Využití GIS pro zajištění bezpečnosti Využití GIS pro zajištění bezpečnosti provozu produktovodní sítěprovozu produktovodní sítě

ČEPRO, a.s.ČEPRO, a.s.

VŠB - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVAHornicko - geologická fakulta

Geoinformatika

Zpracovatel: Lukáš DebowskiŠkolní rok: 2003/2004

Vedoucí diplomové práce: doc. Dr. Ing. Jiří Horák Konzultant projektu: Prof. Pavel Danihelka

Předmětem činnosti společnosti ČEPRO je zejména:Předmětem činnosti společnosti ČEPRO je zejména:

přeprava, skladování a prodej ropných produktů přeprava, skladování a prodej ropných produktů poskytování přepravních, skladovacích a dalších poskytování přepravních, skladovacích a dalších

speciálních služeb v této oblasti dalším speciálních služeb v této oblasti dalším subjektům subjektům

ochraňování zásob státních hmotných rezervochraňování zásob státních hmotných rezerv

ČEPRO, a.s.

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.

řešený úsek

produktovodní systém

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 návody, provozní provozní

režimy apod.)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.

VÝŠKOPISNÁ DATAVÝŠKOPISNÁ DATA- vrstevnice s se základním výškovým intervalem 10 m získané - vrstevnice s se základním výškovým intervalem 10 m získané se se z mapového díla Shocart s.r.o. 1:50000 z mapového díla Shocart s.r.o. 1:50000- zpracovatelem byla firma T-MAPY s.r.o.- zpracovatelem byla firma T-MAPY s.r.o.

POLOHOPISNÁ DATAPOLOHOPISNÁ DATA- poskytnuta společností ČEPRO a.s.- poskytnuta společností ČEPRO a.s.- digitální vektorová mapa vytvořená podle jednotného číselníku - digitální vektorová mapa vytvořená podle jednotného číselníku vektorových vrstevvektorových vrstev- jednotlivé geoprvky popisují prostředí v okolí trasy - jednotlivé geoprvky popisují prostředí v okolí trasy produktovodu asi produktovodu asi do vzdálenosti 4 kmdo vzdálenosti 4 km- zpracováno v programovém produktu GRAMIS 5.0- zpracováno v programovém produktu GRAMIS 5.0- získání přesného umístění trasy produktovodu, armaturních - získání přesného umístění trasy produktovodu, armaturních šachet, šachet,

Zdrojová data:

PROFIL TRASYPROFIL TRASY- zpracováno v programovém produktu GRAMIS 5.0- zpracováno v programovém produktu GRAMIS 5.0- technické znázornění profilů jednotlivých úseků - technické znázornění profilů jednotlivých úseků

produktovoduproduktovodu- podrobně popisují jednotlivé uzavírací šachty (umístění, - podrobně popisují jednotlivé uzavírací šachty (umístění,

číslo, vzdálenost mezi číslo, vzdálenost mezi nimi) a nadmořskou výšku výškových bodů profilu trasynimi) a nadmořskou výšku výškových bodů profilu trasy

DIGITÁLNÍ GEOLOGICKÁ MAPADIGITÁLNÍ GEOLOGICKÁ MAPA- Digitální vektorová mapa v měřítku 1:50000 (7 mapových - Digitální vektorová mapa v měřítku 1:50000 (7 mapových

listů)listů)- poskytnuta firmou Vodní zdroje Chrudim- poskytnuta firmou Vodní zdroje Chrudim- zpracovatelem Česká geologická služba- zpracovatelem Česká geologická služba- zachycuje geologickou situaci v okolí zpracovávaného úseku - zachycuje geologickou situaci v okolí zpracovávaného úseku

veve formě: 1 polygonové vrstvy formě: 1 polygonové vrstvy geologické vrstvy geologické vrstvy

2 liniových vrstev 2 liniových vrstev liniové geologické prvky a liniové geologické prvky a geologické geologické značky značky

Zdrojová data:

HAVARIJNÍ ÚNIK • je každá situace, kdy se přepravovaný produkt je každá situace, kdy se přepravovaný produkt

dostane mimo prostory sloužící k její dopravě, dostane mimo prostory sloužící k její dopravě, přičemž může dojít nebo dojde k ohrožení nebo přičemž může dojít nebo dojde k ohrožení nebo poškození vnějšího prostředí a objektů.poškození vnějšího prostředí a objektů.

