Program komputerowy NOMOToT do wyznaczania stężenia skażeń w wodach powierzchniowych

1. PROJEKT CIVILARCH Ochrona ludzi i środowiska przed awaryjnymi uwolnieniami substancji chemicznych do rzek Program komputerowy NOMOToT do wyznaczania stężenia skażeń w wodach powierzchniowych Seminarium szkoleniowe Gorzów Wielkopolski, 16-17 marca 2010 r. Mieczysław Borysiewicz Grzegorz Siess Wanda Kacprzyk

2. Założenia: substancja chemiczna, która wskutek awaryjnego uwolnienia przedostała się do wody, ma postać ciekłą i jest dobrze w niej rozpuszczalna, przekrój rzeki jest stały i ma kształt prostokątny, rozkład stężeń w całym przekroju cieku jest jednakowy, a uwolnienie substancji ma charakter długotrwały, stosunek szerokości do głębokości rzeki jest mniejszy niż 100. TECHNIKA NOMOGRAMÓW

3. Przykład: Wyznaczyć stężenie kwasu solnego, który w ilości 10 Mg dostał się do rzeki w wyniku awarii instalacji przemysłowej w odległości x=10 kilometrów od powierzchniowego ujęcia wód i ocenić zagrożenie dla ludności TECHNIKA NOMOGRAMÓW

4. Dane wymagane do prowadzenia obliczeń: szacunkowa masa uwolnienia –M (Mg) średnia szerokość rzeki – W (m) średnia głębokość rzeki – d (m) średnia prędkość przepływu rzeki – V (m/s) odległość wzdłuż koryta rzeki – x (km). TECHNIKA NOMOGRAMÓW

5. Krok 1. Nomogram 1 Wyznaczanie czasu osiągnięcia odległości 10 km za pomocą równania: x = 60·t·V (m) Gdzie: x – odległość km V – średnia prędkość przepływu rzeki m/s t – czas osiągnięcia odległości x TECHNIKA NOMOGRAMÓW

6. TECHNIKA NOMOGRAMÓW

7. TECHNIKA NOMOGRAMÓW Krok 2. Nomogram 2 Wyznaczanie promienia hydraulicznego r (m) za pomocą równania:

8. TECHNIKA NOMOGRAMÓW

9. TECHNIKA NOMOGRAMÓW Krok 3. Nomogram 3 Wyznaczanie współczynnika dyspersji wzdłużnej E za pomocą równania: E = 225 · u* · r (m2/s) gdzie: u* - szybkość ścinania w m/s, n – współczynnik szorstkości Manninga (0,030).

10. TECHNIKA NOMOGRAMÓW

11. TECHNIKA NOMOGRAMÓW Krok 4. Nomogram 4 Wyznaczanie pomocniczego współczynnika α (m) za pomocą równania:

12. TECHNIKA NOMOGRAMÓW

13. TECHNIKA NOMOGRAMÓW Krok 5. Nomogram 5 Wyznaczanie współczynnika pomocniczego Δ (kg/m) za pomocą równania:

14. TECHNIKA NOMOGRAMÓW

15. TECHNIKA NOMOGRAMÓW Krok 6. Nomogram 6 Wyznaczanie stężenia substancji w ppm w odległości 10 km za pomocą równania:

16. TECHNIKA NOMOGRAMÓW

17. TECHNIKA NOMOGRAMÓW Krok 7. Wynik Porównanie otrzymanego wyniku (13 ppm) z daną (> 100-350 ppm) z tabeli ze stężeniami toksycznymi dla organizmów wodnych wskazuje, że stężenie kwasu solnego w odległości 10 km od miejsca uwolnienia nie będzie szkodliwe.

18. Prezentowany program służy do przeprowadzania obliczeń mających na celu określenie stopnia skażenia wód powierzchniowych w danej odległości od miejsca uwolnienia substancji z wykorzystaniem tzw. „metody nomogramów”. Program zawiera do wyboru trzy scenariusze/modele uwzględniające różne sytuacje oraz wykorzystujące różne parametry jako dane wejściowe. Program ma charakter arkusza kalkulacyjnego. Otrzymywane wyniki można wykorzystywać bezpośrednio (poprzez skopiowanie ich z programu) lub wygenerować szczegółowy raport dla różnych danych wejściowych. Opis programu NOMOToT

19. Aby zapewnić prawidłową pracę programu system docelowy musi spełniać następujące wymagania; System operacyjny „Windows XP”® lub nowszy; Zainstalowane w systemie biblioteki „.NET” w wersji co najmniej 2.0 (opis instalacji poniżej); Ze względu na rozmiar okienek programu wymagana rozdzielczość ekranu to co najmniej 1024 x 768 pikseli. Wymagania systemowe

20. Program dystrybuowany jest w postaci pliku wykonywalnego (exe). Plik wykonywalny jest jedynym elementem składowym programu. Aplikacja nie wymaga zatem instalacji a jedynie skopiowanie pliku wykonywalnego do dowolnej lokalizacji na lokalnym dysku twardym komputera. Przed pierwszym uruchomieniem…

21. Ze względu, iż program tworzony był w nowoczesnym środowisku programistycznym, wymaga on do prawidłowej pracy zainstalowanych w systemie bibliotek „.NET” w wersji co najmniej 2.0. W przypadku braku zainstalowanych bibliotek lub posiadania ich w wersji starszej niż 2.0, użytkownik próbujący uruchomić program dostanie komunikat o błędzie i będzie musiał wykonać ręczną instalację bibliotek chcąc korzystać z aplikacji. Przed pierwszym uruchomieniem…

22. Brakujące biblioteki można pobrać z następującej lokalizacji: http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyID=0856EACB-4362-4B0D-8EDD-AAB15C5E04F5&displaylang=en Należy pobrać plik o nazwie „dotnetfx.exe” i uruchomić a instalator uzupełni brakujące w systemie elementy. Po skończonej instalacji można uruchomić program obliczeniowy. Instalacja bibliotek wymagana jest tylko raz na danym komputerze. Przed pierwszym uruchomieniem…

23. Główne okno programu

24. Główne okno pozwala na wprowadzenie opisu dla obliczanego przypadku i następnie na wybór scenariusza dla którego chcemy przeprowadzać obliczenia. Wprowadzony opis będzie figurował w nagłówku tworzonego raportu z obliczeń. Wybranie przycisku „Zakończ” spowoduje wyjście z programu. Wszelkie dane wprowadzone w formularzach podrzędnych ulegają wyczyszczeniu w momencie zamknięcia programu. Główne okno programu

25. Po wybraniu scenariusza otrzymujemy dostęp do arkusza obliczeniowego. Poniżej znajduje się prezentacja dostępnych w programie arkuszy: Scenariusz 1: Oszacowanie transportu skażeń w rzekach. Metoda obliczeniowa: metoda nomogramów. Scenariusz 2: Rozprzestrzenianie się chemikaliów w wodach stojących. Metoda obliczeniowa: metoda nomogramów. Scenariusz 3: Obliczenie czasu przepływu. Metoda obliczeniowa: model przepływu. Formularze z arkuszami obliczeniowymi

26. Formularze z arkuszami obliczeniowymi Scenariusz 1: Oszacowanie transportu skażeń w rzekach.

27. Arkusz zawiera tabelę z wartościami stężenia toksycznego substancji rozpuszczonych w wodzie rzecznej dla żyjących tam organizmów. Po przeprowadzeniu obliczeń, pozycje w tabeli dla których wyznaczone stężenie jest powyżej normy, zostają zaznaczone kolorem czerwonym. Formularze z arkuszami obliczeniowymi

28. Formularze z arkuszami obliczeniowymi Scenariusz 2: Rozprzestrzenianie się chemikaliów w jeziorach

29. Formularze z arkuszami obliczeniowymi Scenariusz 3:Obliczenie czasu przepływu.

30. Wykorzystując metodę obliczeniową opartą o model przepływu można wykonywać obliczenia na różnych zestawach danych wejściowych. Danymi jakie należy podać koniecznie są wartości: x, Mi, Rr oraz zestawy parametrów dotyczących przepływu wody oraz powierzchni spływu dla analizowanej rzeki. Zaznaczając opcję „Uwzględnij w obliczeniach” przy parametrze S uzyskamy także możliwość podania nachylenia koryta rzeki. W polu dotyczącym przepływu należy podać parametry Q oraz Qa będące średnim rocznym oraz średnim aktualnym przepływem na całym badanym odcinku. W przypadku braku takich danych można je zastąpić parametrami Qp oraz Qpa będącymi analogicznymi wartościami mierzonymi w jednym punkcie na rzece (np. na stacji wodowskazowej). W przypadku podania wartości mierzonych w jednym punkcie rzeki należy także podać powierzchnię spływu dla miejsca pomiaru Qp oraz Qpa (parametr Dp). Formularze z arkuszami obliczeniowymi Scenariusz 3:Obliczenie czasu przepływu.

31. W polu dotyczącym powierzchni spływu można podać dokładne wartości dla miejsca uwolnienia i miejsca pomiaru stężenia lub zastąpić je średnią powierzchnią spływu dla całego badanego odcinka. Zarówno w przypadku parametrów związanych z przepływem wody jak i powierzchnią spływu, do wyboru właściwego zestawu danych służą przyciski umieszczone nad polami tekstowymi. Pola, których zawartość nie jest brana pod uwagę przy obliczeniach są nieaktywne (wygaszone). Formularze z arkuszami obliczeniowymi Scenariusz 3:Obliczenie czasu przepływu.

32. Każde z przedstawionych okien z arkuszami obliczeniowymi podzielone jest na następujące strefy: „Dane wejściowe” – jest to obszar zawierający pola tekstowe (czarny kolor czcionki) przeznaczone na dane wejściowe. Wszelkie wprowadzane dane muszą mieć postać liczbową, natomiast do oddzielania części dziesiętnej można użyć zarówno znaku przecinka jak i kropki. W przypadku wprowadzenia błędnej wartości, nie wprowadzenia wartości wcale bądź wpisania w dane pole ciągu znaków nie będącego liczbą pole takie zostaje podświetlone na czerwono a na dole arkusza pokazuje się informacja jakie błędy zostały wykryte w danych. Formularze z arkuszami obliczeniowymi Wspólne właściwości arkuszy obliczeniowych

33. „Wartości pośrednie” oraz „Wynik obliczeń” – to obszary zawierające pola tekstowe (niebieski kolor czcionki) w których prezentowane są wyniki obliczeń. Pola te działają w trybie „tylko do odczytu” (nie można zmienić ich wartości ręcznie ale można za to zaznaczyć i skopiować znajdujący się w nich tekst). Każde pole wynikowe zaopatrzone jest w niewielki przycisk znajdujący się po prawej jego stronie. Przycisk ten służy do natychmiastowego skopiowania wartości wyświetlanej w danym polu do schowka (bez konieczności zaznaczania tekstu czy ręcznego kopiowania z poziomu menu). Formularze z arkuszami obliczeniowymi Wspólne właściwości arkuszy obliczeniowych

34. W prawym dolnym rogu każdego z arkuszy znajdują się następujące przyciski kontrolne: „Wyjdź” „Oblicz” „Kopiuj dane do schowka” „Dodaj dane do raportu” „Pokaż okno z raportem” Formularze z arkuszami obliczeniowymi Wspólne właściwości arkuszy obliczeniowych

35. Aby ułatwić pracę z otrzymanymi wynikami, program nie oblicza automatycznie nowych wartości w przypadku zmiany parametrów wejściowych. Obliczenie nowych wartości musi być zatem wyzwolone ręcznie. Ułatwia to obserwację jak zmieniają się wartości wyjściowe w przypadku zmiany więcej jak jednego z parametrów wejściowych. Każdorazowe wyzwolenie obliczeń (zarówno poprzez przycisk „Oblicz” jak i klawiszem „Enter” w dowolnym polu z danymi wejściowymi) powoduje obliczenie na nowo wszystkich parametrów z danego arkusza niezależnie od tego ile danych wejściowych zostało zmienionych. Formularze z arkuszami obliczeniowymi Wspólne właściwości arkuszy obliczeniowych

36. Program zawiera także podstawową wbudowaną pomoc. Po zatrzymaniu na krótką chwilę kursora myszy nad danym obiektem na formularzu zostaje wyświetlona pomoc dotycząca tego elementu wraz z niezbędnymi informacjami dotyczącymi np. wprowadzanych wartości, bądź interpretacji otrzymywanych wyników. Wszelkie wartości umieszczane w schowku za pomocą dostępnych w programie przycisków (wartości z poszczególnych pól tekstowych jak i z całego arkusza) mogą być bezpośrednio wykorzystywane poprzez polecenie „wklej” w wielu aplikacjach (np. edytorze tekstu bądź innych arkuszach obliczeniowych). Formularze z arkuszami obliczeniowymi Wspólne właściwości arkuszy obliczeniowych

37. Formularze z arkuszami obliczeniowymi Okno raportu obliczeń

38. Program umożliwia tworzenie szczegółowego raportu z postępów obliczeń. W momencie wyboru okna z danym scenariuszem, tworzony jest pusty szablon raportu zawierający datę, opis (wprowadzany przez użytkownika w głównym oknie aplikacji), nazwę scenariusza wykorzystywanego do obliczeń a także nazwę metody wykorzystywanej do obliczeń. Podczas korzystania z danego arkusza obliczeniowego użytkownik po weryfikacji otrzymanych wyników może dodać je na koniec raportu poprzez przycisk „Dodaj dane do raportu” dostępny w prawym dolnym rogu każdego z trzech arkuszy. Wybranie tego przycisku spowoduje dopisanie na końcu raportu kolejnego numeru obliczeń, oraz listingu wprowadzonych danych i otrzymanych wyników. W każdym momencie można też wyświetlić okno raportu z poziomu arkusza obliczeniowego. Formularze z arkuszami obliczeniowymi Okno raportu obliczeń

39. Okno z raportem umożliwia podgląd oraz edycję generowanego raportu. Za pomocą dostępnych na dole okna przycisków użytkownik ma możliwość: wyczyszczenia raportu (pozostawiając jedynie nagłówek z datą oraz opisem) – przycisk „Wyczyść raport”; zapisania raportu w postaci pliku tekstowego na dysk – przycisk „Zapisz raport”; skopiowania całej zawartości okna z raportem do schowka – przycisk „Kopiuj raport do schowka”; lub też powrotu do arkusza obliczeniowego celem dodania kolejnych wyników obliczeń lub wyboru innego scenariusza. Długość raportu ograniczona jest do 30000 znaków co odpowiada ponad 80 obliczeniom. Formularze z arkuszami obliczeniowymi Okno raportu obliczeń

40. Dziękuje Państwu za uwagę