Использование геоинформационного обеспечения для решения задач прогнозирования и моделирования

На сегодняшний день сформирован мощные силы РСЧС в составе более 1,4 миллиона человек и 200 тысяч единиц техники, которая эффективно выполняет прогрмму по защите от стихийных бедствий и катастроф.Пожаро- и взрывоопасные объекты – объекты, на которых происходит хранение или транспортировка взрывоопасных веществ или веществ, которые могут при изменении условий становиться взрыво- или пожароопасными.Это любые предприятия, связанные с хранением или переработкой топлива, газо- и нефте-переработывающие и транспортировочные сооружения. Существует ряд мер, принимаемых для защиты таких предприятий, строгие нормативы по строительству и эксплуатации взрывоопасных сооружений, однако, в нашей стране они применяются не повсеместно. Взрыв – это процесс резкого высвобождения энергии в ограниченном объеме. Взрывы бывают наземные, подземные и воздушные. Наибольшее поражение в результате взрыва происходит в результате ударной волны и светового излучения.Выделяются 3 зоны действия взрыва.1я зона – зона детонационной волны. Характеризуется сильным дробящим эффектом, вызывающим разрушение конструкций.2я зона – зона действия продуктов взрыва. Происходит полной разрушение инженерных сооружений под воздействием расширяющихся продуктов взрыва.3я зона – зона действия воздушной ударной волны. Сильные, слабые и средние разрушения. На границе – звуковая зона, слышимая на больших расстояниях.Наибольшему воздействию подвержены слабые инженерные сооружения, возвышающиеся над поверхностью земли.Глава 3. Моделирование и прогнозирование чрезвычайных ситуаций в ГИС Панорама3.1. Моделирование возникновения ЧС на радиационно опасном объектеМатричная модель местности содержит значения мощности дозы излучения (МДИ), которые рассчитываются с учетом рельефа и прошедшего с момента аварии времени. Точность прогнозирования зон РЗМ в результате аварии на АЭС может быть повышена за счет совместного моделирования местности и радиационной обстановки.В основе данного моделирования лежит получение матричной модели местности, содержащей значения мощности дозы излучения (МДИ) с учетом рельефа и времени, прошедшего с момента аварии. Точность прогнозирования зон РЗМ в результате аварии на АЭС может быть повышена за счет совместного моделирования местности и радиационной обстановки. Рисунок 1 - Форма ввода данных – СЧ на РООНа форме ввода данных необходимо ввести следующие параметры:- Тип реактора – выбрать тип реактора из выпадающего списка- Выбрать один из способов расчета мощности выброса:- Использовать мощность выброса – ввести значение известной заранее мощностьвыброса в МВт;- Рассчитать мощность выброса – указать дополнительные параметры дляавтоматического расчета мощности выброса:Мощность реактора – электрическая – ввести значение мощности реактора в МВт;Количество аварийных реакторов – ввести значение количества аварийныхреакторов;Доля выброшенных РВ – ввести процент выброшенных РВ;- Координаты АЭС – указать на карте координаты АЭС;- Скорость ветра – ввести значение скорости ветра в м/с;- Направление ветра – ввести направление ветра в градусах, либо выбрать направление спомощью указателя ;- Категория устойчивости воздуха – выбрать категорию устойчивости воздуха извыпадающего списка;- Время с момента аварии – ввести время с момента аварии в часах;- Учитывать рельеф местности – указать, учитывать ли рельеф местности при расчетах;- Размер стороны элемента матрицы – ввести значение размера стороны элементаматрицы в метрах.Рисунок 2 - Отображение на карте результатов моделирования ЧС на РОО3.2. Моделирование возникновения ЧС на химически опасном объекте (ХОО)Алгоритм реализован на основе Методики прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте, РД.52.04.253-90 (утв. Председателем госкомитета СССР от 13.03.90 г. и НГО СССР от 14.03.90 г.).Вычисления выполняются по двум отдельным сценариям:- аварийный выброс СДЯВ (расчет по одному веществу);- разрушение ХОО.На основе Приложения 3 Методики РД.52.04.253-90 была сформирована таблица, учитывающая способ хранения СДЯВ. Оператор, указывая СДЯВ из этой таблицы, уже не должен указывать способ его хранения. В эту таблицу также внесены значения вспомогательных коэффициентов, зависящих от способа хранения СДЯВ, в Приложении 3 Методики РД.52.04.253-90 не указанные, но упомянутые в контексте Методики (например, К1 = 1 и К7 = 1 для сжатых газов).Выходными данными являются Глубина и Площадь зоны заражения, карта с нанесенным объектом «зона заражения», а также пространственная матрица с расчетным временем подхода зараженного облака в каждой ячейке.Рисунок 3 - Форма ввода данных - ЧС на ХОО (режим «Аварийный выброс СДЯВ»)На форме ввода данных необходимо ввести следующие параметры:- Температура воздуха – ввести значение температуры воздуха, в градусах Цельсия;- Скорость ветра – ввести значение скорости ветра, в м/с;- Направление ветра – ввести направление ветра в градусах, либо выбрать направление с помощью указателя;- Степень вертикальной устойчивости воздуха – выбрать один из способов расчета вертикальной устойчивости воздуха:- Известна – выбрать категорию устойчивости воздуха из выпадающего списка;Взять по прогнозу погоды – указать дополнительные параметры для расчётавертикальной устойчивости воздуха:Время суток – выбрать время суток из выпадающего списка;Облачность – выбрать уровень облачности из выпадающего списка;Снежный покров – указать факт наличия снежного покрова;- Аварийное химически опасное вещество – выбрать АХОВ из выпадающего списка веществ;- Расчет выброса СДЯВ – выбрать из способов расчета количества выброшенного СДЯВ:- Количество СДЯВ, выброшенного при аварии, известно – ввести известное заранее значение количества СДЯВ в тоннах;- Авария на хранилище сжиженного газа, объем хранилища – ввести значение объема хранилища в куб.м.;- Авария на газопроводе – указать дополнительные параметры для расчета количества СДЯВ при аварии на газопроводе:Содержание СДЯВ в природном газе – ввести значение процентного содержания СДЯВ в природном газе; - Объем секции газопровода между автоматическими отсекателями – ввестизначение объема секции газопровода между автоматическими отсекателями, в куб.м.;- Тип разлива – выбрать один из типов разлива из выпадающего списка:- Свободно на подстилающую поверхность;- Разлив из ёмкости, имеющей самостоятельный поддон (обвалование);Реальная площадь разлива в поддон – дополнительно указать реальную площадь разлива в поддон, кв.м.;- Разлив из ёмкостей, расположенных группой, имеющих общий поддон (обвалование)- Высота поддона (обваловки) – дополнительно указать значение высотыподдона/обваловки, м.;- Координаты аварии – указать на карте координаты аварии, нажав на кнопку «указать».- Широта – широта точки центра аварии, в градусах;- Долгота – долгота точки центра аварии, в градусах;- Время от начала аварии – указать время, прошедшее от начала аварии, в ч.;- Размер стороны элемента матрицы – ввести значение размера стороны элемента матрицы;- Отображать матричный слой – указать, отображать ли матричный слой при расчетах.После заполнения всех необходимых полей нажать кнопку «построить».Режим «Разрушение ХОО»Рисунок 4 - Форма ввода данных - ЧС на ХОО (режим «Разрушение ХОО»)На форме ввода данных необходимо ввести следующие параметры:- Температура воздуха – ввести значение температуры воздуха, в градусах Цельсия;- Скорость ветра – ввести значение скорости ветра, в м/с;- Направление ветра – ввести направление ветра в градусах, либо выбрать направление спомощью указателя;- Степень вертикальной устойчивости воздуха – выбрать один из способов расчетавертикальной устойчивости воздуха:- Известна – выбрать категорию устойчивости воздуха из выпадающего списка;- Взять по прогнозу погоды – указать дополнительные параметры для расчётавертикальной устойчивости воздуха:Время суток – выбрать время суток из выпадающего списка;Облачность – выбрать уровень облачности из выпадающего списка;Снежный покров – указать факт наличия снежного покрова;- Аварийное химически опасное вещество – выбрать АХОВ из выпадающего списка веществ;- Список веществ – заполнить таблицу веществ, выбирая вещества в выпадающем списке, справа от надписи «Вещество» и нажимая кнопку «добавить».- Координаты аварии – указать на карте координаты аварии.- Широта – широта точки центра аварии, в градусах;- Долгота – долгота точки центра аварии, в градусах;- Время от начала аварии – указать время, прошедшее от начала аварии, в ч.;- Размер стороны элемента матрицы – ввести значение размера стороны элемента матрицы;- Отображать матричный слой – указать, отображать ли матричный слой при расчетах.Рисунок 5 - Отображение на карте результатов моделирования ЧС на ХОО3.3. Моделирование возникновения ЧС на взрывоопасном объекте (ВОО)Взрывом называется процесс быстрого выделения энергии, вызванный внезапным изменением состояния вещества (например, в результате быстропротекающей химической реакции) или его параметров (при разрушении резервуаров со сжатым газом и т.п.).Основным поражающим фактором любого взрыва является ударная волна: большинство разрушений и повреждений зданий, сооружений и оборудования объектов, а также поражений людей обусловлено, как правило, воздействием ударной волны. Главным параметром ударной волны, определяющими ее поражающее действие, является избыточное давление (разница между максимальным давлением во фронте ударной волны и атмосферным давлением). В основе данной модели лежит алгоритм, целью которой является нахождение избыточного давления на фронте ударной волны и оценка причиненных им разрушений.Характер воздействия воздушно-ударной волны (ВУВ) на человека, здания и сооружения зависит от типа взрыва. Различают два основных типа - детонационный и дефлаграционный взрывы.Детонационный взрыв характерен прежде всего для ГПВС (газо- паровоздушных смесей) газообразных углеводородов в замкнутом или сильно «загроможденном» пространстве (промзастройка с высокой плотностью размещения технологического оборудования, лес, заросший кустарником и т.п.). При детонации процесс горения распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью, и после окончания детонации от границы облака взрыва также со сверхзвуковой скоростью начинает двигаться воздушная ударная волна и формируется очаг взрыва с характерными зонами разрушений.В облаках ГПВС, сформировавшихся в «открытом» или слабо «загроможденном» пространстве, наиболее вероятен режим дефлаграционного горения углеводородных газов без эффекта детонации. При дефлаграционных взрывах скорость распространения пламени повеществу меньше звуковой и может изменяться в широких пределах. Характер изменения избыточного давления при таком взрыве иной, чем при детонации: его нарастание происходит медленнее и максимальное давление меньше, но продолжительность действия больше. Такая нагрузка ближе к статической и может оказаться опаснее для строительных конструкций, чемболее интенсивная, но кратковременная нагрузка при детонационном взрыве.Область действия алгоритма распространяется на случаи взрыва газо - и паровоздушных смесей, образующихся при авариях на ПВОО.Рисунок 6 - Форма ввода данных - ЧС на ВООНа форме ввода данных необходимо ввести следующие параметры:- Параметры взрывчатого вещества – указать данные о взрывчатом веществе в полях ниже;- Взрывчатое вещество – выбрать взрывчатое вещество из выпадающего списка;- Масса вещества – ввести значение массы вещества в кг;- Характеристики окружающего пространства – указать дополнительные параметрыокружающего пространства:- Атмосферное давление – ввести значение атмосферного давления, в кПа;- Максимальная зона расчета – ввести значение радиуса максимальной зоны расчета,в метрах;- Размер стороны элемента матрицы – ввести значение размера стороны элементаматрицы, в метрах;- Координаты взрыва – указать на карте точку взрыва, нажав на кнопку «указать».Широта – широта точки взрыва, в градусах;Долгота – долгота точки взрыва, в градусах;- Степень загромождённости окружающего пространства – выбрать извыпадающего списка класс степени загроможденности окружающего пространства;После заполнения всех необходимых полей нажать кнопку «построить».Рисунок 7 - Отображение на карте результатов моделирования ЧС на ВОО3.4. Моделирование возникновения ЧС на гидротехническом сооружении (ГТС)В основе модели лежит алгоритм, предназначенный для прогнозирования и оценки чрезвычайных ситуаций на хранилищах жидких производственных отходов и пространственного моделирования зон растекания жидких производственных отходов в результате таких ЧС.Алгоритм основан на методике «РД 03-607-03. Методические рекомендации по расчету развития гидродинамических аварий на накопителях жидких промышленных отходов».При расчете зоны растекания жидких промышленных отходов используются данные о рельефе местности, поэтому без матрицы высот в составе исходных данных, выполнение расчетов невозможно.В методике приняты следующие допущения:- расчет производится для глубины слоя жидкости и неконсолидированных отходов не менее 25 см;- отходы в хранилище могут представлять собой однородный или неоднородный состав;- поперечное сечение прорана принимается прямоугольным и постоянным по всей длине прорана;- после образования прорана жидкость растекается по местности, имеющей естественный уклон;- гидравлический прыжок, возникающий на переходе потока с участка с уклоном дна больше критического на участок, где уклон меньше критического – не рассматривается;- точность расчетов получаемой на выходе матрицы зона затопления в значительной степени зависит от качества матрицы рельефа в исходных данных.Результатом выполнения расчетов модели аварии ЧС на ГТС является матрица расчетной зоны растекания жидких отходов.Расчет может выполняться в одном из двух режимов:- объем вытекших отходов известен и задается оператором;- объем вытекших отходов рассчитывается как результат оценки возможного образования прорана на хранилище отходов по задаваемому оператором множеству параметров, характеризующих хранилище.Рисунок 8 - Форма ввода данных - ЧС на ГТСНа форме ввода данных необходимо ввести следующие параметры:- Рассчитать вытекший объем отходов – выбрать, если надо произвести расчет объема автоматически:- Данные о хранилище – заполнить дополнительные поля для расчета:Максимальная глубина слоя жидкости и отходов – ввести значениемаксимальной глубины слоя жидкости и отходов, в метрах;Полный объем отходов в хранилище – ввести значение полного объема отходов в хранилище, в куб. метрах;Оставшийся объем отходов в хранилище – ввести значение оставшегося объема отходов в хранилище, в куб. метрах;Параметры зависимости объема от высоты – указать значения параметров Z и A зависимости объема от высоты;Заложение внутреннего откоса дамбы – ввести значение заложения внутреннего откоса дамбы (м/м);Заложение внешнего откоса дамбы – ввести значение заложения внешнегооткоса дамбы (м/м);Ширина гребня дамбы – ввести значение ширины гребня дамбы, в метрах;Длина внешнего откоса дамбы – ввести значение длины внешнего откоса дамбы, в метрах;- Общий объем отходов, вытекших при аварии – выбрать и ввести значение, если общий объем вытекших при аварии отходов известен заранее, в куб. метрах;- Данные о грунте – указать дополнительные данные о грунте в полях ниже:- Тип связанного грунта – выбрать тип грунта из выпадающего списка;- Средневзвешенный размер частиц грунта – ввести значение средневзвешенного размера частиц грунта, в мм;- Средняя плотность сухого грунта тела дамбы – ввести значение средней плотности сухого грунта тела дамбы, т/куб.м;- Плотность частиц грунта – ввести значение плотности частиц грунта, т/куб.м;- Нормативное удельное сцепление грунта – ввести значение нормативного удельного сцепления грунта, тс/кв.м;- Данные о содержимом хранилища – указать дополнительные данные о содержимом хранилища в полях ниже:- Плотность жидкости и неконсолидированных отходов – ввести значение плотности жидкости и неконсолидированных отходов, т/куб.м;- Вязкость вытекающих отходов – ввести значение вязкости вытекающих отходов, используя два поля общим видом X×10-Y, где X – нормализованная часть числа, а Y - абсолютный показатель степени порядка (вводить только число без знака), кв.м/с;- Координаты основания прорыва – указать на карте точку основания прорыва.Параметры, определяющие построение зоны растекания – указать дополнительные параметры для построения зоны растекания:- Высота волны потока растекающихся отходов – ввести значение высоты волны потока растекающихся отходов, в метрах;- Толщина плёнки отходов, оставшихся после растекания – ввести значение толщины плёнки отходов, оставшихся после растекания, в метрах;- Размер стороны элемента матрицы – ввести значение стороны элемента матрицы, в метрах;Рисунок 9 - Отображение на карте результатов моделирования ЧС на ГТС ЗаключениеГеоинформационная система «Панорама» позволяет моделировать чрезвычайные ситуации на химически опасном объекте, на взрывоопасном объекте, на радиационно опасном объекте и на гидротехническом сооружении. Программа позволяет проводить прогноз и оценку данных чрезвычайных ситуаций, что может позволить принимать необходимые меры для их предупреждения и ликвидации последствий. Главным достоинством ГИС «Панорама» является простота в использовании и широкий функционал, возможность использования широкого спектра данных, обновление карты при одновременной работе различных пользователей. Моделирование опасных процессов происходит по современным актуальным государственным нормативам.Также существует ряд чрезвычайных ситуаций, в том числе стихийных бедствий, которые пока не входят в функционал ГИС «Панорама».Список литературыПоложение «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» // Гражданская защита, №12. – М.: Наука, 1996, № 12- С. 62 - 63.В.ЮРадоуцкий, В.Н. Шульженко, Н.В. Нестерова и др. Основы защиты в чрезвычайных ситуациях: учеб. пособие /;– Белгород: Изд-во БГТУ, 2008. – 248 с.Шаптала, В.Г. Основы моделирования чрезвычайных ситуаций: учеб. пособие/ В. Г. Шаптала, В. Ю. Радоуцкий, В. В. Шаптала; подобщ. ред. В. Г. Шапталы. – Белгород: Изд-воБГТУ, 2010. – 166 с.КБ Панорама [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.gisinfo.ru