Risk, Reliability and Safety of Hydrological Systems Ryzyko, Niezawodność i Bezpieczeństwo Systemów Hydrologicznych Bogdan OZGA-ZIELIŃSKI Association of Polish Hydrologists, Poland Stowarzyszenie Hydrologów Polskich, DRR Conference 2015, October 15-16, Warsaw, Poland

Application of reliability theory to description of reliable structure of quasi-natural system - hydrological system, its security, and emerging threats resulting from randomly occurring meteorological and hydrological extreme events. Zastosowanie teorii niezawodności do opisu struktury niezawodnościowej systemu quasi-naturalnego - systemu hydrologicznego, jego bezpieczeństwa oraz pojawiających się w nim zagrożeń wynikających z losowo występujących meteorologicznych i hydrologicznych zdarzeń ekstremalnych. Goal of research - Cel badań

Hydrological system was defined as a functional and areal layout of river catchment including the natural resources of surfacewater and groundwater, natural environment as well as the technical and non-technical activities for developing these resources and the linkages between these elements. Zlewnia rzeczna potraktowana została jako obiekt złożony składający się z elementów będących z jednej strony naturalnymi zasobami wód powierzchniowych i podziemnych występującymi w środowisku przyrodniczym, z drugiej zaś urządzeniami hydrotechnicznymi umożliwiającymi kształtowanie tych zasobów, przy uwzględnieniu powiązań występujących między tymi elementami. Concept of research - Koncepcja badań

Extreme hydrological events in the form of floods causing floodings have been treated, as undesired events (hazards) from the point of view of the safety of man, his life and health and property as well as a manifestation of failure of hydrological system for reliable operation. Ekstremalne zjawiska hydrologiczne w postaci wezbrań powodujących powodzie zostały potraktowane, jako zdarzenia niepożądane (zagrożenia) z punktu widzenia bezpieczeństwa człowieka, jego życia i zdrowia oraz mienia jak również, jako przejaw niezdatności systemu hydrologicznego do niezawodnego funkcjonowania. Concept of research - Koncepcja badań

The reliability of the hydrological system is its feature consists in the capacity of the components, which is built, to perform in a specified time, without failure, provided for them functions in other words the ability of the system to correct its operation without formation of floods. Niezawodność systemu hydrologicznego jest to jego cecha polegająca na zdolności elementów, z których jest zbudowany, do pełnienia w określonym czasie, bez niesprawności, przewidzianych dla nich funkcji, tzn. zdolność systemu do prawidłowego jego funkcjonowania (działania) – bez powstawania powodzi. Reliability of hydrological system functioning Niezawodność działania systemu hydrologicznego

 First of all it is necessary to identify the mechanisms of the formation of extreme hydrological hazards and technical and non-technical measures, competent for defense against those hazards. Identyfikacja mechanizmów powstawania zagrożeń hydrologicznych i określenie technicznych i nietechnicznych działań obronnych. Analysis of reliable operation of hydrologic system Analiza niezawodności działania systemu hydrologicznego

 Then it must be specified the reliable structure of the hydrological system and description its mathematical model, for which it is proposed to accept the fault tree, which enables for probabilistic description of undesired events, occurring in the hydrological system. Określenie struktury niezawodnościowej systemu hydrologicznego i opisanie jej modelem matematycznym w postaci drzewa niesprawności, pozwalającym na probabilistyczny opis zdarzeń niepożądanych zachodzących w systemie hydrologicznym.

Fault tree of hydrological system Drzewo niesprawności systemu hydrologicznego

Fault tree of hydrologic system with probabilities p(.) of events leading to top event A occurrence Drzewo niesprawności systemu hydrologicznego z przypisanymi prawdopodobieństwami p(.) zdarzeń prowadzących do wystąpienia niepożądanego zdarzenia szczytowego A

 Knowing the reliable model of the hydrological system it can be assessed hazards and related risk of hydrological extreme events, using for this purpose the method of the event tree ( – lack of disaster, x – disaster) Znając model niezawodnościowy badanego systemu hydrologicznego można ocenić powstające w nim zagrożenia i związane z nimi ryzyko hydrologicznych zdarzeń ekstremalnych, wykorzystując w tym celu metodę drzewa zdarzeń ( – brak katastrofy, x – katastrofa)

 Risk Management - Zarządzanie ryzykiem Risk management is the process of the selection of effective measures to ensure the safety and protection against hazards, and so is the ability to prevent losses, which is determined as the safety potential. This potential must balance the hydrological system's ability to cause losses, which is determined as the hazard potential. And therefore, risk management, in accordance with the ALARP principle (choice of risk As Low As Reasonably Practicable), at least should keep a balance of both potentials in the area of tolerable risk. Proces zarządzania ryzykiem jest doborem skutecznych środków zapewniających bezpieczeństwo i ochronę przed zidentyfikowanymi zagrożeniami, a więc stanowi zdolność do zapobiegania stratom, która określana jest mianem potencjału bezpieczeństwa. Potencjał ten musi równoważyć zdolność systemu hydrologicznego do powodowania strat, która określana jest, jako potencjał zagrożeń. A zatem, zarządzanie ryzykiem, zgodnie z zasadą ALARP, tj. wyborem ryzyka tak niskiego, jak to jest praktycznie uzasadnione (wykonalne, możliwe), powinno co najmniej utrzymywać równowagę obu potencjałów w obszarze ryzyka tolerowanego.

Area of research Obszar badań R(t)=0,951 F(t)=0,049 PZ(s)=9,2∙10 -8

Safety of hydrologic systems should take into account the following items: Bezpieczeństwo systemów hydrologicznych zależy przede wszystkim od przyjętych procedur i regulacji zarządzania ryzykiem hydrologicznych zdarzeń ekstremalnych, które powinny być ujęte w planach bezpieczeństwa systemów hydrologicznych i uwzględniać następujące zagadnienia:  identification of the mechanisms of the formation of hazards, identyfikację mechanizmów powstawania zagrożeń,  identification of reliable structure of hydrological system, identyfikację struktury niezawodnościowej systemu hydrologicznego,  qualitative risk assessment and prioritizing the risk levels identified hazards, jakościową ocenę ryzyka i hierarchizację poziomów ryzyka zidentyfikowanych zagrożeń,  quantitative risk assessment by estimation of hazard frequency and consequence of its occurrence (assessment of potential losses), ilościową ocenę ryzyka zagrożeń poprzez oszacowanie częstości i konsekwencji ich występowania (ocenę potencjalnych strat),

 risk control (risk avoidance, reduction, detaining and transfer), sterowanie ryzykiem (unikanie, redukcja, zatrzymanie i transfer ryzyka),  monitoring of measures taken in the process of risk control (effectiveness, assessment of costs and benefits), monitorowanie działań podjętych w procesie sterowania ryzykiem (skuteczność, ocena kosztów i korzyści),  development of emergency scenarios in the event of a crisis situation, opracowanie scenariuszy awaryjnych na wypadek sytuacji kryzysowej,  emergency services training and education the public about the possible hazards of hydro-meteorological extreme events, szkolenie służb kryzysowych i edukację społeczeństwa o możliwych zagrożeniach hydrologiczno-meteorologicznych,  information about the risk of hydrological extreme events and its tolerance or lack thereof. informację o ryzyku hydrologicznych zdarzeń ekstremalnych i poziomie jego tolerancji bądź jej braku.

Thank you for your kind attention Dziękuję za uwagę Bogdan Ozga-Zieliński, Ph.D., P.Eng. Association of Polish Hydrologists, Poland Stowarzyszenie Hydrologów Polskich, More can be found in publication: Szersze omówienie poruszonych w prezentacji zagadnień można znaleźć w monografii: Ozga-Zieliński B., 2015, Bezpieczeństwo i niezawodność systemów hydrologicznych – Safety and reliability of Hydrologic Systems, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej - Inżynieria Środowiska z. 69, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej