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.