Model pro měřící stanice Bohumín a Dětmarovice

Havarijní stavy na povrchových a podzemních vodách 11.12.2013 Model pro měřící stanice Bohumín a Dětmarovice Jiří Šajer Tato prezentace vznikla jako součást projektu Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod (evidenční číslo projektu TA01020714, označení projektu NAVARO), který je řešen s finanční podporou TA ČR.

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Úvod V měřicích stanicích v Bohumíně na řece Odře a v Dětmarovicích na Olši byl instalován přístroj Daphnia Toximeter od německé firmy BBE Moldaenke, který sleduje jakost vody v Odře v hraničním profilu s Polskem. Organismy Daphnia magna v něm jsou vystavovány působení sledované vody v průtočné komůrce, do níž je čerpadlem nasávána voda z monitorovaného profilu na řece Odře. Chování organismů je průběžně vyhodnocováno na základě řady vypočtených parametrů (rychlost pohybu, způsob plavání, růst, počet živých dafnií). Tyto faktory jsou průběžně sledovány integrovanou digitální kamerou a data z ní jsou přenášena do počítače, kde jsou analyzována. Z řady dat se pak vypočítává takzvaný index toxicity a konečným výstupem je chronologický záznam indexů toxicity ve tvaru výstražné křivky. Pro odhad doby vzniku havárie na základě kontinuálního záznamu v měřící stanici ve formě výstražné křivky jsou vhodné pouze některé záznamy. Tato prezentace je zaměřena na přípravu modelu, který by tyto vhodné záznamy pomohl vyhodnotit.

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Ukázka nevhodného záznamu pro odhad doby vzniku havárie Vliv hašení požáru v Hrušovských chemických závodech 23.10.2006 na průběh výstražné křivky indexu toxicity v měřící stanici Bohumín.

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Ukázka vhodného záznamu pro odhad doby úniku toxické látky a místa úniku Záznam výstražné křivky indexu toxicity z 9.1.2012, na základě kterého lze za určitých předpokladů odhadnout dobu a místo úniku toxických látek do toku. Nejednalo se tehdy přímo o havarijní únik, protože nebyly zjištěny v toku žádné škody jako například úhyn ryb a podobně.

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Předpoklady pro odhad • Předpoklady, za kterých lze provádět odhad dotokové doby na základě záznamu varovné křivky indexu toxicity jsou: • jedná se o záznam v souvislosti s okamžitým únikem jediné konzervativní látky • - tvar výstražné křivky indexu toxicity je přibližně stejný jako tvar průnikové křivky koncentrace konzervativní toxické látky, to znamená, že přibližně platí • (1) , • kde • Cp je maximální koncentrace konzervativní toxické látky při průchodu mraku znečištění měřící stanicí • TOXp je maximální index toxicity při průchodu mraku znečištění měřící stanicí • TOX(t) je index toxicity při průchodu mraku znečištění měřící stanicí v čase t • C(t) je koncentrace konzervativní toxické látky při průchodu mraku znečištění měřící stanicí v čase t • před únikem se daná toxická látka v toku prakticky nevyskytovala

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Předpoklady pro odhad Výstražná křivka indexu toxicity a odhad odpovídající průnikové křivky koncentrace toxické látky. U průnikové křivky můžeme pozorovat čtyři důležité dotokové doby.

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Charakteristické dotokové doby t0 je čas vnosu látky do vodního toku tb – t0 je doba po první příchod toxické látky do měřícího profilu tp – t0 je doba po dosažení maximální koncentrace toxické látky v měřícím profilu tL – t0 je doba po těžiště (střední doba zdržení toxické látky) v měřícím profilu te – t0 je doba po poslední záznam výskytu toxické látky v měřícím profilu Mezi uvedenými dotokovými dobami se vyskytují určité vztahy.

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Poměr (tb - t0):(tp - t0) Z řady tracerových pokusů vyplývá, že ve větší vzdálenosti od místa injektáže dochází k zhruba ustálenému poměru (tb -t0 ):(tp- t0).Vezmeme-li v úvahu přibližné mezní hodnoty ve větší vzdálenosti od zdroje, pak minimální hodnota je přibližně a maximální hodnota je přibližně tb- t0 je doba od vnosu po první příchod toxické látky do měřícího profilu tp -t0 je doba od vnosu po dosažení maximální toxické látky v měřícím profilu

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Vliv mrtvých zón Vliv oblastí s pomalým prouděním (tzv. mrtvých zón) na časy průchodu stopovače profily na Labi, jak je uvádí Lippert et al. (2012).

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Vztahy podle Jobsona Harvey E. Jobson provedl analýzu velkého množství výsledků různých tracerových pokusů publikovaných v odborné literatuře odvodil z toho některé vztahy. Jako nejpravděpodobnější poměr doby po první příchod stopovací látky k době po dosažení maximální koncentrace v měřícím profilu doporučuje Z rovnice (4) plyne, že známe-li pouze rozdíl (tp-tb), lze dobu (tp - t0 ) odhadnout pomocí rovnice Jobson dále odvodil pomocí regresní analýzy přibližné vztahy mezi průtokem, plochou povodí, gravitačním zrychlením a postupovou rychlostí maximální koncentrace konzervativního znečištění kde Q je průtok v době měření [ m3.s-1] Da je plocha povodí [m2] g je součinitel gravitačního zrychlení [m.s-2] Up je postupová rychlost maximální koncentrace [m.s-1] Up-max je maximální postupová rychlost maximální koncentrace [m.s-1]

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Ukázka modelu NAVARO .

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod .

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod . V případě, že je uvažován okamžitý vnos, je možno modrý posuvník vypustit. Po nastavení optimálního tvaru křivky nastavujeme pomocí černého posuvníku vzdálenost.

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod .

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Závěr ● V měřící stanici dovedeme nejspolehlivěji určit čas dosažení maximální koncentrace v měřícím profilu, čas příchodu, čas centroidu i čas posledního průchodu sledované látky profilem se nedají tak přesně určit. ● V některých specifických případech lze z výstražné křivky indexu toxicity zaznamenané přístrojem Daphnia toximetr odhadnout přibližně čas, ve kterém došlo k úniku toxické látky do vodního toku. ● V případě, že jsou známy zároveň i průtoky a související dotokové doby, je možno přibližně odhadnout i lokalitu, ve které k tomuto úniku došlo. ● Při odhadu je nutno vzít v úvahu, že zdroj úniku toxické látky se nemusí nacházet přímo na hlavním toku, ale může se nacházet případně na některém z jeho přítoků. ● Model NAVARO, který provádění těchto odhadů umožňuje, byl vytvořen a testován na základě dat z tracerových pokusů uskutečněných na řekách Svitava a Severn. Jeho úprava pro stanice Dětmarovice a Bohumín se opírá o starší měření dotokových dob, která prováděl Sochorec. Proto by měl být v budoucnu upřesněn na základě praktických zkušeností nabytých přímo v dané lokalitě. Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v.v.i. | Podbabská 30/ 2582, 160 00 Praha 6 | +420 220 197 111info@vuv.cz, www.vuv.cz, Pobočka Brno | Mojmírovo náměstí 16, 612 00 Brno-Královo Pole | +420 541 126 311 Info_brno@vuv.cz,Pobočka Ostrava | Macharova 5, 702 00 Ostrava | +420 596 134 181 | info_ostrava@vuv.cz

Vývoj nástrojů včasného varování a reakce v oblasti ochrany povrchových vod Literatura Atkinson, TC. and Davis, PM. (2000) Longitudinal dispersion in natural channels: 1. Experimentalresults from the River Severn, U.K. Hydrol. and Earth Sys. Sci. 4(3), 345–353. Jandora J., Daněček J.(2002) Příspěvek k použití analytických metod řešení transportně disperzní rovnice, (Contribution to application of analytical methods solving advective dispersion equation) J.Hydrol. Hydromech., Vol. 50, No. 2, pp. 139-156 Jobson, H.E. (1997) Prediction of Traveltime and Longitudinal Dispersion in Rivers and Streams, J.Hydraul.Eng.,123, 971-978 Lippert, D., Mai, S., and Barjenbruch, U. (on line 1. 2. 2012) Traceruntersuchungen in der Elbe zur Validierung des operationellen Schadstofftransportmodells Alamo, http://www.bafg.de/nn_222616/M1/DE/04_Aktuelles/Archiv/tracer_elbe_2004,templateId=raw,property=publicationFile.pdf/tracer_elbe_2004.pdf Lundgren, R.F. and Nustad,R.A.(2003) Calibration of a Water-Quality Model for Low-Flow Conditions on the Red River of the North at Fargo, North Dakota, and Moorhead, Minnesota, 2003 ,http://pubs.usgs.gov/sir/2008/5007/pdf/sir2008-5007web.pdf Miksl, R., Římánek, J., Hošek, A., Kotásek, O., Maníček, J., Sedlák, M. a Vymětalová, Z. (1975) Podklady pro modelování jakosti vody v ostravském uzlu znečištění modelem DOSAG-I. VŠB Ostrava Sochorec, R. (1969) Postupové doby průtokových množství (Measurement of the time of travel of water discharge). Sborník prací HMÚ, sv. 15. Šajer, J. (2012) Analýza záznamu úniku toxických látek do řeky Odry.(Analysis of the record of leakage of toxic substances into Odra River) VTEI, Vol. 54, No. 2, pp. 12–15, ISSN 0322-8916, příloha Vodního hospodářství č. 4/2012. Šajer, J.(2013) Some Details of Mathematical Modelling of Effluents in Rivers Downstream of a WWTP, in: Water Treatment, Dr. Walid Elshorbagy (Ed.), ISBN: 978-953-51-0928-0, InTech, DOI: 10.5772/50423. Available from: http://www.intechopen.com/books/water-treatment/some-details-of-mathematical-modelling-of-effluents-in-rivers-downstream-of-a-wwtp,

Model pro měřící stanice Bohumín a Dětmarovice