IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE QUALIDADE DO AR OCD (OFFSHORE AND COASTAL DISPERSION MODEL) PARA A

BACIA DE CAMPOS - RJ

Lúcio SILVA DE SOUZA

PRH-02Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia – LAMCE

Ciências Atmosféricas em EngenhariaPrograma de Engenharia Civil – PEC/COPPE

Núcleo Computacional de Estudos da Qualidade do Ar – NCQarLaboratório de Modelagem de Processos Marinhos e Atmosféricos - LAMMA

Departamento de Meteorologia – IGEO/UFRJ

MOTIVAÇÃO Os processos de licenciamento ambiental Exigidos pelo IBAMA estão mais focados nas seguintes questões (Base EIARIMA FPSO P50, Complexo PDET e FPSO ESPADARTE:

- derramamento de óleo no mar;

- controle do descarte de lama e fluidos de perfuração;

- planos de emergência e contingência para acidentes de operação e vazamentos;

- tratamento de efluentes;

- procedimentos de controle das operações rotineiras das plataformas de produção.

Pergunta: E a questão da contaminação atmosférica?

Resposta: impacto direto, negativo, local, permanente, irreversível, fraco e imediato.Mitigação : Manutenção e operação adequada do Queimador.

OBJETIVOSOBJETIVOS

IMPLEMENTAR E ADEQUAR O MODELO DE GAUSSIANO OFFSHORE AND COASTAL DISPERSION MODEL – OCD NO ESTUDO DA DISPERSÃO DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS GERADOS EM REGIÕES COSTEIRAS DO BRASIL, MAIS ESPECIFICAMENTE AQUELES POLUENTES ORIUNDOS DAS ATIVIDADES DE EXPLORAÇÃO E PRODUÇÃO DE PETRÓLEO NAS BACIAS PETROLÍFERAS OFFSHORE DO BRASIL;

Análise de sensibilidade ao modelo OCD;

Utilizar o modelo MM5

INVENTÁRIO DE EMISSÕES

O projeto foi dividido nas seguintes etapas:

1a – Mais importante desenvolvimento do IE ;

2a – Verificação de violação para SO2 e NO2 e determinação das freqüências;

3a – Seleção de um episódio de modelagem da QAR em concordância com as modelagens meteorológicas;

4a - Estabelecimento da relação fonte – receptor.

IE - CONCLUSÕESIE - CONCLUSÕES

Principal fonte de emissão:

- Queimadores 80 % das emissões atmosféricas

Gases emitidos:

- hidrocarbonetos não queimados (HC);

- óxidos nitrosos (NOx);

- dióxido de enxofre (SO2);

- monóxido de carbono (CO);

- ácido sulfídrico (H2S) e

- material particulado (MP).

Hidrocarbonetos e SO2 são os mais emitidos.

Dados Meteorológicos sobre o OceanoDados Meteorológicos sobre o Oceano    • direção do vento;

• velocidade do vento (u);

• altura da camada de mistura (zi);

• umidade relativa (RH);

• temperatura do ar (Ta);

• temperatura da superfície do mar (Ts);

• cisalhamento vertical da direção do vento;

• gradiente vertical de temperatura potencial (dθ/dz) e;

• componentes das intensidades turbulentas, iy e iz.

Dados Meteorológicos sobre o ContinenteDados Meteorológicos sobre o Continente

   • Classe de estabilidade de pasquill;

• velocidade do vento;

• temperatura do ar;

• direção do vento;

• estimar a intensidade horizontal da turbulência (σy) e

• intensidade vertical da turbulência (σz);

Dados dos Receptores

   • Coordenadas x e y do receptor (unidades do usuário);

• Altura do receptor acima do nível médio do solo (ou acima da superfície da água, caso o receptor esteja sobre o oceano);

• Elevação do receptor em relação ao nível do solo acima da superfície aquosa (esse valor é necessário somente para aplicações que utilizam a opção do ajuste do terreno);

• inclinação local do receptor;

• elevação da base da inclinação acima da superfície da água.

MODELO MM5

- MÓDULO TERRAIN ;configuração das grades em mesoescala e pela geração de arquivos de entrada para os

módulos seguintes

- MÓDULO REGRID ;estimar os dados meteorológicos em uma grade regular, em diversos níveis de pressão

- MÓDULO RAWINS ;fazer uma adaptação das análises meteorológicas iniciais, provenientes do módulo

REGRID

- MÓDULO INTERPF;última interpolação ou conversão dos dados antes da execução do modelo

- MÓDULO MM5 Resolve as equações

PARAMETRIZAÇÕES FÍSICAS DO MODELO MM5

     Modelo de fechamento para os fluxos turbulentos horizontais.

Parametrização da física da precipitação de GRELL baseada na desestabilização, esquema de nuvem-simples com fluxos ascendentes e descendentes compensando o movimento;

   Parametrizações para temperatura, fluxos de calor na superfície e fluxos de umidade a partir da TS + dados observados de SFC;

      Parametrização dos fluxos turbulentos verticais, também determinados da TS + dados Observados de SFC;

  Parametrização da radiação atmosférica com modelo de onda longa (infravermelho) e um modelo de onda curta. 

CONFIGURAÇÃO MM5

Esquema de aninhamento de Grades do MM5

Características Esquemas de Grades

Domínios Pontos Resol. Espacial (km) Resolução

Topografica (km)

2 1 25 x 30 37 19 2 34 x 37 12.3 9 3 34 x 34 4.1 0.9

IDENTIFICAÇÃO DO PERÍODO DO ESTUDO VENTO PREDOMINANTE

0

45

90

135

180

225

270

315

360

dia

05/07/2002

06/07/2002

08/07/2002

10/07/2002

11/07/2002

13/07/2002

14/07/2002

16/07/2002

18/07/2002

19/07/2002

21/07/2002

22/07/2002

24/07/2002

26/07/2002

28/07/2002

30/07/2002

31/07/2002

02/11/2002

03/11/2002

05/11/2002

07/11/2002

08/11/2002

10/11/2002

11/11/2002

13/11/2002

14/11/2002

16/11/2002

18/11/2002

19/11/2002

21/11/2002

22/11/2002

24/11/2002

26/11/2002

27/11/2002

29/11/2002

30/11/2002

DATA

DIR

EÇÃ

O D

O V

ENTO

(°)

Fonte: CENPES - PETROBRAS

COMPARAÇÕES ESTATÍSTICAS MM5

• Erro quadrático médio normalizado: Desvio modelados e observados. Zero ótimo desempenho;

• Coeficiente de correlação: grau de associação um é valor ideal;

• Fator de dois: tendência do modelo sobreestimar ou subestimar os parâmetros estimados O valor ótimo é um;

• Desvio fracional: tendência do modelo de prognóstico de subestimar ou sobreestimar o valor observado 5 Zero é o valor ótimo;

• Desvio fracional padrão: a tendência do modelo de prognóstico de subestimar ou sobreestimar o valor observado O valor ótimo é zero.

RESULTADOS DAS COMPARAÇÕES - MM5JULHO:

NOVEMBRO:

Gráfico de dispersão para a velocidade do vento – Julho (2002)

Comparação da direção do vento - Julho (2002)

Gráfico de dispersão para a velocidade do vento – Novembro (2002)

Comparação direção do vento - novembro (2002)

CAMPO DE VENTO MM5 – 04/07/2002Evolução do Campo de Vento (a) 00 HL; (b) 03 HL; (c) 06 HL; (d) 09 HL

ANÁLISE DE SENSIBILIDADE - PARÂMETROS DE EMISSÃO

• A alteração na taxa de emissão (*2 e /2) não produziu alteração no campo de concentração previsto pelo OCD;

• O incremento de 5 K não produziu alteração nos campos calculados;

• A alteração velocidade de saída (*2 e /2) também não produziu alteração na concentração prevista.

ALTERAÇÃO DOS PARÂMETROS METEOROLÓGICOS

Classe de Estabilidade Onshore e Offshore;

Altura de Camada de Mistura Onshore e Offshore.

RESULTADOS PARA O BRASIL • O modelo OCD foi integrado para o Brasil em dois períodos:

- 03 e 04 de julho e 07 e 08 de novembro de 2002.

• Esquema de três simulações distintas:

- 1ª simulação – direção e velocidade do vento na região offshore dados observados disponibilizados pelo CENPES/PETROBRAS;

- 2ª simulação – utilizando o vento simulado para a região offshore fornecido pelo modelo MM5 e

- 3ª simulação – utilizando a parametrização do modelo OCD para o vento offshore conforme a formulação proposta por HSU (1981);

RESULTADOS PARA O BRASIL Concentração média (g/m3) 03/07/04 - 6 horas – 1ª simulação

Concentração média (g/m3) 03/07/04 - 6 horas – 2ª simulação

Concentração média (g/m3) 03/07/04 - 6 horas – 3ª simulação

Concentração média (g/m3) 07/11/04 - 12 horas – 1ª simulação

Concentração média (g/m3) 07/11/04 - 12 horas – 2ª simulação

Concentração média (g/m3) 07/11/04 - 12 horas – 3ª simulação

Concentração média (g/m3) para mais plataformas de produção

Concentração média (g/m3) para mais plataformas de produção

• Pioneiramente o modelo OCD foi implementado para a região da Bacia de Campos (RJ);

• A carência de dados meteorológicos conduziu a utilização do modelo MM5;

• A carência de dados de emissão conduziu ao estudo do IMP;

• Este trabalho não teve o propósito de investigar os tipos de parametrização utilizados no modelo MM5;

• Os resultados do MM5 apresentaram boa concordância com os dados observados para velocidade do vento CORR Julho (77%) e Novembro (84%);

• Para o campo de vento foram identificadas perturbações próximas a linha da costa que podem estar associadas a efeitos locais (brisa);

CONCLUSÕES

• A alteração na taxa de emissão, temperatura e velocidade de saída do gás não produziu modificações nas concentrações previstas pelo OCD;

• A maior influência no cálculo das concentrações pelo OCD foi a Classe de Estabilidade de Pasquill e altura da Camada de Mistura Offshore;

• Para a BC: os valores de concentração calculados para o SO2 sempre estiveram abaixo do padrão estabelecido pelo CONAMA (320 μg/m3) e pela OMS (120 μg/m3);

• Considerando 3 plataformas as simulações indicaram para o mês de junho que ocorre um transporte de poluentes atmosféricos para o continente;

• Comportamento não observado para o mês de novembro (ventos Sul);

• Para as simulações do mês de julho 1a e 2a simulações concordando. Alteração uso da parametrização de vento offshore do modelo OCD;

• Para novembro boa concordância para as 3 simulações;

• Uma avaliação do desempenho do modelo OCD necessita de dados reais de emissão e dados observados de monitoramento da qualidade do ar da região ;

• Este estudo demanda um Inventário de emissões (custo elevado);

• Baixo custo operacional da utilização do modelo OCD modelo gratuito exige sistemas operacionais bastante adequados à realidade do Brasil;

• As plataformas de produção são unidades emissoras de hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio contribuem para a formação de ozônio troposférico;

• Etapas futuras deste trabalho:

- Adequação mais realística do modelo OCD; - Implementação do sistema MM5 - CALMET – CALPUFF – CALGRID para a BC;