• obecně na rozsah havárie mají vliv tyto skutečnosti:obecně na rozsah havárie mají vliv tyto skutečnosti:A) lokalizace – místo případné havárieA) lokalizace – místo případné havárieB) množství uniklé kapalinyB) množství uniklé kapalinyC) trajektorie uniklé kapalinyC) trajektorie uniklé kapaliny

ODHAD VELIKOSTI HAVÁRIE

• rozsahrozsah 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 produktovod chápaný jako linie byl posuzován lokálně, tedy pouze jako místa které představovaly lokálně, tedy pouze jako místa které představovaly vzniklé havárie ve formě bodové vrstvy. vzniklé havárie ve formě bodové vrstvy.

Havárie byly simulovány po 50 mHavárie byly simulovány po 50 m

A) Lokalizace havárie 1.

• k převodu liniové vrstvy na bodovou bylo použito programového k převodu liniové vrstvy na bodovou bylo použito programového produktu ArcInfo přesněji spuštěním části AML skriptu vytvořený produktu ArcInfo přesněji spuštěním části AML skriptu vytvořený Antonínem Orlíkem v rámci jeho semestrální Antonínem Orlíkem v rámci jeho semestrální (diplomové)(diplomové) práce práce

A) Lokalizace havárieA) Lokalizace havárie 2. 2.

• v atributové tabulce byly každému bodu přiřazeny X, Y, Zv atributové tabulce byly každému bodu přiřazeny X, Y, Z

B) Výpočet množství uniklé kapaliny 1.

• Množství uniklé kapaliny závisí na:Množství uniklé kapaliny závisí na:- velikosti otvoru vzniklého na tělese produktovodu- velikosti otvoru vzniklého na tělese produktovodu- provozních tlacích - provozních tlacích - hustotě přepravované kapaliny- hustotě přepravované kapaliny- místě vzniku havárie z hlediska profilu produktovodu- místě vzniku havárie z hlediska profilu produktovodu- rychlosti reakce dispečinku na vzniklou havárii- rychlosti reakce dispečinku na vzniklou havárii- součiniteli tření- součiniteli tření

NEJHORŠÍ MOŽNÁ VARIANTA UNIKU

Obecný scénář vzniklé havárie:Obecný scénář vzniklé havárie:

VZNIK HAVÁRIE (ÚNIK KAPALINY)VZNIK HAVÁRIE (ÚNIK KAPALINY)

AUTOMATICKÁ DETEKCE ÚNIKU KAPALINYAUTOMATICKÁ DETEKCE ÚNIKU KAPALINY

REAKCE OBSLUHYREAKCE OBSLUHY

UZAVŘENÍ VENTILŮUZAVŘENÍ VENTILŮ

DOJEZD ZÁSAHOVÉ JEDNOTKY + SANACEDOJEZD ZÁSAHOVÉ JEDNOTKY + SANACE

B) Výpočet množství uniklé kapaliny 2.

Použité prostředky pro výpočet:Použité prostředky pro výpočet:

a)a) provozní předpisy k produktovodu a jiná provozní předpisy k produktovodu a jiná dokumentace:dokumentace:

získánízískání hodnot hodnot potřebných veličin pro daný potřebných veličin pro daný výpočet výpočet (provozní(provozní t tlaky, průměr potrubí, laky, průměr potrubí, součinitel tření asoučinitel tření apod.pod.))

b)b) profil produktovodu: profil produktovodu:

((nadmonadmořská výška, vzdálenost umístění šachet řská výška, vzdálenost umístění šachet apod.)apod.)

B) Výpočet množství uniklé kapaliny 3.

Výpočet:1. Průtoková rychlost v:

získám z Bernoulliho rovnice

2. Objemu do uzavření ventilu = Objemový průtok Qv * čas do uzavření ventilu t(viz. 1-4 scénáře havárie)

3. Objemu spádových oblastí Vs

2

2

22

11 v

dlgh

pgh

p

dl

hhgpp

v

2121

2

4

2dvQv

svcelk VtQV .

ld

Vs 4

2

B) Výpočet množství uniklé kapaliny 4.

• Úprava a doplnění potřebných atributů v atributové Úprava a doplnění potřebných atributů v atributové tabulcetabulce

NÁZEV VRSTVY ATRIBUTY POPIS

havarie_b

ID_havarieID_usekX_coordY_coordVyskaDelka_pocMAX/MINCekl_objemSachtaZavaznost

simulované havárie na trase produktovodu vytvořené s 50 m rozestupem

B) Výpočet množství uniklé kapaliny 5.

Ukázka vizualizace vypočtených hodnot:Ukázka vizualizace vypočtených hodnot:

B) Výpočet množství uniklé kapaliny 6.

• vypočteným hodnotám byl přiřazen index vypočteným hodnotám byl přiřazen index závažnosti závažnosti dopadu havárie na ŽPdopadu havárie na ŽP

Množství nebezpečné látky uniklé do ŽP [t]:Množství nebezpečné látky uniklé do ŽP [t]:

< 1 t < 1 t A – zanedbatelný dopad na ŽPA – zanedbatelný dopad na ŽP1 – 10 t1 – 10 t B – malý dopad na ŽPB – malý dopad na ŽP10 – 50 t10 – 50 t C – výrazný dopad na povrchové vodyC – výrazný dopad na povrchové vody50 – 200 t50 – 200 t D – velmi výrazný dopad na ŽPD – velmi výrazný dopad na ŽP> 200 t> 200 t E – maximální dopad na ŽPE – maximální dopad na ŽP

B) Výpočet množství uniklé kapaliny 7.

B) Výpočet množství uniklé kapaliny 8.

• Průběh trajektorie závisí na kombinaci mnoha faktorů např.:Průběh trajektorie závisí na kombinaci mnoha faktorů např.:

- typ pokryvu terénu,- typ pokryvu terénu,

- typ přepravovaného média,- typ přepravovaného média,- vegetační období,- vegetační období,- meteorologické podmínky v době havárie,- meteorologické podmínky v době havárie,- sklon terénu,- sklon terénu,- směr možného toku a další.- směr možného toku a další.

• Po zjištění dostupných datových zdrojů byly pro simulaci Po zjištění dostupných datových zdrojů byly pro simulaci možného dotoku brány v úvahu pouze tyto ovlivňující možného dotoku brány v úvahu pouze tyto ovlivňující faktory:faktory:

- sklon terénu,- sklon terénu,

- směr možného toku média,- směr možného toku média,- propustnost horninového prostředí- propustnost horninového prostředí

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 1.

POSTUP PRACÍ:POSTUP PRACÍ:

1. Příprava dat:1. Příprava dat:a) vytvoření rastrové vrstvy sklonu terénua) vytvoření rastrové vrstvy sklonu terénu

- vytvořena z DMT typ GRID pomocí nadstavbového modulu - vytvořena z DMT typ GRID pomocí nadstavbového modulu Spatial Analyst (ArcMap 8.3) Spatial Analyst (ArcMap 8.3)

b) vytvoření vrstvy určující směr tokub) vytvoření vrstvy určující směr toku

- vytvořena z DMT typ GRID pomocí nadstavbového modulu - vytvořena z DMT typ GRID pomocí nadstavbového modulu Spatial Analyst (ArcMap 8.3) Spatial Analyst (ArcMap 8.3)

- každá buňka této vrstvy získá hodnotu směru toku a to na - každá buňka této vrstvy získá hodnotu směru toku a to na základě posouzení její hodnoty nadmořské výšky vůči základě posouzení její hodnoty nadmořské výšky vůči

hodnotám hodnotám výšek okolních buněk výšek okolních buněk

c) vytvoření vrstvy propustnosti horninového prostředíc) vytvoření vrstvy propustnosti horninového prostředí

- vytvořena na základě postupu popsaného v ročníkovém - vytvořena na základě postupu popsaného v ročníkovém projektu projektu Lukáše Gottesmana, který se tímto problémem Lukáše Gottesmana, který se tímto problémem zabývalzabýval

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 2.

2. Vytvoření trajektorie maximálního dotoku2. Vytvoření trajektorie maximálního dotoku

- využití funkce SHORTEST PATH (Spatial Analyst), která - využití funkce SHORTEST PATH (Spatial Analyst), která najde nejkratší cestu mezi námi zvolenou havárií a bodem najde nejkratší cestu mezi námi zvolenou havárií a bodem s nejnižší nadmořskou výškous nejnižší nadmořskou výškou

3. Posouzení ovlivňujících faktorů (sklon, propust.) z 3. Posouzení ovlivňujících faktorů (sklon, propust.) z hlediska jejich vlivu na úbytek unikající kapaliny hlediska jejich vlivu na úbytek unikající kapaliny vsakující se do zeměvsakující 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 3.

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 4.

Hodnota významnostipropustnosti

Stupeň významnosti

Index vlivu propustnosti na úbytek uniklé

kapaliny

1velmi

významný7

2 významný 6

3 nadprůměrný 5

4 průměrný 4

5 podprůměrný 3

6 zanedbatelný 2

7zcela

zanedbatelný1

Hodnota buňkysklonitosti

terénu

Stupeň významnosti

Index vliv sklonu na úbytek uniklé

kapaliny

18 %<velmi

významný1

15-18 % významný 2

12-15 % nadprůměrný 3

9-12 % průměrný 4

6-9 % podprůměrný 5

3-6 % zanedbatelný 6

0-3 %zcela

zanedbatelný7

Tabulky reklasifikace hodnot buněk propustnosti a sklonitosti dané trajektorie na indexy úbytku

4. Provedení součtu reklasifikovaných ovlivňujících faktorů = interval <2,14> a definování, na základě celkového vlivu na dotoku, procenta úbytku z celkového objemu uniklé kapaliny

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 5.

Hodnota buňkycelkového vlivu na úbytek kapaliny

Stupeň dotokuProcento 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.

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 hranua1 = (cost1 + cost2) / 2KUMULACE = A1 + (COST 2 + COST3) / 2

b) kumulace skutečných hodnot kumulace přes diagonálua1 = 1.414214(cost1 + cost2) / 2KUMULACE = A1 + 1.4142(COST 2 + COST3) / 2

NEDOKÁŽE ODEČÍST PROCENTUÁLNÍ ÚBYTKY Z CELKOVÉHO OBJEMU UNIKLÉ KAPALINY

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 HODNOTA BUŇKY SE 100% ÚBYTKEM = BUŇKA FUNKCE COST COST DÉLKA TRAJEKTORIE DÉLKA TRAJEKTORIE

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 6.

5. Prezentace a zhodnocení výsledků

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 7.

6. Porovnání dvou stupňů významnosti pro trajektorie v členitém terénu

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 6.

1. trajektorie = 307 m2. trajektorie = 257 m3. trajektorie = 234 m

7. Porovnání dvou stupňů významnosti pro trajektorie v rovinatém terénu

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 6.

Dostupná literatura:Dostupná literatura:

ČNS 03 8373 – Zásady provozu, údržby a revize ochrany proti ČNS 03 8373 – Zásady provozu, údržby a revize ochrany proti

korozi kovových potrubí a kabelů s kovovým pláštěm uložených v korozi kovových potrubí a kabelů s kovovým pláštěm uložených v

zemizemi

Vojkovská, Danihelka: Metodika pro analýzu dopadů Vojkovská, Danihelka: Metodika pro analýzu dopadů

havárií s účastí nebezpečné látky na životní prostředí havárií s účastí nebezpečné látky na životní prostředí

H&V index, VŠB-TU Ostrava, 2002H&V index, VŠB-TU Ostrava, 2002Hydromechanika, Šob Hydromechanika, Šob

František, VÚT Brno 2001František, VÚT Brno 2001

Krábková, Kozubková: Cvičení z mechaniky tekutin, MŽP, 2002, Krábková, Kozubková: Cvičení z mechaniky tekutin, MŽP, 2002,

41s.ČNS 65 0204 – Dálkovody hořlavých kapalin41s.ČNS 65 0204 – Dálkovody hořlavých kapalin

Help pro ArcInfo 8.3Help pro ArcInfo 8.3

Lukáš DebowskiLukáš Debowski

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost