ESTUDO DA DISPERSÃO DE MANCHAS DE ÓLEO NA ......Tabela 10. Tabela 10. Resultados de RMAE e...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE

LABORATÓRIO DE OCEANOGRAFIA COSTEIRA E ESTUARINA

PROGRAMA DE RESURSOS HUMANOS N° 27 – ANP/MME/MCT

“Estudos Ambientais nas Áreas de Atuação do Petróleo”

ESTUDO DA DISPERSÃO DE MANCHAS DE ÓLEO NA ÁREA DE ATUAÇÃO DO PORTO DO RIO GRANDE – RS

Acadêmica: Vivian Martinho

Orientadora: Elisa Helena Leão Fernandes

Janeiro de 2010

1

Dedico este trabalho aos meus pais,

com todo carinho e amor!

2

AGRADECIMENTOS

Primeiro agradeço à minha vida aos meu pais; a educação, carinho, apoio

financeiro e emocional que sempre me deram. Aos exemplos de pessoas guerreiras da

minha vida: minhas avós Juracy e Maria (em memória), meu avó Agdo (em memória),

minha mãezinha e meu paizinho.

Aos meus irmãos (Ale, Meime, Carol, Rodigo), tios, tias, primos e primas por

todo carinho e apoio emocional, principalmente as tias Márcia e Nete e primas Nati,

Ceci, Mandinha. Aos amigos de Sampa (Rodrigo e Kelly (pela inspiração e coragem de

ir morar longe), Debora, Lilinha, Elisa, Adriana, Daniel, Davi).

Agradeço com muito carinho à minha orientadora Elisa por todo o apoio,

orientação do meu trabalho e pelas oportunidades acadêmicas as quais me

proporcionou. À Maria Isabel e ao Griep pelo apoio profissional e pessoal, a ANP pelo

apoio financeiro da bolsa de estudo.

Ao Igor Monteiro pela ajuda inicial e essencial do meu trabalho e amizade, ao

João Janeiro pela ajuda constante no uso do MOHID, ao profº Flávio Martins pela

atenção em me ajudar em minhas necessidades relacionadas com o modelo. Ao Adriano

pela amizade e por ter tido paciência em prestar atenção nos meus ensinamentos, o prof°

Marcos Bernardes e a Mabel por todas oportunidades. O Wilian Marques pela grande

ajuda no final do trabalho. À Lilian pela atenção em meus ensinamentos.

As amizades que construí em Rio Grande ao longo dos meus cinco anos: Tat,

Thayná, Michelle, Leca, Lau, Tata, Vitche, Carol, Fabão, Mirthou, Zandor, Nessa,

Melissa, Nina, Camila, Josiara, Tanize, Nay, Tchê, Vito, Renan, Fátima, Dédi, os guris

da Holanda, seu Pedro e Dona Vera. Incluindo dentro desta lista, os amigos do

laboratório, importante para os momentos de descontração, principalmente nos últimos

tempos: Val, Bagé, Guia, Catita, Marina, Pará, Bruninho, Christian, Colômbia, Pilar.

Um carinho muito especial à todos da turma de 2005!!! Aquele ano foi

sensacional!!!

À todos os professores que me ensinaram sobre essa ciência maravilhosa que é a

oceanografia, à Mônica Brick Peres que me ensinou o que é fazer ciência.

3

ÍNDICE

AGRADECIMENTOS...................................................................................................................2

LISTA DE FIGURAS....................................................................................................................5

LISTA DE TABELAS...................................................................................................................7

1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................................8

2. OBJETIVOS..........................................................................................................................11

3. DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO...............................................................................12

4. ESTUDOS ANTERIORES....................................................................................................15

5. METODOLOGIA..................................................................................................................17

5.1. O MODELO MOHID...............................................................................................17

5.1.1. MÓDULO HIDRODINÂMICO...........................................................19

5.1.2. MÓDULO DO ÓLEO...........................................................................21

5.1.2.1. DENSIDADE DA EMULSÃO DO ÓLEO.............................23

5.1.2.2. VISCOSIDADE DO ÓLEO.....................................................23

5.1.2.3. ESPALHAMENTO..................................................................24

5.1.2.4. EVAPORAÇÃO......................................................................26

5.1.2.5. EMULSIFICAÇÃO.................................................................27

5.1.2.6. DISPERSÃO............................................................................28

5.1.2.7. DISSOLUÇÃO........................................................................28

5.2. SIMULAÇÕES HIDRODINÂMICAS.....................................................................30

5.2.1. OS DADOS...........................................................................................30

5.2.1.1. BATIMETRIA.........................................................................30

5.2.1.2. VENTO....................................................................................31

5.2.1.3. DESCARGA FLUVIAL..........................................................33

4

5.2.1.4. NÍVEL DO MAR.....................................................................34

5.2.2. MÓDULOS HIDRODINÂMICOS.......................................................35

5.3. SIMULAÇÕES DOS DERRAMES DE ÓLEO.......................................................36

5.3.1. MÓDULOS DO ÓLEO.........................................................................36

5.3.2. CENÁRIOS ACIDENTAIS..................................................................38

5.4. CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO............................................................................41

5.5. ANÁLISE DE VULNERABILIDADE....................................................................42

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO...........................................................................................44

6.1. VALIDAÇÃO DOS RESULTADOS.......................................................................44

6.2. DERRAMAMENTOS..............................................................................................45

6.2.1. BAIXA DESCARGA............................................................................46

6.2.2. ALTA DESCARGA..............................................................................49

6.2.3. FRENTE FRIA......................................................................................54

6.2.4. EL NIÑO...............................................................................................58

6.3. VULNERABILIDADE............................................................................................59

7. CONCLUSÃO.......................................................................................................................63

8. SUGESTÕES DE ESTUDOS FUTUROS............................................................................64

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................65

5

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Processos envolvidos no óleo derramado no mar. Fonte: Fernandes (2001b)..............10

Figura 2: Lagoa dos Patos com zoom no estuário. Fonte: Lagoa (Moraes, 2008) Estuário

(Google Earth)..............................................................................................................................13

Figura 3. Circulação longitudinal da Lagoa dos Patos em eventos de ventos (A) Nordeste e (B)

Sudoeste. Fonte: Modificado de Möller et al. (2001)..................................................................14

Figura 4. Esquema dos programas do MOHID............................................................................18

Figura 5. Fluxo de informações entre os módulos da simulação do óleo. Fonte: (A) adaptado de

Fernandes (2001b) e (B) adaptado do manual Mohid Description..............................................22

Figura 6. Batimetria da Lagoa dos Patos (modelo pai) e do estuário (modelo filho)...................31

Figura 7. Direção e intensidade da série temporal de vento em relação ao Norte verdadeiro.

