Transcript Prezentace

VŠB - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA
Hornicko - geologická fakulta
Geoinformatika
Využití GIS pro zajištění bezpečnosti
provozu produktovodní sítě
ČEPRO, a.s.
Vedoucí diplomové práce: doc. Dr. Ing. Jiří Horák
Konzultant projektu: Prof. Pavel Danihelka
Zpracovatel: Lukáš Debowski
Školní rok:
2003/2004
ČEPRO, a.s.
Předmětem činnosti společnosti ČEPRO je zejména:



přeprava, skladování a prodej ropných produktů
poskytování přepravních, skladovacích a dalších
speciálních služeb v této oblasti dalším subjektům
ochraňování zásob státních hmotných rezerv
Celý produktovodní systém společnosti ČEPRO má délku
okolo 1000 km, který je rozdělen do 20 úseků.
ZPRACOVÁNÍ ÚSEKU KLOBOUKY U BRNA - LOUKOV
Produktovodní síť
společnosti ČEPRO, a.s.
produktovodní
systém
řešený úsek
Cíle celého projektu:
V rámci zadání diplomové práce byly stanoven tyto úkoly:
• Studium dostupné literatury v oblasti týkající se bezpečnosti
provozu produktovodní sítě,
• Analýza datových zdrojů,
• Návrh postupu hodnocení pravděpodobnosti porušení trasy
produktovodní sítě,
• Realizace GIS pro vybrané území,
• Zhodnocení navrženého postupu.
PROBLEMATIKA JE ZNAČNĚ ROZSÁHLÁ
Cíle celého projektu:
Cíle celého projektu:
•
Ze získané podrobné dokumentace (provozní návody, provozní
režimy apod.) – provést výpočet množství uniklé kapaliny z
daného bodu produktovodní sítě.
• Z DMR a jeho vlastností - provést simulaci možného dotoku
v případě vzniklé havárie.
Zdrojová data:
VÝŠKOPISNÁ DATA
- vrstevnice s se základním výškovým intervalem 10 m získané se
z mapového díla Shocart s.r.o. 1:50000
- zpracovatelem byla firma T-MAPY s.r.o.
POLOHOPISNÁ DATA
- poskytnuta společností ČEPRO a.s.
- digitální vektorová mapa vytvořená podle jednotného číselníku
vektorových vrstev
- jednotlivé geoprvky popisují prostředí v okolí trasy produktovodu asi
do vzdálenosti 4 km
- zpracováno v programovém produktu GRAMIS 5.0
- získání přesného umístění trasy produktovodu, armaturních šachet,
Zdrojová data:
PROFIL TRASY
- zpracováno v programovém produktu GRAMIS 5.0
- technické znázornění profilů jednotlivých úseků produktovodu
- podrobně popisují jednotlivé uzavírací šachty (umístění, číslo,
vzdálenost mezi
nimi) a nadmořskou výšku výškových bodů profilu trasy
DIGITÁLNÍ GEOLOGICKÁ MAPA
-
Digitální vektorová mapa v měřítku 1:50000 (7 mapových listů)
poskytnuta firmou Vodní zdroje Chrudim
zpracovatelem Česká geologická služba
zachycuje geologickou situaci v okolí zpracovávaného úseku ve
formě: 1 polygonové vrstvy  geologické vrstvy
2 liniových vrstev  liniové geologické prvky a geologické
značky
ODHAD VELIKOSTI HAVÁRIE
HAVARIJNÍ ÚNIK
• je každá situace, kdy se přepravovaný produkt dostane
mimo prostory sloužící k její dopravě, přičemž může dojít
nebo dojde k ohrožení nebo poškození vnějšího prostředí a
objektů.
•
obecně na rozsah havárie mají vliv tyto skutečnosti:
A) lokalizace – místo případné havárie
B) množství uniklé kapaliny
C) trajektorie uniklé kapaliny
A) Lokalizace havárie
•
1.
rozsah havárie závisí na tom, jaké se v blízkosti
produktovodu nacházejí složky životního prostředí:
- s větší užitnou hodnotou tj. těžko nahraditelné (řeky, nádrže s pitnou
vodou, přírodní rezervace, rašeliniště apod.)  vyšší riziko dopadu
- složky s nižší cenností tj. s možností rekultivace (pole, louky apod.) 
 nižší riziko dopadu na ŽP
•
produktovod chápaný jako linie byl posuzován lokálně, tedy
pouze jako místa které představovaly vzniklé havárie ve
formě bodové vrstvy.
Havárie byly simulovány po 50 m
A) Lokalizace havárie
k převodu liniové vrstvy na bodovou bylo použito programového
produktu ArcInfo přesněji spuštěním části AML skriptu vytvořený
Antonínem Orlíkem v rámci jeho semestrální (diplomové) práce
•
•
v atributové tabulce byly každému bodu přiřazeny X, Y, Z
2.
B) Výpočet množství uniklé kapaliny
•
Množství uniklé kapaliny závisí na:
-
velikosti otvoru vzniklého na tělese produktovodu
provozních tlacích
hustotě přepravované kapaliny
místě vzniku havárie z hlediska profilu produktovodu
rychlosti reakce dispečinku na vzniklou havárii
součiniteli tření
NEJHORŠÍ MOŽNÁ VARIANTA UNIKU
1.
B) Výpočet množství uniklé kapaliny
Obecný scénář vzniklé havárie:
VZNIK HAVÁRIE (ÚNIK KAPALINY)
AUTOMATICKÁ DETEKCE ÚNIKU KAPALINY
REAKCE OBSLUHY
UZAVŘENÍ VENTILŮ
DOJEZD ZÁSAHOVÉ JEDNOTKY + SANACE
2.
B) Výpočet množství uniklé kapaliny
3.
Použité prostředky pro výpočet:
a) provozní předpisy k produktovodu a jiná dokumentace:
 získání hodnot potřebných veličin pro daný výpočet
(provozní tlaky, průměr potrubí, součinitel tření apod.)
b) profil produktovodu:
 (nadmořská výška, vzdálenost umístění šachet apod.)
B) Výpočet množství uniklé kapaliny
4.
Výpočet:
1. Průtoková rychlost v:
 p1  p 2

2
 g h1  h 2 
p1
p2
v2
 

l
v

 gh1 
 gh2       
l
d


2
  
d
2. Objemu do uzavření ventilu = Objemový průtok Qv * čas do uzavření ventilu t
(viz. 1-4 scénáře havárie)
2
získám z Bernoulliho rovnice


Qv  v 
3. Objemu spádových oblastí Vs
Vs 
d
4
d 2
4
l
Vcelk .  Qv  t  Vs
B) Výpočet množství uniklé kapaliny
5.
• Úprava a doplnění potřebných atributů v atributové tabulce
NÁZEV VRSTVY
havarie_b
ATRIBUTY
ID_havarie
ID_usek
X_coord
Y_coord
Vyska
Delka_poc
MAX/MIN
Cekl_objem
Sachta
Zavaznost
POPIS
simulované havárie na trase
produktovodu vytvořené s 50 m
rozestupem
B) Výpočet množství uniklé kapaliny
Ukázka vizualizace vypočtených hodnot:
6.
B) Výpočet množství uniklé kapaliny
• vypočteným hodnotám byl přiřazen index závažnosti
dopadu havárie na ŽP
Množství nebezpečné látky uniklé do ŽP [t]:
<1t
1 – 10 t
10 – 50 t
50 – 200 t
> 200 t
A – zanedbatelný dopad na ŽP
B – malý dopad na ŽP
C – výrazný dopad na povrchové vody
D – velmi výrazný dopad na ŽP
E – maximální dopad na ŽP
7.
B) Výpočet množství uniklé kapaliny
8.
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
•
Průběh trajektorie závisí na kombinaci mnoha faktorů např.:
- typ pokryvu terénu,
- typ přepravovaného média,
- vegetační období,
- meteorologické podmínky v době havárie,
- sklon terénu,
- směr možného toku a další.
•
1.
Po zjištění dostupných datových zdrojů byly pro simulaci
možného dotoku brány v úvahu pouze tyto ovlivňující
faktory:
- sklon terénu,
- směr možného toku média,
- propustnost horninového prostředí
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
2.
POSTUP PRACÍ:
1. Příprava dat:
a) vytvoření rastrové vrstvy sklonu terénu
- vytvořena z DMT typ GRID pomocí nadstavbového modulu
Spatial Analyst (ArcMap 8.3)
b) vytvoření vrstvy určující směr toku
- vytvořena z DMT typ GRID pomocí nadstavbového modulu
Spatial Analyst (ArcMap 8.3)
- každá buňka této vrstvy získá hodnotu směru toku a to na
základě posouzení její hodnoty nadmořské výšky vůči hodnotám
výšek okolních buněk
c) vytvoření vrstvy propustnosti horninového prostředí
- vytvořena na základě postupu popsaného v ročníkovém projektu
Lukáše Gottesmana, který se tímto problémem zabýval
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
3.
2. Vytvoření trajektorie maximálního dotoku
- využití funkce SHORTEST PATH (Spatial Analyst), která
najde nejkratší cestu mezi námi zvolenou havárií a bodem
s nejnižší nadmořskou výškou
3. Posouzení ovlivňujících faktorů (sklon, propust.) z
hlediska jejich vlivu na úbytek unikající kapaliny
vsakující se do země
- hodnotám buněk sklonitosti a propustnosti dané
trajektorie, dle její významnosti, byly pomocí reklasifikace
přiřazeny indexy určující vliv propustnosti či sklonitosti na
úbytek uniklé kapaliny v závislosti vsakujícím množství.
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
4.
Tabulky reklasifikace hodnot buněk propustnosti a sklonitosti dané
trajektorie na indexy úbytku
Stupeň
významnosti
Index vlivu
propustnosti na
úbytek uniklé
kapaliny
Hodnota buňky
sklonitosti
