Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow
Reservoirs are an integral part of the world’s hydraulic infrastructure and form the basis of modern water management in most countries including Ukraine. However, reservoirs are also sources of an essential danger to the environment, infrastructure, and population. The potential danger and risks to...
Збережено в:
| Видавець: | Kyiv National University of Construction and Architecture |
|---|---|
| Дата: | 2021 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Kyiv National University of Construction and Architecture
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://es-journal.in.ua/article/view/251842 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Репозиторії
Environmental safety and natural resources| id |
es-journalinua-article-251842 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Environmental safety and natural resources |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
щорічна ймовірність перевищення метод дерева відмов та несправностей паводки прогнозування нечітке моделювання гідрологічна безпека переповнення Київського водосховища annual exeedance probability failure and fault tree method floods forecasting fuzzy modelling hydrological safety Kyiv reservoir overflow |
| spellingShingle |
щорічна ймовірність перевищення метод дерева відмов та несправностей паводки прогнозування нечітке моделювання гідрологічна безпека переповнення Київського водосховища annual exeedance probability failure and fault tree method floods forecasting fuzzy modelling hydrological safety Kyiv reservoir overflow Stefanyshyn, Dmytro V. Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow |
| topic_facet |
щорічна ймовірність перевищення метод дерева відмов та несправностей паводки прогнозування нечітке моделювання гідрологічна безпека переповнення Київського водосховища annual exeedance probability failure and fault tree method floods forecasting fuzzy modelling hydrological safety Kyiv reservoir overflow |
| format |
Article |
| author |
Stefanyshyn, Dmytro V. |
| author_facet |
Stefanyshyn, Dmytro V. |
| author_sort |
Stefanyshyn, Dmytro V. |
| title |
Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow |
| title_short |
Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow |
| title_full |
Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow |
| title_fullStr |
Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow |
| title_full_unstemmed |
Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow |
| title_sort |
probability assessment of the kyiv reservoir overflow |
| title_alt |
Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow |
| description |
Reservoirs are an integral part of the world’s hydraulic infrastructure and form the basis of modern water management in most countries including Ukraine. However, reservoirs are also sources of an essential danger to the environment, infrastructure, and population. The potential danger and risks to the population living near reservoirs especially downstream may be no less than to people living near nuclear facilities or chemical plants, with which experts and the public usually associate problems of technogenic safety. Moreover, statistics show that about a third of all accidents on dams and levees occurred due to overflow of reservoirs when upstream water levels exceeded allowable values.There are 1103 reservoirs in Ukraine with a total water volume of about 55,500 million m3. The Kyiv reservoir is the third one by volume and water surface area in the country. In addition, the reservoir is created by one of the longest dams in the world; the total dam length of the reservoir reaches 70 km.Admittedly, the overflow of a reservoir can be caused by an extreme flood with inflow parameters exceeding the capacity of hydraulic structures. The challenge is that the capacity of water passage structures may be insufficient both due to the inaccuracy of the hydrological forecast and because of faults, poor functioning, or failures of the hydraulic structures during a design flood. In particular, long-term forecasts of floodwater discharges maxima of the inflow into the Kyiv reservoir based on using various probability distribution functions show the essential divergence of the obtained results. As well, as practice shows, the unavailability of some water passage tracts of the reservoir can reach several months in a year. Sometimes repair works were performed even during floods.The aim of the study consisted of probabilistic forecasting the emergency situation on the Kyiv reservoir as a result of its uncontrolled overflow through the possible inaccuracy of the hydrological forecast concerning an actual water inflow into the reservoir and due to failures of water passage hydraulic structures during floods. To achieve the study aim the following tasks were solved: (1) there was proposed a method of hydrological forecasting, which allows taking into account results of long-term forecasts of floodwater discharges maxima based on using various probability distribution functions and fuzzy modelling; (2) there was performed hydrological forecasting of floodwater discharges maxima of the Dnieper affecting the condition of the Kyiv reservoir based on the actual data collected the Vyshgorod water level gauge; (3) there was assessed the probability of the Kyiv reservoir overflow taking into account the occurrence possibility of a shortage of the capacity of water passage structures with using the failure and fault tree method. Totally, six incompatible hypothetical emergency situations at the Kyiv reservoir were considered. The calculations showed the total probability of the Kyiv reservoir overflow equal to 3.84*10–4 (year–1), which is acceptable to guarantee the hydrological safety of infrastructure and the population. |
| publisher |
Kyiv National University of Construction and Architecture |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://es-journal.in.ua/article/view/251842 |
| work_keys_str_mv |
AT stefanyshyndmytrov probabilityassessmentofthekyivreservoiroverflow |
| first_indexed |
2024-04-21T19:46:40Z |
| last_indexed |
2024-04-21T19:46:40Z |
| _version_ |
1796974890891345920 |
| spelling |