Fonte: Estação Meteorológica dos Práticos da Barra de Rio Grande...........................................32

Figura 8. Descarga do rio Guaíba. Fonte: ANA..........................................................................33

Figura 9. Série temporal do nível do mar utilizada como condição de contorno oceânico. Em

vermelho a parte da série que foi interpolada. Fonte: Estação Meteorológica dos Práticos da

Barra de Rio Grande.....................................................................................................................34

Figura 10. Pontos de derramamentos...........................................................................................39

Figura 11. Dados de vento utilizados nas simulações de baixa descarga e El Niño (A); alta

descarga (B e C); e (D e E) frente fria..........................................................................................40

Figura 12. Carta Tática de Sensibilidade Ambiental de Óleo para a o estuário da Lagoa dos

Patos PEL – 010. Fonte: Modificado de Dias (2007)...................................................................43

Figura 13. Médias diárias dos resultados da elevação do nível do mar. Em azul, dados da

estação de São Lourenço (ANA), em vermelho resultados do MOHID......................................44


estação do Guaíba (ANA), em vermelho resultados do MOHID.................................................44

Figura 15. Condições iniciais dos derrames de óleo nos pontos (A)1, (B)2, (C)3 e (D)4............46

Figura 16. Evolução da trajetória da mancha no Evento 1. Da esquerda para direita: pontos 1, 2,

3 e 4; de cima para baixo: instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h................................................................47

Figura 17. Velocidade horizontal da água para o Evento 1. À esquerda são apresentados o

instante inicial, após 2 e 6 h, e à direita os instantes 10, 14 e 24 h..............................................48


instante inicial, após 2 e 6 h, e à direita os instantes 10, 14 e 24 h..............................................51

Figura 19. Evolução da trajetória da mancha nos Eventos (A) 2 e (B) 3. De cima para baixo:

instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h..........................................................................................................52


instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h..........................................................................................................53


instante inicial, após 2 e 6 h, à direita os instantes 10, 14 e 24 h.................................................55


instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h..........................................................................................................56


instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h..........................................................................................................57

6

Figura 24. Evolução da trajetória da mancha no Evento 6; da esquerda para direita: pontos 1, 2,

3 e 4; de cima para baixo: instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h................................................................60

Figura 25. Velocidade horizontal da água para o evento 6. À esquerda são apresentados o

instante inicial, após 2 e 6 h, à direita os instantes 10, 14 e 24 h.................................................61

Figura 26. Áreas mais vulneráveis encontradas através dos cenários acidentais analisados.......62

7

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Consequências causadas no ambiente marinho e costeiro devido a derramamentos de

óleo. Fonte: Janeiro (2006).............................................................................................................8

Tabela 2. Estações fluviométricas. Fonte: ANA..........................................................................34

Tabela 3. Relação dos módulos utilizados nas simulações hidrodinâmicas.................................35

Tabela 4. Forçantes e parâmetros utilizados no módulo hidrodinâmico e demais módulos

associados.....................................................................................................................................36

Tabela 5. Módulos utilizados nas simulações dos derrames e as informações adicionadas nestes

módulos........................................................................................................................................37

Tabela 6. Parâmetros dos traçadores adicionados no Módulo Lagrangean.................................37

Tabela 7. Informações do óleo utilizado nas simulações. CETESB e Leiva et al, (2005)...........37

Tabela 8. Métodos empregados nos cálculos das intempéries do óleo........................................38

Tabela 9. Estações de elevação da superfície da água. Fonte: ANA............................................41

Tabela 10. Tabela 10. Resultados de RMAE e RMSE.................................................................45

Tabela 11. Qualificação do método RMAE (Walstra et al., 2001)..............................................45

Tabela 12. Relação das áreas atingidas pelo óleo no instante 14 ao longo das 24 simulações....62

8

1. INTRODUÇÃO

Os derrames de petróleo e seus derivados na costa e no meio marinho são um

dos mais preocupantes temas da poluição marinha. Isto porque o óleo é composto por

substâncias tóxicas, as quais, no ambiente, podem originar efeitos crônicos ao longo de

anos (Burns et al.,1994). A recuperação do ambiente afetado pode levar dezenas de

anos, e os danos ao ambiente podem ser irreversíveis, afetando as esferas econômica,

ecológica e social.

Os danos provocados por derrames de óleo no ambiente marinho e na costa

(Tabela 1) dependem, primeiramente da quantidade de óleo derramada; de suas

propriedades e composição química, que estão relacionadas com o tipo de óleo; e com a

sensibilidade dos recursos biológicos impactados; além da localização geográfica e o

tempo para remoção do óleo (Fernandes, 2001b).

Tabela 1. Consequências causadas no ambiente marinho e costeiro devido a derramamentos

de óleo. Fonte: Janeiro (2006).

Mortalidade ou sérios efeitos nos animais marinhos (aves, mamíferos etc.)

Perda na biota inter-mareal por sufocação

Redução dos estoques pesqueiros, na aqüacultura da região, bem como na diversidade

Alterações físicas nos habitats marinhos e costeiros

Impacto no turismo e outras atividades recreativas

Perda na economia regional e mundial

Projeta-se que metade da produção mundial de petróleo é transportada pelos

oceanos, o que significa 31,5 bilhões de galões por dia (Clark, 2001). De acordo com

Fernandes (2001b), a entrada de óleo no ambiente marinho varia de 1,7 a 8,8 milhões de

toneladas por ano. Deste montante, o transporte marítimo é responsável por 23,5%,

sendo que grande parte diz respeito às operações habituais de navios, e uma pequena

parte representa os derrames acidentais (aproximadamente 10%). Entretanto, quando os

derrames de óleo ocorrem, podem introduzir grande quantidade de óleo em um tempo

reduzido, aumentando o seu impacto.

O trabalho de Pereira & Soares-Gomes (2002) corrobora com esses dados. Neste

trabalho foi identificado que as operações rotineiras em portos, acidentes em redes de

9

terminais de transporte e efluentes urbanos têm sido as maiores fontes de petróleo para

os oceanos.

Nas últimas décadas, iniciativas da Petrobrás projetaram o Brasil como um

importante ator no campo de prospecção marinha mundial. Em escala regional, a região

sul do Brasil figura entre um dos principais investimentos futuros da Petrobrás devido

ao crescente interesse em explorar as reservas de gás natural da Bacia de Pelotas.

A região costeira do sul do Brasil apresenta alta susceptibilidade a eventuais

acidentes de derrame de óleo, visto que atualmente existe um intenso transporte de óleo

na região devido à presença do Porto de Rio Grande, do Terminal Aquaviário da

Transpetro (Petrobrás) e da Refinaria de Petróleo Riograndense S/A. A maior parte das

atividades de transporte identificadas na região ocorre no ambiente estuarino da Lagoa

dos Patos e na região costeira adjacente.

