 22250 5580
SOLICITACIONES: NIVELES PREVIOS ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS: 422 420 Histórico de niveles del embalse: Los Barreales (Loma de la lata) Intervalo Nivel previo representativo Probabilidad (%) ENE 413.25 24.20% ENE 415.95 19.10% ENE 418.15 48.30% ENE 420.05 8.40% FEB 413.00 30.90% FEB 415.70 14.90% FEB 417.45 43.80% 341 340 339 Histórico de niveles del embalse: El Chañar Nivel de embalse (msnm) 418 416 414 FEB 418.88 10.40% MAR 412.50 35.20% MAR 415.10 16.30% MAR 416.50 39.10% MAR 417.60 9.40% ABR 412.00 35.60% Nivel de embalse (msnm) 338 337 336 335 ABR 414.08 23.80% 334 412 ABR 415.03 32.90% ABR 415.95 7.60% 333 410 01/08/1993 01/04/1994 01/12/1994 01/08/1995 01/04/1996 01/12/1996 01/08/1997 01/04/1998 01/12/1998 01/08/1999 01/04/2000 01/12/2000 01/08/2001 01/04/2002 01/12/2002 01/08/2003 01/04/2004 01/12/2004 01/08/2005 01/04/2006 01/12/2006 01/08/2007 01/04/2008 01/12/2008 01/08/2009 01/04/2010 01/12/2010 01/08/2011 01/04/2012 01/12/2012 01/08/2013 01/04/2014 01/12/2014 01/08/2015 01/04/2016 01/12/2016 MAY 412.00 64.00% MAY 413.75 21.80% MAY 414.05 11.40% 332 05/03/1979 05/03/1980 05/03/1981 05/03/1982 05/03/1983 05/03/1984 05/03/1985 05/03/1986 05/03/1987 05/03/1988 05/03/1989 05/03/1990 05/03/1991 05/03/1992 05/03/1993 05/03/1994 05/03/1995 05/03/1996 05/03/1997 05/03/1998 05/03/1999 05/03/2000 05/03/2001 05/03/2002 05/03/2003 05/03/2004 05/03/2005 05/03/2006 05/03/2007 05/03/2008 05/03/2009 05/03/2010 05/03/2011 05/03/2012 05/03/2013 05/03/2014 05/03/2015 05/03/2016 05/03/2017 MAY 414.40 2.80% JUN 411.93 72.60% JUN 414.00 20.70% JUN 414.55 2.70% JUN 415.05 4.10% JUL 412.30 74.60% JUL 414.60 18.80% Intervalo Nivel previo representativo Probabilidad (%) JUL 415.90 2.80% JUL 417.18 3.80% ANUAL 339.00 100%
RESPUESTA DEL SISTEMA: OPERATIVIDAD DE COMPUERTAS Árbol de fallos para operatividad (El Chañar): Fallo conjunto, accionamiento oleohidráulico Fallo individual, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 o 8 compuertas Para ello se realizaron 8 distintos arboles de fallo considerando una fiabilidad individual de compuertas del 90% y una fiabilidad del grupo oleohidráulico del 99.9%. Operatividad de Probabilidad las compuertas 0 1.000E-03 1 5.400E-07 2 1.333E-05 3 4.041E-04 4 4.445E-03 5 3.312E-02 6 1.489E-01 7 3.821E-01 8 4.300E-01 Operatividad de Probabilidad las compuertas 0 1.014E-03 5 1.869E-01 7 3.821E-01 8 4.300E-01
RESPUESTA DEL SISTEMA: LAMINACIÓN DE CRECIDAS Análisis paramétrico para cada una de las combinaciones de niveles previos, operatividades de órganos de descarga, crecidas, y también, fallo de las presas A través de una hoja de cálculo, se ha obtenido el valor máximo de nivel y caudal de salida alcanzado en cada uno de los embalses para cada posible combinación. 7000 184.320 cálculos Hidrograma de rotura en el 6000 5000 Derivador de Portezuelo Grande Caudal (m 3 /s 4000 3000 2000 1000 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Tiempo (horas)
RESPUESTA DEL SISTEMA: PROBABILIDAD DE FALLO DE PRESAS POR SOBREVERTIDO Probabilidad de fallo por sobrevertido: Portezuelo Grande Probabilidad de fallo por sobrevertido: El Chañar Probabilidad 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 429.65 429.75 429.85 429.95 430.05 430.15 430.25 430.35 430.45 430.55 430.65 Nivel en el Embalse (msnm) Derivador Dique Probabilidad 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 342.55 342.65 342.75 342.85 342.95 343.05 343.15 343.25 343.35 343.45 343.55 Nivel en el Embalse (msnm)
