1. HirazotC_NetGIS
(ArcMAp9.3)
Nadstavba
Vstupy Funkce Výstupy
Vstupy Funkce
Výstupy
Studentská konference Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií 2010,
15. červen 2010, Liberec, Česká republika
Hodnocení společenského rizika při úniku nebezpečného plynu do ovzduší
Autor: Bc. Lukáš Macek
Vedoucí práce: RNDr. Jan Novák, Ph.D.
Konzultant: Ing. Tomáš Saska
Reference
[1] NOVÁK, J., SASKA, T. Modelování rizik. Liberec: Technická univerzita Liberec, 2009.
[2] NOVÁK, J. Postup hodnocení rizika při úniku nebezpečné plynné látky do atmosféry, Liberec: Technická univerzita Liberec, 2007.
[3] NOVÁK, J. Problematika vyhodnocení rizika při úniku toxického plynu z mobilního zdroje, Liberec: Technická univerzita Liberec, 2006.
[4] Systém řízení bezpečnosti a havarijní plánování. Praha: VÚBP Praha.
[5] BUBNÍK, KEDER, MACOUN, MAŇÁK. Metodický pokyn k výpočtu znečištění ovzduší. Praha: Český hydrometeorologický ústav Praha, 1997.
[6] CROWL D. A., LOUVAR J. F. Chemical process Safety: Fundamentals with Application, New Jersey: PTR Prentice Hall, Inc. A. Simon & Schuster Company, 1990
[7] Methods for the calculation of physical effects resulting from releases of hazardous materials (Yellow Book). Third Edition. The Hague: Committee for the Prevention
of Disasters (CPR), Directorate - General of Labour of the Ministry of Social Affairs, 2005.
Abstract
This thesis deals with questions of individual and societal risk evaluation during the
escape of dangerous toxic and fire gas to the atmosphere. The thesis proposes a
complex motion how to resolve and calculate risks by using a GIS and specialized
software Hirazot. Risks are evaluated for concrete point where accident has happened.
In this proposed motion of resolve is necessary to know the concrete point for count
and deployment of people who are exposed to hazards and next due to distribution of
meteorological situation. Meteorological situations are needed to be considered for their
big impact on gas dispersion and on individual and societal risk as well.
With reached results we would be able to evaluate acceptance of the risk for new
built source of the risk or for new built flats which are near to the existing source of risk.
An important part of the thesis is creation of software tool which mechanize a
specific part of calculation (distribution of risk to area) and which serves as a
compatibility bridge between used software.
Poděkování
Prezentace této práce byla podpořena z projektu SGS 2010
Cíl
Cílem práce je stanovení individuálního a
společenského rizika toxicity a požáru, výpočet a vykreslení
mapy individuálního rizika v okolí zdroje, výpočet společenského
rizika a vytvoření softwarového nástroje pro výpočet a
hodnocení společenského rizika. K tomuto účelu byl vytvořen
program C_Net, který zpracovává výstupy ze systému
HIRAZOT, konstruuje mapu individuálního rizika a transformuje
mapu do formátu podporovaného GIS. V GIS je možné stanovit
společenské riziko. Pomocí jednoduché softwarové
nadstavby jsme následně schopni hodnotit
přijatelnost rizika. GIS
• Společenské riziko
• Rozmístění osob
• Stupeň ochrany
C_Net
• Individuální riziko
• ve směru větru
• v ploše (mapa)
• Transformace souřadnic
• Unifikace do formátu dbf
Hirazot
• Koncentrační pole
• Individuální riziko pro jednu
meteorologickou situaci
Definovaný únik plynu,
vlastnosti plynu
Větrná růžice
Charakteristika oblasti,
vrstva adresních bodů
Hodnocení
přijatelnosti
rizika
Práce nastiňuje jeden z možných způsobů řešení problematiky. Toto řešení
spočívá ve využití nástroje Hirazot a ArcMap (GIS). K navrženému způsobu řešení
je vytvořen software, který zajišťuje kompatibilitu mezi těmito dvěmi
specializovanými SW nástroji. V práci je popsán kompletní postup hodnocení
rizika a jeho přijatelnosti. Takto získané kvalitní podklady umožní kompetentním
orgánům lépe hodnotit riziko a rozhodovat o jeho přijatelnosti.
32
10
 NF
Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií
Ústav řízení systémů a spolehlivosti
Kontakt:
lukass.macek@seznam.cz
• Volba kritéria pro hodnocení přijatelnosti
U společenského rizika bývá v kritériích zohledněn odpor veřejnosti
k riziku, kdy jedna nehoda s větším počtem fatalit je vnímána jako
závažnější než větší počet nehod se stejným celkovým počtem úmrtí.
Tento princip je v současné době přijímán i v ČR.
• Počet potencionálních úmrtí při nastalé události
• Frekvence události
Úvod
Riziko chápeme jako součin pravděpodobnosti vzniku nežádoucí události a následku R = P · N.
Pravděpodobnost definovaného následku je v každé vzdálenostech od zdroje různá, navíc je značně
ovlivněna rychlostí a směrem větru a třídou stability atmosféry. Pro reálnější kalkulaci následků je nutná
alespoň přibližná znalost rozmístění osob v ohrožené oblasti.
Požadovaný výstup lze v ArcMap
získat pomocí nástroje Zonal statistics,
který dokáže pro zadanou oblast rastru
vyčíslit řadu parametrů včetně potřebného
součtu
Pro jednorázový únik 8 tun čpavku
v oblasti Liberec Rochlice bylo vypočtené
jednotkové společenské riziko (počet
potencionálních úmrtí) rovno sedmi
osobám - v úvahu jsou bráni pouze trvale
žijící obyvatelé (vrstva adresních bodů) .
