Evaluation of the impact of risk reduction indicators and epistemic uncertainty in dam safety governance

Abstract

Large dams are critical infrastructures whose failure could produce high economic and social consequences. For this reason, in recent years, the application of quantitative risk analysis to inform dam safety governance has risen significantly worldwide. This thesis is focused in how computed quantitative risk results can be useful to inform dam safety management. It proposes different methods and metrics to deal with the two key issues identified in this process: how risk results can be managed to prioritize potential investments and how uncertainty should be considered in quantitative risk models to inform decision making. Firstly, it is demonstrated that risk reduction indicators are a useful tool to obtain prioritization sequences of potential safety investments, especially in portfolios with a high number of dams. Different indicators for dam safety are assessed, analyzing their relation with equity and efficiency principles. Secondly, it is proposed to consider explicitly and independently natural and epistemic uncertainty in quantitative risk models for dams, following the recommendations developed by other industries. Specifically, a procedure is developed to separate both types of uncertainty in the fragility analysis for the sliding failure mode of gravity dams. Finally, both issues are combined to propose different metrics that analyze the effect of epistemic uncertainty in the prioritization of investments based on risk results. These metrics allow considering the convenience of conducting additional uncertainty reduction actions, like site tests, surveys or more detailed analysis.

Las grandes presas son infraestructuras críticas cuyo fallo puede producir importantes consecuencias económicas y sociales. Por este motivo, en los últimos años la aplicación de técnicas de análisis de riesgos para informar a la gobernanza de la seguridad de presas se ha extendido por todo el mundo. La presente tesis se centra en analizar cómo los resultados calculados de riesgo pueden ser útiles para la toma de decisiones en seguridad de presas. Para ello, se proponen diferentes métodos e indicadores que tratan los dos principales problemas identificados en este proceso: cómo gestionar los resultados de riesgo para priorizar potenciales inversiones en seguridad y cómo debe ser considerada la incertidumbre en los modelos de riesgo para orientar a la toma de decisiones. En primer lugar, se muestra como los indicadores de reducción de riesgo son una herramienta útil y eficaz para obtener secuencias de priorización de potenciales medidas de reducción de riesgo, especialmente en la gestión conjunta de grandes grupos de presas. Por ello, los diferentes indicadores para la gestión de la seguridad de presas son evaluados, analizando su relación con los principios de eficiencia y equidad. En segundo lugar, se propone considerar la incertidumbre epistémica y la incertidumbre natural de forma independiente dentro de los modelos de riesgo cuantitativos para presas, siguiendo las recomendaciones de otras industrias. En particular, se propone un procedimiento para separar ambos tipos de incertidumbre en el análisis del modo de fallo por deslizamiento en presas de gravedad. Finalmente, ambos puntos se combinan para proponer diferentes índices que analicen la influencia de la incertidumbre epistémica sobre las secuencias de priorización obtenidas mediante indicadores de reducción de riesgo, y por lo tanto, sobre la toma de decisiones. De esta forma, estos índices permiten analizar la necesidad de realizar acciones adicionales para reducir la incertidumbre epistémica, como ensayos, sondeos o estudios detallados.

Les grans preses son infraestructures crítiques que si fallen poden produir importants conseqüències econòmiques i socials. Per aquest motiu, en el últims anys la aplicació de tècniques d'anàlisis de rics per a informar a la governança de seguretat de preses s'ha estès per tot el món. Aquesta tesi es centra en analitzar com els resultats calculats de risc poden ser útils per a prendre decisions en seguretat de preses. Per a això, es proposen diferents mètodes i indicadors que tracten el dos principals problemes identificats en aquest procés: com gestionar els resultats de risc per a prioritzar potencials inversions en seguretat i com el models de risc han de considerar la incertesa per a orientar a la presa de decisions. En primer lloc, es mostra com el indicadors de reducció de riscs son una ferramenta útil i eficaç per a obtindré seqüències de priorització de potencials mesures de reducció de risc, especialment en la gestió conjunta de grans grups de preses. Per això, els diferents indicadors per a la gestió de la seguretat de preses son avaluats, analitzant la seua relació amb els principis d'eficiència i equitat. En segon lloc, es proposa considerar la incertesa natural i la incertesa epistèmica de forma independent dintre del models quantitatius de risc per a preses, seguint les recomanacions d'altres industries. En particular, es proposa un procediment per a separar el dos tipus d'incertesa en el anàlisis del fall per lliscament en preses de gravetat. Finalment, el dos punts es combinen per a proposar índexs que analitzen la influència de la incertesa epistèmica sobre les seqüencies de priorització de mesures obtingudes amb els indicadors de reducció de risc, y per tant, sobre la presa de decisions. D'aquesta forma, aquests índexs permeten analitzar la necessitat de realitzar acciones per a reduir la incertesa, como assajos, sondejos geotècnics o estudis de detall.