Korisničko upustvo
2
Napomena:
Ovaj sistem je nastao u okviru GEPSUS (Geographical information processing for
Environmental Pollution-related Security within Urban Scale environments) projekta koji je
finansiran od strane NATO-ovog programa “Science for Peace and Security”.
GEPSUS je rezultat timskog rada:
Korisničko upustvo
3
Sadržaj:
1. Uvod ............................................................................................................................. 5
2. Modelovanje disperzije vazdušnih zagađivača ............................................................. 7
2.1 Modeli disperzije ....................................................................................................... 15
2.2 Atmosferska stabilnost .............................................................................................. 15
2.3 Brzina vjetra ............................................................................................................. 18
2.4 Temperatura ............................................................................................................... 20
2.5 Gausov model ............................................................................................................ 20
2.5.1 Efektivna visina .................................................................................................. 24
2.5.2 Vertikalna i horizontalna standardna devijacija ................................................. 25
2.5.3 Tip terena ............................................................................................................ 26
2.6 Algoritam za računanje disperzije ............................................................................ 26
3. GEPSUS ..................................................................................................................... 28
3.1 Integralni sistem za modelovanje i visualizaciju disperzije ...................................... 32
3.2 PC aplikacija .............................................................................................................. 35
3.3 Istalacija GEPSUS sistema ........................................................................................ 37
3.4 Vrste izvora ............................................................................................................... 40
3.4.1 Disperzija gasnih zagađivača iz industrijskih dimljaka ...................................... 42
3.4.2 Disperzija gasnih zagađivača iz cistijerni ........................................................... 44
3.4.3 Disperzija gasnih zagađivača iz gasovoda ......................................................... 45
3.5 Vizualizacija zone opasnosti ..................................................................................... 47
3.6 Povezivanje sa interfejsom za prikupljanje podataka ................................................ 49
3.7 Konekcija sa Web aplikacijom .................................................................................. 54
3.8 GEPSUS ograničenja................................................................................................. 56
Korisničko upustvo
4
3.9 GEPSUS odgovori ..................................................................................................... 59
4. Primjeri ....................................................................................................................... 64
5. Pitanja ......................................................................................................................... 71
6. Osnovni pojmovi ......................................................................................................... 73
Korisničko upustvo
5
1. Uvod
Prilikom otpuštanja otrovnih polutanata u atmosferi, bilo slučajno ili usled terorističkog
napada, nadležne službe za vanredne situacije zahtijevaju brze i relevantne informacije o
prostoru zahvaćenom polutantima kao i moguće očekivane povrede ili smrtne slučajeve. Sam
proces je vremenski kritičan i ograničen upravo iz razloga donošenja odluka pod vanrednim
okolnostima. Ovo posebno važi za gradska područja gdje gustina naseljenosti doprinosi uvećanju
vjerovatnoće pojave posledica kao i otežavanje i dodatne komplikacije evakuacije stanovništva.
Stoga je neophodna velika potreba službi za vanredne situacije kao i drugih službi civilne
zaštite da imaju direktan pristup sistemu podrške disperzije gasnih polutanata koji će se zasnivati
na najnovijim informaciono-komunikacionim tehnologijama (IKT). Trenutne aplikacije za
simulaciju disperzije gasnih polutanata kao što su to ALOHA, MET, BREZZE, TRACE, SAMS
itd., mogu biti primijenjeni ali daju samo djelimično rješenje. Ti modeli su off line modeli i
nemaju automatsko ažuriranje podataka. Osim toga, koncentracioni profili dimnih perjanica
dobijeni u tim slučajevima i prikazanim na digitalnim mapama imaju statički karakter i ne
razmatraju dinamiku procesa, prije svega promjene u atmosferskim uslovima kao i u samom
izvoru zadađenja. Još bitnije, takvi sistemi nemaju automatsko donošenje odluka i odgovore za
vanredne situacije.
Koristan sistem za upravljanje i kontrolu slučajnih ili namjernih ispuštanja tečnih gasova
trebalo bi barem da bude u realnom domenu uz mogućnosti da se može izvršiti integracije više
podsistema radi povećavanje preciznosti odgovora, kao što su to:
a) geografski informacioni sistem (GIS),
b) sistem za mjerenje i praćenje hemijskih parametara,
c) sistem za hidrometeorološko praćenje i prognoze,
d) sistem za modelovanje disperzije gasa,
Korisničko upustvo
6
e) lokalna senzorska mreža
f) sistem za planiranje hitnih odgovora.
Dugi niz godina integracija takvog podsistema je bila nemoguća odnosno otežana zbog
tehnoloških ograničenja u brzom protoku podataka i složenih proračuna u realnom vremenu.
GEPSUS projekat (Geographical information processing for Environmental Pollution-
related Security within Urban Scale Environments) finansiran od strane NATO programa ''Nauka
za mir i bezbjednost'' predstavlja jedan pokušaj da se obezbijedi jedan takav integrisani sistem za
podršku vanrednim situacijama u urbanim sredinama.
Korisničko upustvo
7
2. Modelovanje disperzije vazdušnih zagađivača
Čist vazduh je osnov za zdravlje i život ljudi i čitavog ekosistema. Vazduh je smješa
gasova: azota (78%), kiseonika (21%), ugljen-dioksida (0,03%) i malih količina drugih gasova
kao što su neon, argon i vodena para. U vazduhu se mogu u tragovima detektovati i čestice
prašine, kao i bakterije. Zadnjih godina, problem zagađenja vazduha je postao veoma popularan.
Na ovom problemu rade mnogi naučnicu iz različitih oblasti. Jedni su se posvetili sprečavanju ili
smanjivanju zagađena. Drugi, pak, rade na razvoju sistema koji se primjenjuju u situacijama
kada do tog zagađenja dođe i kada ono predstavlja opasnost po ljude i okolinu.
Pod zagađenjem vazduha se podrazumijeva ispuštanje štetnih gasova ili čestica u
atmosferu iz prirodnih izvora (vulkanske erupcije, polen...) ili iz izvora izazvanih ljudskom
aktivnošću (industrija, poljoprivreda, transport...). U urbanim sredinam najčešći uzroci zagađenja
su saobraćaj i sagorijevanje goriva u stacionarnim izvorima, uključujući domaćinstva,
industrijsko grijanje i hlađenje, kao i termoelektrane na ugalj. Takođe, izvori mogu biti pokretni i
stacionarni, sa konstantnom ili varijabilnom emisijom (dnevna varijacija, sezonska varijacija).
Vazdušni zagađivači ili polutanti se mogu podijeliti na primarne i sekundarne. Primarni
polutanti su oni polutanti koji su emitovani direktno iz izvora kao rezultat procesa sagorijevanja
bez ikakvih naknadnih hemijskih reakcija. Glavni primarni plutanti su ugljen monoksid (CO),
oksidi azota (NOx), oksidi sumpora (SOx), živa, isparljiva organska jedinjenja. Sekundarni
polutanti se ne emituju direktno, već se oni formiraju u atmosferi hemijskom reakcijom u kojoj
učestvuje sunčeva svjetlost, ugljovodonici i oksidi azota. Glavni sekundarni polutanti su
fotohemijski oksidanti (naročito ozon O3) i kisela depozicija (kisele kiše). Ovdje treba napraviti
razliku imeđu ozona na zemlji koji se smatra zagađivačem i ozona u gornjim slojevima
atmosfere koji štiti Zemlju od ultraljubičastog zračenja.
Korisničko upustvo
8
Usklađenost nacionalnih propisa u oblasti kvaliteta vazduha u Crnoj Gori sa evropskim
zakonodavstvom je postignuta gotovo 100% donošenjem propisa u 2012., prije svega Uredbe o
utvrđivanju vrsta zagađujućih materija, graničnih vrijednosti i drugih standarda kvaliteta vazduha
("Službeni list Crne Gore ", br. 45/08, 25/2012) i Pravilnika o sadržaju i načinu izrade godišnje
informacije o kvalitetu vazduha ("Službeni list Crne Gore", br. 27/2012). U skladu sa članom 19
Zakona o zaštiti vazduha ("Službeni list Crne Gore", br.25/2010) Vlada Crne Gore je u februaru
2013. godine donijela Nacionalnu strategiju upravljanja kvalitetom vazduha sa Akcionim planom
za period 2013-2016 godine. Cilj donošenja Strategije je očuvanje i poboljšanje kvaliteta
vazduha i izbjegavanje, spriječavanje ili smanjenje štetnih posljedica po zdravlje ljudi i/ili
životnu sredinu, što se očekuje realizacijom definisanih mjera iz Akcionog plana. Ocjena
kvaliteta vazduha vršena je u skladu sa Uredbom o utvrđivanju vrsta zagađujućih materija,
graničnih vrijednosti i drugih standard kvaliteta vazduha ("Službeni list CG", br. 45/2008,
25/2012).
Vazduh u Crnoj Gori na osnovu informacije o stanju životne sredine u 2012 godini,
ocjenjivan sa aspekta globalnog pokazatelja sumpor(IV)oksida (SO2) je veoma dobrog kvaliteta.
Koncentacija azot(IV)oksida (NO2) na svim mjernim mjestima bila je u okviru propisanih
kriterijuma. Dobra ocjena kvaliteta vazduha odnosi se i na koncentraciju prizemnog ozona (O3) i
ugljen(II)oksida (CO). Koncentracije teških metala u PM10 česticama bile su, takođe, u okviru
propisanih normi. Na lošiji kvalitet vazduha najviše su uticala prekoračenja koncentracije
praškastih materija PM10 i PM2,5. Ovaj problem najizraženiji je u Pljevljima i Nikšiću, gdje su
osim velikog broja prekoračenja evidentirane i visoke koncentracije na dnevnom nivou, kao i
prekoračenje dozvoljene srednje godišnje koncentracije. Povećane koncentacije policikličnih
aromatičnih ugljovodonika, markera benzo (a) pirena i samog benzo (a) pirena, čija srednja
godišnja koncentracija u Nikšiću i Podgorici prelazi propisanu ciljnu vrijednost, ukazuju na
veliki uticaj sagorijevanja goriva na kvalitet vazduha. Na kvalitet vazduha najviše su uticale
industrijske aktivnosti i emisije koje su rezultat sagorijevanja goriva u velikim i malim ložištima,
i u motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem. Tokom 2012. godine prekoračenja koncentracije
PM čestica u odnosu na propisane vrijednosti evidentirana su u Pljevljima, Nikšiću i Podgorici.
Prisustvo ovih čestica u koncentracijama iznad propisanih s aspekta zaštite zdravlja najveće je u
Korisničko upustvo
9
Pljevljima. Prekoračenja se najčešće dešavaju tokom sezone grijanja i u slučajevima velikih
šumskih požara tokom ljetnjih mjeseci.
Tabela 1. Gornje i donje granice ocjenjivanja Sumpor dioksida
Sumpor dioksid
Gornja granica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Dnevna srednja
vrijednost
75 μg/m3 (60%
dnevne granične
vrijednosti)
Ne smije se
prekoračiti više
od 3 puta u toku
godine
Zaštita
ekosistema
Godišnja srednja
vrijednost
12 μg/m3 (60%
Kritične
vrijednosti zimi)
Donja granjica
ocjenjivanja Zaštita zdravlja
Dnevna
Srednja
vrijednost
50 μg/m3 (40%
dnevne granične
vrijednosti)
Ne smije se
prekoračiti više
od 3 puta u toku
godine
Zaštita
ekosistema
Godišnja
srednja
vrijednost
8 μg/m3 (40%
Kritične
vrijednosti zimi)
Korisničko upustvo
10
Tabela 2. Gornje i donje granice ocjenjivanja Azot dioksid i oksidi azota
Azot dioksid i oksidi azota
Gornja granica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
NO2
Jednočasovna
Srednja vrijednost
140 μg/m3
(70%
dnevne granične
vrijednosti)
Ne smije se
prekoračiti više
od 18 puta u
toku godine
Zaštita zdravlja
NO2
Godišnja
srednja
vrijednost
32 μg/m3
(80%
dnevne granične
vrijednosti)
Zaštita
vegetacije NOx
Godišnja
srednja
vrijednost
24 μg/ m3
(80%
kritične
vrijednosti)
Donja granjica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
NO2
Jednočasovna
srednja
vrijednost
100 μg/ m3
(50%
granične
vrijednosti)
Ne smije se
prekoračiti više
od 18 puta u
toku godine
Zaštita zdravlja
NO2
Godišnja
srednja
vrijednost
26 μg/ m3
(65%
granične
vrijednosti)
Zaštita
vegetacije
Godišnja
srednja
vrijednost
19,5 μg/ m3
(65%
kritične
vrijednosti)
Tabela 3. Gornje i donje granice ocjenjivanja Olovo
Olovo
Gornja granica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Godišnja srednja
vrijednost
0,35 μg/ m3
(70% granične
vrijednosti)
Donja granjica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Godišnja srednja
vrijednost
0,25 μg/ m3
(70% granične
vrijednosti)
Korisničko upustvo
11
Tabela 4. Gornje i donje granice ocjenjivanja Benzen
Benzen
Gornja granica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Godišnja srednja
vrijednost
3,5 μg/ m3
(70% granične
vrijednosti)
Donja granjica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Godišnja srednja
vrijednost
2 μg/ m3
(40% granične vrijednosti)
Tabela 5. Gornje i donje granice ocjenjivajna Ugljen monoksid
Ugljen monoksid
Gornja granica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
8-časovna srednja
vrijednost
7 μg/ m3
(70% granične
vrijednosti)
Donja granjica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
8-časovna srednja
vrijednost
5 μg/ m3
(50% granične
vrijednosti)
Tabela 6. Gornje i donje granice ocjenjivajna suspendovane čestice – PM10
Sumpor dioksid
Gornja granica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Dnevna srednja
vrijednost
35 μg/m3
(70%
dnevne granične
vrijednosti)
Ne smije se
prekoračiti više
od 35 puta u toku
godine
Zaštita zdravlja
Godišnja srednja
vrijednost
28 μg/m3
(70%
kritične
vrijednosti zimi)
Donja granjica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Dnevna srednja
vrijednost
25 μg/m3
(50%
dnevne granične
vrijednosti)
Ne smije se
prekoračiti više
od 35 puta u toku
godine
Zaštita zdravlja
Godišnja srednja
vrijednost
20 μg/m3
(50%
kritične
vrijednosti zimi)
Korisničko upustvo
12
Tabela 7. Gornje i donje granice ocjenjivajna suspendovane čestice – PM2,5
Suspendovane čestice – PM2,5
Gornja granica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Dnevna srednja
vrijednost
17 μg/ m3
(70% granične
vrijednosti)
Donja granjica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Dnevna srednja
vrijednost
12 μg/ m3
(50% granične
vrijednosti)
Tabela 8. Gornje i donje granice ocjenjivajna teški metali
Teški metali
Vrsta zaštite
Period
usrednjavanja
Metal
Gornja granica
ocjenjivanja
Donja granjica
ocjenjivanja
Zaštita zdravlja
Godišnja
srednja
vrijednost
As
3,6 ng/ m3
(60% ciljne
vrijednosti)
2,4 ng/ m3
(40%
ciljne vrijednosti)
Cd
3 ng/ m3
(60% ciljne
vrijednosti)
2 ng/ m3
(40%
ciljne vrijednosti)
Ni
14 ng/ m3
(70% ciljne
vrijednosti)
10 ng/ m3
(50%
ciljne vrijednosti)
Tabela 9. Gornje i donje granice ocjenjivajna Benzo(a) piren
Benzo(a) piren
Vrsta zaštite
Period
usrednjavanja
Gornja granica
ocjenjivanja
0,6 ng/ m3
(60% ciljne vrijednosti
vrijednosti)
Zaštita zdravlja
Godišnja srednja
vrijednost
Donja granica
ocjenjivnaja
0,4 ng/ m3
(40% granične
vrijednosti)
Korisničko upustvo
13
Tabela 10. Pragovi upozorenja i prag obavještavnja
Prag upozorenja Zagađujuća materija Period usrednjavanja Prag
Sumpor dioksid 1 sat 500 μg/ m3
Azot dioksid 1 sat 400 μg/ m3
Ozon 1 sat 240 μg/ m3
Prag obavještavanja Ozon 1 sat 180/ m3
Kritični nivoi su definisani različitim aktima, specifični su za svaki gas i izražavaju se u
mg/m3
ili ppm (parts per million). Da bi provjeri rezultate postojećih sistema koristimo opšte
prihvaćena sledeća dva dokumenta:
Smjernice za nivoe akutne izloženosti (AELG – Acute Exposure Level Guidelines)
Smjernice za planiranje reakcija u vanrednim situacijama (ERPG – Emergency
Response Planning Guidelines)
Međutim, u aplikaciji je moguće unijeti bilo koje nivoe potrebne za datu situaciju.
AELG predstavlja nivoe izloženosti pri kojoj većina ljudi, uključujući i osjetljive
posljedice (djecu i stare), ako su izloženi hazardnim hemikalijama određeni vremenski period,
počinju da osjećaju posljedice po zdravlje. Nivoi su definisani za vremenske periode od 10 i 30
minuta, 1 sat, 4 sata i 8 sati. Za svaku hemikaliju i svaki vremensi period postoje tri kritična
nivoa:
AEGL1 – koncentracija iznad koje opšta populacija može osjetiti značajnu
nelagodnost, iritaciju ili određene asiptomatske gubitke čula. Međutim, efekti ne
onesposobljavaju, prolazni su i osoba se može oporaviti nakon prestanka izlaganja.
AEGL2 – koncentracija iznad koje opšta populacija može osjetiti nepovratne ili
druge ozbiljne, dugotrajne štete po zdravlje ili mogu biti onesposobljeni da
izbjegnu dalje izlaganje.
AEGL3 – koncentracija iznad koje opšta populacija može osjetiti opasne posljedice
po zdravlje ili smrt.
Korisničko upustvo
14
ERPG procjenjuju koncentraciju pri kojoj većina ljudi (bez osjetljivih pojedinaca), ako je
izložena hazarnim hemikalijama u trajanju od jednog sata, počinje da osjeća posljedice po
zdravlje. Za svaku supstancu su definisana tri nivoa:
ERPG1 – maksimalna koncentracija hazarda u vazduhu ipod koje se smatra da
skoro većina ljudi može biti izložena do jednog sata a da ne osjeti nikakve druge
bez blage, prolazne posljedice po zdravlje.
ERPG2 – maksimalna koncentracija hazarda u vazduhu ipod koje se smatra da
skoro većina ljudi može biti izložena do jednog sata a da ne doživi ili razvije
nepovratne ili druge ozbiljne zdravstvene posljedice ili simptome koji bi mogli
onesposobiti pojedinca da preduzme zaštitne mjere.
ERPG3 – maksimalna koncentracija hazarda u vazduhu ispod koje se smatra da
skoro većina ljudi može biti izložena do jednog sata a da ne doživi ili razvije
simptome opasne po zdravlje.
Tabeli 11. Dati su nivoi nekih karakterističnih hemikalija za 60 minuta izlaganja.
Vrsta gasa
Hemijska
oznaka
AEGL1
AEGL2
AEGL3
ERPG1
ERPG2
ERPG3
Hlor Cl2 0,5 2 20 1 3 20
Hlorovodonik HCl 1,8 22 100 3 20 150
Florovodonik HF 1 24 44 2 20 50
Azot dioksid NO2 0,5 12 20 1 15 30
Amonijak NH3 30 160 1100 25 200 1000
Ugljen monoksid CO - 83 330 200 350 500
Sumpor dioksid SO2 0,2 0,75 30 0,3 3 15
Korisničko upustvo
15
2.1 Modeli disperzije
Sama ideja o modelirinju disperzije gasova nastala je dvadestih godina XX vijeka. Osnovni
cilj je bio procijeniti širenje toksičnih hemikalija ispuštenih na bojištima. Ideja se kasnije
fokusira na procjenu uticaja širenja hazardnih gasova u industrijskim oblastima.
U prošlosti je model disperzije gasa podrazumijevao ručne proračune i korišćenje jednostavnih
tabela i grafika. Međutim, danas modeli disperzije predstavljaju kompjuterske pakete sa mnogo
komplikovanijim proračunima i boljim grafičkim prikazom zagađenja. Ovi modeli opisuju uzročno–
posljedične veze između emisije gasa, meteoroloških parametara, atmosferskih prilika, fizičko–
hemijskih karakteristika kretanja i širenja gasa, karakteristika terena kao i drugih faktora.
Modeli disperzije gasnih zagađivača igraju značajnu ulogu u nauci zbog svoje sposobnosti da
procijene uticaj i štetnost određenih procesa. Ovi modeli predstavljaju jedini metod koji kvantifikuje
deterministički odnos između emisije i koncentracije hazardnog gasa. Oni mogu procijeniti
posljedice prošlih i budućih scenarija kao i efikasnosti primijenjenih strategija za smanjenje
zagađenja. Sve ovo, date modele čini nezamjenjivim u regulatornim, istraživačkim i forenzičkim
aplikacijama.
Postoji veliki broj različitih tipova modela za širenje gasnih zagađivača. Odabir
odgovarajućeg modela zavisi od specifičnosti primjene, veličine problema, dostupnih ulaznih
parametara, od izlaznih podataka koji se zahtijevaju i od vremena potrebnog da model završi
proračun.
2.2 Atmosferska stabilnost
Atmosferska stabilnost opisuje vertikalno miješanje polutanata u atmosferi. Ona
Korisničko upustvo
16
predstavlja atmosfersku tendenciju da ublaži ili pospiješi vertikalno kretanje. Atmosferska
stabilnost je, stoga, kretanje čestica vazduha pod uticajem temperaturnog gradijenta. Varijacija
temperature ( ) sa promjenom visine ( ) se definiše kao stopa opadanja temperature u
atmosferi Γ.
(1)
Stopa opadanja temperature se može podijeliti na dvije vrste:
stopa opadanja temperature okoline i
adijabatska stopa opadanja temerature.
Stopa opadanja temperature okoline se odnosi na atmosferu u mirovanju i iznosi u prosjeku
6.49 K(°C)/1000m. Adijabatska stopa opadanja temperature se odnosi na promjenu temperature
čestica vazduha, koji se podižu ili spuštaju, bez izmjene toplote sa okolinom. Postoje dvije vrste:
suva adijabatska stopa opadanja temperature i
vlažna adijabatska stopa opadanja temperature.
Suva adijabatska stopa opadanja temperature je stopa opadanja temperature čestica fluida u
suvom i nezasićenom vazduhu koje se podižu ili spuštaju bez razmjene toplote sa okolinom.
Kako se vazdušne mase podižu, one se šire zato što pritisak opada sa porastom visine. Širenjem,
čestice suvog vazduha, potiskuju postojeći vazduh i time vrše termodinamički rad. Sa obzirom
da čestice vazduha vrše rad, a ne dobijaju toplotu spolja, one onda gube unutrašnju energiju pa
im temperatura opada. Ta stopa opadanja je konstantna i iznosi Γd = 9.8 K(°C)/1000m. Obrrnuti
slučaj se dešava kada se čestice suvog vazduha spuštaju.
U slučaju kada je vazduh zasićen vodenom parom, primjenjuje se vlažna adijabatska stopa
opadanja temperature. Vrijednost joj nije konstantna, već varira i tipično iznosi oko Γe = 5
K(°C)/1000m. Razlika između suve i vlažne adijabatske stope opadanja temperature je u tome
što se kod vlažne, kondezacijom vode, oslobađa latentna toplota. Ovo oslobađanje toplote dovodi
Korisničko upustvo
17
do smanjenja opadanja temperature sa porastom nadmorske visine.
Čestica vazduha emitovana u atmosferu se spušta ako je hladnija od okoline, zadržava
visinu ako je iste temperature i podiže ako je toplija od okoline. U zavisnosti od datog ponašanja
čestice, postoje tri klase stabilnosti: nestabilna, neutralna i stabilna.
Nestabilni uslovi se javljaju u slučaju kada je Γe < Γd. Udaljavajući se od izvora emisije,
topli hazardni gas se podiže. Međutim, na određenoj udaljenosti od izvora dolazi do opadajućeg
kretanja gasa zbog pojave silaznih vrtloga. Ovi vrtlozi se javljaju zbog zagrijavanja vazduha na
površini zemlje (u toku sunčanih dana). Zagrijani vazduh teži da se podigne i time primorava
hladan vazduh da sklizne ka dolje. Ovo prouzrokuje krivudav oblik dimne perjanice hazardnog
gasa. Nestabilni uslovi se tipično javljaju danju jer tada postoji toplotno zračenje sa površine
zemlje.
Neutralni uslovi su kada je Γe = Γd. Usled neutralnih uslova, većina turbulenci je
uzrokovana haotičnim vrtlozima. Ovi vrtlozi su usmjerenih u različitim pravcima zbog ravnoteže
koja postoji između gravitatacione sile koja djeluje ka dolje i sile pritiska koja djeluje ka gore.
Rezultujuća disperzija je relativno simetrična u horizontalnom i vertikalnom pravcu pa kreira
dimnu perjanicu konusnog oblika sa vrhom na izvoru zagađenja. Neutralni uslovi se javljaju
obično tokom prelaza iz dana u noć, u hladnim priobalnim područjima ili prilikom jakih vjetrova
(većim od 6 m/s).
Prilikom stabilnih uslova (Γe > Γd), termalna struktura sprječava vertikalno širenje pa
skoro i da nema vertikalne disperzije. Drugim riječima, bilo da se čestica vazduha podiže ili
spušta, ona teži da se vrati u svoju početnu poziciju zbog nedostatka dovoljne temperaturne
razlike između vazdušnih slojeva. Termalna struktura ne sprečava horizontalno kretanje pa se
mogu javiti veliki broj razliitih oblika dimne perjanice, od veoma tanke do znatno horizontalno
proširene trake. Stabilni uslovi se tipično javljaju na kopnu tokom vedrih noći sa slabim vjetrom.
Postoji veliki broj metoda za određivanje atmosferske klase stabilnosti. Neki su veoma
Korisničko upustvo
18
jednostavni za korišćenje i ne zahtijevaju nikakvo specijalno znanje iz meteorologije, dok drugi
pored dobrog poznavanja meteorologije zahtijevaju mjerenja određenih atmosferskih parametara
koji nisu uvijek dostupni a pritom i ne pružaju znatno preciznije rezultate. Paskalov metod je
najpopularniji i najjednostavniji. Ovaj metod je i iskorišten u okviru GEPSUS sistema. Za
procjenu atmosferske klase stabilnosti ovim metodom nije potrebno neko veliko znanje
meteoroloških uslova a ni mjerenja kompleksnih atmosferskih parametara. U tabeli 12 je
izvršena kategorizacija klasa stabilnosti na osnovu solarne insolacije i brzine vjetra. Tako klasa
A predstavlja veoma nestabilne uslove, B – nestabilne, C – neznatno nestabilne, D – neutralne, E
– neznatno stabilne, F – stabilne i G – veoma stabilne atmosferske uslove.
Tabela 12. Klase stabilnosti u odnosu na brzinu vjetra i solarnu radijaciju
Brzina vjetra na
visini od 10m
(m/s)
Dan Noć
Jako
sunčevo
zračenje
Srednje jako
sunčevo
zračenje
Slabo sunčevo
zračenje Oblačno Bez oblaka
< 2 A A - B B E F
2 – 3 A - B B C E F
3 – 5 B B – C C D E
5 – 6 C C – D D D D
> 6 C D D D D
2.3 Brzina vjetra
Brzina vjetra je najznačajnija meteorološka komponenta koja utiče na disperziju. Ona je
vektorska veličina što znači da je za disperziju bitan njen intezitet, pravac i smjer. Na intenzitet
Korisničko upustvo
19
vjetra utiču mnogi faktori ali najviše visina i vrsta terena. Sa porastom visine raste i intenzitet
vjetra. Na zemlji, intenzitet vjetra je manji zbog efekta sile trenja sa zemljom. Sa porastom
visine, taj uticaj opada pa samim tim i intenzitet brzine vjetra raste. Zavisnost intenziteta brzine
vjetra od visine je matematički aproksimirana sledećom jednačinom:
(
)
(2)
Gdje je:
uz – brzina vjetra na visini z izražena u m/s.
ua –brzina vjetra izmjerena na visini za (m/s).
za – visina nakojoj se nalazi anemometar (m).
z – visina na kojoj se želi izračunati brzina vjetra (m).
p – koeficijent koji zavisi od atmosferske stabilnosti i tipa terena.
Vrijednosti koeficijenta p su dati u sledećoj tabeli:
Tabela 13. Vrijednosti koeficijenta p
Klasa stabilnosti Ruralna sredina Urbana sredina
A 0,07 0,15
B 0,07 0,15
C 0,1 0,2
D 0,15 025
E 0,35 0,3
F 0,55 0,3
Dok intenzitet brzine vjetra utiče na brzinu disperzije i udaljenost na koju se prenose
čestice zagađivača, pravac i smjer brzine vjetra pokazuju u kojem će se smjeru kretati to
Korisničko upustvo
20
zagađenje.
2.4 Temperatura
Temperaturna razlika između temperature ispuštenog gasa i temperature okolnog vazduha
utiče na stvaranje sila potiska. Ove sile potiska dovode do podizanje hazardnog gasa neposredno
nakon njegovog ispuštanja. Ukoliko je gas veće temperature od spoljašnjeg vazduha, hazardni
gas će se podizati dok se njegova temperatura ne izjednači sa temperaturom vazduha. Što je veća
temperaturna razlika, to su jače sile potiska a samim tim i veća je visina na kojoj se gas podiže.
2.5 Gausov model
Gausov model je najjednostavniji model u pogledu formulisanja i pogledu potrebnih
parametara, što ga čini najčešće korićenim modelom u kompjuterskim programima.
Gausov model predstavlja kombinaciju Ojlerovih i Lagranžeovih modela. Bazira se na
Gausovoj (normalnoj) raspodjeli gasa u vertikalnom i horizontalnom smjeru pod stabilnim
uslovima. Normalna distribucija gasa je modifikovana za veće distance zbog efekta turbulentne
refleksije od površine zemlje i od gornjeg graničnog sloja (kada je visina miješanja niska). Širina
dimne perjanice se određuje na osnovu koeficijenata disperzije i koji su definisani bilo
klasama stabilnosti (Pasquill 1961. godine; Gifford Jr. 1976. godine) ili vremenom putovanja od
izvora.
Jedan od ozbiljnih nedostataka ovog modela u odnosu na modelovanje disperzije čestica je
Korisničko upustvo
21
taj što Gausov model koristi aproksimacije stabilnih stanja i ne uzima u obzir vrijeme potrebno
da polutant dođe do receptora. Stoga, da bi se dobila dinamika gasa, potrebno je izvršiti
naknadnu obradu dobijenih rezultata. Pored toga, regionalno modelovanje zahtijeva i hemijsko
modelovanje kako bi se predvidjelo kretanje gasa. Čak i hemijske reakcije NOx i SOx, koje su od
fundamentalnog značaja za određivanje čestica i koncenracije ozona, su često proračunate
korišćenjem jednostavnih funkcija. Štaviše, jednačina Gausove dimne perjanice pretpostavlja da
nema interakcije između čestica gasa. Razni algoritmi su razvijeni za modelovanje hemijskih i
fizičkih procesa unutar samog gasa i disperzije oko prepreka (zgrade). Efekat prepreke se može
postići modifikovanjem koeficijenata disperzije i . Međutim, Gausova jednačina nije u
mogućnosti da izračuna uticaj više prepreka i uticaj raskrsnica.
Neka ograničenja Gausovog modela se mogu prevazići aproksimirajući emisiju kao seriju
čestica gasa u vremenu, čime je omogućeno da brzina vjetra varira. U ovom pristupu se svaka
čestica gasa ponaša u skladu sa Gausovom jednačinom disperzije. Ukupan uticaj izvora se
proračunava integracijom svih individualnih čestica sa obzirom na vrijeme i sumu doprinosa
individualnih čestica na poziciji receptora.
U realnim uslovima postoji više oblika izvora zagađenja pa tako postoje i različite
jednačine koje ih opisuju. Te jednačine su određene prirodom izvora i visinom na kojoj se nalazi
izvor i receptor.
Još jedno ograničenje Gausovog pristupa leži u tome što Gausov model nije dizajniran za
modelovanje disperzije pri slabom vjetru i na mjestima blizu samog izvora (na primjer na
mjestima udaljenim manje od 100 metara od izvora). Pokazalo se da Gausovi modeli značajno
preuveličavaju koncentraciju u uslovima slabog vjetra (Benson 1984. godine; Sokhi, Fisher 1998.
godine). Dalja ograničenja su rezultat pojednostavljenosti turbulence vjetra i meteorologije pa su
ovi modeli najprikladniji za proračunavanje koncentracija polutanata za kraće vremenske
intervale (na pr: svakog sata se vrši proračun).
Pošto Gausova jednačina dima pretpostavlja da je polje vjetra homogeno, onda nije
Korisničko upustvo
22
preporučljivo njeno korišćenje za modelovanje gasa na velikim distancama jer se očekuje da se
meteorološki podaci mijenjaju. Kaputo (Caputo Gimenez, 2003 godine) je primijetio da četiri
Gausova modela koje je koristio daju vrijednosti koncentracija različite od nule za cijeli
posmatrani domen niz vjetar. Stoga je on preporučio da se distanca posmatranja treba ograničiti
na nekoliko desetina kilometara od izvora.
Na Slici 2.1 je prikazana vizualizacija proračunate gasne perjanice za Gausov model
disperzije zagađivača. Hs - predstavlja stvarnu visinu tačkastog izvora (u odnosu na površinu
zemlje), He - je visina na koju se podiže gas nakon izlaska iz izvora (He =Hs+Δh, a Δh je visina
za koju se gas podigao), x - je simetrala gasne perjanice tj. pravac prostiranja gasa, x1, x2 i x3 -
predstavljaju udaljenost od izvora na kojoj se posmatra zagađenje. Širenje zagađivača po x i y osi
zavisi od koeficienata disperzije.
Slika 2.1 Vizualizacija Gausovog oblaka disperzije
Trenutna koncentracija zagađivača može biti prilično neravnomjerna, ali posle dovoljno
dugog vremena, distribucija koncentracije će zauzeti oblik zvona koji se može aproksimirati
Korisničko upustvo
23
normalnom Gausovom raspodjelom i u horizontalnom i u vertikalnom pravcu.
Slika 2.2 Distribucija koncetracije koja zauzima oblik zvona
Gausov model za tačkasti izvor se izvodi iz jednačine Gausove normalne distribucije.
Počinje se od pretpostavke da se raspodjela koncentracija zagađivača na bilo kojoj udaljenosti od
izvora, u pravcu normalnom na kretanje vjetra, bilo horizontalno ili vertikalno, može dobro
predstaviti pomoću jednačine Gausove normalne distribucije. Jednačina Gausove normalne
distribucije je veoma poznata u teoriji statistike i predstavljena je jednačinom:
f(x) =
√
(
)
(3)
Ova funkcija ima oblik zvona gdje μ - predstavlja centralnu liniju ili simetralu gasne
perjanice, σ - predstavlja koeficijent standardne devijacije. Na Slici 2.3 je predstavljena Gausova
raspodjela za različite vrijednosti μ i σ.
Korisničko upustvo
24
Slika 2.3 Gausova raspodjela za različite vrijednosti μ i σ
Funkcija normalne distribucije se kreće od -∞ do +∞, ali za praktično korišćenje se može
pretpostaviti da su sve vrijednosti koje se nalaze van oblasti ±4σ jednake nuli. Takođe se, zbog
pojednostavljivanja, pretpostavlja da x osa predstavlja pravac vektora brzine vjetra.
2.5.1 Efektivna visina
Jedan od značajnih parametara za izračunavanje disperzije dima je stvarna visina izvora u
odnosu na zemlju. Ova visina može biti stvarna visina dimnjaka ili visina na koju se dim podigao
neposredno nakon ispuštanja. Rast dima je direktno srazmjeran impulsu ispuštanja koji
predstavlja proizvod mase ispuštenog gasa i njegove izlazne brzine.
Zbog razlike u gustini ispuštenog gasa i okolne sredine, postoji vjerovatnoća da će se dim,
odmah nakon ispuštanja, dalje podizati zbog uticaja potisnih sila. Ako je gas topliji od okolnog
vazduha (što se dešava u slučaju gasova nastalih u požarima), onda će efekat potisnih sila biti
veći zbog njegove manje gustine. Uopšteno gledano, ako je izlazna temperatura vazduha veća za
10 do 15˚C od okolnog vazduha, uticaj potisnih sila na podizanje dima će biti veće od uticja sila
Korisničko upustvo
25
izlaznog impulsa. Treba napomenuti da uticaj impulsnih sila ne traje duže od 30 do 40 sekundi
nakon ispuštanja, dok efekat potisnih sila traje dok se dovoljna količina vazduha ne pomiješa sa
ispuštenim gasom kako bi mu se smanjila temperatura na temperaturu okolnog vazduha. U
zavisnosti od turbulence, efekat potisnih sila može trajati 3 do 4 minuta.
Da bi se izračunala efektivna visina na kojoj se gas podiže nakon ispuštanja, potrebno je:
utvrditi koji faktor dominantno utiče na podizanje dima, da li je to potisak ili impuls i
izračunati distancu na kojoj se dim maksimalno podigao (izmjerenu niz vjetar).
2.5.2 Vertikalna i horizontalna standardna devijacija
Da bi odredili koncentraciju gasnih polutanata u određenoj tački, potrebno je odrediti
standardne devijacije σy i σz. Ovi parametri daju informaciju o brzini difuzije i povezani su sa
turbulencijom u atmosferi tj. sa brzinom vjetra i atmosferskom stabilnošću.
Postoje mnogo metoda za određivanje ovih standardnih devijacija. Međutim, prikupljanje
svih potrebnih parametara nije ni malo jednostavno. Urađena su određena pojednostavljivanja
kako bi se riješile ove jednačine ali ti pokušaji se nisu pokazali opravdanim prilikom
eksperementalnih mjerenja.
Drugi metodi određivanja koeficijenata standardne devijacije se baziraju na klasama
stabilnosti i udaljenosti od izvora (niz vjetar) na kojoj se nalazi posmatrana tačka. To su dva
jednostavna i lako pribavljiva parametra. Mnoge poluempirijske tehnike se mogu naći u
literaturi, ali najznačajnije su: Paskal – Grifordova (Pasquill-Grifford), Brukhevenova
(Brookhaven) i Brigsova (Brigs) tehnika.
Brigsova tehnika daje rezultate veoma slične sa rezultatima dobijenim Paskal –
Korisničko upustvo
26
Grifordovom tehnikom ali se bavi i ruralnim i urbanim sredinama i daje vertikalnu i horizontalnu
standardnu devijaciju .
Na osnovu mnogo eksperimenata i studija se može uočiti da udaljavanjem od izvora
emisije, standardne devijacije σy i σz rastu a samim tim koncentracija polutanta opada.
2.5.3 Tip terena
U samom sistemu je omogućen izbor tipa terena. Ovaj pojam podrazumijeva obrazovanje
podataka o terenu u obliku matrice visine (Elevation) terena. Digitalna elevacija terena se
najčešće obrazuje kroz grid (rešetkastu) strukturu podataka. Gridne ćelije su pri tome obično
organizovane u obliku kvadrata čija tjemena predstavljaju visinske tačke.
Kod jednostavnog (simple) tipa terena visina dimne perjanice koja uključuje i efekat rasta
koja je konstantna tj. ne prati konturu terena. Umjesto toga, visina perjanice iznad tla u tački
receptora (x,y) niz vjetar zavisi od lokalne visine z(x,y). Kada je izabrana opcija kompleksnog
(complex) terena, dimna perjanica prati dati oblik terena.
2.6 Algoritam za računanje disperzije
Bez obzira koji je izvor disperzije u pitanju, da bi se odredila koncentracija polutanta u
jednoj tački, koja se nalazi niz vjetar od tačkastog izvora, potrebno je prvo odrediti protok tj.
brzinu emisije, pa tek onda disperziju na osnovu Gausove ravnomjerne raspodjele. Postupak se
ogleda u sledećem, kao što je prikazano na Slici 2.4.
Korisničko upustvo
27
Slika 2.4 Algoritam za računanje disperzije
Kako bi se izračunala koncentracija polutanata za jednu oblast, gornji postupak treba
primijeniti za svaku tačku te oblasti. Obično je posmatrana oblast površine 10km×10km a tačke
se biraju sa korakom 10, 50 ili 100m u zavisnosti od veličine oblasti, dostupne brzine proračuna,
kapaciteta računara i željeneg kvaliteta prikaza koncentracije.
Korisničko upustvo
28
3. GEPSUS
Osnova za smanjenje rizika od katastrofa i povećanje kulture otpornosti na katastrofe
sastoji se u poznavanju opasnosti kao i fizičkih, društvenih, ekonomskih i ekoloških ugroženosti
sa kojima se suočavaju pojedine zajednice i društvo u cjelini, i načina na koje se te opasnosti i
osetljivosti kratkoročno i dugoročno mijenjaju, te djelovanje u skladu sa tim znanjem.
Postojeći uočeni nedostaci naglašavaju potrebu za boljim mapiranjem i jačanjem kapaciteta za
analizu rizika, promovisanjem integrisane procjene ugroženosti i kapaciteta, kao i poboljšanje
sistema ranog upozoravanja u cilju razvoja strategija i mjera smanjenja rizika od katastrofa koje
doprinose jačanju otpornosti, a koje odgovaraju lokalnim uslovima. Prošireni istraživački
kapaciteti kao i upotreba rezultata istraživanja pomoći će u prevazilaženju uočenih nedostataka.
GEPSUS sistem predstavlja hardversko - softverski sistem za simulaciju ekscenih situacija
izazvanih gasnim zagađivačima. Dizajniran je za brz odgovor potreban odmah nakon nastanka
incidenta. Međutim, može se iskoristiti za trening kao i procjenu rizika. Nastoji se da se što veći
broj potrebnih parametara automatski prikuplja i unosi kako bi se u što većoj mjeri smanjio
ljudski uticaj i mogućnost greške. U ovom sistemu je izvršen automatski unos brzine vjetra,
smjera vjetra i temperature. Ovi parametari najviše utiču na širenje i kretanje zagađivača (a
samim tim i na odvijanje kritične situacije) i mogu se relativno lako pribaviti.
Na Slici 3.1 je predstavljena arhitektura realizovanoga sistema.
Korisničko upustvo
29
Slika 3.1 Blok šema realizovanog sistema
Generalno gledano, sistem se sastoji iz dvije cjeline:
GEPSUS hardvera
GEPSUS softvera
GEPSUS hardver se sastoji iz Interfejsa za prikupljanje podataka i računara na kojem se
vrši modelovanje.
GEPSUS softver se može dalje podijeliti na podsistem za modelovanje i vizualizaciju
disperzije, podsistem za donošenje odluka i konekciju sa Web aplikacijom.
Interfejs za prikupljanje podataka prikuplja informacije o temperaturi, brzini i smjeru vjetra
sa lokalne meteorološke stanice i šalje ih podsistemu za modelovanje (Slika 3.2). Podaci se šalju
bežičnim putem koristeći radio frekventne (RF) module na strani predaje i na strani prijema.
Koristi se radio frekvencija, a ne GSM ili GPRS, iz tog razloga što se u tim krznim situacijama
može desiti da nema pokrivenosti mobilnom mrežom operatera pa je radio komunikacija jedina
pouzdana opcija. Računar na kojem se obavlja modelovanje, se onda može smjestiti na
bezbjednu udaljenost gdje postoji pristup internetu ukoliko je to potrebno. Za sada ta udaljenost
Korisničko upustvo
30
iznosi nekoliko km i zavisi prvenstveno od iskorištenih RF modula.
Slika 3.2 Interfejs za prikupljanje podataka
Kolektor se sastoji od: mikrokontrolera ATMega16 i konektora za napajanje, za
temperaturni senzor, za meteorološku stanicu i za RF modul. On prikuplja podatke sa eksternih
senzora u realnom vremenu, analizira ih i obrađuje. Potom prikupljne podatke transformiše u
odgovarajući izlazni format i šalje podsistemu za modelovanje. Interfejs za prikupljanje podataka
je naponski potpuno nezavisan dio sistema i napaja se iz baterije koja se puni preko solarnog
panela. LM7805 je regulator napona i on napon baterije od 12V reguliše na 5V. Na sljedećoj
slici je prikazan izgled Interfejsa za prikupljanje podataka u realnim uslovima.
Korisničko upustvo
31
Slika 3.3 Interfejs za prikupljanje podataka
Podsistem za modelovanje i vizualizaciju disperzije, podsistem za donošenje odluka i
konekcija sa Web aplikacijom su objedinjeni u jednu PC aplikaciju sa grafičkim korisničkim
interfejsom (GUI). Ona na osnovu primljenih meteoroloških podataka i parametara koje korisnik
ručno unosi vrši izračunavanje koncentracija zagađivača u posmatranoj oblasti. Na osnovu
proračunatih koncentracija i predefinisanih kritičnih nivoa (pragova) koncentracije gasa,
procjenjuju se zone opasnosti. Ovi nivoi su karakteristični za svaki gas i standardizovani su u
različitim direktivama. Zone opasnosti se prikazuju na geografskim mapama kako bi se imao
vizuelni prikaz situacije na terenu. Takođe se provjerava da li je neki od kritičnih objekata
zahvaćen hazardnim gasom. Ukoliko je neki objekat ugrožen, onda se i on, zajedno sa svojim
opisom, kontakt telefonom i brojem ugroženih ljudi, prikazuje na mapi. Aplikacija ima
mogućnost objavljivanja informacija o zonama opasnosti i ugroženim objektima na internet
serveru. Ovim podacima se onda može pristupiti preko Web aplikacije. Ova aplikacija koristi
Google Maps mehanizam za vizualizaciju KML (“Keyhole Markup Language”) fajlova.
Dizajnirana je tako da joj se može pristupiti preko bilo kojeg web browser-a (IE, Opera, Google
Chrome, Mozila Firefox) i korišćenjem mnoštvo uređaja (pametni telefon, tablet, destop, i laptop
Korisničko upustvo
32
računar) koji posjeduje internet konekciju.
3.1 Integralni sistem za modelovanje i visualizaciju disperzije
Na Slici 3.4 je prikazan integralni sistem za modelovanje i vizualizaciju disperzije koji se
razvija u okviru GEPSUS. Sistem će sadržati šest automatskih unosa podataka i to iz:
o Hidrometeorološkog zavoda Crne Gore (HMZCG),
o Centra za ekotoksikološka ispitivanja Crne Gore (CETI),
o Uprave za nekretnine (REA),
o GEPSUS mreže senzora (GSN) instalirane oko izvora hazarda,
o Ministarstva odbrane (MOD) i
o Direktorat za vanredne situacije (DfE).
Korisničko upustvo
33
Slika 3.4 Integralni GEPSUS sistem za modelovanje i
vizualizaciju disperzije
HMZCG automatski prikuplja trenutne informacije o vremenskim prilikama iz nacionalne
mreže meteoroloških stanica i daje prognoze vremenskih uslova na teritoriji Crne Gore.
CETI prati zagađenje vazduha kroz mrežu automatskih telemetrijskih stanica koje mjere
koncentraciju najznačajnijih hazardnih gasova u gradovima Crne Gore.
REA pruža ažurirane geografske informacije o vrsti i obliku terena kao i podatke o važnim
objektima i oblastima kao što su bolnice, škole, javni događaji sa velikim brojem ljudi (sportski
događaji, koncerti...) i skladišti ih na javnim serverima.
Korisničko upustvo
34
MOD i DfE prestavljaju timove za vanredne situacije koji su zaduženi za planiranje i
spašavanje. Glavni zadaci DfE između ostalog, su: jedinstveno upravljanje aktivnostima na
zaštiti i spašavanju u slučaju nastanka prirodnih i tehničko tehnoloških katastrofa, kao i nesreća
nastalih usljed hemijskih, bioloških, radioloških i nuklearnih kontaminacija–vanredne situacije i
rukovođenje radom odgovarajućih organa u vrijeme nastanka, odvijanja i otklanjanja posljedica
vanrednih situacija.
GEPSUS komunicira sa HMZCG, CETI, REA, MOD i DfE preko internet protokola ili
iznajmljenih linija. GEPSUS mreža senzora se sastoji od mobilnih telemetrijskih stanica
smještenih oko izvora emisije. Ove stanice mjere brzinu i smjer vjetra kao i ambijentalnu
temperaturu i te podatke šalju u GEPSUS centar. Planirano je da ove stanice sadrže i senzore za
ekotoksikološka mjerenja. Brzina i smjer vjetra kao i njihova prognoza su glavni parametri koji
se automatski unose jer orjentacija i oblik dimne perjanice dominantno zavisi od njih. HMZCG
pruža informacije o uslovima vjetra za veliku oblast, kao što je grad ili region, dok uslove vjetra
na mjestu ispuštanja mjere lokalne stanice u okviru GSN. Ovi podaci se ka GEPSUS aplikaciji
šalju u predefinisanom formatu.
Pored automatskih podataka, postoje još podaci koje manuelno unosi operater ili ekspert za
vanredne situacije. Oni pružaju više informacija o izvoru zagađenja i atmosferskim uslovima kao
i o kritičnim nivoima koncentracije gasa u μg/m3 ili ppm. U informacije o izvoru spadaju
sljedeći podaci:
lokacija izvora (geografska širina i dužina),
vrsta gasa i njegove karakteristike,
vrsta izvora (tačkasti izvor, cistijerna, cjevovod),
brzina emisije,
visina izvora u odnosu na zemlju,
vrsta terena
trajanje ispuštanja i slično.
Korisničko upustvo
35
Prekrivenost neba oblacima, klasa stabilnosti, inverzija, vlažnost i slični parametri su
vremenski parametri koji se manuelno unose. Kritični nivoi koncentracija definišu zone
opasnosti i karakteristični su za svaki gas.
3.2 PC aplikacija
Na Slici 3.5 su prikazane faze kroz koje prolazi aplikacija kako bi izračunala zona
opasnosti i vizuelno ih prikazala.
Slika 3.5 Postupak kreiranja „KML“ fajla
Prvo je potrebno izračunati koncentraciju ispuštenog hazardnog gasa. Postavljeno je da se
Korisničko upustvo
36
posmatra oblast 10×10km. Ova oblast se predstavlja matricom čija veličina zavisi od
primijenjenog koraka. Postavljeno je da je korak izmedju tačaka 50 m, pa je onda veličina
matrice 200×200 tačaka tipa float. Moguće je promijeniti veličinu oblasti kao i veličinu koraka.
Smanjivanjem koraka se povećava rezolucija prikaza i dobija se bolja vizualizacija, ali se
povećava vrijeme proračuna i povećava se količina zauzete radne memorije računara. Prilikom
izbora koraka i posmatrane oblasti nastojalo se postići kompromis između rezolucije prikaza i
količine zauzete memorije. Nakon odabira oblasti i koraka, za svaku tačku se izračunava
koncentracija hazarda primjenjujući Gausovu jednačinu za odgovarajući model. Tako dobijena
matrica ima lokacije koncentracija u relativnim koordinatatama u odnosu na izvor, pa ih je
potrebno rotirati u odnosu na smjer vjetra i prikazati ih u geografskim koordinatama (geografska
širina i dužina). Rotirati matricu predstavlja težak problem pa se problem translirao na rotiranje
nizova koordinata. Od matrice koncentracije, na osnovu kritičnih nivoa koncentracija, se dobiju
nizovi koordinata. Ti nizovu su u stvari koordinate kontura zona opasnosti. Za svaki od kritičnih
nivoa se dobijaju po dva niza (niz x i niz y). Ovo se postiže na sledeći način:
Prvo se uprosti matrica tako što se sve koncentracije polutanta manje od zadatog nivoa
postavljaju na nulu dok koncentracije veće od nivoa se postavljaju na jedinicu.
Potom se od tako uproštene matrice, prikupe koordinate konturnih tačaka na osnovu
poznatih algoritama i od njih se formiraju dva niza koordinata.
Realizovana PC aplikacija na osnovu ulaznih parametara procjenjuje zone opasnosti i
prikazuje ih preko digitalnih mapa.
Za vizualizaciju u vremenu i prostoru koristi se Google Earth aplikacija. Google Earth
spada u kategoriju klijent programa, znači da koristi usluge nekih drugih aplikacija i sistema, pa
kao takav ne može samostalno da egzistira. Za prikaz 3D slike terena i zgrada, Google Earth
koristi Digitalni Elevacioni Model (DEM) podataka. DEM je digitalni prikaz topografije
Zemljine površine ili terena. U nekim literaturama je poznat i kao digitalni model prikaza terena
(DTM – Digital Terrain Model). DEM može biti prikazan kao raster, mreža kvadrata ili kao
triangularna mreža.
Korisničko upustvo
37
Keyhole Markup Language (KML) je XML (Extensible Markup Language) bazirani jezik
za opis trodimenzionalnih geoprostornih podataka i njihov prikaz u aplikativnim programima.
KML je pre svega razvijan za Google Earth koji je na početku nazivan Keyhole. Google Earth je
očigledno došao sa svojom ogromnom bibliotekom podataka, informacijskih tačaka i slojeva koji
mogu biti prikazani na mapi. Svi ovi podaci se dostavljaju klijentu u obliku fajlova koji koriste
KML standarde. Ovaj specijalizovani tip XML-a omogućava da se organizuju i kreiraju tačke,
rute i mnoge druge informacije. Za razliku od Google Maps-a, gde su se podaci za prikaz na
mapi prvo morali kodirati, i prilagoditi prikazu, Google Earth ima ugrađene metode koje čitaju
kodirane podatke direktno iz strukture KML fajla.
Ova aplikacija, takođe može procijeniti da li je neki objekat ili put ugrožen oblakom gasa.
3.3 Istalacija GEPSUS sistema
Za funkcionisanje GEPSUS sistema, potrebno je obezbijetiti sljedeće:
Računar (desktop ili laptop), Optimalno: 2GB RAM, i3 2.6 GHz, Win7.
Instaliran Google Earth i podešen kao podrazumijevani program za otvaranje kml fajlova.
Internet konekcija.
Sama istalacija na računaru se odvija u nekoliko koraka, a neke od njih su slikovito
prikazane u nastavku. Na Slici 3.10 imamo prikaz izgleda aplikacije na računaru.
Korisničko upustvo
38
Slika 3.6 Početak istalacije GEPSUS sistema na računar
Slika 3.7 Prihvatanje sporazuma o licenciranju
Korisničko upustvo
39
Slika 3.8 Izbor odgovarajućeg direktorijuma
Slika 3.9 Uspješno završena istalacija
Korisničko upustvo
40
Slika 3.10 Izgled GEPSUS sistema
3.4 Vrste izvora
U GEPSUS sistemu je omogućeno modelovanje disperzije gasova ispuštenih iz tri vrste
izvora:
industrijskih dimnjaka,
statičkih i pokretnih cistijerni i
cjevovoda
Korisničko upustvo
41
Jačina izvora, brzina emisije ili protok predstavlja brzinu kojom se hazardni gas ispušta u
vazduh. Ispuštanje može biti veoma brzo (kao što je to slučaj prilikom pucanja cistijerne pod
pritiskom), ili sporije i da traje duži vremenski period (kao što je to slučaj sa dimnjacima u
fabrikama).
Kako bi se odredila koncentracija hazardnog gasa u posmatranoj oblasti, potrebno je
odrediti vrstu izvora i unijeti podatke specifične za dati izvor.
Za modelovanje ispuštanja gasa iz dimnjaka, potrebno je procijeniti brzinu emisije gasa u
vazduh.
U slučaju modelovanje disperzije iz cistijerni dolazi do ispuštanja gasa pod pritiskom čiji
se protok proračunava na osnovu geometrije. Slično se jačina izvora proračunava i za slučaj
ispuštanja gasa iz cjevovoda.
U sljedećim poglavljima biće prikazani izgledi aplikacije u slučaju različitih izvora emisije.
Parametri kao što su brzina vjetra, smjer vjetra, temperatura vazduha, klase stabilnosti,
geografski položaj izvora (geografska širina i dužina), izbor terena i pragovi zona opasnosti
mogu biti zajednički za sve tipove modelovanja disperzije gasova (Slika 3.11). Kao što je ranije
navedeno, smjer vjetra, brzina vjetra i temperatura se mogu dobiti sa lokalne meteorološke
stanice. Kad se utvrdi vrsta izvora, onda je to potrebno odabrati u aplikaciji čime se pojavljuje
potrebni parametri za izbor izvora.
Korisničko upustvo
42
(a)
(b)
Slika 3.11 Pikaz (a) vremenskih parametara i parametara terena
(b) primjer LOC koncetracija zagađenja po zonama opasnosti za
civilno stanovništvo
3.4.1 Disperzija gasnih zagađivača iz industrijskih dimljaka
Pored zajedničkih parametara, za proračunavanje koncentracije gasnih zagađivača iz
industrijskih dimnjaka, potrebno je unijeti i visinu dimnjaka (m), prečnik dimnjaka (m), brzinu
emisije (g/s), kao i brzinu (m/s) i temperaturu (K) polutanata prilikom izlaska iz dimnjaka.
Korisničko upustvo
43
Slika 3.12 Modelovanje disperzije gasnih zagađivača iz
industrijskih izvora
Korisničko upustvo
44
Slika 3.13 Parametri za modelovanje gasnih zagađivača iz
industrijskih dimnjaka
3.4.2 Disperzija gasnih zagađivača iz cistijerni
Kako bi se proračunala koncentracija gasnog zagađivača ispuštenog iz transportnih ili
skladišnih cistijerni, potrebni su, pored zajedničkih, sljedeći parametri: prečnik otvora (m), visina
na kojoj se nalazi otvor (m), koeficijent ispuštanja (bezdimenziona veličina), gustina polutanta
Korisničko upustvo
45
(kg/m3), pritisak u cistijerni (Pa), atmosferski pritisak (Pa), odnos toplotnih kapaciteta
(bezdimenziona veličina), temperatura gasa na izlazu (K) i brzina polutanta na izlazu (m/s).
Slika 3.14 Parametri za modelovanje gasn ih zagađivača iz
cistijerni
3.4.3 Disperzija gasnih zagađivača iz gasovoda
Da bi se izračunala koncentracija gasnih polutanata prilikom njihovog ispuštanja iz
Korisničko upustvo
46
gasovodnih cijevi, u aplikaciju, je potrebno unijeti sljedeće parametre: prečnik otvora (m), visinu
na kojoj se nalazi otvor (m), koeficijenat ispuštanja, univerzalnu gasna konstantu (zavisi od vrste
gasa), odnos toplotnih kapaciteta, faktor kompresije, pritisak gasa u cijevima (Pa), atmosferski
pritisak (Pa), molarnu masu gasa (g/mol), brzinu gasa na izlazu (m/s) i temperaturu gasa na
izlazu (K).
Slika 3.15 Parametri za modelovanje gasnih zagađivača iz
gasovoda
Korisničko upustvo
47
3.5 Vizualizacija zone opasnosti
Google Earth je virtuelni globus, mapa, program koji sadrži geografske informacije.
Google Earth mapira zemljinu sferu koristeći metode superimpozicije, stavljanjem novih slojeva
digitalnih fotografija preko već postojećih, da bi se prikrili efekti same konture Zemljinog
modela. Google Earth spada u grupu WebGIS klijenata, tačnije u grupu robusnijih (thick)
klijenta, za razliku od Google Maps-a koji imaju ograničeniji radijus obrade i prikaza podataka,
pa spada u grupu slabijih (thin) Web GIS klijenta. Za pravilan rad i operativnost mu je potreban i
aplikacijski server (server na kome će se nalaziti sama aplikacija), odnosno Web server. Jedan
aplikativni server može istovremeno da komunicira sa više klijenata.
Poznavalje terena na kojem se desi neki akcident je od presudnog značaja, da tim za
vanredne situacije izvrši analizu samog područja i pruzme sve potrebne preventivne mjere. U
samom GEPSUS sistemu uzeta je u obzir i studija disperzija perjanice na jednostavnom i
kompleksnom terenu kao i izbor da li je u pitanju urbano ili ruralno područje.
Slika 3.16 Vizualizacija zona opasnosti usled ispuštanja hazardnog
gasa u blizini “Ljubović” u Podgorici
Korisničko upustvo
48
Svaka od zona se prikazuje odgovarajućom bojom u zavisnosti od njene opasnosti. Takođe,
u samim zonama imamo i prikaz potecijalno ugroženim objekata (koje u zavisnosti od opasnosti
mijenjaju boju) i na svakom ugroženom objektu prikazuju se osnovne informacije.
Slika 3.17 Vizualizacija zona opasnosti u blizini “Distributivnog
centra” u Podgorici
Slika 3.18 Vizualizacija zona opasnosti i prikaz ugroženog puta i
kritičnog objekta
Korisničko upustvo
49
Da bi se dobile zone opasnosti, potrebno je obaviti nekoliko koraka:
Startovati aplikaciju.
Izvršiti povezivanje sa Interfejsom za prikupljanje podataka (opciono).
Utvrditi vrstu hazardnog gasa kao i njegove pragove kritičnih nivoa.
Unijeti željene pragove u aplikaciju.
Unijeti informacije o vremenskim uslovima.
Izabrati odgovarajući izvor (industrijski dimnjak, cistijerna, gasovod).
Unijeti podatke o izvoru (jačina izvora, oblik, površina otvora i slično).
Izvršiti izbor tipa terena (jednostavno ili kompleksno, urbano ili ruralno područje)
Dozvoliti automatski unos podataka sa senzora ili pritisnuti dugme „Calculate “
Prikaz zona opasnosti na terenu pomoću „Google Earth“
3.6 Povezivanje sa interfejsom za prikupljanje podataka
Da bi se povezala PC aplikacija sa Interfejsom za prikupljanje podataka, potrebno je samo
RF prijemnik povezati na USB port računara. Na sljedećim slikama je prikazan operativac sa
računarom i RF prijemnikom na terenu.
Korisničko upustvo
50
Slika 3.19 Operativac na teren Slika 3.20 Operativac u
komandnom centru
U GEPSUS sistemu je omogućeno da po završetku rada sačuvamo dati scenario. Potrebno
je kliknuti na opciju OPTIONS koja se nalazi u gornjem lijevom uglu aplikacije, gdje imamo
izbor mogućnosti kao što je prikazano na Slici 3.21. Opcija OPTIONS > SAVE SCENARIO
(Ctrl+S) nam omogućava da sačuvamo realizovani scenario. Opcija OPTIONS > LOAD
SCENARIO (Ctrl+S) omogućava da pozovemo sačuvane scenario koje se nalaze u memoriju
računara, koje možemo iskoristiti radi prikaza nekih već realizovanih događaja. Ovo nam je od
izuzetnog značaja prilikom rekonstukcije i analize samih događaja. Dalje, opcija OPTIONS >
LOAD NEW ELEVATION MAP (Ctrl+E) nam omogućava da dodamo nove elevacione mape
terena, koje su značajne zbog realnijeg prikaza scenario, njegove topologije i boljeg djelovanje
nadležnih službi u cilju zaštite civilnog stanovništva. Opcija OPTIONS > SET WEATHER
STATION omogućava da povezivanje Interfejs za prikupljanje podataka sa GEPSUS sistemom u
cilju prikupljanja smjera vjetra, brzine vjetra, i spoljašnje temperature.
Korisničko upustvo
51
Slika 3.21 Dodatne mogućnosti GEPSUS sistema
U GEPSUS sistemu je takođe omogućeno da po završetku nekog scenarijuma imamo
prikaz, kratkog opisa datog događaja (Slika 3.22). Kojom su obuhvaćene informacije kao što su:
lokacija izvora, atmosferski podaci (brzina vjetra, smjer vjetra, i temperatura), opis izvora, zone
opasnosti (potecijalno ugroženi objekti i broj potecijalno ugroženih stanovnika). Takođe, u
samom izještaju imamo prikaz izgleda datih zona opasnosti na terenu, 2D prikaz, i sliku prikaza
unešenih parametara. Tu se nalazi i informacija o tome, koji državni organ je nadležan za bilo
koju vrstu hazarda ili bilo kojeg oblika katastrofe, gdje imamo prikaz osnovnih informacija.
Ovakav izještaj omogućava operateru ili stručnjaku za vanredne situacije da izvrši analizu
uzročno posljedilnih odnosa i da pristupi u rješavanju problema bezbijednosti. Koji imaju za cilj
sagledavanje izvora postojećih i budućih rizika, i sprečavanje njihove pojave preventivnim
djelovanjem. Pomenuti izvještaj možemo otvoriti u .docx format ili neki drugi format po želi,
ukoliko postoji potreba za štampanje samog izvještaja. Na Slici 3.24 vidimo izbor tih
mogućnosti, s opcijom „Automatic” nam je omogućeno da meteorološki podaci budu automacki
dodaju unutar GEPSUS sistema.
Korisničko upustvo
52
Slika 3.22 Izgled GEPSUS izvještaja za vanrednu situaciju
Korisničko upustvo
53
Slika 3.23 Prikaz 2D modela zone opasnosti
Slika 3.24 Izbor opcije za pravljenje izvještaja i automacko
prikupljanje podataka sa meteorološke stanice
Korisničko upustvo
54
3.7 Konekcija sa Web aplikacijom
Proračuni dobijeni u aplikaciji za modelovanje su vidljivi samo na jednom mjestu, na
računaru na kojem je i pokrenuta. Pokazalo se korisnim da više ljudi bude upućeno u kriznu
situaciju. Kako bi se odgovorilo datim potrebama, dizajnirana je Web aplikacija. Kao što je i
ranije navedeno, aplikacija za modelovanje, nakon proračuna, generiše KML fajl sa zonama
opasnosti, kritičnim objektima, ugroženim putevima. Ona taj fajl, ukoliko je u podešavanjima
omogućeno, objavljuje na predefinisani server. Web aplikacija, potom, taj fajl prikazuje koristeći
Google Maps aplikaciju. Tako, tim podacima može pristupiti više korisnika sa bilo kojeg mjesta
sa internet konekcijom. Web aplikacija se može otvoriti sa bilo kojim internet browser-om
pokrenutim na nekom od podržanih platformi (windows, linux, android, iOS) (Slika 3.25).
Slika 3.25 Kompatibilnost Web aplikacije
Aplikaciji mogu da pristupe samo ovlašćena lica i to unošenjem odgovarajuće pristupne
Korisničko upustvo
55
lozinke kao što je to i prikazano na Slici 3.26.
Slika 3.26 Pristup Web aplikaciji
Na slici 3.27 se vidi prikaz KML fajla preko Web aplikacije.
Slika 3.27 Prikaz kritičnih zona u Web aplikaciji
Ova web aplikakacija, rađena u PHP-u, u stvari predstavlja pozivanje Google Maps
Korisničko upustvo
56
aplikacije za prikaz okačenog KML fajla.
Na serveru se nalaze uskladišteni svi objavljeni KML fajlovi i njima se može naknadno
pristupati. Na početnoj stranici se prikazuje onaj fajl čije ime se nalazi navedeno u
„map_name.xml“ koji je okačen na serveru. Ime KML fajla je dinamičko i generiše se u
aplikaciji za modelovanje na osnovu datuma i vremena i upisuje se u „map_name.xml“.
3.8 GEPSUS ograničenja
Pouzdanost GEPSUS sistema, kao i bilo kog drugo sistema, uveliko zavisi od preciznosti
unešenih podataka. Stoga je potrebno obezbijediti što tačnije podatke. Takođe, za procjenu
disperzije hazardnih gasova se koriste informacije o vremenu. Ako dođe do neke znatne
promjene u atmosferskim uslovima (npr. brzina vjetra), potrebno je modelovati nove zone
opasnosti sa novim podacima jer ranije više nisu tačne.
I ukoliko postoje precizni podaci, neki GEPSUS rezultati mogu biti nepouzdani pod
određenim uslovima i postoje neki aspekti koje GEPSUS sistem ne uzima pri proračunu.
USLOVI KOJI MOGU PRUŽIT I NEPOUZDANE REZULTATE
GEPSUS rezultati mogu biti nepouzdani ako postoje sljedeći uslovi:
Veoma mala brzina vjetra.
Veoma stabilni atmosferski uslovi.
Promjene vjetra i uticaj terena.
Grupisanje koncentracije i promjena jačine izvora.
Veoma mala brzina vjetra
GEPSUS zone opasnosti su precizne ukoliko se smjer i brzina vjetra mnogo ne mijenjaju
Korisničko upustvo
57
od unešenih vrijednosti. Uopšte gledano, smjer vjetra je veoma teško predvidjeti u uslovima
veoma male brzine. Kako bi se ublažio dati problem, GEPSUS sistem isctrava nesugurnu zonu
koja je udaljenija 15% od najudaljenije tačke na kojoj se osjeća uticaj hazardnog izvora. Takođe
obuhvata i ugroženu oblast koju bi zone opasnosti zahvatili ukoliko bi se smjer vjetra promijenije
za 45° u jednom ili drugom pravcu.
Veoma stabilni atmosferski uslovi
Pod veoma stabilnim atmosferskim uslovima (koji se najčešće dešavaju kasno noću ili
veoma rano ujutro), obično postoji veoma malo vjetra i skoro nimalo miješanja ispuštenog gasa
sa okolnim vazduhom. Koncentracija gasa može ostati visoka daleko od izvora. Pošto miješanje
može biti veoma sporo, velike koncentracije gasa se mogu nagomilati u dolinama i udubljenjima
u zemlji i ostati visoke duži vremenski period. Ovakve scenarije, GEPSUS sistem nije u
mogućnosti pouzdano da modeluje.
Promjena vjetra i uticaj terena
GEPSUS sistem dozoljava unos samo jedne vrijednosti brzine i smjera vjetra. Potom
pretpostavlja da ove vrijednosti ostaju konstantne u cijeloj posmatranoj oblasti. U stvarnosti,
vjetar obično mijenja brzinu i smjer kako se kreće niz padine, između brda, niz dolinu, skreće ili
prelazi preko prepreka. U urbanim sredinama, vjetar se kreće oko velikih zgrada, formirajući
vrtloge i mijenja smjer i brzinu čime značajno i mijenja oblik oblaka hazarda i njegovo kretanje.
GEPSUS sistem ignoriše ove efekte promjene vjetra i proračunava zone opasnosti koji uzimaju u
obzir tip terena i izbora urbane ili ruralne sredine. Ovo treba imati u vidu prilikom analiziranja
dobijenih zona opasnosti.
(a) (b)
Slika 3.28 Prikaz terena (a) kretanja vjetra pored brda (b) urbano
naseljeno područje, uticaj zgrada
Korisničko upustvo
58
Grupisanje koncentracije i promjena jačine izvora
Ni jedan sistem nije u mogućnosti da predvidi tačnu koncentraciju gasa u svakoj tački
posmatrane oblasti jer su realni rezultati prilično nasumični. Umjesto toga, GEPSUS sistem
prikazuje prosječnu vrijednost koncentracije u trenutrku kada se ustabili širenje gasa. Dalje se
pretpostavlja da je koncentracije gasa najveća na samom izvoru i da ona postepeno i lagano
opada krećući se niz vjetar. Međutim, posebno blizu izvora, vrtlozi vjetra nose oblak gasa
nepredvidljivo pa tako koncentracija na jednom mjestu može biti prilično visoka a niska na
drugom. Kako se obalak gasa kreće niz vjetar, ovi vrtlozi se smjenjuji i šire oblak, čime se
koncentracija ujednačava i približava dobijenim rezultatima.
Efekti koji nisu modelirani
GEPSUS u svojim proračinima ne uključuje sljedeće efekte:
Nusprodukte iz požara, eksplozija, kao ni hemijske reakcije.
Hemijsko miješanje
GEPSUS sistem ne uzima u proračun nusproizvode sagorijevanja ili hemijske reakcije.
Pretpostavlja se da disperzija oblaka hazarnog gasa ne reaguje sa gasovima iz vazduha kao što su
kiseonik ili vodena para. Međutim, mnogi gasovi reaguju sa vazduhom, vodom, drugim
hemikalijama ili čak sa njima samim. Zbog hemijskih reakcija, ispušteni gas, niz vjetar, na nekoj
udaljenosti od izvora, može biti sasvim drugih karakteristika. To može uticati da procijenjene
koncentracije mogu biti veoma neprecizne.
GEPSUS sitem je dizajniran da modeluje čiste hemikalalije, a ne hemijske rastvore.
Veoma je teško za bilo koji model da tačno procijeni ponašanje rastvora ili mješavine hemikalija
jer je teško predvidjeti hemijske uslove u kojima dolazi do reakcije.
Korisničko upustvo
59
3.9 GEPSUS odgovori
Modelovanje, simulacija i vizualizacija softvera, servera i desktop verzija (MATLAB,
C++).
Slika 3.29 Simulacija scenarija: 3D raspodjela koncetracije,
down-wind profil i zone opasnosti
Modelovanje, simulacija i vizualizacija softvera na PDA (personal digital assistant)
uređaj.
Korisničko upustvo
60
Slika 3.30 Izgled modelavanja, simulacije i vizualizacije na PDA
uređaj
Modelovanje, simulacija i vizualizacija softvera, dinamička verzija za urbane sredine.
Slika 3.31 Dinamičko širenje gasnih polutanata
Brzina donošenja odluka i načela, i izbora siguronosnog puta.
Korisničko upustvo
61
(a) (b)
Slika 3.32 Vizualizacija (a) prikaz sigurnih trasa u slučaju KAP
nezgoda (b) pogođeni kritični objekti
GEPSUS modulator obuke
Slika 3.33 Izrađeni GEPSUS trening emulator, simulira situacije
u cilju vježbe
Korisničko upustvo
62
GEPSUS simulator kompleksnog terena urbanog područja
(a)
(b)
Slika 3.34 (a) Izbor terena urbanog područja i njegov 3D prikaz (b)
Prikaz zagađenja u slučaju ravnog ili kompleksnog terena i prikaz
LOC zona opasnosti
Korisničko upustvo
63
U okviru GEPSUS sistema je moguće postići:
Ocjenu atropogenih rizika
Analiza rizika i upravljanje, razvoj metodologije i metoda
Analiza uzročno posledičnih odnosa i rješavanje problema bezbijednosti, zaštita zdravlja
ljudi i materijalnih dobara
Inovacione aktivnosti i timski rad u upravljanju vanrednim situacijama
Izrada i ažuriranje operativnih i taktičkih planova za zaštitu i spašavanje
Izrada izvještaja i stanje bezbijednosti
Obučavanje i razvoj vještina za intervencije u vanrednim situacijama
Permanentno obrazovanje i razvoj sistema znanja u obalastima izazvanom nekom
ekscesnom situacijom
Korisničko upustvo
64
4. Primjeri
MODELOVANJE DISPERZIJE GASOVA ISPUŠTENIH IZ INDUSTRIJSKIH
IZVORA
Ono što je potrebno uraditi jeste prvo startovati samu aplikaciju. Izvršiti izbor opcije
“Point” zagađenja, i početi sa unosom potrebnih parametara. Parametri karakteristični za
koncetraciju gasnih zagađenja iz industrijskih izvora: visina dimljaka (m), prečnik dimljaka (m),
brzina emisije (g/s), kao i brzina (m/s) i temperatura (K) polutanta prilikom izlaska iz dimljaka.
Potebno je unijeti vremenske parametre: brzina vjetra (m/s), ugao vjetra, spoljašnja temeratura
(K) i izvršiti izbor klase stabilnosti. Imamo izbor tipa terena, da li je jednostavan ili kompleksan i
da li je u pitanju ruralno ili urbano područje. Takođe, potrebno je unijeti LOC, kritični nivoi
opasnosti kao što se traži u samoj aplikaciji, i izabrati lokaciju na kojoj se desio potecijalni
hazard. Nakon unosa svih potrebnih parametara koji su potrebni za disperziju gasova iz
industrijskih izvora, potrebno je kliknuti na dugme “Calculate” gdje počinjemo sa potrebnim
izračunavanjem. Po završetku izračunavanja, to možemo vizuelno i da prikažemo na Google
Earth, klikom na dugme “Open KML”. Tu imamo prikaz date lokacije na kojoj se desio
potecijalni hazar, sa prikazanim nivoima opasnostima za civilno stavnovništvo i potecijalno
ugroženi objekti.
Scenario: Ispuštanje sumpor dioksida iz termoelektrane
Oksidi sumpora, naročito sumpor dioksid (SO2), nastaju kao rezultat vulkanskih erupcija i
raznih industrijskih procesa. Sa obzirom da ugalj i nafta sadrže komponentu sumpora, u procesu
njihovog sagorijevanja za zagrijavanje domaćinstava, proizvodnju električne energije i u
motornim vozilima, nastaje sumpor dioksid. Daljom oksidacijom SO2, u prisustvu katalizatora
kao to je NO2 nastaje sumporna kiselina H2SO4. Sumporna kiselina uzrokuje kisele kiše koja
uništava biljke, metalne konstrukcije i građevine. SO2 je toksičan, bezbojni gas oporog i
Korisničko upustvo
65
iritirajućeg mirisa. Teži je od vazduha. Sumpor dioksid utiče na respiratorni sistem i funkcije
pluća i može izazvati iritaciju očiju. Zapaljenje respiratornog trakta izaziva kašalj, sekreciju
sluzi, pogoršavanje astme i hroničnog bronhitisa i čini ljude podložnim raznim infekcijama
respiratornog sistema. Molekularna masa SO2 je 64.06 g/mol. Kritični nivoi koncntracije sumpor
dioksida, na osnovu tabele 14, su 0.2, 0.75 i 30 ppm ili 0.524, 1.965 i 78.601 mg/m3.
U ovom scenariju, u Termoelektrani Pljevlja, je zbog nedostataka filtera došlo do
ispuštanja štetnih gasova u vazduh. Jedan od tih gasova je i SO2. Iz dimnjaka, visine 250 m i 7.5
m u prečniku, se ispušta gas brzinom 6.3 m/s temperature 140 ˚C. Brzina emisije je 918 g/s.
Temperatura vazduha je 14 ˚C. Vjetar duva brinom od 3 m/s iz pravca jugozapada (220˚).
Atmosferska stabilnost je klase B. Sve navedene vrijednosti je potrebno unijeti u aplikaziji i
započeti izračunavanje.
MODELOVANJE DISPERZIJE GASOVA ISPUŠTENIH CISTIJERNI
Izvršiti izbor opcije “Tank” zagađenja, i početi sa unosom potrebnih parametara. Parametri
karakteristični za koncetraciju gasnih zagađenja iz transportnih ili skladišnih cistijerni: prečnik
otvora (m), visina na kojoj se nalazi otvor (m), koeficijent ispuštanja (bezdimenziona veličina),
gustina polutanta (kg/m3), pritisak u cistijerni (Pa), atmosferski pritisak (Pa), odnos toplotnih
kapaciteta (bezdimenziona veličina), temperatura gasa (K) i brzina polutanta na izlazu. Potebno
je unijeti vremenske parametre: brzina vjetra (m/s), ugao vjetra, spoljašnja temeratura (K) i
izvršiti izbor klase stabilnosti. Imamo izbor tipa terena, da li je jednostavan ili kompleksan i da li
je u pitanju ruralno ili urbano područje. Takođe, potrebno je unijeti LOC, kritični nivoi opasnosti
kao što se traži u samoj aplikaciji, i izabrati lokaciju na kojoj se desio potecijalni hazard. Nakon
unosa svih potrebnih parametara koji su potrebni za disperziju gasova iz transportnih ili
skladištenih cistijerni, potrebno je kliknuti na dugme “Calculate” gdje počinjemo sa potrebnim
izračunavanjem. Po završetku izračunavanja, to možemo vizuelno i da prikažemo na Google
Earth, klikom na dugme “Open KML”. Tu imamo prikaz date lokacije na kojoj se desio
potecijalni hazar, sa prikazanim nivoima opasnostima za civilno stavnovništvo i potecijalno
ugroženi objekti.
Korisničko upustvo
66
Scenario: Ispuštanje hlora
Upotreba hlor (Cl2) je veoma velika. Koristi za proizvodnju širokog spektra kako
industrijskih, tako i proizvoda široke potrošnje. Koristi se za izradu plastike, preparata za
čišćenje, metalne odmašćivače, tekstila, agrohemikalija, ljekova, insekticida, za hlorifikaciju
vode i slično. Stoga, sa aspekta rasprostranjenosti, postoji velika vjerovatnoća da dođe do nekog
ekscesa koji bi bio izazvan izpuštanjem hlora. Senzori mogu izmjeriti koncentraciju hlora čak od
0.2 čestice od milion (ppm). Koncentracija od 3 ppm se može namirisati. Kašalj i povraćanje
može izazvati koncentracija od 30 ppm a 60 ppm oštećenje pluća. Oko 1000 ppm može biti
fatalna koncentracija ako se samo nekoliko puta udahne ovaj gas. Molarna masa hlora je 70.9
g/m3. Iz tabele 11 pragovi kritičnih koncentracija su: 0.5, 2, 20 ppm ili 1.45, 5.8 i 58 mg/m3.
Teretni voz je usljed kvara na smjernicama iskocio iz šina i prevrnuo se. Jedan od vagona
sadrži hlor pod pritiskom. Vagon je oštećen i iz rupe od 3 cm i na visini od 0.5 m curi gas. Hlor
je skladišten pod pritiskom od 2 bara (200 000 Pa) na atmosferskoj temperaturi. Temperatura
vazduha je 17 °C. Gustina gasa iznosi 5,8 kg/m3. Vetar duva brzinom 2.5 m/s iz pravca
jugozapad. Dan je sunčan. Na osnovu datih parametara, zaključuje se da je u pitanju B klasa
stabilnosti. Sve navedene vrijednosti je potrebno unijeti u aplikaziji i započeti izračunavanje.
MODELOVANJE DISPERZIJA GASNIH ZAGAĐIVAĆA IZ GASOVODA
Izvršiti izbor opcije “Pipeline” zagađenja, i početi sa unosom potrebnih parametara.
Parametri karakteristični za koncetraciju gasnih zagađenja iz gasovoda: prečnik otvora (m),
visina na kojoj se nalazi otvor (m), koeficijent ispuštanja, univerzalana gasna konstanta (zavisi
od vrste gasa), odnos toplotnih kapaciteta, faktor kompresije, pritisak gasa u cijevima (Pa),
atmosferski pritisak (Pa), molarna masa gasa (g/mol), brzina gasa na izlazu (m/s) i temperatur
gasa na izlazu (K). Potebno je unijeti vremenske parametre: brzina vjetra (m/s), ugao vjetra,
spoljašnja temeratura (K) i izvršiti izbor klase stabilnosti. Imamo izbor tipa terena, da li je
jednostavan ili kompleksan i da li je u pitanju ruralno ili urbano područje. Takođe, potrebno je
unijeti LOC, kritični nivoi opasnosti kao što se traži u samoj aplikaciji, i izabrati lokaciju na
Korisničko upustvo
67
kojoj se desio potecijalni hazard. Nakon unosa svih potrebnih parametara koji su potrebni za
disperziju gasova iz gasovoda, potrebno je kliknuti na dugme “Calculate” gdje počinjemo sa
potrebnim izračunavanjem. Po završetku izračunavanja, to možemo vizuelno i da prikažemo na
Google Earth, klikom na dugme “Open KML”. Tu imamo prikaz date lokacije na kojoj se desio
potecijalni hazar, sa prikazanim nivoima opasnostima za civilno stavnovništvo i potecijalno
ugroženi objekti.
Scenario: Ispuštanje azot dioksida
NO2 predstavlja jedan od najistaknutijih vazdušnih zagađivača. U malim količinama može
da iritira pluća i da smanji njihovu otpornost na respiratorne infekcije. Kontinualno i učestalo
izlaganje koncentracijama koje su znatno veće od onih u prirodi može da prouzrokuje povećanu
učestalost respiratornih oboljenja kod djece. Molarna masa NO2 iznosi 46 g/mol. Kritični pragovi
ovog jedinjenja su 0.5, 12 i 20 ppm ili 0.9, 22.5 i 37.6 mg/m3.
Na benzinskoj pumpi u gradu se zapalilo skladište nafte što je uzrokovalo ispuštanja
povećane količine azot dioksida. Izmjerenea količina NO2 u neposrednoj blizini pumpe iznosi 15
kg/m3. Smatra se da je visina izvora 1m i otvor mu je prečnika 0.5 m. Brzina izlaznog gasa je 3
m/s i temperature 673 K. Spoljašnja temperatura je 20˚C, vjetar duva iz pravca istoka brzinom
4.5 m/s i oblačno je. Na osnovu vremenskih prilika je procijenjeno da je u pitanju atmosferska
klasa stabilnosti D.
PRIMJERI SCENARIJUMA U PRAKSI
Scenario 1: Ispuštanje Sarina
Sarin C4H10FO2P predstavlja veoma isparljivu tečnost bez boje i mirisa. Klasifikuje se u
hemijsko oružje zbog svoga velikog uticaja na nervni sistem. Kritični nivoi za sarin za sat
izlaganja su: 0.0028, 0.035 i 0.13 mg/m3. Molarna masa sarina je 140.09 g/mol. Sarin može biti
smrtonosan i pri veoma malim koncentracijama. Smrt naspupa svega nekoliko minuta nakon
apsorgovanja kritične doze. Sarin je čak 26 puta smrtonosniji od cijanida. Sarin se u tijelo može
unijeti inhalacijom, gutanjem, preko kože ili očiju.
Korisničko upustvo
68
Za vježbu teba simulirati sledeći scenario ispuštanja sarina. Na željezničkoj stanici
Podgorica prilikom teroristučkog napada je ispuštan nervni gas sarin. Procijenjeno je da je jačina
izvora 100 g/s. Vjetar duva brzinom od 5 m/s iz pravca juga (180˚). Simulirati scenario na onovu
datih podataka. Diskutovati promjenu zona opasnosti sa promjenom:
protoka,
brzine vjetra,
visine izvora,
klase stabilnosti.
Scenario 2: Ispuštanje Benzena
Benzen C6H6 je bezbojna do blago žuta tečnost na sobnoj temperaturi. Veoma je zapaljiv i
brzo isparava. Sagorijevajući se dobijaju iritantni, nagrizajući i toksični gasovi. Koristi se za
dobijanje hemikalija za dobijanje industrijskih proizvoda kao što su detrdženti, pesticidi,
plastika, eksplozivi i slično. Depresija centralnog nervnog sistema (CNS) se može javiti odmah
nakon udisanje isparenja benzena. Gastrovaskularna iritacija i CNS depresija može nastupiti
između 30 i 60 minuta nakon gutanja benzena. Gubitak svesti uglavnom nestaje kada je pacijent /
žrtva uklonjena od izvora izlaganja , ali se može i kasnije. Pacijenti / žrtve koje su benzen unese
u organizam mora da se gleda u trajanju od najmanje 72 sata da se isključi mogućnost pojave
zapaljenje pluća usled udisanja hemikalija. Potpuni oporavak od izloženosti benzena može da
traje od 1 - 4 nedjelje. Udisanje benzenovih isparavanja može izazvati vrtoglavicu, ubrzan rad
srca, glavobolju, mučninu, otežano disanje, komu pa čak i smrt. Kritični nivoi za 1 sat izloženosti
benzenu su: 52, 800 i 4000 ppm. Na osnovu priložene jednačine, izraziti nivoe u μg/m3 pri čemu je
molarna masa benzena 78.11 g/mol.
Na pružnom prelazu na Vukovačkom mostu (opština Golubovci) desio se sudar voza i
kamiona. Kamion je prevozio tečni benzen. Iz rupe prečnika 6 cm na cistijerni kamiona došlo je do
curenja tečnosti. Rupa se nalazi 1m u odnosu na dno cistijerne. Spoljašnja temperatura je 34°C i
vedro je. Vjetar duva iz pravca istoka (90°) brzinom 6 m/s. Odrediti zone toksične opasnosti za date
kritične nivoe. Promijeniti prečnik otvora i/ili visinu otvora i diskutovati promjene.
Korisničko upustvo
69
Scenario 3: Skladište Luke Bar
Luka Bar se nalazi na južnom dijelu jadranskog mora. Ona predstavlja izuzetno mjesto
susreta pomorskog i kopnenog saobraćaja. Povoljnim geografskim položajem, zajedno sa
prugom Beograd-Bar i drumskim saobraćajem predstavlja kompatibilni saobraćajni sistem, što
pruža mogućnost racionalnog povezivanja luke i gravitacionog područja. Zbog svog povoljnog
položaja, Luka je pravo mjesto za formiranje distributivnog centra za cijeli region. U Luci Bar
skladište se sljedeće opasne materije:
23 rezervoara za naftne derivate, kapaciteta 128 000 m3,
Rezervoar za natrijum hidroksid kapaciteta 5000 t,
Rezervoar za kaustičnu sodu kapaciteta 5000 m3,
Rezervoar baznog ulja kapaciteta 1400 m3,
Silosa za žitarice, 30 000 t,
6 rezervoara za cement 3000 t,
Rezervoara za koncentrovanu sirćetnu kiselinu, 2500 m3,
Rezervoar za glinicu, 6000 m3.
Slika 4.1 Izgled postroenja Luke Bar
Studija slučaja:
Došlo je do eksplozije rezervara sa naftnim derivatima. Moguće je da dođe do zagađenja
vazduha većim koncetracijama zagađujućih supstanci (ugljen dioksid, ugljen monoksid,
sumpordioksid, azotovi oksidi, čađ..).
Zagađenje vazduha toksičnim materijama koje se izbacuju u atmosferu kao posljedica
eksplozije rezervoara natrijum hidroksida, sirćetne kisjeline, cementa.
Skladištenjem ovih materija može doći do katastrofalnih posljedica po stanovništvo, biljni i
životinski svijet. Eksplozijom i zapaljenjem samo jednog od tankova, učinila bi atmosferu u Baru
Korisničko upustvo
70
i okolini toksičnom za ljude, biljni i životinjski svijet. Izlivanjem nafte, baznog ulja, kaustične
sode, sirćetne kiseline imalo bi katastrofalne posljedice po vodeni ekosistem. Posebno teške
posljedice po živi svijet i vodeni ekosistem imaju nafta i mazut, koji se u vodenom ekosistemu
mogu zadržati i po nekoliko godina uz teška zagađenja plaža i njihovo stavljanje van funkcija.
Korisničko upustvo
71
5. Pitanja
Šta su suspendovane čestice u vazduhu?
Zagađenje vazduha suspendovanim česticama (particulate matter – PM) sastoji se od
veoma malih čestica u tečnom ili čvrstom agregatnom stanju. Među njima su posebno značajne
one koje se mogu dospeti do najdubljih djelova pluća. Ove čestice imaju prečnik manji od 10 μm
ili opisno rječeno, prečnik im je manji od 1/7 debljine ljudske dlake. Obično se ove čestice
svrstavaju u tri kategorije:
one manje od 10 μm i označavaju se kao PM10, a nazivaju se grube suspendovane
čestice, i
one manje od 2,5 μm i označavaju se kao PM2,5, a nazivaju se kao fine suspendovane
čestice, i
one manje od 0,1 μm i označavaju se kao PM0,1, a nazivaju se kao ultrafine
suspendovane čestice.
Pojam bezbjednost?
Bezbjednost je jedna od osnovnih ljudskih potreba: garancija opstanka, napretka i
blagostanja, ekonomske sigurnosti i mogućnosti, humanosti i poretka, slobodnog života bez
straha ili teškoća, dobro na koje svi imaju pravo.
Pojam ugrožavanja bezbjednosti?
Ugrožavanje bezbjednosti je suprotnost bezbjednosti. Riječ je o svim pojavama i
procesima koje su destruktivne po referentne vrijednosti i interese jer onemogućavaju ili
otežavaju njihovo dostizanje, postojanje, uživanje i razvoj. Ugrožavanje bezbjednosti se u raznim
naukama i sferama prirodne i društvene stvarnosti različito tumači i određuje. Ugrožavanje
bezbjednosti, ljudi, materijalnih dobara i životne sredine svrstava se u:
prirodne (elementarne) opasnosti i nesreće, koje se dijele na litosferske-seizmološke
Korisničko upustvo
72
(zemljotresi), amosferske (vjetar, grad), hidrosferske (poplave,lavine) i biosferske (suše);
tehničko-tehnološke opasnosti koje se manifestuju kao pojave praćene jonizujućim
zračenjem, hemijske kontaminacije i udesi u hemijskoj industriji, požari, saobraćajne
nezgode i nesreće na radu;
ratne opasnosti i nesreće koje se manifestuju kao oružana dejstva sa kopna, vazduha i
mora, odnosno prirodne i tehničko-tehnološke nesreće izazvane ratnim dejstvima.
Šta su to mjere zaštite i spašavanja?
Mjere zaštite i spasavanja predstavljaju organizovane radnje i postupke koje pripremaju i
sprovode državni organi i organizacije, organi lokalne samouprave privredna društva, druga
pravna lica i preduzetnici i operativne jedinice, u cilju sprečavanja nastajanja hemijskog udesa i
sprovođenja adekvatnih aktivnosti za vrijeme, kao i nakon udesa.
Pojam i karakteristike udesa?
Postoji mnogo različitih definicija pojma udes i akcident i u zavisnosti od pristupa, pravnih
sinonima i definicija koje su usvojile određene međunarodne organizacije, može se zaključiti da
se udes ili akcident definiše kao: nekontrolisani događaj nastao prilikom procesa proizvodnje,
transporta ili skladištenja, u kojem je došlo do oslobađanja određenih količina hemijskih opasnih
materija u vazduh, vodu ili zemljište, i to na različitom teritorijalnom nivou, što za posledicu
može imati ugrožavanje života i zdravlja ljudi, materijalna dobra i posledice po životnu sredinu.
Analiza i procena rizika?
Metod analize i procene rizika ima za cilj da identifikuje i kvantifikuje područja gde
potencijalno može doći do nastanka hemijskog udesa. To je istraživački proces koji mora biti
stručno i naučno zasnovan sa multidisciplinarnim pristupom. Dobro urađena procena rizika je
preduslov za adekvatno planiranje prevencije, pripreme, reagovanja na udes i sanacije posledica.
Ujedno, ova procena pruža dovoljno relevantnih podataka za proces upravljanja rizikom jednim
industrijskim postrojenjem i njegovem okruženjem.
Korisničko upustvo
73
6. Osnovni pojmovi
Akcident je bilo koji neplanirani događaj, uključujući greške operatera izvora, greške u
rukovanju ili održavanju opreme, posljedice ili moguće posljedice koje su važne sa aspekta
zaštite ili bezbjednosti.
Antropogeni fаktor. To je nаučni termin koji opisuje svа stаnjа u prirodi (nаjčešće
negаtivnа), preinаčenа pod ljudskim djelovаnjem i lošim uprаvljаnjem. Iаko lijepo zvuči, ovа
frаzа je sve češće u upotrebi deskripcije čovjekovog nemаrа kа životnoj sredini.
Atmosferska stabilnost opisuje vertikalno miješanje polutanata u atmosferi. Ona
predstavlja atmosfersku tendenciju da ublaži ili pospiješi vertikalno kretanje.
Disperzija je pojam koji se koristi za opisivanje kretanja i širenje hazarda. Oblak gasa se,
generalno gledano, pruža niz vjetar i širi u horizontalnom ili vertikalnom pravcnu normalnom na
pravac kretanja vjetra tj u bočnim pravcima.
Emisija je neposredno ili posredno ispuštanje zagađujućih materija u vazduh iz
stacionarnih izvora.
Hazard se definiše kao radnja koja ima potencijal da izazove štetu na ljudsko zdravlje ili
životnu sredinu.
Kritični nivo je koncentracija zagađujućih materija u vazduhu, čijim prekoračenjem, u
skladu sa naučnim saznanjima, mogu nastupiti direktni štetni uticaji na receptore kao što su živa
bića, ekosistemi i materijali. Regulisani su određenim uredbama ili direktivama.
Korisničko upustvo
74
Ljudski faktor se može definisati kao uticaj na ljudsko ponašanje koje može da poveća
ili da smanji vjerovatnoću ljudske greške u izvšenju nekog zadatka.
Rizik prestavlja vjerovatnoću štete, odnosno vjerovatnoću da se određeni efekat
pojavljuje u određenom vremenu pod definisanim uslovima. Rizik se može matematički opisati
kao:
Rizik = Učestanost događaja x Efekti događaja
Vanredna situacija se podrazumijeva stanje stvoreno dejstvom izvanrednih okolnosti,
iznenada prouzrokovanih prirodnim ili ljudskim faktorom, čime je stvorena neposredna
opasnost po život i zdravlje ljudi, imovinu građana, ili je značajno ugrožena životna sredina ili
kulturno-istorijsko nasljeđe na određenom području, koju pogođena društvena zajednica nije u
stanju da otkloni sopstvenim snagama i sredstvima, već je za njihovo saniranje potrebna pomoć
cijele zemlje, a ponekad i međunarodne zajednice.
Zagađivanje je neposredno ili posredno ispuštanje materija, vibracija, toplote ili buke u
vazduh, koje može biti štetno po ljudsko zdravlje ili životnu sredinu.
Zagađujuća materija ili polutant je svaka materija prisutna u vazduhu koja može
nepovoljno uticati na ljudsko zdravlje i/ili životnu sredinu.
Zone opasnosti su oblasti u kojima je posmatrana hazarna materija prekoračila neki od
definisanih kritičnih nivoa.