Os estuários são locais de suma importância para o desenvolvimento mundial,

do ponto de vista ecológico e sócio-econômico, pois proporcionam a instalação de

portos; são acessos para o interior do continente; apresentam alta produtividade;

abundante comunidade biológica e de habitats de aves, mamíferos e peixes; áreas de

desova e criação de muitas comunidades biológicas; desempenham um papel importante

em rotas migratórias de diferentes organismos; e possuem capacidade natural de

renovação de suas águas sob influência da maré (Miranda et al., 2002).

A ocorrência de derrames de óleo em estuários é muito preocupante porque além

de ser um ambiente importante, eles apresentam grande facilidade de reter óleo

(GESAMP, 1993), tornando mais relevante à necessidade de protegê-los, já que, desta

forma podem contaminar facilmente a biota. Devido a essa característica, os estuários

são um dos ambientes que apresentam maior grau de sensibilidade na escala utilizada

nas cartas de Sensibilidade ao Óleo (Cartas SAO).

O Porto do Rio Grande, localizado no Estuário da Lagoa dos Patos, é o porto

marítimo mais meridional do Brasil. A área do Porto Organizado é composta pelo Porto

Velho, Porto Novo, Superporto, e São José do Norte. O transporte de óleo e de navios

no Porto do Rio Grande é significativo. No ano de 2003 quase 3.000 navios foram

movimentados, e em 2008 foram transportados mais de 60.000 toneladas de óleo diesel

(www.portoriogrande.com.br).

http://www.portoriogrande.com.br/

10

De acordo com a legislação brasileira, simulações numéricas do derramamento

de óleo devem definir a Área de Influencia Indireta da Atividade, na qual se baseia todo

o diagnóstico ambiental, bem como, define e simula cenários, permitindo a elaboração

de estratégias para um acidente de derrame de óleo no mar, dentro do Plano de

Emergência Individual (PEI) das empresas (ELPN/IBAMA, 2002).

A modelagem computacional tem expandido sua aplicação devido aos avanços

tecnológicos, e vem fazendo parte de processos de manejo em diferentes áreas

econômicas e ambientais, dando suporte aos órgãos gestores. Além de ser uma

ferramenta que não requer altos custos, a modelagem apresenta alta confiabilidade nos

seus resultados, sendo comprovada através da validação e calibração do modelo.

A mancha de óleo derramada sofre uma série de processos físicos, químicos e

biológicos (Figura 1: espalhamento, evaporação, dissolução, dispersão, emulsificação,

biodegradação, sedimentação e foto-oxidação) devido às intempéries. As velocidades

que governam esses processos dependem de fatores climáticos (temperatura e vento),

ambientais (energia do ambiente e salinidade) e do tipo de óleo (leve, moderado ou

pesado). Desta forma, um modelo que considere esses processos, melhor representará o

comportamento da mancha.

Figura 1. Processos envolvidos no óleo derramado no mar. Fonte: Fernandes (2001b).

Com o Sistema de Modelagem Hidrodinâmica MOHID é possível incluir as

complexidades hidrodinâmicas da área de estudo e as características específicas do óleo

11

para o estudo das intempéries. Outras vantagens do modelo: ele é gratuito, e apresenta

uma alta confiabilidade, visto que existem diferentes trabalhos de modelagem realizados

com o MOHID onde é apresentada sua calibração e validação. Além disso, este modelo

é utilizado também pela empresa de consultoria ambiental Hidromod Lda.

Portanto, as consequências adversas que surgem com derrames de óleo de

diversas proporções (pequeno, médio e grande) motivam desde logo uma preocupação

no que diz respeito não só ao monitoramento do acidente, mas também a capacidade de

prever eficazmente o comportamento do óleo derramado nas horas seguintes ao

acidente. Com isto, verifica-se que o uso da modelagem numérica da dispersão de óleo

como uma ferramenta para a indústria do petróleo é essencial em toda a sua linha de

atuação: exploração, transporte e refino.

2. OBJETIVOS

Objetivo Geral:

Estudar o comportamento de manchas de óleo em áreas suscetíveis a acidentes

de derrame de óleo nas proximidades do Porto do Rio Grande.

Objetivos Específicos:

Avaliar a evolução da trajetória e o destino do óleo durante a passagem de uma

frente fria sobre a região, alterando as forçantes (vento e descarga continental) e a

localização do derrame;

Avaliar a evolução da trajetória e o destino do óleo durante um evento de El

Niño;

Indicar áreas de maior vulnerabilidade aos derrames de óleo, utilizando como

referência uma Carta de Sensibilidade ao Óleo (Carta SAO) do estuário.

12

3. DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

A Lagoa dos Patos (Figura 2) é o mais importante recurso hídrico do estado do

Rio Grande do Sul, e está orientada na direção Nordeste-Sudoeste (NE-SO), paralela à

linha de costa, localizada entre as coordenadas 30 – 32° Sul e 50 – 52° Oeste. O sistema

laguna-barreira isola este corpo de água, que apresenta uma única ligação com o Oceano

Atlântico. De acordo com Kjerfve (1986), é a maior lagoa costeira do tipo estrangulado

do mundo. Com uma área de aproximadamente 10.360 km2, a lagoa atua como receptor

final da drenagem continental de uma bacia de aproximadamente 200.000 km2.

A topografia da lagoa é caracterizada por canais naturais e artificiais (8 a 9

metros de profundidade), áreas adjacentes aos canais (> 5m) e baías marginais rasas. O

Estuário da Lagoa dos Patos, ocupando 10% da superfície total desta, está localizado na

porção inferior desta laguna, no encontro de águas doce da lagoa e as águas costeiras da

margem oeste do Oceano Atlântico Sul. Como a maior parte dos estuários mundiais,

apresenta ampla importância econômica, ecológica e cultural. No estuário são

predominantes áreas rasas, de profundidades entre 1 e 5 metros, porém é encontrado um

valor máximo de 18 metros na boca do estuário (Fernandes, 2001a).

A região de estudo está localizada na faixa de clima subtropical, com atuação

sazonal de massas de ar oriundas dos sistemas anticiclônicos do Atlântico Sul e Polar. A

influência dessas massas de ar predomina um regime de ventos de nordeste-sudoeste

(NE – SO), longitudinais a lagoa (Möller 1996).

O vento é a principal forçante da circulação da lagoa em intervalos de 3 a 17

dias (Möller et al., 2001), podendo atuar de duas formas, pela sua ação local e não local.

A ação local do vento gera oscilações de curto período de aproximadamente 24 h,

formando desníveis entre as extremidades da lagoa (Möller et al., 1996). Essas

oscilações formam um sistema de set-up (set-down) no Norte da Lagoa e uma depressão

(elevação) no Sul da Lagoa em eventos de ventos de Sudoeste (Nordeste). Por outro

lado, a ação não local do vento se manifesta pelo transporte de águas costeiras na

direção do continente ou do oceano devido ao efeito de Ekman. No hemisfério Sul,

ventos de quadrante Norte transportam água em direção ao oceano e ventos de

quadrante Sul empilham água na costa.

13

Figura 2. Lagoa dos Patos com zoom no estuário. Fonte: Lagoa (Moraes, 2008) e Estuário

(Google Earth).

O resultado do efeito local e não local do vento se manifesta na produção de

desníveis entre a zona costeira e a boca do estuário, influenciando na entrada e saída de

água salina no ambiente. Este esquema está ilustrado na Figura 3. Em períodos de alta

descarga fluvial a influência das águas oceânicas se torna mais restrita.

A descarga continental é controlada pelas variações sazonais representadas pelos

diferentes índices pluviométricos, de vazão e evaporação. Ela apresenta um padrão

típico de meia latitude, com alta descarga no final do inverno e início da primavera,

seguido por uma baixa a moderada descarga durante o verão e o outono (Fernandes,

2001a). O principal rio que desemboca na lagoa é o Rio Guaíba, onde o sistema Jacuí-

Taquari são responsáveis por 85% da média total de entrada de água doce.

Refletindo a proximidade a um ponto anfidrômico, a região é caracterizada por

micro-maré. A maré observada é mista, com predominância diurna, e sua amplitude

média é de 0,47 metros. O canal de acesso na desembocadura da lagoa atua como um

14

filtro dinâmico, restringindo o efeito da maré ao baixo estuário (Garcia, 1998, Möller

and Castaing, 1999, Fernandes et al., 2004).

A salinidade média anual do estuário é em torno de 13 (Castello, 1985), sua

classificação varia desde o tipo cunha salina até bem misturado (Calliari et al., 1980;

Möller et al., 1991).

Figura 3. Circulação longitudinal da Lagoa dos Patos em eventos de ventos (A) Nordeste e

(B) Sudoeste. Fonte: Modificado de Möller et al. (2001).

Itapoã

Rio Grande Canal

Ponta da Feitoria

Vento Nordeste

Arambaré

A

Oceano Área Estuarina Interior da lagoa

Itapoã

Rio Grande Canal

Ponta da Feitoria

Vento Sudoeste

Arambaré

B

Oceano Área Estuarina Interior da lagoa

15

4. ESTUDOS ANTERIORES

O trabalho de Fay (1969) foi um dos primeiros na simulação de procedimentos

em caso de acidente com óleo no mar. Através da consideração da força da gravidade,

tensão superficial, inércia e forças viscosas, o autor encontrou formulações para o

cálculo do espalhamento do óleo no mar. Com essas formulações, pode-se calcular o

tamanho da mancha espalhando-se em mar calmo, em função do tempo transcorrido.

Fay (1971) revisou as fórmulas do espalhamento e acrescentou coeficientes

obtidos empiricamente. Foi criticado por muitos motivos. Primeiro, por utilizar a

viscosidade da água e não a do óleo como o principal mecanismo. Segundo, porque o

modelo normalmente subestimava o espalhamento.

Estudos com dados em campo, em laboratório e com modelagem de

derramamento de óleo, como o trabalho de Delvine & Sweeney (1988), demonstram a

importância do movimento vertical do óleo, resultado do entranhamento natural do óleo

na coluna d´água.

Reed et al., (1994) sugeriram que em condições de vento ameno e sem quebra de

ondas, 3,5% da velocidade do vento fornece uma boa estimativa da deriva de uma

mancha de óleo. Com o aumento do vento, o óleo seria disperso na coluna d´água e as

correntes passariam a ter maior importância. Em Reed et al., (1999) é apresentada uma

revisão do estado atual da arte de modelagem de óleo. Os autores mostraram algumas

evoluções alcançadas nas últimas décadas dos métodos para cada processo, e

salientaram a importância dos dados em tempo real para a melhoria no desempenho dos

modelos de óleo.

Fernandes (2001b) apresenta os módulos hidrodinâmico e do óleo do MOHID,

os quais são aplicados a um caso real de um derramamento do petroleiro Marão, no

Porto de Sines – Portugal. Recentemente têm-se realizado trabalhos sobre o assunto na

área de estudo. Alves (2006), utilizando um modelo lagrangeano de transporte de óleo

baseado na movimentação de partículas, verificou o comportamento de manchas de óleo

na Plataforma Sul Brasileira. Piovesan (2006) estudou o transporte de manchas de óleo

no interior da Lagoa dos Patos utilizando como ferramenta o modelo numérico POM

(Princeton Ocean Model).

16

Janeiro (2006) verificou a dispersão de hidrocarbonetos aplicando o Sistema de

Modelagem Hidrodinâmica MOHID em dois sistemas costeiros: Kongsfjord (Noruega)

e no Estuário da Lagoa dos Patos. Outros trabalhos com o MOHID foram realizados na

área de estudo, porém não utilizando o módulo do óleo, como o trabalho de Vargas

(2005).

Atualmente existem diversos modelos para o estudo do comportamento do óleo

no mar, como os modelos OSCAR, OILMAP, SisBaHia, COZOIL, NICOIL, NOAA e

WOSM. Estes modelos de derramamentos de óleo são normalmente construídos através

da ligação de formulações matemáticas ou algoritmos. Os diferentes resultados obtidos

por estes modelos são geralmente devido à implementação destes algoritmos e suas

performances no modelo (Spauldin, 1995).

17

5. METODOLOGIA

As três principais etapas para a realização do trabalho foram a aquisição de

dados; compreensão da utilização do modelo para a formatação dos arquivos utilizados;

e a realização das simulações. Nesta seção são descritas estas etapas, bem como o

modelo e as formulações utilizadas para calcular os processos estudados. Também são

colocadas as informações sobre os dados utilizados como condição de contorno nas

simulações.

5.1. O MODELO MOHID

O MOHID é um sistema de modelagem numérica tridimensional, desenvolvido

pelo Instituto Superior Técnico (IST) no Centro de Estudos MARETEC (Marine and

Environmental Technology Research Center) da Universidade Técnica de Lisboa

(UTL), em cooperação com a empresa Hidromod Lda. Seu código é de domínio

público, e encontra-se disponível na página eletrônica http://www.mohid.com.

O modelo é programado em Fortran 95, recorrendo à programação orientada por

objetos, o que possibilita uma modelagem de diferentes processos físicos e

biogeoquímicos, como também de diferentes sistemas (marinho, estuarino e de bacias

hidrográficas). Este tipo de programação torna a sua utilização robusta (Miranda et al.,

2000). Ele é composto por três modelos: MOHID Water, Land e Soil. Neste trabalho foi

utilizado somente o primeiro módulo.

Os processos de pré e pós processamento são realizados em programas distintos,

os quais compõem o sistema MOHID. A organização desses programas é apresentada

na Figura 4.

O funcionamento do MOHID se dá em módulos, que podem ser acoplados, mas

o sistema é composto por um único executável, o que permite que sejam realizadas

simulações de situações complexas. Uma grande vantagem desta divisão é permitir que

cada módulo ocorra com passos de tempo diferentes, reduzindo o tempo computacional

(Fernandes, 2001b).

http://www.mohid.com/

18

Figura 4. Esquema dos programas do MOHID.

A discretização espacial horizontal é feita pela técnica de volumes finitos

(Chippada et al., 1998; Martins et al., 1998; 1999; 2000), a qual permite a utilização de

uma coordenada vertical sigma generalizada. A discretização temporal é baseada na

utilização de um esquema semi-implícito (Martins et al., 1999 e Leitão, 2003).

Sua divisão baseia-se em quatro grandes classes: as duas primeiras geram as

propriedades não turbulentas do escoamento (velocidade, elevação, viscosidade

turbulenta, fluxos de água) e turbulentas (viscosidades, difusividades, energia cinética

turbulenta, comprimentos de mistura etc.); as outras duas estão relacionadas com as

propriedades da água (salinidade, temperatura, densidade, amônia, sedimentos coesivos

etc.). Em Saraiva (2005), verifica-se a utilização desta última classe a fim de

compreender a dinâmica ecológica do Estuário de Aveiro, Portugal.

As três primeiras classes calculam a evolução das propriedades com um

referencial Eulereano. Esta metodologia consiste em aplicar as leis (físicas, químicas e

biológicas) dos processos simulados relacionados a um volume de controle, na forma de

uma divergência de um fluxo. Como conseqüência, este método garante a conservação

de massa das propriedades simuladas (Adcroft et al., 1997).

A última classe utiliza um referencial Lagrangeano para calcular a evolução das

propriedades da água, neste caso outra propriedade importante é a localização da massa

de água. Esta classe evolui de um modelo de partículas, o qual pode ser utilizado para

MOHID GIS

MOHID GUI (Water, Land

e Soil)

MOHID

Postprocessor

MOHID Time Series

Editor

Pré-processamento

Processamento

Pós-processamento

19

simular processo de qualidade de água, tal como a deriva de manchas de óleo. (Leitão,

1997).

5.1.1. MÓDULO HIDRODINÂMICO

O módulo hidrodinâmico tem como objetivo calcular e atualizar as propriedades

do escoamento para um fluido incompressível em 2D e 3D, neste trabalho o cálculo da

hidrodinâmica do sistema foi realizado em 2D. Essas propriedades calculadas são: nível

do mar, velocidades e fluxos da água.

O cálculo é feito resolvendo as equações hidrodinâmicas primitivas (integração

das equações de Navier-Stokes). Assume-se o equilíbrio hidrostático, a aproximação de

Boussinesq e de Reynolds. As equações resolvidas pelo módulo hidrodinâmico têm por

base a equação que descreve na forma integral da evolução de uma variável genérica P,

no interior de um volume de controle (Fernandes, 2001b):

Onde:

P = propriedade genérica.

A = superfície da fronteira do volume de controle.

V = integral do fluxo da propriedade P através da superfície A.

= somatório da entrada da propriedade P no sistema.

= somatório da saída da propriedade P do sistema.

O cálculo das velocidades horizontais da água é realizado com base na equação

descrita acima, considerando que as velocidades são representadas como sendo a

propriedade P, e admitindo uma relação entre a velocidade e P (Fernandes, 2001b).

O balanço do momento para as velocidades dos fluxos horizontais é calculado

em uma forma cartesiana, como é mostrada a seguir:

(01)

20

Onde:

= velocidades horizontais nas direções x e y, respectivamente.

= parâmetro de Coriolis.

= pressão.

= viscosidades turbulentas na horizontal e vertical, respectivamente.

= viscosidade cinemática molecular (1,3 x 10-6

m2/s)

O termo da esquerda da igualdade é a evolução temporal da velocidade. O

primeiro termo da direita da igualdade é o transporte advectivo, o segundo é relacionado

com a força de Coriolis, o terceiro com a força do gradiente de pressão e os três últimos

são relacionados com a difusão turbulenta. A velocidade vertical ( ) é calculada através

da integral da equação da continuidade entre o fundo ( ) e a profundidade :

A variação temporal da elevação da superfície livre da água é obtida por esta

equação, integrando entre o fundo e a superfície livre (x,y):

(02)

(03)

(04)

(05)

(06)

21

5.1.2. MÓDULO DO ÓLEO

Para o cálculo da dispersão do óleo emprega-se o módulo Lagrangeano, o qual

fundamenta-se no conceito de traçadores, o que permite adaptar o modelo para

simulação de compostos físicos, químicos, biológicos e geológicos. Isto porque os

traçadores podem adquirir características de diferentes partículas, como de massas

d´água, fitoplâncton ou até mesmo óleo, como neste trabalho.

A propriedade mais importante dos traçadores é a sua posição nas coordenadas

x, y e z, o que permite calcular o tempo de residência de corpos hídricos. A velocidade

dos traçadores é interpolada baseando-se nas velocidades obtidas nas faces das células e

na posição dos traçadores, utilizando a definição de velocidade:

Onde:

= velocidade do campo (velocidade da corrente calculada no módulo hidrodinâmico).

= corrente produzida pela tensão cisalhante do vento, o qual é fornecido pelo módulo

Interface água-ar.

= velocidade do processo de espalhamento, calculada no módulo do óleo

= velocidade randômica devido ao transporte difusivo.

O movimento randômico é calculado segundo o método de Allen (1982). O

deslocamento randômico é calculado usando o tamanho da mistura e o desvio padrão da

componente turbulenta da velocidade, como é dado pelo esquema de turbulência no

módulo hidrodinâmico (Janeiro et al., 2008).

O módulo do óleo é desenvolvido para prever a evolução das propriedades e

processos (transporte e envelhecimento) após o derramamento dos produtos petrolíferos

em zonas costeiras ou no mar.

Os processos relacionados ao óleo calculados no MOHID são: espalhamento,

evaporação, dispersão, sedimentação, emulsificação, dissolução, oil-beaching (interação

do óleo com a praia) e técnicas de remoção e limpeza do produto derramado (Janeiro,

2006).

(07)

22

(A)

(B)

Figura 5. Fluxo de informações entre os módulos da simulação do óleo. Fonte: (A) adaptado de

Fernandes (2001b) e (B) adaptado do manual Mohid Description.

A evolução das propriedades e processos do óleo é resolvida assumindo um

comportamento homogêneo do óleo (exceto o espalhamento, onde a velocidade de cada

traçador é calculada individualmente). Assume-se que as condições atmosféricas e

propriedades da água são uniformes para todos os traçadores, exceto nos processos de

espalhamento e oil-beaching.

É assumido que a temperatura da mancha de óleo rapidamente se iguala à

temperatura da água após o derrame, desprezando efeitos da radiação solar ou qualquer

outro processo de transferência de energia (Fernandes, 2001b).

23

Os processos do óleo interferem e são interferidos simultaneamente uns aos

outros, como por exemplo, o espalhamento é afetado pelas mudanças de massa e

propriedades físico-químicas do óleo causadas por outros processos. Desta forma, a

evolução da trajetória e do destino da mancha de óleo é encontrada através da

combinação dos resultados obtidos por estes módulos.

Devido à programação orientada por objeto, os módulos se comunicam de forma

de cliente e servidor, trocando informações (Figura 5). Em seguida são descritos os

métodos de cálculo dos processos do óleo utilizados nas simulações deste trabalho.

5.1.2.1. DENSIDADE DA EMULSÃO DO ÓLEO

O modelo calcula a variação da densidade de emulsão (mistura de óleo e água)

de acordo com a fração de água contida na mistura água-óleo devido o processo de

emulsificação. O método de estimativa da densidade é:

Onde:

= densidade da emulsão na temperatura .

= densidade inicial do óleo na temperatura , é a densidade relacionada com o

°API do óleo.

= volume da fração de água na emulsão, calculada no processo de emulsificação.

= densidade da água constante.

= 0.18 e = 8x10-4

= constantes empíricas, valores são sugeridos por NOAA

(1994).

5.1.2.2. VISCOSIDADE DO ÓLEO

(08)

24

A modificação da viscosidade do óleo é causada por três grandes processos:

variação de temperatura, emulsificação e evaporação. O cálculo da influência da

temperatura é realizado de acordo com a correlação de Andrade (1934). A modificação

produzida pela emulsificação é definida pela equação de Mooney (1951), e o efeito da

evaporação é calculado usando o método desenvolvido por Mackay et al., (1980). As

três equações podem ser incluídas em uma única equação:

Onde:

= viscosidade do óleo na temperatura .

= viscosidade inicial do óleo na temperatura .

= constante empírica da variação da viscosidade com a temperatura, um valor de

5000 K é recomendado por NOAA (1994).

= constante empírica unidimensional da variação da viscosidade em relação ao efeito

da emulsificação. Mackay et al. (1980) sugere utilizar o valor de 2,5.

= volume da fração de água na emulsão.

= 0,65 = constante de Mooney.

= constante que varia entre 1 a 10, o seu valor depende da viscosidade do óleo, é

utilizado 10 para óleos com viscosidade maiores que 38 cSt., para óleos menos viscosos

é estimado por uma regressão polinomial de segundo grau:

= viscosidade cinemática do óleo em temperatura de 15 °C.

= massa da fração evaporada do óleo.

O primeiro termo a direita do sinal de igualdade da equação 09 é relacionado

com o efeito da temperatura, o segundo em relação à emulsificação e o terceiro mostra a

influência da evaporação.

5.1.2.3. ESPALHAMENTO

(09)

25

O espalhamento é uma expansão horizontal da mancha de óleo devido às forças

mecânicas, tais como gravidade, inércia, viscosidade e tensão interfacial (Janeiro et al.,

2008). É um processo muito importante nas primeiras horas após o derrame,

influenciando nos demais processos que o óleo sofre no mar, como por exemplo, na

evaporação e dissolução. De acordo com Reed (1989), o espalhamento pára quando a

média da espessura da mancha alcança valores entre 0,1 e 0,001 mm, dependendo da

viscosidade do óleo.

Para estimar o espalhamento foram codificados dois algoritmos no MOHID, um

método baseado na teoria de Fay (1969), e o outro chamado de Thickness Gradient. Foi

utilizado o segundo método neste trabalho, o qual se baseia nas diferenças de espessuras

contidas no interior da mancha de óleo, presumindo que este gradiente gera uma “força

do espalhamento” na direção da menor espessura (NOAA, 2000). Portanto, um traçador

move de uma célula de maior espessura para uma célula de menor espessura.

Esta formulação usa um coeficiente que a solução se aproxima da solução de

Fay. O cálculo da velocidade do processo de espalhamento é realizado nas faces das

células contidas com óleo, de acordo com a espessura média do óleo em cada célula ou

volume de controle:

= espessura média do óleo na célula.

= volume das partículas contidas na célula.

= área da célula.

= gradientes da espessura da célula nas direções x e y, respectivamente.

= coeficiente do espalhamento, obtido através de:

= parâmetro de sensibilidade, inserido pelo usuário, depende da geometria da malha,

o valor default do modelo é 10, o qual é utilizado nas simulações deste trabalho.

(11)

(10)

26

= viscosidade cinemática da água.

= gravidade.

= volume do derrame.

O cálculo da área inicial do derrame é feito por uma equação deduzida por Fay

(1969). Uma vez que a fase inicial é curta, chamada de gravidade-inercial, a área inicial

é calculada quando esta fase acaba e começa a outra fase, a gravidade-viscosa.

Onde:

= densidade da água e = densidade do óleo.

= área inicial do derrame.

= 0,57 e = 0,725 = valores recomendados por Flores et al. (1999).

= volume inicial do derrame.

5.1.2.4. EVAPORAÇÃO

Existem dois métodos codificados no modelo para estimar o processo de

evaporação da mancha de óleo, a metodologia proposta por Fingas (1998), e o método

analítico Evaporative Exposure (Stiver & Mackay, 1984). Para as simulações deste

trabalho foi utilizado o segundo método, o qual é expresso pela seguinte fórmula:

Onde:

= fração do óleo evaporado.

(13)

(12)

27

= coeficiente de transferência de massa, determinado pela formulação proposta por

Buchanan & Hurford (1988): = 2,5 x 10-3

. e é a velocidade do vento em

m/h.

= área da mancha de óleo (m2).

= volume inicial do derrame de óleo.

= ponto de ebulição inicial: = 654,45 – 4,6588 . API

= curva do gradiente de destilação: = 388,19 – 3,8725 . API

= 6,3 e = 10,3= constantes empíricas, de acordo com a versão 1.1 do modelo

ADIOS (NOAA, 1994).

Todos os parâmetros utilizados no método Evaporative Exposure dependem do

tipo de óleo em estudo, principalmente para a obtenção dos valores de e , onde é

fundamental saber se o óleo é cru ou refinado.

