Využití GIS pro zajištění bezpečnosti provozu produktovodní sítě ČEPRO, a.s. VŠB - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA Hornicko - geologická fakulta Geoinformatika Zpracovatel: Lukáš Debowski Školní rok: 2003/2004 Vedoucí diplomové práce: doc. Dr. Ing. Jiří Horák Konzultant projektu: Prof. Pavel Danihelka

Předmětem činnosti společnosti ČEPRO je zejména: přeprava, skladování a prodej ropných produktů přeprava, skladování a prodej ropných produktů poskytování přepravních, skladovacích a dalších speciálních služeb v této oblasti dalším subjektům poskytování přepravních, skladovacích a dalších speciálních služeb v této oblasti dalším subjektům ochraňování zásob státních hmotných rezerv ochraňování 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:

provozní návody, provozní Ze získané podrobné dokumentace ( provozní návody, 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 DATA - vrstevnice s se základním výškovým intervalem 10 m získané se z mapového díla Shocart s.r.o. 1: zpracovatelem byla firma T-MAPY s.r.o. POLOHOPISNÁ DATA - poskytnuta společností ČEPRO a.s. - digitální vektorová mapa vytvořená podle jednotného číselníku vektorových vrstev vektorových vrstev - jednotlivé geoprvky popisují prostředí v okolí trasy produktovodu asi do vzdálenosti 4 km do vzdálenosti 4 km - zpracováno v programovém produktu GRAMIS získání přesného umístění trasy produktovodu, armaturních šachet, Zdrojová data:

PROFIL TRASY - zpracováno v programovém produktu GRAMIS technické znázornění profilů jednotlivých úseků produktovodu - podrobně popisují jednotlivé uzavírací šachty (umístění, číslo, vzdálenost mezi nimi) a nadmořskou výšku výškových bodů profilu trasy 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 formě: 1 polygonové vrstvy  geologické vrstvy 2 liniových vrstev  liniové geologické prvky a geologické značky 2 liniových vrstev  liniové geologické prvky a geologické značky Zdrojová data:

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. 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: obecně na rozsah havárie mají vliv tyto skutečnosti: A) lokalizace – místo případné havárie B) množství uniklé kapaliny C) trajektorie uniklé kapaliny ODHAD VELIKOSTI HAVÁRIE

rozsah 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. 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 1.

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 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 A) Lokalizace havárie 2. v atributové tabulce byly každému bodu přiřazeny X, Y, Z v 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 - provozních tlacích - hustotě přepravované kapaliny - místě vzniku havárie z hlediska profilu produktovodu - rychlosti reakce dispečinku na vzniklou havárii - součiniteli tření NEJHORŠÍ MOŽNÁ VARIANTA UNIKU

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

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.)  získání hodnot potřebných veličin pro daný výpočet (provozní tlaky, průměr potrubí, součinitel tření apod.) b) profil produktovodu:  (nadmořská výška, vzdálenost umístění šachet apod.)  (nadmořská výška, vzdálenost umístění šachet apod.) B) Výpočet množství uniklé kapaliny 3.

Výpočet: 1.Průtoková rychlost v: získám z Bernoulliho rovnice 2.Objemu do uzavření ventilu = Objemový průtok Q v * čas do uzavření ventilu t (viz. 1-4 scénáře havárie) 3. Objemu spádových oblastí V s B) Výpočet množství uniklé kapaliny 4.

Úprava a doplnění potřebných atributů v atributové tabulceÚprava a doplnění potřebných atributů v atributové tabulce NÁZEV VRSTVYATRIBUTYPOPIS havarie_b ID_havarie ID_usek X_coord Y_coord Vyska Delka_poc MAX/MIN Cekl_objem Sachta Zavaznost simulované havárie na trase produktovodu vytvořené s 50 m rozestupem B) Výpočet množství uniklé kapaliny 5.

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

vypočteným hodnotám byl přiřazen index závažnosti vypočteným hodnotám byl přiřazen index závažnosti dopadu havárie na ŽP dopadu havárie na ŽP Množství nebezpečné látky uniklé do ŽP [t]: < 1 t A – zanedbatelný dopad na ŽP 1 – 10 tB – malý dopad na ŽP 10 – 50 tC – výrazný dopad na povrchové vody 50 – 200 tD – velmi výrazný dopad na ŽP > 200 tE – 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 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: 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 1.

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 2.

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 3.

C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 4. Hodnota významnosti propustnosti Stupeň významnosti Index vlivu propustnosti na úbytek uniklé kapaliny 1 velmi významný 7 2významný6 3nadprůměrný5 4průměrný4 5podprůměrný3 6zanedbatelný2 7 zcela zanedbatelný 1 Hodnota buňky sklonitosti terénu Stupeň významnosti Index vliv sklonu na úbytek uniklé kapaliny 18 %< velmi významný %významný %nadprůměrný %průměrný4 6-9 %podprůměrný5 3-6 %zanedbatelný6 0-3 % zcela zanedbatelný 7 Tabulky reklasifikace hodnot buněk propustnosti a sklonitosti dané trajektorie na indexy úbytku

4. Provedení součtu reklasifikovaných ovlivňujících faktorů = interval a definování, na základě celkového vlivu na dotoku, procenta úbytku z celkového objemu uniklé kapaliny C) Určení trajektorie uniklé kapaliny 5. Hodnota buňky celkového vlivu na úbytek kapaliny Stupeň dotoku Procento úbytku z celkového objemu uniklé kapaliny 0-2velmi významný2 % 2-4významný4% 4-6nadprůměrný6% 6-8průměrný8% 8-10podprůměrný10% 10-12zanedbatelný12% 12-14zcela zanedbatelný14% 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 hranu a1 = (cost1 + cost2) / 2 KUMULACE = A1 + (COST 2 + COST3) / 2 b) kumulace skutečných hodnot kumulace přes diagonálu a1 = (cost1 + cost2) / 2 KUMULACE = A (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 = (cost1 + cost2) / 2 – cost2 * % ÚBYTKU KUMULACE = A (COST 2 + COST3) / 2 – COST2 * % ÚBYTKU HODNOTA BUŇKY SE 100% ÚBYTKEM = BUŇKA FUNKCE COST  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 trajektorie = 307 m 2. trajektorie = 257 m 3. trajektorie = 234 m

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

Dostupná literatura: ČNS – Zásady provozu, údržby a revize ochrany proti korozi kovových potrubí a kabelů s kovovým pláštěm uložených v zemi ČNS – 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, 2002 Hydromechanika, Šob František, VÚT Brno 2001 Vojkovská, Danihelka: Metodika pro analýzu dopadů havárií s účastí nebezpečné látky na životní prostředí H&V index, VŠB-TU Ostrava, 2002 Hydromechanika, Šob František, VÚT Brno 2001 Krábková, Kozubková: Cvičení z mechaniky tekutin, MŽP, 2002, 41s.ČNS – Dálkovody hořlavých kapalin Krábková, Kozubková: Cvičení z mechaniky tekutin, MŽP, 2002, 41s.ČNS – Dálkovody hořlavých kapalin Help pro ArcInfo 8.3 Help pro ArcInfo 8.3

Lukáš Debowski Děkuji za pozornost