terénu
Stupeň
významnosti
Index vliv sklonu na
úbytek uniklé
kapaliny
1
velmi
významný
7
18 %<
velmi
významný
1
2
významný
6
15-18 %
významný
2
3
nadprůměrný
5
12-15 %
nadprůměrný
3
4
průměrný
4
9-12 %
průměrný
4
5
podprůměrný
3
6-9 %
podprůměrný
5
6
zanedbatelný
2
3-6 %
zanedbatelný
6
7
zcela
zanedbatelný
1
0-3 %
zcela
zanedbatelný
7
Hodnota
významnosti
propustnosti
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
4. Provedení součtu reklasifikovaných ovlivňujících faktorů = interval
<2,14> a definování, na základě celkového vlivu na dotoku,
procenta úbytku z celkového objemu uniklé kapaliny
Hodnota buňky
celkového vlivu na
úbytek kapaliny
Stupeň dotoku
Procento úbytku
z celkového objemu
uniklé kapaliny
0-2
velmi významný
2%
2-4
významný
4%
4-6
nadprůměrný
6%
6-8
průměrný
8%
8-10
podprůměrný
10%
10-12
zanedbatelný
12%
12-14
zcela zanedbatelný
14%
Platí např.:
velmi významný stupeň propustnosti + zcela zanedbatelný stupeň
významnosti sklonu = příslušná hodnota buňky nabývá nejvyšší hodnoty
intervalu  dotok uniklé kapaliny bude nejkratší.
5.
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
4. Určení délky trajektorie pomocí upravené funkce COST
Samotná funkce COST kumuluje hodnoty vždy z určitého místa a to
na základě vztahů:
a) kumulace skutečných hodnot kumulace přes hranu
a1 = (cost1 + cost2) / 2
KUMULACE = A1 + (COST 2 + COST3) / 2
b) kumulace skutečných hodnot kumulace přes diagonálu
a1 = 1.414214(cost1 + cost2) / 2
KUMULACE = A1 + 1.4142(COST 2 + COST3) / 2
NEDOKÁŽE ODEČÍST PROCENTUÁLNÍ ÚBYTKY Z
CELKOVÉHO OBJEMU UNIKLÉ KAPALINY
6.
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
6.
4. Určení délky trajektorie pomocí upravené funkce COST
ÚPRAVA FUNKCE:
a) kumulace skutečných hodnot kumulace přes hranu
a1 = (cost1 + cost2) / 2 – cost2 * % ÚBYTKU
KUMULACE = A1 + (COST 2 + COST3) / 2 – COST2 * % ÚBYTKU
b) kumulace skutečných hodnot kumulace přes diagonálu
a1 = 1.414214(cost1 + cost2) / 2 – cost2 * % ÚBYTKU
KUMULACE = A1 + 1.4142(COST 2 + COST3) / 2 – COST2 * %
ÚBYTKU
HODNOTA BUŇKY SE 100% ÚBYTKEM = BUŇKA FUNKCE
COST  DÉLKA TRAJEKTORIE
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
5. Prezentace a zhodnocení výsledků
7.
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
6. Porovnání dvou stupňů významnosti pro trajektorie v
členitém terénu
1. trajektorie = 307 m
2. trajektorie = 257 m
3. trajektorie = 234 m
6.
C) Určení trajektorie uniklé kapaliny
7. Porovnání dvou stupňů významnosti pro trajektorie v
rovinatém terénu
6.
Dostupná literatura:




ČNS 03 8373 – Zásady provozu, údržby a revize ochrany proti
korozi kovových potrubí a kabelů s kovovým pláštěm uložených v
zemi
Vojkovská, Danihelka: Metodika pro analýzu dopadů havárií
s účastí nebezpečné látky na životní prostředí H&V index, VŠB-TU
Ostrava, 2002Hydromechanika, Šob František, VÚT Brno 2001
Krábková, Kozubková: Cvičení z mechaniky tekutin, MŽP, 2002,
41s.ČNS 65 0204 – Dálkovody hořlavých kapalin
Help pro ArcInfo 8.3
Děkuji za pozornost
Lukáš Debowski