es-journalinua-article-2518422022-02-15T07:54:39Z Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow Probability assessment of the Kyiv reservoir overflow Stefanyshyn, Dmytro V. щорічна ймовірність перевищення метод дерева відмов та несправностей паводки прогнозування нечітке моделювання гідрологічна безпека переповнення Київського водосховища annual exeedance probability failure and fault tree method floods forecasting fuzzy modelling hydrological safety Kyiv reservoir overflow Reservoirs are an integral part of the world’s hydraulic infrastructure and form the basis of modern water management in most countries including Ukraine. However, reservoirs are also sources of an essential danger to the environment, infrastructure, and population. The potential danger and risks to the population living near reservoirs especially downstream may be no less than to people living near nuclear facilities or chemical plants, with which experts and the public usually associate problems of technogenic safety. Moreover, statistics show that about a third of all accidents on dams and levees occurred due to overflow of reservoirs when upstream water levels exceeded allowable values.There are 1103 reservoirs in Ukraine with a total water volume of about 55,500 million m3. The Kyiv reservoir is the third one by volume and water surface area in the country. In addition, the reservoir is created by one of the longest dams in the world; the total dam length of the reservoir reaches 70 km.Admittedly, the overflow of a reservoir can be caused by an extreme flood with inflow parameters exceeding the capacity of hydraulic structures. The challenge is that the capacity of water passage structures may be insufficient both due to the inaccuracy of the hydrological forecast and because of faults, poor functioning, or failures of the hydraulic structures during a design flood. In particular, long-term forecasts of floodwater discharges maxima of the inflow into the Kyiv reservoir based on using various probability distribution functions show the essential divergence of the obtained results. As well, as practice shows, the unavailability of some water passage tracts of the reservoir can reach several months in a year. Sometimes repair works were performed even during floods.The aim of the study consisted of probabilistic forecasting the emergency situation on the Kyiv reservoir as a result of its uncontrolled overflow through the possible inaccuracy of the hydrological forecast concerning an actual water inflow into the reservoir and due to failures of water passage hydraulic structures during floods. To achieve the study aim the following tasks were solved: (1) there was proposed a method of hydrological forecasting, which allows taking into account results of long-term forecasts of floodwater discharges maxima based on using various probability distribution functions and fuzzy modelling; (2) there was performed hydrological forecasting of floodwater discharges maxima of the Dnieper affecting the condition of the Kyiv reservoir based on the actual data collected the Vyshgorod water level gauge; (3) there was assessed the probability of the Kyiv reservoir overflow taking into account the occurrence possibility of a shortage of the capacity of water passage structures with using the failure and fault tree method. Totally, six incompatible hypothetical emergency situations at the Kyiv reservoir were considered. The calculations showed the total probability of the Kyiv reservoir overflow equal to 3.84*10–4 (year–1), which is acceptable to guarantee the hydrological safety of infrastructure and the population. Водосховища є невід’ємною частиною світової гідротехнічної інфраструктури і формують основу сучасного управління водними ресурсами в більшості країн. Однак водосховища також є джерелами потенційної небезпеки для навколишнього середовища, інфраструктури та населення, особливо в нижніх б’єфах великих гребель. Потенційна небезпека та ризики для населення, що проживає поблизу водосховищ, особливо нижче за течією, можуть бути не меншими, ніж для людей, які проживають поблизу ядерних установок або хімічних підприємств, з чим експерти та громадськість зазвичай пов’язують проблеми техногенної безпеки. Причому, статистика показує, що близько третини всіх аварій на греблях і дамбах сталося через переповнення водосховищ, коли рівень води у верхньому б’єфі перевищував проектні або допустимі значення.В Україні налічується 1103 водосховища загальним об’ємом води близько 55 500 млн м3. Київське водосховище – третє за обсягом та площею поверхні води в країні. Крім того, це водосховище утворюється однією з найдовших гребель у світі. Загальна довжина гідротехнічних споруд Київського водосховища сягає 70 км.Загальновизнано, що неконтрольоване переповнення водосховища може викликатися надзвичайним паводком з параметрами припливу, що перевищують пропускну здатність гідротехнічних споруд. Проблемою є те, що пропускна здатність гідротехнічних споруд може бути недостатньою як через неточність гідрологічного прогнозу, так і через несправності, погане функціонування або відмови гідроспоруд під час проектного паводку. Зокрема, довгострокові прогнози максимальних витрат паводкових вод Дніпра в створі Київського водосховища на основі використання різних функцій розподілу ймовірностей показують істотну розбіжність їх результатів. Також, як показує практика, неготовність деяких водопропускних трактів Київського водосховища може досягати кількох місяців на рік. Іноді ремонтні роботи на цих спорудах проводилися навіть під час паводків.Метою дослідження було ймовірнісне прогнозування надзвичайної ситуації на Київському водосховищі внаслідок його неконтрольованого переповнення внаслідок можливої неточності гідрологічного прогнозу щодо фактичного притоку води у водойму та через відмови водопропускних споруд під час паводку.Для досягнення мети були вирішені наступні завдання: (1) запропоновано метод гідрологічного прогнозування, який дозволяє враховувати результати довгострокових прогнозів максимальних витрат паводкових вод на основі використання різних функцій розподілу ймовірностей та нечіткого моделювання; (2) проведено гідрологічне прогнозування максимальних витрат Дніпра, що впливають на стан Київського водосховища, на основі фактичних даних, зібраних на гідрологічному посту «Вишгород»; (3) оцінено ймовірність переповнення Київського водосховища з урахуванням можливості виникнення дефіциту пропускної здатності гідротехнічних споруд з використанням методу дерева відмов та несправностей. Всього було розглянуто шість несумісних гіпотетичних надзвичайних ситуацій на Київському водосховищі. Розрахунки показали, що ймовірність переповнення Київського водосховища не перевищує 3,84*10–4 (рік–1), що є прийнятним в контексті гарантування гідрологічної безпеки інфраструктури та населення. Kyiv National University of Construction and Architecture 2021-12-24 Article Article application/pdf https://es-journal.in.ua/article/view/251842 10.32347/2411-4049.2021.4.73-99 Environmental safety and natural resources; Vol. 40 No. 4 (2021): Environmental safety and natural resources; 73-99 Екологічна безпека та природокористування; Том 40 № 4 (2021): Екологічна безпека та природокористування; 73-99 2616-2121 2411-4049 10.32347/2411-4049.2021.4 en https://es-journal.in.ua/article/view/251842/249272 Авторське право (c) 2021 Dmytro V. Stefanyshyn http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |