Development of an Integrated CA-LR-Markov-Fuzzy Model for Optimal Site Selection of Sustainable Urban Development: An Environmental Criteria-Based Approach in Gilan Province
Subject Areas : Land-use planningمیثم جعفری 1 * , Delaram Sikaroudi 2 , Sahar Ghiyas 3
1 -
2 - Human Environment and Sustainable Development Research Center, Na.C., Islamic Azad University, Najafabad, Iran
3 - Human Environment and Sustainable Development Research Center, Na.C., Islamic Azad University, Najafabad, Iran
Keywords: Sustainable urban development, Environmental criteria, Integrated modeling, Optimal site selection, Cellular automata, Gilan Province,
Abstract :
The phenomenon of uncontrolled urban sprawl, as one of the most critical challenges of sustainable development in the 21st century, imposes irreversible consequences on natural ecosystems, biodiversity, and the quality of natural resources. This research was conducted with the aim of developing an innovative framework for optimal site selection of urban development based on environmental criteria in Gilan Province. An intelligent integration of four advanced modeling approaches including cellular automata, logistic regression, Markov chain, and fuzzy logic was designed and implemented in the form of an integrated CA-LR-Markov-Fuzzy model. After identifying 23 important environmental criteria in four categories of physiographic, ecological, hydrological, and climatic-social, these criteria were weighted using the Analytic Hierarchy Process (AHP) and a survey of 40 experts. The validation results of the integrated model showed excellent performance with an ROC index of 0.848, Kappa coefficient of 0.79, and overall accuracy of 84%, placing it within the excellent performance range. Based on the site selection results, 18.3% of the province’s area (2,570 square kilometers) was classified as highly suitable, 24.7% (3,468 square kilometers) as suitable, and 31.2% (4,381 square kilometers) as conservation areas. The model predictions indicate increases of 46% in urban development by 2037. Comparison of three scenarios - conservation, physical, and economic-social - revealed that the physical scenario with a score of 0.78 provides the best balance between development and environmental protection. The results of this research provide a comprehensive scientific framework for decision-making in sustainable urban planning.
1. Ajirotutu, R. O., Adeyemi, A. B., Ifechukwu, G. O., Iwuanyanwu, O., Ohakawa, T. C., & Garba, B. M. P. (2024). Future cities and sustainable development: Integrating renewable energy, advanced materials, and civil engineering for urban resilience. International Journal of Sustainable Urban Development, 3.
2. Anestis, G., & Stathakis, D. (2024). Urbanization trends from global to the local scale. In Geographical Information Science (pp. 357-375). Elsevier.
3. Ansari, N., Rukhsana, & Alam, A. (2024). A modelling approach of cellular automata-based artificial neural network for investigating dynamic urban expansion in Kolkata urban agglomeration. Modeling Earth Systems and Environment, 10(3), 3789-3814.
4. Awad, J., & Jung, C. (2022). Extracting the planning elements for sustainable urban regeneration in Dubai with AHP (analytic hierarchy process). Sustainable cities and society, 76, 103496.
5. Das, S., De, S., Dutta, R., & De, S. (2024). Multi-criteria decision-making for techno-economic and environmentally sustainable decentralized hybrid power and green hydrogen cogeneration system. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 191, 114135.
6. Derdouri, A., Murayama, Y., Morimoto, T., Wang, R., & Aghasi, N. H. M. (2025). Urban green space in transition: A cross-continental perspective from eight Global North and South cities. Landscape and Urban Planning, 253, 105220.
7. DOE: Department of Environment of Iran. (2022). The report on the environmental status of the country, 2021. Tehran: Department of Environment. [In Persian]
8. Farr, D. (2011). Sustainable urbanism: Urban design with nature. John Wiley & Sons.
9. Fieuw, W., Foth, M., & Caldwell, G. A. (2022). Towards a more-than-human approach to smart and sustainable urban development: Designing for multispecies justice. Sustainability, 14(2), 948.
10. Fitawok, M. B., & Minale, A. S. (2024). A review of the application and implications of cellular automata-based urban growth model in Africa. South African Geographical Journal, 106(3), 290-308.
11. Gilan PMPO: Gilan Provincial Management and Planning Organization. (2024). Report on demographic and infrastructural statistics of Gilan Province. Rasht: Gilan Provincial Management and Planning Organization. [In Persian]
12. Grimm, N. B., Faeth, S. H., Golubiewski, N. E., Redman, C. L., Wu, J., Bai, X., & Briggs, J. M. (2008). Global change and the ecology of cities. science, 319(5864), 756-760.
13. Hosmer Jr, D. W., Lemeshow, S., & Sturdivant, R. X. (2013). Applied logistic regression. John Wiley & Sons.
14. Janssen, C., & Basta, C. (2024). Are good intentions enough? Evaluating social sustainability in urban development projects through the capability approach. European Planning Studies, 32(2), 368-389.
15. Kavathekar, V., Tripathy, A. K., & Chettri, S. K. (2025). Spatio-Temporal Urban Land Use Change in Mumbai, India: Analysis and Prediction of 2030 Using Satellite Data and a Cellular Automata-Markov Chain Model. International Journal of Geoinformatics, 21(5).
16. Kobrin, S. J. (2022). Managing political risk assessment: Strategic response to environmental change. Univ of California Press.
17. Li, H., & Reynolds, J. F. (2023). Modeling effects of spatial pattern, drought, and grazing on rates of rangeland degradation: A combined Markov and cellular automaton approach. In Scale in remote sensing and GIS (pp. 211-230). Routledge.
18. Liu, N., Liu, Z., & Wu, Y. (2025). Direct and indirect impacts of urbanization on biodiversity across the world's cities. Remote Sensing, 17(6), 956.
19. McManamay, R. A., Vernon, C. R., Chen, M., Thompson, I., Khan, Z., & Narayan, K. B. (2024). Dynamic urban land extensification is projected to lead to imbalances in the global land-carbon equilibrium. Communications Earth & Environment, 5(1), 70.
20. Robertson, M. (2021). Sustainability principles and practice. Routledge.
21. SCI: Statistical Center of Iran. (2022). The results of the 2021 national population and housing census. Tehran: Statistical Center of Iran. [In Persian]
22. Steiner, F. R. (2012). The living landscape: An ecological approach to landscape planning. Island Press.
23. Tayebzadeh-Moghadam, M., & Malekmohammadi, B. (2024). Response of hydrological performance indices to land use changes at watershed scale. Journal of Rangeland and Watershed Science, 77(1), 85–105. [In Persian]
24. Zadeh, L. A. (1965). Fuzzy sets. Information and control, 8(3), 338-353.
25. Zhao, P., Ali, Z. M., & Ahmad, Y. (2023). Developing indicators for sustainable urban regeneration in historic urban areas: Delphi method and Analytic Hierarchy Process (AHP). Sustainable Cities and Society, 99, 104990.
فصلنامه مدیریت و حقوق محیط زیست 2(4): زمستان 1403: 118-91
Journal of Environmental management and law, Vol.2, Issue 4, 91-118
فصلنامه مدیریت و حقوق محیط زیست |
Comprehensive Risk and Environmental-Social Impact Assessment of Fuel Storage Tank Incidents in Infrastructure Projects Using Phast (A Case Study of the Esfahan Emergency Water Transfer Project)
Zahra Johari1, Maryam Nasri Nasrabadi2*, Parvaneh Peykanpurfard3
1 Department of environmental Science, Institute of Agriculture, Water,Food, and Nutraceuticals, Isf.C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran, Department of Environmental Sciences, Waste and Wastewater Research Center, Isf.C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran
2 Department of environmental Science, Institute of Agriculture, Water, Food, and Nutraceuticals, Isf.C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran
3 Department of HSE Management, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
*Corresponding Author: Maryamnasr4556@gmail.com
Abstract Fuel storage tanks in infrastructure projects, particularly in water transmission lines, pose significant risks regarding leaks, explosions, and fires. This study conducted a quantitative risk assessment of diesel tanks and their environmental-social impacts within the Isfahan Emergency Water Transfer Project. For this purpose, two failure scenarios—complete tank rupture and a 150-mm diameter puncture—were modeled using PHAST 8.4 software. The model outputs, including concentration, blast wave overpressure, and thermal radiation, were analyzed and mapped onto regional maps using ArcGIS 10.8 within a Geographic Information System (GIS) environment. This allowed for a simultaneous examination of environmental and social impacts. Results indicated that in the complete rupture scenario, dispersion occurred up to 400 meters with a maximum concentration of 65,000 PPM and a blast overpressure of 0.02-0.13 bar. In contrast, the puncture scenario was limited to 90 meters with a concentration of 100,000 PPM. Environmental consequences included the risk of pollution to the Marbar River and agricultural lands, while social consequences involved indirect impacts on livelihoods and infrastructure. The findings underscore the necessity of implementing containment measures, continuous monitoring, and community engagement to enhance safety and sustainability. | Original Paper
|
Received: 2024.09.19 Accepted: 2025.03.14
| |
Keywords: Diesel Tank Incidents, Phast Software, Risk Management Strategies, Isfahan Water Project. |
ارزیابی جامع ریسک و پیامدهای محیط زیستی-اجتماعی حوادث مخازن ذخیره سوخت در پروژههای زیربنایی با استفاده از نرمافزار Phast (مطالعه موردی پروژه انتقال اضطراری آب اصفهان)
زهرا جوهری1، مریم نصری نصرآبادی2*، پروانه پیکانپور فرد3
1- گروه محیط زیست؛ دانشکده کشاورزی، آب، غذا و فراسودمندها؛ واحد اصفهان (خوراسگان)؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ اصفهان؛ ایران؛ مرکز تحقیقات پسماند و پساب؛ واحد اصفهان (خوراسگان)؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ اصفهان؛ ایران
2- گروه محیط زیست؛ دانشکده کشاورزی، آب، غذا و فراسودمندها؛ واحد اصفهان (خوراسگان)؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ اصفهان؛ ایران
3 گروه مدیریت HSE، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران
* پست الکترونیکی نویسنده مسئول: Maryamnasr4556@gmail.com
نوع مقاله: علمی-پژوهشی
| چكيده مخازن ذخیره سوخت در پروژههای زیربنایی، بهویژه خطوط انتقال آب، خطرات قابلتوجهی از منظر نشت، انفجار و آتشسوزی دارند. این پژوهش به ارزیابی کمی ریسک و پیامدهای محیط زیستی–اجتماعی مخازن دیزل در پروژه انتقال اضطراری آب اصفهان پرداخته است. برای این منظور، دو سناریوی شکست کامل مخزن و سوراخشدگی دیواره به قطر ۱۵۰ میلیمتر با استفاده از نرمافزار PHAST 8.4 مدلسازی شدند. خروجیهای مدل شامل غلظت، فشار موج انفجار و تشعشع حرارتی با بهرهگیری از نرمافزار ArcGIS 10.8 در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی تحلیل و بر نقشههای منطقهای همپوشانی گردید تا اثرات محیطی و اجتماعی بهطور همزمان بررسی شوند. نتایج نشان داد در سناریوی شکست کامل، پراکندگی تا ۴۰۰ متر با حداکثر غلظت ۶۵,۰۰۰ PPM و فشار انفجار 02/ - 13/0 بار رخ میدهد، در حالیکه سناریوی سوراخشدگی محدود به ۹۰ متر با غلظت ۱۰۰,۰۰۰ PPM بود. پیامدهای محیطزیستی شامل خطر آلودگی رودخانه ماربر و اراضی کشاورزی و پیامدهای اجتماعی شامل تأثیر غیرمستقیم بر معیشت و زیرساختها شناسایی شد. یافتهها بر لزوم مهار نشت، پایش مستمر و مشارکت جامعه برای ارتقای ایمنی و پایداری تأکید دارند. |
تاریخچه مقاله: ارسال: 29/06/1403 پذیرش: 24/12/1403
| |
کلمات کلیدی: حوادث مخازن دیزل، نرمافزارPhast ، راهبردهای مدیریت ریسک، پروژه انتقال آب اصفهان. |
مقدمه
مخازن ذخیره سوخت در پروژههای زیرساختی، اجزای حیاتی محسوب میشوند که به دلیل حوادث احتمالی مانند نشت، آتشسوزی یا انفجار، خطرات قابل توجهی را به همراه دارند؛ این حوادث قادرند منجر به پیامدهای شدید محیط زیستی و اجتماعی شوند. این ریسکها بهویژه در پروژههای بزرگ مقیاس که در مناطق حساس اکولوژیکی یا مناطق با تراکم جمعیت بالا واقع شدهاند، چشمگیرتر هستند؛ در چنین مناطقی، آزادسازی مواد خطرناک مانند دیزل میتواند منجر به آلودگی منابع آبی، تخریب کیفیت خاک، و تهدید سلامت و ایمنی انسانها شود. پروژه انتقال اضطراری آب اصفهان، با طولی معادل ۲۰۲ کیلومتر و عبور از شهرستانهای سمیرم، شهرضا، دهاقان، مبارکه و لنجان در ایران، برای پشتیبانی از زیرساختهای عملیاتی خود به مخازن سوخت دیزل متکی است. این پروژه که برای انتقال سالانه ۲۱۰ میلیون متر مکعب آب از رودخانه ماربر به مرکز ایران طراحی شده است، نمونهای از چالشهای توازن میان کارایی عملیاتی با ایمنی و حفظ محیط زیست است. با توجه به نزدیکی پروژه به ویژگیهای حساس اکولوژیکی مانند رودخانه ماربر، اراضی کشاورزی و سکونتگاههای انسانی، یک ارزیابی جامع ریسک محیط زیستی (EIA1) و ارزیابی اثرات اجتماعی (SIA2) برای تضمین ایمنی هم محیط زیست و هم جوامع محلی ضروری است. مدیریت ریسکهای مرتبط با فرآیند در تأسیسات صنعتی، همواره کانون توجه تحقیقات در مهندسی شیمی و فرآیند بوده است. ارزیابی کمی ریسک (QRA3) یک روششناسی پرکاربرد برای ارزیابی احتمال و پیامدهای رویدادهای خطرناک است که امکان تصمیمگیری آگاهانه برای کاهش ریسک را فراهم میآورد (CCPS, 2010). ارزیابی کمی ریسک شامل مدلسازی سناریوهایی مانند نشت، انفجار و آتشسوزی برای تخمین تأثیر آنها بر جان انسانها، زیرساختها و محیط زیست است. ابزارهای نرمافزاری مانند Phast که توسط DNV4 توسعه یافتهاند، به دلیل قابلیتهای مدلسازی قوی خود برای سناریوهای انتشار، آتش و انفجار، به استانداردهای صنعتی برای انجام ارزیابی کمی ریسک و تحلیل مخاطرات فرآیند (PHA) تبدیل شدهاند (Witlox et al., 2018). Phast مدلهای ترمودینامیکی، الگوریتمهای انتشار و شبیهسازیهای انفجار (مانند TNO Multi-Energy, Baker-Strehlow-Tang) را یکپارچه میکند تا پیشبینیهای دقیقی از مناطق خطر ارائه دهد و آن را برای ارزیابی سیستمهای صنعتی پیچیده مناسب سازد. در سالهای اخیر، نیاز به یکپارچهسازی ارزیابی کمی ریسک با ارزیابیهای محیط زیستی و اجتماعی برای بررسی پیامدهای گستردهتر حوادث صنعتی به طور فزایندهای به رسمیت شناخته شده است. اثرات محیط زیستی، مانند آلودگی آب و خاک ناشی از نشت هیدروکربنها، میتوانند پیامدهای اکولوژیکی بلندمدت داشته باشند، از جمله تشکیل باران اسیدی به دلیل انتشار دیاکسید گوگرد (SO2) ناشی از احتراق دیزل (Hannun & Razzaq, 2022). اثرات اجتماعی، شامل خطرات برای سلامت انسان، اختلال در معیشت و زیانهای اقتصادی، به همان اندازه حیاتی هستند، بهویژه در مناطقی با جمعیتهای آسیبپذیر یا منابع محدود برای واکنش به حوادث (Khan et al., 2025). مطالعاتی نظیر مطالعات Johnson (2021) اهمیت یکپارچهسازی ملاحظات محیط زیستی و اجتماعی را در ارزیابیهای ریسک برای توسعه راهبردهای کاهش خطر جامع برجسته کردهاند. با این حال، کاربرد چنین رویکردهای یکپارچهای در کشورهای در حال توسعه که پروژههای زیرساختی به سرعت در حال گسترش هستند، همچنان محدود است. در مطالعات پیشین از نرمافزار Phast برای ارزیابی کمی ریسک در زمینههای صنعتی مختلفی استفاده کردهاند. به عنوان مثال، Witlox و همکاران (۲۰۱۸) از Phast برای مدلسازی انتشار گاز و خطرات انفجار در سکوهای نفتی فراساحلی استفاده کردند و دقت آن را در پیشبینی مناطق خطر نشان دادند. به همین ترتیب، Barjoee و همکاران (۲۰۲2) Phast را برای ارزیابی پیامدهای انتشار مواد شیمیایی در پالایشگاهها به کار بردند و بر توانایی آن در یکپارچهسازی دادههای هواشناسی و خواص مواد تأکید کردند. با این حال، این مطالعات عمدتاً بر ریسکهای فرآیند متمرکز بودند و توجه محدودی به اثرات محیط زیستی و اجتماعی داشتند. در مقابل، ارزیابیهای اثرات محیط زیستی نشت هیدروکربنها، به طور گستردهای مورد مطالعه قرار گرفتهاند. به عنوان مثال، Hannun & Razzaq (۲۰۲2) اثرات بلندمدت نشت دیزل بر کیفیت آب را بررسی کردند و نقش ترکیبات گوگرد را در تشکیل باران اسیدی و تخریب اکوسیستمهای آبی برجسته ساختند. ارزیابیهای اثرات اجتماعی ، مانند مطالعات Khan و همکاران (۲۰۲5)، جابجایی جامعه و خطرات بهداشتی ناشی از حوادث صنعتی را بررسی کردهاند، اما این ارزیابیها اغلب به طور مستقل از ارزیابی کمی ریسک انجام میشوند. یک شکاف قابل توجه در ادبیات، فقدان مطالعات یکپارچه است که ارزیابی کمی ریسک را با ارزیابیهای اثرات محیط زیستی و اجتماعی در زمینه پروژههای زیرساختی در کشورهای در حال توسعه ترکیب کند. اکثر مطالعات موجود بر محیطهای صنعتی با چارچوبهای نظارتی تثبیتشده تمرکز دارند، در حالی که پروژهها در مناطقی مانند ایران با چالشهای منحصر به فردی روبرو هستند، از جمله دسترسی محدود به سیستمهای پایش لحظهای و رعایت متفاوت استانداردهای ایمنی بینالمللی (Hameed, 2025). علاوه بر این، در حالی که Phast با سایر مدلهای انتشار مانند DEGADIS و ALOHA مقایسه شده است (Pouyakian et al., 2023)، کاربرد آن در مناطق حساس اکولوژیکی با دینامیکهای پیچیده اجتماعی-اقتصادی کمتر مورد بررسی قرار گرفته است. این مطالعه با یکپارچهسازی ارزیابی کمی ریسک با ارزیابیهای اثرات محیط زیستی و اجتماعی، با استفاده از پروژه اصفهان به عنوان یک مطالعه موردی، به این شکافها میپردازد تا کاربرد عملی Phast را در یک محیط زیرساختی واقعی نشان دهد. پروژه انتقال اضطراری آب اصفهان یک مطالعه موردی منحصر به فرد برای به کارگیری چارچوب ارزیابی ریسک یکپارچه ارائه میدهد. این پروژه شامل سه مخزن سوخت دیزل (۳۲-۴۰ متر مکعب) است که برای ایستگاههای پمپاژ آن حیاتی هستند و در منطقهای با توپوگرافی متنوع، بادهای غالب و نزدیکی به گیرندههای اکولوژیکی و اجتماعی قرار دارند. دو سناریوی شکست – شکست کامل مخزن و سوراخ شدن دیواره ۱۵۰ میلیمتری – با استفاده از نرمافزار Phast مدلسازی میشوند تا ریسکهای فرآیند، شامل انتشار گاز، فشار اضافی انفجار و مناطق تابش آتش، کمیسازی شوند. این سناریوها با توجه به اشتعالپذیری و سمیت دیزل، که حاوی ترکیبات آروماتیک و مشتقات گوگردی است و میتواند منجر به تولید دیاکسید گوگرد (SO2) و تشکیل باران اسیدی شود، از اهمیت ویژهای برخوردارند (Yang et al., 2021). نزدیکی پروژه به رودخانه ماربر و اراضی کشاورزی نگرانیهایی را در مورد آلودگی احتمالی ایجاد میکند، در حالی که فاصله آن از سکونتگاهها (مانند فاصلهی ۱۱ کیلومتری از روستای هنجان) ارزیابی ریسکهای اجتماعی را برای تضمین ایمنی جامعه ضروری میسازد. اهداف این مطالعه سهگانه است:
· کمیسازی ریسکهای فرآیند (انتشار، انفجار و آتشسوزی) مرتبط با دو سناریوی شکست (شکست کامل مخزن و سوراخ شدن دیواره ۱۵۰ میلیمتری) برای مخازن سوخت دیزل با استفاده از نرمافزار Phast.
· ارزیابی اثرات محیط زیستی و اجتماعی این سناریوها، با تمرکز بر آلودگی احتمالی رودخانه ماربر، اراضی کشاورزی و خطرات برای جوامع نزدیک.
· پیشنهاد راهبردهای کاهش ریسک که ایمنی عملیاتی را با پایداری محیط زیستی و اجتماعی متعادل سازد.
اهمیت این مطالعه در رویکرد یکپارچه آن نهفته است که ابزارهای پیشرفته ارزیابی کمی ریسک را با ملاحظات محیط زیستی و اجتماعی ترکیب مینماید تا یک چارچوب جامع برای مدیریت ریسک در پروژههای زیرساختی ارائه دهد. با مدلسازی سناریوهای شکست واقعبینانه و نقشهبرداری اثرات آنها بر تصاویر ماهوارهای، این مطالعه به شناسایی مناطق خطر بحرانی و پیامدهای آنها برای مناطق حساس اکولوژیکی و جوامع محلی میپردازد. بهکارگیری نرمافزار Phast، نتایج قوی و قابل تکرار را تضمین مینماید، در حالی که تمرکز بر بستر یک کشور در حال توسعه، یک خلاء حیاتی در ادبیات علمی را مرتفع میسازد. انتظار میرود یافتههای این پژوهش، برنامهریزی ایمنی، حفاظت از محیط زیست و راهبردهای مشارکت اجتماعی را برای پروژههای مشابه در سراسر جهان ارتقا بخشد.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه
پروژه انتقال اضطراری آب اصفهان در شهرستانهای سمیرم، شهرضا، دهاقان، مبارکه و لنجان، با خط لولهای به طول ۲۰۲ کیلومتر، انتقال سالانه ۲۱۰ میلیون متر مکعب آب را از رودخانه ماربر به اصفهان را تسهیل مینماید. منطقه مورد مطالعه شامل مناطق حساس اکولوژیکی (مانند رودخانه ماربر) و سکونتگاههای روستایی است. این طرح از جنوب استان اصفهان و رودخانه ماربر در شهرستان پادنای سمیرم شروع شده و در طول مسیر، از شهرستانهای سمیرم، دهاقان و شهرضا، گذر کرده و به سد چم آسمان در شهرستان لنجان میپیوندد. نزدیکترین مراکز سکونتگاهی انسانی شهری به مبدا خط انتقال شهرهای کمه، حنا، سمیرم و مقصد خط انتقال شهرهای زاینده رود، باغ بهادران و چرمهین بودهاند. مراکز سکونتگاهی روستایی که در شعاع یک کیلومتری محل انتقال واقعاند، روستاهای شورجه و چم آسمان بوده و در نزدیکی محل مبدا خط واقع هستند. از جمله مهمترین کاربریهای اطراف محل خط انتقال میتوان به مواردی همچون سد حنا واقع در شهرستان سمیرم، فولاد مبارکه اصفهان واقع در شهرستان مبارکه، مجتمع صنابع دفاع اصفهان و شهرک صنعتی کچو واقع در شهرستان لنجان اشاره کرد. این زیرساخت حیاتی شامل یک خط لوله فولادی با قطر ۲۰۰۰ میلیمتر، سه ایستگاه پمپاژ (با ظرفیت ترکیبی ۱۷.۷ مترمکعب بر ثانیه)، هفت مخزن ذخیره (هر یک به حجم ۳۰,۰۰۰ متر مکعب)، و یک تونل ۱ کیلومتری (با قطر ۳ متر) است. منطقه مورد مطالعه دارای ویژگیهای توپوگرافیکی متنوع (ارتفاعات ۱۶۸۰ تا ۲۴۶۰ متر) بوده و تحت تأثیر بادهای غالب (جنوب غربی به شمال شرقی) قرار دارد. مخازن سوخت دیزل (۳۲ تا ۴۰ متر مکعب) در ایستگاههای پمپاژ، که در نزدیکی رودخانه ماربر و اراضی کشاورزی حساس اکولوژیکی واقع شدهاند، خطرات قابل توجهی را به همراه دارند. مرز بلافصل پروژه شامل خط لوله و زیرساختهای مرتبط است، در حالی که مرز اکولوژیکی تا شعاع ۱۵ کیلومتری گسترش یافته و منابع آبی و مناطق دارای تنوع زیستی را پوشش میدهد. مرز اجتماعی-اقتصادی نیز شامل جوامع محلی، نظیر قاید علی (۲ کیلومتر از نقطه پایانی خط لوله) و هنژان (۱۱ کیلومتر از مخازن)، در کنار زیرساختهای کلیدی مانند سد حنا و مجتمع فولاد مبارکه است. این بستر، ضرورت ارزیابیهای یکپارچه ریسک و پیامدهای محیط زیستی-اجتماعی را برای تضمین ایمنی و پایداری برجسته ایجاد کرده است. در محدوده بلافصل خط انتقال تعداد 3 ایستگاه پمپاژ، 5 مخزن فشارشکن و 2 مخزن واقع است.
شکل 1 – موقعیت ایستگاه پمپاژ بر روی تصاویر ماهوارهای
Fig. 1- The location of the pumping station on satellite imagery
|
|
شکل 2- موقعیت مخازن فشارشکن بر روی تصاویر ماهوارهای
Fig. 2- Location of surge tanks on satellite imagery
نرمافزار Phast و مدلسازی ریسک
نرمافزار Phast (نسخه ۸.۴، DNV) برای ارزیابی کمی ریسک و تجزیه و تحلیل خطرات فرآیند (PHA) به منظور مدلسازی دو سناریوی شکست برای سه مخزن سوخت دیزل (۴۰، ۳۲، ۴۰ متر مکعب) مورد استفاده قرار گرفت:
· شکست کامل مخزن: شبیهسازی انتشار کامل دیزل.
· نشت از دیواره (۱۵۰ میلیمتر): شبیهسازی نشت کنترلشده.
Phast ابزاری جامع برای شبیهسازی پیامدهای انتشار مواد خطرناک، از جمله سناریوهای پراکندگی، آتشسوزی و انفجار است (Witlox et al., 2018). مدلهای قدرتمند آن، مانند مدل پراکندگی یکپارچه (UDM)، مدل Multi-Energy TNO برای انفجارها و مدل Baker-Strehlow-Tang برای فشار بیش از حد انفجار، پیشبینیهای دقیقی از مناطق خطر را تضمین میکنند (DNV, 2020). پایگاه داده Phast شامل بیش از ۱۶۰۰ ماده شیمیایی، از جمله دیزل، خواص ترموفیزیکی لازم (مانند چگالی، فراریت، محتوای گوگرد) را برای شبیهسازیها فراهم کرد.
فرآیند مدلسازی از متدولوژی مطرح شده توسط CCPS (2010) برای ارزیابی کمی ریسک پیروی کرد که شامل تعریف سناریوها، ورود دادههای مواد و محیطی، و تحلیل پیامدها است. سناریوها بر اساس حالتهای شکست رایج در سیستمهای ذخیرهسازی سوخت، که در مطالعات قبلی شناسایی شدهاند، انتخاب شدند (Cheraghi et al., 2021). سناریوی ۱ (شکست کامل مخزن) نشاندهنده یک انتشار فاجعهبار است که میتواند ناشی از نقص ساختاری یا ضربه خارجی باشد، در حالی که سناریوی ۲ (سوراخ شدن ۱۵۰ میلیمتری) نشت موضعی ناشی از خوردگی یا آسیب مکانیکی را شبیهسازی میکند. این سناریوها با استانداردهای صنعتی برای ارزیابی ریسک در تاسیسات شیمیایی مطابقت دارند (API, 2016).
مشخصات مخازن
سه مخزن سوخت دیزل استوانهای افقی مدلسازی شدند که مشخصات آنها در جدول 1 آورده شده است. این مخازن، که در ایستگاههای پمپاژ قرار دارند، دارای حجم ۳۲-۴۰ متر مکعب، ارتفاع ۱ متر و ضخامت دیوارهای کافی برای تحمل فشارهای عملیاتی هستند. اندازه سوراخ (۱۵۰ میلیمتر) بر اساس ابعاد شکستهای معمول گزارش شده در مطالعاتانجام شده، انتخاب شد.
جدول 1- مشخصات مخزن سوخت
Table 1 - Fuel Tank Specifications
مخزن | نوع | حجم (متر مکعب) | ارتفاع (متر) | سوراخ دیواره (میلیمتر) |
مخزن ۱ | استوانهای-افقی | ۴۰ | ۱ | ۱۵۰ |
مخزن ۲ | استوانهای-افقی | ۳۲ | ۱ | ۱۵۰ |
مخزن ۳ | استوانهای-افقی | ۴۰ | ۱ | ۱۵۰ |
دادههای اقلیمی و محیطی
دادههای اقلیمی از چهار ایستگاه هواشناسی سینوپتیک (سمیرم، شهرضا، مبارکه، زرینشهر) برای نمایش شرایط متالورژیکی متنوع پروژه به دست آمد. جدول ۲ پارامترهای ورودی را خلاصه میکند، از جمله میانگین دمای سالانه، رطوبت، جهت باد، سرعت باد و کلاس پایداری جوی (کلاس C پاسکوئیل-گیفورد، نشاندهنده پایداری خنثی). این پارامترها از سالنامه آماری اصفهان (1399) استخراج شدهاند.
جدول 2- شرایط اقلیمی منطقه مورد مطالعه
Table 2 - Climatic Conditions of the Study Area
ایستگاه | میانگین دما (درجه سانتیگراد) | رطوبت (%) | جهت باد | سرعت باد (متر بر ثانیه) | طبقه پایداری |
سمیرم | ۱۳.۵ | ۳۲.۵ | جنوب غربی | ۱۳ | C |
شهرضا | ۱۵.۷ | ۳۷ | شمال شرقی | ۱۱ | C |
لنجان | ۱۷.۸ | ۳۴.۵ | غربی | ۱۱ | C |
سناریوهای مدلسازی
شبیهسازیهای Phast پدیدههای زیر را مدلسازی کردند:
· پراکندگی: انتشار فازهای گازی و مایع، از جمله جریان دوفازی، ترمودینامیک قطرات و تبخیر حوضچه، با استفاده از UDM شبیهسازی شد. این مدل اثرات بیداری و تأثیرات زمین را در نظر گرفت، همان طور که توسط Witlox و همکاران (۲۰۱۸) توضیح داده شده است.
· انفجار: فشارهای بیش از حد انفجار با استفاده از مدلهای TNO Multi-Energy و Baker-Strehlow-Tang محاسبه شد که به طور گسترده برای انفجارهای ابر بخار استفاده میشوند (CCPS, 2010).
· آتشسوزی: سناریوهای آتشسوزی جت، آتشسوزی حوضچه و گوی آتش برای تخمین پروفیلهای تابش حرارتی، مطابق با متدولوژی Cheraghi و همکاران (۲۰۲۱) مدلسازی شد.
· سمیت: پروفیلهای غلظت سمی و دوزهای مواجهه برای سناریوهای داخلی و خارجی، با زمانهای میانگینگیری بر اساس محدودیتهای استاندارد مواجهه (EPA, 2018) محاسبه شد.
شبیهسازیها خروجیهایی مانند کانتورهای غلظت (PPM)، فشارهای بیش از حد انفجار (bar) و مناطق تابش حرارتی (kW/m²) را تولید کردند که با استفاده از GeoMedia GIS بر روی تصاویر ماهوارهای مشخص شدند تا اثرات مکانی ارزیابی شوند.
ارزیابی اثرات محیط زیستی و اجتماعی
ارزیابی اثرات محیط زیستی بر آلودگی احتمالی رودخانه ماربر و اراضی کشاورزی در شعاع ۱۵ کیلومتری مخازن سوخت متمرکز بود و خروجیهای Phast را با تحلیل فضایی ادغام نمود. گیرندههای محیط زیستی کلیدی شامل آبهای سطحی (رودخانه ماربر)، آبهای زیرزمینی و خاک بودند، با تمرکز بر ترکیبات گوگرد دیزل و پتانسیل آنها برای تشکیل SO2 و باران اسیدی (Yang et al., 2021). ارزیابی اثرات محیط زیستی موارد زیر را در نظر گرفت:
· آلودگی آب: نشتهای احتمالی دیزل برای تخمین گسترش آنها به رودخانه ماربر، با استفاده از مدلهای تبخیر حوضچه و پراکندگی Phast مدلسازی شد.
· خاک و پوشش گیاهی: تأثیر رسوب دیزل بر اراضی کشاورزی بر اساس کانتورهای غلظت و نرخ جذب خاک، همان طور که توسط Wais و همکاران (۲۰۲5) توضیح داده شده، ارزیابی شد.
· کیفیت هوا: انتشار SO2 از سناریوهای احتراق برای ارزیابی خطرات باران اسیدی و اثرات بر سلامت تنفسی کمیسازی شد.
ارزیابی اثرات اجتماعی خطرات را برای جوامع محلی ارزیابی کرد، با تمرکز بر فواصل تا سکونتگاهها (مانند قاید علی، هنژان) و زیرساختها (مانند سد حنا، مجتمع فولاد مبارکه). متدولوژی ارزیابی اثرات اجتماعی از Khan و همکاران (۲۰۲5) اقتباس شد و شامل تراکم جمعیت، کاربری اراضی و عوامل آسیبپذیری بود. تصاویر ماهوارهای و نقشهبرداری GIS برای همپوشانی مناطق خطر با مکانهای سکونتگاهها استفاده شد تا تخمین دقیق فواصل ایمن تضمین شود. ایمنی جامعه بر اساس مواجهه با غلظتهای سمی، فشارهای بیش از حد انفجار و تابش حرارتی ارزیابی شد، با آستانههایی که از دستورالعملهای EPA مشتق شدهاند .(EPA, 2018)
تحلیل و اعتبار سنجی دادهها
خروجیهای Phast برای تولید پروفیلهای غلظت، کانتورهای فشار بیش از حد انفجار و نقشههای تابش حرارتی تحلیل شدند. این نتایج در برابر معیارهای صنعتی مانند API اعتبار سنجی شدند و با مطالعات قبلی با استفاده از مدلهای مشابه مانند Rashidi & Varshosaz (2023) مقایسه شدند. تحلیل آماری برای ارزیابی حساسیت نتایج به پارامترهای ورودی (مانند سرعت باد، حجم مخزن)، با استفاده از شبیهسازیهای مونت کارلو برای در نظر گرفتن عدم قطعیتها در دادههای متالورژیکی (Hameed, 2025) انجام شد. ارزیابیهای اثرات محیط زیستی و اجتماعی با گزارشهای محیط زیستی منطقهای مطابقت داده شدند تا سازگاری با شرایط محلی تضمین شود.
نتایج
پس از ورود دادهها در برنامه، نرمافزار برخي از منحنیها را نشان دادند كه تجزیهوتحلیل اين منحني پيامدهاي ناشي از اين حادثه مشخص را توضيح داده است.
v مخزن شماره 1: سناریو اول: انهدام کلی مخزن
بر اساس نتایج شبیهسازی مدل (نمودار خروجی نرمافزار) برای مخزن شماره 1، پس از انهدام کامل، پراکنش ماده به مدت 24 ثانیه تا فاصله 400 متری ادامه یافته و اوج غلظت (1000 PPM) در فاصله 200 تا 250 متری از منبع مشاهده میشود.
شکل 3- رابطه غلظت و فاصله
Fig. 3 - Relationship between Concentration and Distance
طبق نمودار خروجی از نرمافزار در مخزن شماره 1 مشخص شد در زمانهای مختلف غلظت ماده چه تغییری کرده است. غلظت ماده در فاصله 100 متری به 500000 ppm رسید و با گذشت زمان از غلظت ماده مورد نظر کاسته شد به طوری که در زمان 30 ثانیه به صفر رسید.
شکل 4- رابطه غلظت و زمان
Fig. 4- Concentration-Time Relationship
غلظت ماده روی سطح زمین (ارتفاع صفر) در نمودار آورده شده است. در این نمودار غلظت ماده در فاصلههای مختلف مشخص کرده است که در ثانیه 24 در این محدوده غلظت ماده به 4000 PPM و 8000 PPM خواهد رسید.
شکل 5- حجم پراکنش
Fig. 5 - Dispersion Volume
همانطور که در نمودار نمایش داده شده است، دایره غلظت ماده به وسیله نیروهای کناری در ثانیه 24 به مقادیر 4000 و 8000PPM خواهد رسید.
شکل 6- انتشار ماده توسط نیروهای کناری
Fig. 6 - Substance Dispersion by Lateral Forces
نمودار زیر انتشار ماده از نمای روبرو را نشان داده است. دایره غلظت ماده در ثانیه 24 به 4000 PPM خواهد رسید.
شکل 7- نمای روبرو در انتشار ماده
Fig. 7 - Front View of Substance Dispersion
نمودار زیر ردپای بیشترین غلظت را نمایش داده است. در طول 18 ثانیه و در (ارتفاع صفر سطح زمین) دایره غلظت ماده به 4000،8000 و 65000 PPM خواهد رسید.
شکل 8- ردپای بیشترین غلظت
Fig. 8- Footprint of Maximum Concentration
نمودار زیر موج انفجار در فاصلههای مختلف را نمایش داده است. طبق این نمودار اگر انفجاری رخ بدهد در فاصله 200 تا 300 متری فشار موج انفجار02/0bar و در فاصله 500 تا 600 متری فشار موج انفجار bar 13/0 خواهد بود.
شکل 9- بدترین حالت موج انفجار
Fig. 9 - Worst-Case Blast Wave Scenario
نمودار زیر بدترین حالت انفجار تاخیری را نمایش داده است. طبق نمودار مشخص شد که در فشارهای مختلف ماده تا چه شعاعی پیش خواهد رفت.
شکل 10- انفجار تاخیری
Fig. 10- Delayed Explosion
نمودار زیر بیانگر آتش فورانی است. زمانی که انهدام کامل مخزن رخ دهد اگر در همان لحظه به منبع جرقه برسد تا چه شعاعی انتشار پیدا خواهد کرد. ماده مورد نظر اگر پس از انهدام به یک منبع جرقه برسد میتواند تا غلظت 8000 ppm برسد.
شکل 11- آتش فورانی
Fig. 11 - Jet Fire
ü سناریو دوم: سوراخ دیوار مخزن به قطر mm 150
طبق نمودار خروجی از نرمافزار در مخزن شماره 1 مشخص شد که پس از سوراخ شدن دیواره مخزن در طول مدت 10 ثانیه پخش مواد تا فاصله 90 متری ادامه خواهد داشت. در فاصله 10 متری غلظت ماده به اوج خود یعنی 100000 PPM خواهد رسید .
شکل 12- رابطه غلظت و فاصله
Fig. 12 - Relationship between Concentration and Distance
طبق نمودار خروجی از نرمافزار در مخزن شماره 1 مشخص شد در زمانهای مختلف غلظت ماده چه تغییری خواهد کرد. پس از سوراخ شدن مخزن با گذشت زمان انتشار ماده افزایش پیدا خواهد کرد به طوری که در طول زمان غلظت ماده 5000 ppm خواهد بود.
شکل 13- رابطه غلظت و زمان
Fig. 13- Concentration-Time Relationship
براساس غلظت ماده روی سطح زمین (ارتفاع صفر) در نمودار، هر چقدر ماده روی سطح زمین انتشار پیدا کند حجم پراکنش (توده ابری) افزایش پیدا خواهد کرد. در ثانیه 24 و در جهت باد در این محدوده غلظت ماده منتشر شده به 4000، 8000 و 65000 ppm خواهد رسید.
شکل 14- حجم پراکنش
Fig. 14 - Dispersion Volume
طبق نمودار زیر دایره غلظت ماده به وسیله نیروهای کناری در ثانیه 10 به 4000 و 8000 PPM خواهد رسید.
شکل 15- انتشار ماده توسط نیروهای کناری
Fig. 15 - Substance Dispersion by Lateral Forces
براساس نمودار زیر که نشان دهندهی ردپای بیشترین غلظت است، در (ارتفاع صفر - سطح زمین) دایره غلظت ماده به 4000،8000 و 65000 PPM خواهد رسید.
شکل 16- ردپای بیشترین غلظت
Fig. 16 - Footprint of Maximum Concentration
طبق نمودار زیر در فاصله 10 تا 50 متری بالاترین تشعشع انفجار ایجاد خواهد شد.
شکل 17- تشعشع انفجار
Fig. 17- Explosion Radiation
نمودار زیر نشان دهنده موج انفجار در فاصلههای مختلف است. طبق این نمودار اگر انفجاری رخ بدهد در فاصله 100 متری فشار موج انفجار 02/0bar خواهد بود.
شکل 18-بدترین حالت موج انفجار
Fig. 18 - Worst-Case Blast Wave Scenario
ü خروجی بر روی تصاویر ماهوارهای در سناریوی دوم
طبق نقشه خروجی، شعاع انتشار ماده در صورت سوراخ شدن دیواره به محدوده رودخانه ماربر واقع در شهرستان سمیرم خواهد رسید اما از سکونتگاه روستایی قاید علی، ماندگان و علی آباد فاصله خواهد داشت که نیاز به راهکارهای مدیریتی است.
|
|
شکل 19-شعاع اثرگذاری
Fig. 19 - Impact Radius
ü خروجی بر روی تصاویر ماهوارهای در سناریوی اول
همان طور که در نقشه خروجی نمایان است، در صورت انهدام کلی ماده شعاع اثر گذاری تا رودخانه مار بر و روستای قایدعلی ادامه خواهد داشت.
شکل 20- شعاع اثرگذاری
Fig. 20 - Radius of Impact
v مخزن شماره 2: سناریو اول: انهدام کامل مخزن سوخت
در نمودار زیر بدترین حالت انفجار تاخیری مشخص شده است. خروجی زیر گویای این است که فشارهای مختلف تا چه شعاعی پیش خواهد رفت.
شکل 21- انفجار تاخیری
Fig. 21 - Delayed Explosion
در نمودار زیر موج انفجار در فاصلههای مختلف را مشخص شده است. طبق این نمودار اگر انفجاری رخ بدهد در فاصله 100 تا 300 متری فشار موج انفجار 02/0bar و در فاصله 400 تا 500 متری فشار موج انفجار 13/0 bar خواهد بود.
شکل 22- بدترین حالت موج انفجار
Fig. 22- Worst-Case Blast Wave Scenario
نمودار زیر ردپای بیشترین غلظت را نمایش است. در (ارتفاع صفر- سطح زمین) شعاع تاثیرگذاری غلظت ماده به 4000،8000 و 65000 PPM خواهد رسید.
شکل 23-ردپای بیشترین غلظت
Fig. 23 - Footprint of Maximum Concentration
نمودار زیر نشان دهنده انتشار ماده توسط نیروهای کناری است. در ثانیه 24 دایره غلظت ماده به 4000 و8000 ppm خواهد رسید.
شکل 24-انتشار ماده توسط نیروهای کناری
Fig. 24 - Lateral Dispersion of Substance
طبق نمودار خروجی از نرمافزار در مخزن شماره 2 مشخص شد که پس از انهدام کامل مخزن در طول مدت 24 ثانیه پخش مواد تا فاصله 400 متری ادامه خواهد داشت. در فاصله 200 متری غلظت ماده به اوج خود یعنی 1000 PPM خواهد رسید.
شکل 25-غلظت ماده در فواصل مختلف
Fig. 25 - Substance Concentration at Various Distances
ü سناریو دوم: سوراخ شدن مخزن به قطر mm 150
طبق نمودار زیر موج انفجار در فاصلههای مختلف مشخص شده است. به طوری که در فاصله 100-150 متری فشار موج انفجار 02/0bar خواهد بود.
شکل 26-بدترین حالت موج انفجار
Fig. 26 - Worst-Case Blast Wave
براساس نمودار زیر که نشان دهنده ردپای بیشترین غلظت است، در (ارتفاع صفر - سطح زمین) دایره غلظت ماده به 4000،8000 و 65000 PPM خواهد رسید.
شکل 27-ردپای بیشترین غلظت
Fig. 27 - Footprint of Maximum Concentration
نمودار زیر نشان دهنده دایره غلظت ماده توسط نیروهای جانبی است. در ثانیه 15 دایره غلظت ماده به 4000،8000 و 65000 ppm خواهد رسید.
شکل 28- غلظت ماده توسط نیروهای کناری
Fig. 28: Substance Concentration by Lateral Forces
طبق نمودار خروجی از نرمافزار در مخزن شماره 2 شخص شد در زمانهای مختلف غلظت ماده چه تغییری خواهد کرد. پس از سوراخ شدن مخزن با گذشت زمان انتشار ماده افزایش پیدا خواهد کرد به طوری که در طول زمان غلظت ماده 5000 ppm خواهد بود.
شکل 29-رابطه بین غلظت و فاصله
Fig. 29 - Relationship Between Concentration and Distance
ü خروجی بر روی تصاویر ماهوارهای در سناریوی اول
طبق نقشه خروجی، شعاع انتشار ماده در صورت انهدام کامل مخزن به محدوده آبراهه که در موقعیت شرقی و فاصله تقریبی 6/1 کیلومتری واقع شده، خواهد رسید اما از سکونتگاه روستایی فاصله خواهد داشت که نیاز به راهکارهای مدیریتی است. نزدیکترین سکونتگاه روستایی به محل مخزن، روستای هونجان بوده که در فاصله 11 کیلومتری از آن قرارگرفته است.
|
|
شکل 30-شعاع اثرگذاری
Fig. 30 - Impact Radius
ü خروجی بر روی تصاویر ماهوارهای در سناریوی دوم
طبق نقشه خروجی، شعاع انتشار ماده در صورت سوراخ شدن دیواره مخزن محدوده آبراهه که در موقعیت شرقی و فاصله تقریبی 6/1 کیلومتری واقع شده، خواهد رسید اما از سکونتگاه روستایی فاصله خواهد داشت که نیاز به راهکارهای مدیریتی است.
شکل 31- شعاع اثرگذاری
Fig. 31 - Radius of Influence
ü مخزن شماره 3: خروجی بر روی سناریوی دوم
طبق نمودار خروجی در صورت سوراخ شدن دیواره مخزن تشعشع انفجار در فواصل 5 تا 50 متری در اوج خود خواهد بود (بدترین حالت ممکن) و بعد از آن تشعشعات کاهش پیدا خواهد کرد پس بیشترین اثر در فواصل نزدیک به مخزن خواهد بود.
شکل 32- رابطه تشعشع انفجار و فاصله
Fig. 32: Relationship between Explosion Radiation and Distance
نمودار زیر ردپای بیشترین غلظت است. در (ارتفاع صفر - سطح زمین) دایره غلظت ماده به 4000،8000 و 65000 PPM خواهد رسید.
شکل 33- ردپای بیشترین غلظت
Fig. 33- Footprint of Maximum Concentration
طبق نمودار خروجی از نرمافزار مشخص شد در زمانهای مختلف غلظت ماده چه تغییری کرده است. غلظت ماده در بازه زمانی 100 تا 800 بیشترین مقدار خواهد بود. غلظت ماده در این بازه زمانی 5000 ppm است.
شکل 34- رابطه غلظت و زمان
Fig. 34- Concentration-Time Relationship
طبق نمودار زیر که براساس رابطه بین غلظت ماده و فاصله است، در صورت سوراخ شدن دیوار مخزن غلظت ماده در طول بازه زمانی 16 ثانیه زیاد خواهد بود به طوری که در فاصله 15 متری غلظت ماده به اوج خود خواهد رسید.
شکل 35-رابطه غلظت و فاصله
Fig. 35 - Relationship between Concentration and Distance
براساس نمودار زیر مشخص شده است که در صورت وقوع نشتی، هنگامی که ماده به منبع جرقه برسد تا چه شعاعی انتشار پیدا خواهد کرد.
شکل 36-آتش فورانی
Fig. 36 - Jet Fire
طبق نمودار زیر اگر انفجاری رخ بدهد در بدترین حالت فشار موج انفجار در فاصله 100 تا 150 متری به 02/0 و 13/0 bar خواهد رسید.
شکل 37- بدترین حالت موج انفجار
Fig. 37 - Worst-Case Blast Wave Scenario
· خروجی بر روی سناریوی اول
نمودار زیر نشان دهنده تشعشع انفجار در صورت انهدام کامل مخزن است که در صورت وقوع انفجار انعکاس تشعشعات تا چه شعاعی خواهد بود. همان گونه که قابل مشاهده است این اثر در موقعی خواهد بود که باد به صورت (effect zone) باشد.
شکل 38- تشعشع انفجار
Fig. 38 - Explosion Radiation
نمودار زیر ردپای بیشترین غلظت است که طبق آن در (ارتفاع صفر- سطح زمین) دایره غلظت ماده به4000، 8000 و 65000 PPM خواهد رسید.
شکل 39- ردپای بیشترین غلظت
Fig. 39 - Footprint of Maximum Concentration
نمودار زیر نشان خواهد داد که در ثانیه 29 دایره غلظت ماده به 4000 و 8000ppm خواهد رسید
شکل 40- انتشار ماده توسط نیروهای کناری
Fig. 40 - Lateral Dispersion of Substance
ü خروجی بر روی تصاویر ماهوارهای در سناریوی اول
طبق نقشه خروجی، شعاع انتشار ماده در صورت سوراخ شدن دیواره مخزن به محدوده جاده واقع در شمال محل مخزن، اراضی کشاورزی و گلخانههای مربوط به شمال شهر دهاقان خواهد رسید اما از سکونتگاه روستایی فاصله خواهد داشت که نیاز به راهکارهای مدیریتی است.
|
|
شکل 41- شعاع اثرگذاری
Fig. 41 - Impact Radius
ü خروجی بر روی تصاویر ماهوارهای در سناریوی دوم
طبق نقشه خروجی، شعاع انتشار ماده در صورت سوراخ شدن دیواره مخزن به محدوده جاده واقع در شمال محل مخزن خواهد رسید اما از سکونتگاه روستایی فاصله خواهد داشت که نیاز به راهکارهای مدیریتی است.
|
|
شکل 42- شعاع اثرگذاری
Fig. 42 - Radius of Impact
بحث و نتیجه گیری
این مطالعه به ارزیابی جامعی از ریسکهای فرآیندی و پیامدهای محیط زیستی-اجتماعی مرتبط با حوادث مخازن سوخت دیزل در پروژه انتقال اضطراری آب اصفهان، با استفاده از نرمافزار (Phast نسخه ۸.۴، DNV)، پرداخته است. نتایج نشان میدهند که دو سناریوی مدلسازیشده – شکست کامل مخزن (سناریو ۱) و سوراخ شدن دیواره به قطر ۱۵۰ میلیمتر (سناریو ۲) – خطرات قابل توجهی را با پیامدهای متغیر برای ایمنی فرآیند، یکپارچگی محیط زیستی و رفاه جامعه ایجاد نمودهاند. یافتهها با مطالعات پیشین که از Phast برای ارزیابی کمی ریسک و تحلیل خطرات فرآیند (PHA) استفاده کردهاند، همخوانی دارند، اما کاربرد آن را به یک پروژه زیرساختی در یک کشور در حال توسعه گسترش میدهند و بدین ترتیب، یک شکاف حیاتی در ادبیات را پوشش میدهند (Witlox et al., 2018; Rashidi & Varshosaz, 2023). شبیهسازیهای Phast نشان دادند که شکست کامل مخزن (سناریو ۱) منجر به ایجاد مناطق خطر گستردهای کرده است؛ به طوری که پراکندگی دیزل در مدت ۲۴ ثانیه به ۴۰۰ متر رسید و حداکثر غلظت ۶۵,۰۰۰ PPM در فاصله ۲۰۰ تا ۲۵۰ متری برای مخزن ۱ مشاهده شد. فشار بیش از حد انفجار در محدوده 02/0 bar (۲۰۰-۳۰۰ متر) تا 13/0 bar (۵۰۰-۶۰۰ متر) متغیر بود، در حالی که مناطق تابش آتشسوزی جت تا ۴۰۰ متر با غلظت ۸,۰۰۰ PPM گسترش یافتند. در مقابل، سناریو ۲ (سوراخ شدن ۱۵۰ میلیمتری) اثرات موضعیتری را ایجاد کرد؛ با پراکندگی محدود به ۹۰ متر و حداکثر غلظت ۱۰۰,۰۰۰ PPM در فاصله ۱۰ متری برای مخزن ۱، و فشار بیش از حد انفجار 02/0 bar در فاصله ۱۰۰ متری. این نتایج با یافتههای Witlox و همکاران (۲۰۱۸) که پروفایلهای پراکندگی و انفجار مشابهی را برای انتشار هیدروکربنها در محیطهای دریایی با استفاده از مدل پراکندگی یکپارچه (UDM) و مدل Multi-Energy TNO نرمافزار Phast گزارش کردهاند، سازگار است. حاشیههای خطای کمتر Phast در مقایسه با سایر مدلها، مانند DEGADIS، همانطور که توسط Johnson (۲۰21) اشاره شده است، بر قابلیت اطمینان آن برای پیشبینی مناطق خطر در سیستمهای صنعتی پیچیده تأکید میکند. تفاوت در مناطق خطر بین سناریوها، تأثیر شدت شکست را بر پروفایلهای ریسک برجسته ساخته است. شکست کامل مخزن، که بدترین سناریو را نشان داد، به دلیل پراکندگی سریع و شعاع تأثیر گسترده، چالشهای قابل توجهی را برای واکنش اضطراری ایجاد نموده است. با این حال، ماهیت موضعی سناریو ۲ نشان داد که اقدامات کنترلی قادر است پیامدها را به طور مؤثرتری کاهش دهد. این یافتهها با نظر Rashidi & Varshosaz (۲۰۲3) که بر اهمیت راهبردهای کاهش خطر خاص برای هر سناریو در تأسیسات شیمیایی تأکید کردهاند، همسو است. ادغام دادههای هواشناسی (مانند سرعت باد ۱۱-۱۳ متر بر ثانیه، کلاس C پاسکوئیل-گیفورد) و اثرات توپوگرافیکی در مدلهای Phast، دقت پیشبینی خطر را افزایش داد و از کاربرد Phast در مناطق متنوع توپوگرافی مانند اصفهان حمایت میکند.
ارزیابی پیامدهای محیط زیستی نشان داد که هر دو سناریو خطراتی را برای گیرندههای حساس اکولوژیکی، به ویژه رودخانه ماربر و اراضی کشاورزی در شعاع ۱۵ کیلومتری مخازن سوخت، ایجاد نمود. در سناریو ۱، اثر پراکندگی به رودخانه ماربر و اراضی کشاورزی گسترش یافت، با خطرات احتمالی آلودگی ناشی از ترکیبات گوگرد دیزل که قادر است SO2 تولید کرده و به باران اسیدی کمک کنند اسیدی (Yang et al., 2021). سناریو ۲ منطقه کوچکتری را تحت تأثیر قرار داد، اما همچنان به رودخانه ماربر رسید، که نشاندهنده لزوم وجود سیستمهای مهار نشت قوی است. این یافتهها، گزارش Umar و همکاران (۲۰19) را تأیید میکنند که تخریب طولانیمدت کیفیت آب ناشی از نشت دیزل، به ویژه در اکوسیستمهای آبی، را نشان دادند. خطر آلودگی خاک در اراضی کشاورزی، ناشی از رسوب و جذب دیزل، با مطالعات Johnson و همکاران (۲۰۱۹) که پایداری هیدروکربنها در خاک و تأثیر آنها بر بهرهوری محصولات کشاورزی را برجسته کردند، همخوانی دارد. پتانسیل انتشار SO2 برای تشکیل باران اسیدی، خطرات محیط زیستی دیگری از جمله اسیدی شدن خاک و از دست رفتن تنوع زیستی را به همراه دارد. این موضوع به ویژه برای رودخانه ماربر، به عنوان یک منبع آبی حیاتی برای منطقه، نگرانکننده است و بر لزوم پایش لحظهای کیفیت هوا تأکید دارد. ادغام خروجیهای Phast با نقشهبرداری GIS امکان شناسایی دقیق مناطق تحت تأثیر را فراهم آورد و ارزش تحلیل مکانی را در ارزیابیهای ریسک محیط زیستی نشان داد (Hameed, 2025). با این حال، فقدان دادههای میدانی برای کیفیت آب و خاک، اعتبار این پیشبینیها را محدود میکند، که چالشی رایج در کشورهای در حال توسعه با زیرساختهای پایش محدود است (Johnson, 2021). ارزیابی پیامدهای اجتماعی نشان داد که هر دو سناریو خطرات مستقیم حداقلی را برای سکونتگاههای انسانی ایجاد میکنند، به دلیل وجود فواصل ایمن از مخازن سوخت (به عنوان مثال، ۱۱ کیلومتر از روستای هنژان برای مخزن ۲). با این حال، پیامدهای غیرمستقیم، مانند اختلال در معیشت کشاورزی و زیرساختها (مانند جادهها، سد حنا)، همچنان قابل توجه هستند. در سناریو ۱، مناطق خطر به رودخانه ماربر و روستای قایدعلی (۲ کیلومتر از نقطه پایانی خط لوله) گسترش یافت، که مستلزم آگاهی جامعه و برنامهریزی برای تخلیه است. شعاع تأثیر کوچکتر سناریو ۲ مناطق مسکونی را تحت تأثیر قرار نداد، اما همچنان جادهها و اراضی کشاورزی را متأثر ساخت، که بر لزوم مدیریت ترافیک و برنامهریزی کاربری اراضی تأکید میکند. این یافتهها با Khan و همکاران (۲۰۲5) که بر اهمیت مشارکت جامعه در کاهش خطرات اجتماعی ناشی از حوادث صنعتی تأکید کردهاند، سازگار است. فواصل ایمن از سکونتگاهها، خطرات فوری سلامت، مانند مواجهه با غلظتهای سمی یا فشارهای بیش از حد انفجار، را کاهش داده است، اما پیامدهای بلندمدت اجتماعی-اقتصادی، از جمله از دست رفتن بهرهوری کشاورزی و خسارات اقتصادی، نیازمند بررسی بیشتر است. متدولوژی ارزیابی پیامدهای اجتماعی، برگرفته از Khanm و همکاران (۲۰۲5)، تراکم جمعیت و عوامل آسیبپذیری را به طور مؤثر در نظر گرفت، اما عدم وجود نظرسنجیهای اجتماعی، عمق تحلیل پیامدهای اجتماعی را محدود نموده است. مطالعات آتی باید شامل مشاورههای ذینفعان برای دریافت برداشتهای محلی و افزایش ارتباطات ریسک باشد، همان طور که توسط Hameed (2025) پیشنهاد شده است. در مقایسه با مطالعات پیشین مبتنی بر Phast، این پژوهش به طور منحصربهفردی ارزیابی کمی ریسک را با ارزیابی پیامدهای محیطزیستی و اجتماعی در بستر یک کشور در حال توسعه ادغام نموده است. Witlox و همکاران (۲۰۱۸) و Rashidi & Varshosaz (۲۰۲3) بر ریسکهای فرآیندی در محیطهای صنعتی متمرکز بودند، با توجهی محدود به پیامدهای اکولوژیکی یا اجتماعی. در مقابل، این مطالعه به تعامل ریسکهای فرآیندی، محیط زیستی و اجتماعی در یک پروژه زیرساختی واقعی پرداخته است و با چارچوبهای مدیریت ریسک یکپارچه پیشنهادی توسط Johnson و همکاران (۲۰21) همسو است. استفاده از Phast در مناطق حساس اکولوژیکی، مانند مناطق نزدیک رودخانه ماربر، کاربرد آن را فراتر از محیطهای صنعتی سنتی گسترش میدهد و شکافی را که توسط Rashidi & Varshosaz و همکاران (۲۰۲3) مطرح شده است، پوشش میدهد. مقایسه Phast با DEGADIS، همان طور که توسط Barjoee و همکاران (۲۰22) گزارش شده است، دقت برتر آن را در مدلسازی پراکندگی تأیید میکند و استفاده از آن را در این مطالعه اعتبار میبخشد. یافتههای این پژوهش با مطالعات اخیر همراستا است که بر ضرورت تلفیق مدلسازی ریسک فرایندی با تحلیلهای محیطزیستی و اجتماعی تأکید کردهاند. برای مثال، Zhang و همکاران (2024) نشان دادند که انفجارهای مرتبط با مخازن سوخت میتوانند اثرات غیرمستقیم پایداری بر زیرساختها و امنیت غذایی ایجاد کنند، حتی زمانی که خطر مستقیم برای سکونتگاهها پایین است. همچنین، Amori & Yahya (2024) به اهمیت شرایط اقلیمی و تابش خورشیدی در افزایش خطرات انفجار و انتشار مواد هیدروکربنی اشاره کردهاند، که یافتههای این مطالعه را در زمینه حساسیت پروژه به تغییرات محیطی تأیید میکند. علاوه بر این، نتایج این تحقیق با مطالعات Salvo & Vitale (2023) همخوانی دارد که بر لزوم ترکیب دادههای سنجشازدور با مدلهای ریسک برای پیشبینی پیامدهای محیطی تأکید کردهاند. همچنین، یافتههای Martinez و همکاران (2024) نشان میدهد که نادیده گرفتن اثرات تجمعی حوادث صنعتی میتواند بر پایداری اکوسیستمها تأثیرات بلندمدت داشته باشد، موضوعی که در این پژوهش نیز از طریق بررسی انتشار ترکیبات گوگردی دیزل برجسته گردید. در نهایت، این مطالعه با ارائه یک چارچوب یکپارچه میان مدلسازی، تحلیل مکانی و ملاحظات اجتماعی، میتواند الگویی برای پروژههای مشابه در سایر کشورها فراهم کند.
یافتهها بر لزوم راهبردهای کاهش خطر سفارشیشده برای افزایش ایمنی و پایداری در پروژه اصفهان تأکید دارند. برای ریسکهای فرآیندی، سیستمهای مهار نشت، فناوریهای اطفاء حریق، و تشخیص نشت لحظهای برای کاهش پیامدهای شکست مخازن توصیه میشوند. اقدامات حفاظت از محیط زیست، مانند موانع مهار ثانویه و پروتکلهای واکنش سریع برای نشتها، برای حفاظت از رودخانه ماربر و اراضی کشاورزی حیاتی هستند. کاهش ریسک اجتماعی شامل برنامههای آگاهیبخشی جامعه، طرحهای تخلیه اضطراری، و همکاری با مقامات محلی برای حفاظت از جمعیتهای آسیبپذیر است. این راهبردها با بهترین شیوههای صنعتی و دستورالعملهای محیط زیستی همسو هستند و انطباق با استانداردهای بینالمللی را تضمین میکنند. این مطالعه دارای چندین محدودیت است. اولاً، فقدان دادههای میدانی برای کیفیت آب، خاک و هوا، اعتبار پیشبینیهای Phast را محدود میکند، که یک محدودیت رایج در کشورهای در حال توسعه است. ثانیاً، ارزیابی پیامدهای اجتماعی بر دادههای ثانویه و نقشهبرداری GIS متکی است و فاقد ورودی مستقیم جامعه است. ثالثاً، شبیهسازیها شرایط هواشناسی ثابتی را فرض میکنند که ممکن است تغییرات فصلی را به طور کامل پوشش ندهد. مطالعات آتی باید اندازهگیریهای میدانی، مشاورههای ذینفعان، و مدلسازی آب و هوای پویا را برای افزایش اعتبار یافتهها دربرگیرد. رویکرد یکپارچه، با به کارگیری Phast در بستر یک کشور در حال توسعه، شکاف مهمی در ادبیات را پوشش میدهد و چارچوبی قوی برای مدیریت ریسک در پروژههای زیرساختی فراهم میآورد. تحقیقات آتی باید شبیهسازیها را با دادههای میدانی اعتبارسنجی کند، دیدگاههای جامعه را در برگیرد و پیامدهای بلندمدت محیط زیستی و اجتماعی را برای افزایش پایداری پروژههای مشابه در سطح جهانی بررسی نماید.
Extended Abstract
Introduction: Fuel storage tanks, particularly in large-scale infrastructure projects such as emergency water transmission lines, present significant risks due to potential leakage, fire, or explosion. These incidents can cause extensive environmental contamination, human casualties, and disruption of critical services. The present study focuses on the emergency water transmission project in Isfahan Province, Iran, which includes diesel storage tanks essential for pump station operation. This research integrates Quantitative Risk Assessment (QRA) using the PHAST software to evaluate both technical (e.g., vapor dispersion, delayed explosion, thermal radiation) and socio-environmental consequences of two hypothetical accident scenarios: full tank rupture and wall perforation.
Materials and Methods: The study employed PHAST 8.0 software to model two main scenarios at three horizontal cylindrical diesel tanks located along the 202-kilometer transmission route. Environmental input data were derived from four synoptic meteorological stations in the project area. Parameters such as ambient temperature, wind direction, and terrain type were considered. Outputs included gas concentration vs. time/distance, explosion overpressure, and thermal radiation profiles. These were spatially overlaid on regional maps to evaluate potential impacts on nearby residential, agricultural, and ecological zones.
Results: In the full-rupture scenario, hazardous gas concentrations exceeded 1000 PPM up to 400 meters from the source, with maximum explosion overpressure reaching 0.02 bar at 300 meters. Thermal radiation levels were critical within a 10–50 meter radius. The wall-perforation scenario showed high concentrations (up to 100,000 PPM) in closer ranges (~90 m). Mapping outputs indicated that certain rural settlements and agricultural lands fall within danger zones.
Discussion and Conclusion: This research demonstrates that fuel tank failures along water transmission infrastructures pose significant human and environmental hazards. The use of PHAST provides reliable estimations of dispersion and impact radii under realistic conditions. Findings emphasize the urgent need for safety zoning, early detection systems, and design modifications to mitigate potential disasters. Moreover, integrating technical modeling with geographic and socio-environmental assessments offers a comprehensive approach for proactive risk management in critical infrastructure projects.
Keywords: Quantitative Risk Assessment, PHAST modeling, Crisis Management, Operational Risks, Regional Impacts.
References
Amori, K. E., & Yahya, H. M. (2024). Solar Radiation Impact on Interior Pressure and Temperature of LPG Storage Tank in Baghdad Provence. Journal of Petroleum Research and Studies, 14(4), 140-153.
Barjoee, S. S., Elmi, M. R., Varaoon, V. T., Keykhosravi, S. S., & Karimi, F. (2022). Hazards of toluene storage tanks in a petrochemical plant: modeling effects, consequence analysis, and comparison of two modeling programs. Environmental Science and Pollution Research, 29(3), 4587-4615.
Center for Chemical Process Safety (CCPS). (2010). Guidelines for risk based process safety. John Wiley & Sons.
Cheraghi, M., Bagherian-Sahlavani, A., Noori, H., & Mohammad-Fam, I. (2021). Evaluation of hazard distances related to toxic releases in a gas refinery: comparison of chemical exposure index and consequence modeling approaches. International journal of occupational safety and ergonomics, 27(3), 641-653. [In Persian]
DNV. https://www.dnv.com/publications/dnv-annual-report-2020-199645/
EPA, 2018. https://search.epa.gov/epasearch/?querytext= Toxic+and+threatening+doses&areaname= &areacontacts=&areasearchurl= &typeofsearch=epa&result_template=#/
Hameed, S. (2025). A Framework for Risk Management in Infrastructure Projects: A Case Study of Developing Countries. Dijlah Journal of Engineering Sciences ISSN: 3078-9664, e-ISSN: 3078-9656, 2(2).
Hannun, R. M., & Razzaq, A. H. A. (2022). Air pollution resulted from coal, oil and gas firing in thermal power plants and treatment: A review. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 1002 (1), 012008.
Johnson, D. R. (2021). Integrated risk assessment and management methods are necessary for effective implementation of natural hazards policy. Risk Analysis, 41(7), 1240-1247. Lee, K.,
Khan, M., Zhang, Y., & Khan, S. (2025). Echoes of survival: climate change impact & typologies of adaptation among vulnerable communities toward climate-Induced food insecurity in Pakistan. Research on World Agricultural Economy, 290-318.
Khanm, T., Kaman, Z. K., & Samsuddin, S. A. B. (2025). A Review of Social Impact Assessment (SIA) and Flood Risk: Recommendations for the Management of Dam Disaster. International Journal of Sustainable Development & Planning, 20(2).
Moreno-Martinez, I., & Hattemer, B. (2024). Dust to Dust: Tracing Air Pollution’s Impact on Work Accidents. Available at SSRN 4812658.
Pouyakian, M., Ashouri, M., Eidani, S., Madvari, R. F., & Laal, F. (2023). A systematic review of consequence modeling studies of the process accidents in Iran from 2006 to 2022. Heliyon, 9(2). [In Persian]
Rashidi, S., & Varshosaz, K. (2023). Modeling and evaluation of the environmental consequences of fire in atmospheric storage tanks using PHAST software. Advances in Environmental Technology, 9(2), 153-164.
Salvo, C., & Vitale, A. (2023). A remote sensing method to assess the future multi-hazard exposure of urban areas. Remote Sensing, 15(17), 4288.
Umar, H. A., Abdul Khanan, M. F., Ahmad, A., Sani, M. J., Abd Rahman, M. Z., & Abdul Rahman, A. (2019). Spatial database development for oil spills pollution affecting water quality system in Niger Delta. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 42, 645-657.
Wais, T. Y., Namq, B. F., Najam, L. A., Khalaf, H. N. B., Gismelseed, A. M., Mansour, H., & Mostafa, M. Y. A. (2025). Natural and artificial radioactivity levels in the agricultural soil of lands near the Al-Kasak oil refinery, northern Iraq. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 334(2), 1471-1484.
Witlox, H. W., Fernández, M., Harper, M., Oke, A., Stene, J., & Xu, Y. (2018). Verification and validation of Phast consequence models for accidental releases of toxic or flammable chemicals to the atmosphere. Journal of loss prevention in the process industries, 55, 457-470.
Yang, W., Gong, J., Wang, X., Bao, Z., Guo, Y., & Wu, Z. (2021). A Review on the Impact of SO2 on the Oxidation of NO, Hydrocarbons, and CO in Diesel Emission Control Catalysis. ACS Catalysis, 11(20), 12446-12468.
Zhang, Y., Liang, H., & Zhang, Q. (2024). Coupling mechanism of physical processes and chemical reactions during phase transition in liquid tanks under thermal radiation. Process Safety and Environmental Protection, 191, 565-584.
[1] Environmental Impact Assessment
[2] Social Impact Assessment
[3] Quantitative Risk Assessments
[4] استاندارد (Det Norske Veritas) DNVیک مرجع معتبر صدور گواهینامه و طبقه بندی جامعه بینالمللی در نروژ است.