5.1.2.5. EMULSIFICAÇÃO

Este processo consiste na incorporação da água no óleo, usualmente inicia-se

após uma parte da mancha ser evaporada. O valor default do modelo da porcentagem de

óleo evaporado antes de iniciar a emulsificação é zero (0%), o qual foi empregado ao

longo das simulações.

Com o MOHID pode-se calcular a emulsificação através de dois métodos:

Rasmussen (1985) e Mackay et al., (1980). Para este trabalho foi utilizado o método de

Mackay et al., (1980), e sua formulação é apresentada a seguir.

Onde:

= volume da fração de água na emulsão.

= velocidade do vento em m/h.

(14)

28

= constante empírica inserida pelo usuário. De acordo com Janeiro et al. (2008), esta

constante assume usualmente valores entre 1,0 x 10-6

e 2,0 x 10-6

, o valor default no

MOHID é 1,0 x 10-6

, o qual também é utilizado pelo modelo ADIOS (NOAA, 1994).

Nas simulações é utilizado o valor default.

5.1.2.6. DISPERSÃO

A dispersão vertical começa quando as gotículas de óleo atingem maiores

profundidades da coluna d’água. Também existem dois métodos codificados no

MOHID, o de Mackay et al. (1980) e o de Delvigne & Sweeney (1988). O primeiro é

um algoritmo simplificado, o qual foi utilizado para as simulações, e sua equação é

apresentada na equação 15. Com esta formulação, obtém-se a dispersão vertical em

função da velocidade do vento, desconsiderando a energia turbulenta do processo

(Janeiro et al., 2008).

Onde:

= massa de óleo contida na coluna d’água.

= massa do óleo restante na superfície.

= viscosidade dinâmica do óleo (cP).

= espessura da mancha (cm).

= tensão interfacial óleo-água (dyne/cm), foi utilizado o valor de 27,3 dyne/cm.

5.1.2.7. DISSOLUÇÃO

O modelo calcula a evolução temporal da dissolução do óleo (g/h), a qual

consiste na taxa em que se forma uma mistura homogênea entre o óleo e a água. Isto

(15)

29

ocorre porque a fração solúvel do óleo é quebrada em pequenas partículas que se

misturam com a água. Esta taxa é estimada pela equação de Cohen et al. (1980):

Onde:

= massa do óleo dissolvido na água.

= coeficiente de transferência de massa em dissolução (0,01 m/h).

= parte da superfície coberta por óleo, é considerada igual ao conteúdo de água e óleo

em emulsão.

= solubilidade do óleo na água, calculada através da equação de Huang & Monastero

(1982):

= solubilidade do óleo fresco (30 g.m3).

= constante de decaimento (0,1).

= tempo decorrido após o derrame.

(16)

30

5.2. SIMULAÇÕES HIDRODINÂMICAS

Os dados utilizados como condição de contorno ao longo das simulações

hidrodinâmicas e os módulos estão descritos nesta seção.

5.2.1. OS DADOS

Os dados físicos da área são essenciais para a inclusão de forçantes

hidrodinâmicas, e para a validação e calibração das simulações. Os dados utilizados

como condição de contorno são séries temporais adicionadas nas fronteiras abertas do

sistema. Estas séries temporais são de: velocidade e direção do vento, descarga fluvial e

variação do nível do mar.

Além das séries temporais, foram utilizados os dados de batimetria da área de

estudo para a construção da malha, e alguns parâmetros do óleo em estudo – o

combustível marinho Marine Fuel 380 (MF-380).

5.2.1.1. BATIMETRIA

A confecção da malha é feita no programa MOHID GIS, o qual consiste em um

sistema de informações geográficas, que reconhece arquivos produzidos ou requeridos

pelo MOHID. No MOHID GIS também é possível criar caixas e pontos para saída de

séries temporais de dados físicos, químicos e biológicos, entre outras funções.

A malha em 2D, utilizada neste trabalho (Figura 6) foi a mesma empregada nos

trabalhos de Janeiro (2006), Janeiro et al. (2008) e Martinho et al. (2008). Para a sua

confecção foram utilizados os dados batimétricos obtidos de diversas cartas náuticas da

região. Devido à técnica de volumes finitos, o modelo possui grande flexibilidade na

definição da grade (geográfica; elipsóide; UTM; forma militar de Portugal; coordenadas

geográficas). Para a produção da grade foram utilizadas as coordenadas em UTM.

31

Figura 6. Batimetria da Lagoa dos Patos (modelo pai) e do estuário (modelo filho).

Com o MOHID é possível simular simultaneamente modelos distintos, com suas

malhas interligadas, fornecendo condições de contorno de um modelo para o outro.

Desta forma, é reduzido o tempo computacional das simulações. Foram empregados

dois modelos de malhas diferentes em 2D. Um modelo com uma malha de menor

resolução, da Lagoa dos Patos, chamado de modelo pai. O outro modelo com uma

resolução maior e abrangendo a área do estuário, chamado de modelo filho (Figura 6).

O modelo pai é constituído por 298 e 436 células nas direções x e y,

respectivamente. Cada célula do modelo pai possui uma área de 850 m2 no interior da

lagoa, e 300 m2

no estuário. O modelo filho possui 312 e 414 células com uma área de

80 m2 cada uma. Através do uso do módulo Assimilation, o modelo filho recebe

informações hidrodinâmicas das condições de contorno do modelo pai, porém este não

recebe informações do modelo filho (Janeiro, 2006).

5.2.1.2. VENTO

32

A ação do vento é muito importante, pois é utilizado na transferência de

momento tanto para a água quanto para o óleo. A série temporal de velocidade e direção

do vento foi obtida pela Estação Meteorológica dos Práticos da Barra do Rio Grande.

Esta série (Figura 7) compreende dados obtidos de hora em hora, entre os dias 01 de

janeiro e 30 de setembro de 2002.

De acordo com Tyrrell (2005), os dados de vento obtidos nesta estação

representam o regime de ventos em macro escala do sistema da Lagoa dos Patos.

Portanto não há variação espacial do vento, isto é, o valor do vento da série temporal é

considerado constante para todas as células da malha. A localização geográfica da

Estação Meteorológica dos Práticos da Barra do Rio Grande é 32,14°S e 52,09°O.

Os dados são de intensidade e direção do vento, porém o formato do arquivo

requerido pelo MOHID é das componentes do vento. Para encontrar as componentes do

vento foi aplicada uma relação trigonométrica:

Onde:

= componentes da velocidade do vento.

= ângulo formado entre a direção do vento e a abscissa x.

= intensidade do vento.

Figura 7. Direção e intensidade da série temporal de vento em relação ao Norte verdadeiro.

Fonte: Estação Meteorológica dos Práticos da Barra de Rio Grande.

(17)

33

5.2.1.3. DESCARGA FLUVIAL

A descarga fluvial compreende uma forçante importante na dinâmica do sistema.