Při frekvenci výskytu události 1∙10-5 za rok bylo podle doporučeného kritéria
toto riziko vyhodnoceno jako přijatelné.
Při hodnocení rizika má významný vliv meteorologická situace v době úniku,
která značně ovlivňuje rozptyl plynu. Ke stanovení individuálního rizika ve směru
větru je na RSS TUL vyvíjen SW nástroj Hirazot.
Rozptyl plynu je řešen pomocí Pasquill-Giffordova modelu, pravděpodobnost
následku (nejčastěji úmrtí zasažené osoby) probitovou analýzou. Do výpočtu
efektivní pravděpodobnosti je pro toxicitu dále zahrnuta šířka mraku plynu, pro
požár šířka tepelného pole.
Pro převod rizika do plochy je třeba zahrnout do výpočtu
všechny situace, definované ve větrné růžici pro danou lokalitu,
s pravděpodobnou četností jejich výskytu. To předpokládá provést
potřebné výpočty v HIRAZOTU, které jsou použity jako vstup do
SW nástroje C_Net.
Výstupem C_Net je mapa jednotkového
individuálního rizika, kterou lze po transformaci
lokálních souřadnic do systému S-JSTK použít v
prostředí GIS. Mapa je exportována do souborů
v různých formátech, vždy je definována rastrem.
Individuální riziko je stanoveno pro
nechráněnou osobu, která po dobu, k níž je
vztažena předpokládaná frekvence události
(zpravidla 1 rok), setrvává v ohroženém prostoru.
     05,05,0 NRMNMNRMDMDJSR nightininoutoutdayininoutout 
Pro hodnocení přijatelnosti stávajících zdrojů rizika je v ČR
doporučeno kritérium přijatelnosti ztráty lidských životů následovně:
Obr.2. Stanovení efektivní šířky mraku
)(
),(
)(
rP
dyyrP
rE 
E(r2)
r2r1
E(r1)
Δφe1
Δφe2
Obr.1. Vstupní formulář Hirazotu
r
rE
.2
)(

 
kde F je frekvence (pravděpodobnost) události (rok-1),
N počet potenciálních úmrtí (JSR).
1. Typ úniku
• Jednorázový / Kontinuální
2. Účinky látky
• Toxicita / Požár / Výbuch
3. Výběr látky
• Čpavek, chlór…
• Zemní plyn
4. Uniklé množství
5. Meteorologická situace
• Třída stability
• Rychlost větru
6. Probitové parametry
• Definují následek pro
zvolenou entitu
Definice úniku se dá stručně
charakterizovat v šesti bodech.
Obr.3. Úhlový interval větru, odpovídající efektivní šířce mraku
Hirazot poskytuje výstupy v
1D(grafy) a ve 2D(pole) formě.
Výstupy se pro jednotlivé účinky
látek mohou lišit.
Základní 1D výstupy:
• Probit
• Pravděpodobnost následku
• ECW (ef. šířka mraku)
• Efektivní pravděpodobnost
následku
Základní 2D výstupy:
• Pole koncentrace
• Pole tepelné radiace
• Pole pravděpodobnosti
následku
Základní funkcí C_Net je
rozložení rizika z vektoru do plochy
podle četnosti jednotlivých meteorologických
situací a podle zastoupení směrů větrů v
daném bodě
Převod má 2 kroky: nejprve se stanoví
riziko v základních směrových sektorech větru
a pak v libovolném bodě plochy složením dat
z přilehlých směrových sektorů.
• Individuální riziko je reprezentováno mapou vytvořenou v C_Net.
• Počet ohrožených osob je získán z tématických vrstev GIS
(adresní body, komunikace atd.)
Společenské riziko je součin
individuálního rizika a počtu ohrožených
osob. Tyto parametry slouží jako vstup
do procesu realizovaného v ArcMap.
ArcMap poskytuje funkce pro
mapovou algebru, které nám umožňují
aplikovat matematické operace na rastrové vrstvy.
Lze tak vypočítat společenské riziko v jednotlivých
ploškách mapy. Výsledné společenské riziko je
pak dáno součtem rizik všech plošek.
Společenské riziko uvažující stupeň ochrany
osob a dobu výskytu osob lze vyjádřit vzorcem:
])([)(
,
,,, 
ji
jijiijir pprPrP 
Další funkcí je transformace výstupu do
unifikovaného souřadného systému S-JTSK a
vytvoření souboru kompatibilního s GIS.
Dout, Din je podíl osob, které se nacházejí ve dne na volném prostranství/v budovách,
Nout, Nin podíl osob, které se nacházejí v noci na volném prostranství/v budovách,
Mout, Min průměrná mortalita osob na volném prostranství/v budovách,
Rday, Rnight podíl osob, které se nacházejí v ohroženém prostoru ve dne/v noci,
N0 počet ohrožených osob.
Obr.4. Výstupy Hirazotu
Obr.5. Ukázka větrné růžice
Obr.6.Principrozložení
rizikadoplochy
Obr.7.C_Net
Obr.8. Grafický výstup C_Net Obr.9. Textový výstup C_Net
Obr.10. Grafický výstup C_Net
Obr.11.Vykreslenéadresníbody
Obr.12.PrincipvrstveníGIS
Obr.13.ArcMap
Obr.14. Princip Zonal statistics
Obr.15. Výstupy ArcMap
Obr.16. Výstup z navrhnutého kalkulátoru