Využití GIS pro zajištění bezpečnosti provozu produktovodní sítě ČEPRO, a.s.

1. 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

2. 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

3. produktovodní systém řešený úsek Produktovodní síť společnosti ČEPRO, a.s.

4. 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

5. Cíle celého projektu:

6. 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.

7. 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,

8. 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

9. 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

10. 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

11. A) Lokalizace havárie 2. • 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

12. B) Výpočet množství uniklé kapaliny 1. • 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

13. B) Výpočet množství uniklé kapaliny 2. Obecný scénář vzniklé havárie: VZNIK HAVÁRIE (ÚNIK KAPALINY) AUTOMATICKÁ DETEKCE ÚNIKU KAPALINY REAKCE OBSLUHY UZAVŘENÍ VENTILŮ DOJEZD ZÁSAHOVÉ JEDNOTKY + SANACE

14. 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.)

15. B) Výpočet množství uniklé kapaliny 4. • Výpočet: • Průtoková rychlost v: • získám z Bernoulliho rovnice • Objemu do uzavření ventilu = Objemový průtok Qv * čas do uzavření ventilu t(viz. 1-4 scénáře havárie) • 3. Objemu spádových oblastí Vs

16. B) Výpočet množství uniklé kapaliny 5. • Úprava a doplnění potřebných atributů v atributové tabulce

17. B) Výpočet množství uniklé kapaliny 6. Ukázka vizualizace vypočtených hodnot:

18. B) Výpočet množství uniklé kapaliny 7. • vypočteným hodnotám byl přiřazen index závažnosti • dopadu havárie na ŽP • Množství nebezpečné látky uniklé do ŽP [t]: • < 1 t A – zanedbatelný dopad na ŽP • 1 – 10 t B – malý dopad na ŽP • 10 – 50 t C – výrazný dopad na povrchové vody • 50 – 200 t D – velmi výrazný dopad na ŽP • > 200 t E – maximální dopad na ŽP

19. B) Výpočet množství uniklé kapaliny 8.

20. C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 1. • 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. • 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

21. 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

22. 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.

23. C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 4. Tabulky reklasifikace hodnot buněk propustnosti a sklonitosti dané trajektorie na indexy úbytku

24. C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 5. 4. Provedení součtu reklasifikovaných ovlivňujících faktorů = interval <2,14> a definování, na základě celkového vlivu na dotoku, procenta úbytku z celkového objemu uniklé kapaliny Platí např.: velmi významný stupeň propustnosti + zcela zanedbatelný stupeň významnosti sklonu = příslušná hodnota buňky nabývá nejvyšší hodnoty intervalu  dotok uniklé kapaliny bude nejkratší.

25. C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 6. 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

26. 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

27. C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 7. 5. Prezentace a zhodnocení výsledků

28. C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 6. 6. Porovnání dvou stupňů významnosti pro trajektorie v členitém terénu 1. trajektorie = 307 m 2. trajektorie = 257 m 3. trajektorie = 234 m

29. C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 6. 7. Porovnání dvou stupňů významnosti pro trajektorie v rovinatém terénu

30. 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

31. Lukáš Debowski Děkuji za pozornost