CONSECUENCIAS: COSTOS ECONÓMICOS POR INUNDACIÓN División por tramos (60 660 km). Identificación de rubros relevantes de acuerdo con las actividades productivas regionales e infraestructura relevante. Manchas de inundación elaboradas por AIC. Escenarios sin daños económicos, definidos a partir de los registros recientes de caudales erogados. Generación de curvas de daños para todo entorno de caudales factibles a partir de escenarios propuestos (rotura y no rotura). ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS:
CONSECUENCIAS: COSTOS ECONÓMICOS POR INUNDACIÓN Costos económicos (millones de USD) Costos económicos (millones de USD) $100 Tramo PGR $80 ESCENARIO CRECIDA $60 MÁXIMA PROBABLE CON $40 $20 ROTURA DE PRESA $0 0 5000 10000 15000 20000 25000 300.000 personas Caudal saliente por Portezuelo Grande (m 3 /s) afectadas. Tramo CHA Costo total 3.900 millones $3.500 $3.000 $2.500 $2.000 de USD, equivalente al $1.500 $1.000 0,7% del PBI de la $500 $0Argentina 0 5000 10000(2016). 15000 20000 25000 Caudal saliente por El Chañar (m 3 /s)
CONSECUENCIAS: PÉRDIDA DE VIDAS POR INUNDACIÓN Método desarrollado por Wayne Graham. Se ha considerado una tasa de mortalidad constante de 0.0002 fallecimientos/persona en la mancha de inundación.
CÁLCULO DE RIESGO EN LA SITUACIÓN INICIAL Resultados de probabilidad de rotura y riesgo para cada presa Prob. de fallo (años -1 ) Riesgo económico (M$/año) Consecuencias económicas promedio (M$) Riesgo social (vidas/año) Pérdida de vidas promedio (vidas) Riesgo Incremental Portezuelo Grande 4.28E-04 6.66E-01 1554.87 9.44E-03 22 Loma de la Lata < 10-10 - - - - Planicie Banderita < 10-10 - - - - El Chañar 4.86E-04 2.13E-01 438.92 2.97E-03 6 Riesgo Total 48.91 0.94
CÁLCULO DE RIESGO EN LA SITUACIÓN INICIAL (f-n) Resultados de probabilidad de rotura y riesgo social para cada presa, criterios USBR
CÁLCULO DE RIESGO EN LA SITUACIÓN INICIAL (f-n) Evaluación del riesgo social según recomendaciones de tolerabilidad del USBR de la presa de Portezuelo Grande y Chañar, por modo de fallo
MEDIDAS DE REDUCCIÓN DE RIESGO 1. Construcción de una nueva presa aguas arriba llamada Chihuido I, su funciones serían la protección contra inundaciones, la producción de energía hidroeléctrica y el abastecimiento agrícola. 2. Ampliación del aliviadero lateral de Portezuelo Grande con 9 nuevos vanos y compuertas. 3. Nuevas reglas de operación de compuertas en el sistema, eliminando el límite de nivel de agua en el embalse Los Barreales. ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS:
MEDIDAS DE REDUCCIÓN DE RIESGO ANÁLISIS DE RIESGO APLICADO A LA SEGURIDAD DE PRESAS: 4. Mejora de la confiabilidad de las compuertas en El Chañar, con el fin de evitar una falla conjunta. 5. Mejora de los procedimientos de emergencia, reforzando la cooperación de las agencias de gestión de emergencia locales. Medidas Coste de implantación Coste anual de mantenimiento Vida útil (años) Coste anualizado equivalente 1. Construcción de Chihuido I 2231 M$ -105 M$ 75 4.1 M$ 2. Ampliación de derivación Portezuelo Grande 184.7 M$ 9.235 M$ 75 18.3 M$ 3. Revisión de las reglas de gestión de crecidas 0.05 M$ 0 M$ 10 0.0062 M$ 4. Corrección de la apertura de compuertas de Chañar 0.0065 M$ 0.00033 M$ 30 0.00073 M$ 5. Mejora de la gestión de emergencias PADE 0.30 M$ 0.19 M$ 10 0.23 M$
MEDIDAS DE REDUCCIÓN DE RIESGO: SISTEMA (f-n) Situación inicial 1.Nueva presa 2.Ampliación de derivación PG 3.Nuevas reglas 4. Mejora fiabilidad comp. CH 5.Mejora proced. emergencias Todas las medidas Riesgo incremental Portezuelo Grande Probabilidad de fallo (años -1 ) Riesgo económico (M /año) Riesgo social (vidas/año) Probabilidad de fallo (años -1 ) 4.28E-04 3.60E-08 6.57E-06 4.28E-04 4.28E-04 4.28E-04 <10-10 6.66E-01 3.60E-05 1.31E-02 6.66E-01 6.66E-01 6.66E-01 <10-10 9.44E-03 4.29E-07 2.00E-04 9.44E-03 9.44E-03 4.72E-03 <10-10 4.86E-04 7.26E-05 7.99E-05 4.86E-04 4.13E-04 4.86E-04 1.64E-06 El Chañar Riesgo económico (M /año) Riesgo social (vidas/año) 2.13E-01 1.03E-01 1.05E-01 2.13E-01 1.15E-01 2.13E-01 2.32E-03 2.97E-03 1.51E-03 1.54E-03 2.96E-03 1.50E-03 1.48E-03 1.71E-05 ACSLS (M$) 301.04 1640.28 32392.17 < 0 36.60 EWACSLS (M$) 32.92 179.35 32391.68 <0 36.60 Riesgo total Riesgo económico (M$/año) 48.91 25.11 26.31 48.91 48.85 48.91 25.03 Riesgo social (vidas/año) 0.94 0.55 0.57 0.94 0.94 0.47 0.27 ACSLS (M$) <0 <0 30261.57 <0 0.49
MEDIDAS DE REDUCCIÓN DE RIESGO: ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DE RESULTADOS Hidrología de entrada a Portezuelo Grande, hidrogramas de mayor volumen y menor caudal pico. Aportan menos riesgo al sistema. Fiabilidad individual de compuertas en El Chañar, mejora de la fiabilidad utilizada. La fiabilidad conjunta es la que más influye. Ampliación del derivador con 3 / 6 / 9 compuertas, construido Chihuido. A partir de 3 ya es significativo. No afecta sensiblemente a El Chañar.
MEDIDAS DE REDUCCIÓN DE RIESGO: SECUENCIA (f-n) Criterio de priorización Paso 1 Riesgo Incremental EWACSLS Corrección apertura de compuertas El Chañar Riesgo Total ACSLS Construcción de Chihuido I Paso 2 Construcción de Chihuido I Corrección apertura de compuertas El Chañar Paso 3 Revisión de las reglas de gestión de crecidas Mejora gestión de emergencias PADE Paso 4 Mejora gestión de emergencias PADE Revisión de las reglas de gestión de crecidas Paso 5 Ampliación de derivación Portezuelo Grande Ampliación de derivación Portezuelo Grande
CONCLUSIONES El proceso de análisis de riesgo cuantitativo ha permitido un mejor entendimiento del funcionamiento hidrológico e hidráulico del sistema. Las presas Portezuelo Grande y El Chañar no están alineadas con las recomendaciones internacionales de tolerabilidad de riesgo social e individual. La construcción de una nueva presa aguas arriba y la mejora en la confiabilidad de las compuertas de El Chañar son las medidas más eficientes para alinear las presas con esas recomendaciones. El proceso colaborativo que fue desarrollado permitió generar consenso general y credibilidad frente a las autoridades y otros actores. El proceso de implementación de técnicas de análisis de riesgo tuvo un efecto positivo en el ORSEP.
CONCLUSIONES El propio proceso de identificación de modos de fallo ha servido para realizar un análisis detallado de los diferentes problemas que podrían ocurrir en las presas y que podrían producir su rotura o pérdida de utilidad, resultando en recomendaciones de aplicación directa para su vigilancia y auscultación. Los resultados de consecuencias muestran que el fallo total del sistema tendría un alto impacto en pérdida de vidas y especialmente en consecuencias económicas, debido a las importantes poblaciones localizadas aguas abajo. La destrucción de la infraestructura, afectaciones y pérdidas de producción representa un costo del 0,7% del PBI de la Argentina. Las futuras revisiones de los Planes de Acción Durante Emergencias pueden realizarse a la luz de los resultados obtenidos, de modo que sea posible una interacción en dos sentidos.
MUCHAS GRACIAS