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