Foi utilizado o somatório das descargas fluviais dos rios Taquari, Jacuí (Jacuí e

Pardinho), Caí e Sinos. O resultado desta soma foi adicionada para a descarga referente

ao rio Guaíba. Todas as descargas fluviais foram obtidas através da página eletrônica da

Agência Nacional de Águas (ANA – www.ana.gov.br).

Os dados dispostos neste site são de um dado por dia, para colocar no formato

do modelo, um dado por hora, foi realizada uma interpolação cúbica, empregada pelo

software MATLAB. Esta interpolação teve como objetivo adicionar 23 dados de

descarga entre os dados diários da ANA.

A série temporal utilizada como condição de contorno no modelo é apresentada

na Figura 8. Ela compreende o período de 01 de janeiro à 31 de dezembro de 2002. A

relação das estações fluviométricas, de onde foram retirados os dados, é apresentada na

Tabela 2.

Figura 8. Descarga do rio Guaíba. Fonte: ANA.

http://www.ana.gov.br/

34

Tabela 2. Estações fluviométricas. Fonte: ANA

Rio / Nome da Estação Número das Estações

Taquari / Muçum 86510000

Jacuí / Pardo 85900000

Jacuí (Pardinho) / Santa Cruz 85830000

Caí / Nova Palmira 87160000

Sinos / São Leopoldo 87382000

5.2.1.4. NÍVEL DO MAR

A variação do nível do mar é outra forçante essencial no estudo da

hidrodinâmica do sistema. A série temporal do nível do mar que foi utilizada como

condição de contorno oceânico no modelo é apresentada na Figura 9. Os dados foram

obtidos pela Estação Meteorológica dos Práticos da Barra do Rio Grande, e

compreendem entre 01 de janeiro a 31 de dezembro de 2002.

Figura 9. Série temporal do nível do mar utilizada como condição de contorno oceânico.

Em vermelho a parte da série que foi interpolada. Fonte: Estação Meteorológica dos Práticos da

Barra de Rio Grande.

35

A série temporal do nível do mar original continha uma lacuna de dados, entre às

18:00 h do dia 21 de março até às 23:00 h do dia 31 de março de 2002. A inclusão de

dados para este período foi feita através do método espectral descrito por Andersen

(1974).

5.2.2. MÓDULOS HIDRODINÂMICOS

Na Tabela 3 são apresentados os módulos utilizados para o cálculo da

hidrodinâmica da área de estudo, e na Tabela 4, os principais parâmetros e forçantes

utilizados nestes módulos. Para diferenciar as informações utilizadas nos modelos é

colocado (P) para o modelo pai e (F) para o modelo filho.

Tabela 3. Relação dos módulos utilizados nas simulações hidrodinâmicas.

Módulos Informações adicionadas pelo usuário

Atmosphere Condições atmosféricas, bem como o vento

Assimilation Relação entre as células das malhas interligadas, somente no

modelo filho (F)

Discharges Localização e valores da descarga de água doce, somente no

modelo pai (P)

Geometry Tipos e quantidade de camadas verticais

Hydrodynamic Forçantes e parâmetros hidrodinâmicos

Model Início, fim e o passo de tempo

Interface Sediment-Water Parâmetro de rugosidade do sedimento

Interface Water-Air Série de tempo da tensão superficial do vento

Turbulence Parâmetros de viscosidade turbulenta vertical e horizontal

Water Properties Densidade da água

36

Tabela 4. Forçantes e parâmetros utilizados no módulo hidrodinâmico e demais

módulos associados.

Coriolis SIM

Barotrópico SIM

Baroclínico NÃO

Maré SIM

Elevação inicial 0 m

Velocidades horizontais iniciais 0 m/s

Passo de tempo Variável: (P) 10 a 40 s (F) 5 a 20 s

Coeficiente de cisalhamento do vento (P) 0,002 (F) 0,001834

Viscosidade turbulenta horizontal (P e F) 10 m2/s

Viscosidade turbulenta vertical (P e F) 0,0010 m2/s

Coeficiente de rugosidade do sedimento (P) 0,022 (F) 0,011

5.3. SIMULAÇÕES DOS DERRAMAMENTOS DE ÓLEO

São apresentados nesta seção os módulos do modelo que foram empregados nas

simulações de derramamento do óleo, os parâmetros e os processos de intempéries do

óleo, além de descrever os cenários aos quais foram submetidos os derramamentos de

óleo.

5.3.1. MÓDULOS DO ÓLEO

Os módulos do modelo MOHID utilizados para este estudo são apresentados na

Tabela 5. Os parâmetros dos módulos Lagrangeano e do Óleo são apresentados nas

Tabelas 6 e 7, respectivamente. Na Tabela 8 é possível verificar os métodos que foram

empregados no cálculo das intempéries do óleo. Para diferenciar as informações

utilizadas nos modelos é colocado (P) para o modelo pai e (F) para o modelo filho.

37

Tabela 5. Módulos utilizados nas simulações dos derrames e as informações adicionadas nestes

módulos.

Lagrangean Parâmetros dos traçadores

Model Início, fim da simulação e o passo de tempo: (P) 40s

(F) 20s

Oil Parâmetros e processos do óleo

Water Properties Propriedades da água, como densidade, temperatura,

salinidade e sedimentos coesivos

Wave Período e altura das ondas

Tabela 6. Parâmetros dos traçadores adicionados no Módulo Lagrangean.

Emissão espacial Acidental (em forma de círculo)

Emissão temporal Instantânea (em pouco tempo)

Número de partículas 40.000

Volume da partícula 0,05 m3

Fluxo das partículas 1 m3/s

Movimento randômico Allen (1982)

Partícula flutuante SIM

Tabela 7. Informações do óleo utilizado nas simulações. CETESB e Leiva et al. (2005).

Óleo combustível marinho Marine Fuel 380 (MF-380)

Tipo Refinado

°API 11

Densidade 0,98 kg/m3

Viscosidade cinemática 380 Cst (50°C)

Tensão Interfacial óleo-água 27,3 Dyne/cm

Coeficiente de transporte do vento 3%

Pour Point 3

38

Tabela 8. Métodos empregados nos cálculos das intempéries do óleo.

Intempéries Métodos

Dispersão Mackay et al., (1980)

Dissolução Cohen et al. (1980)

Emulsificação Mackay et al., (1980)

Espalhamento Thickness Gradient

Evaporação Evaporative Exposure

5.3.2. CENÁRIOS ACIDENTAIS

Para definir os cenários de derramamentos acidentais de óleo, foi levantado,

junto a Superintendência do Porto de Rio Grande (SUPRG), o tipo de óleo mais

transportado e dados pretéritos de ocorrência de derramamentos. Além de considerar as

condições meteorológicas e hidrodinâmicas características da região.

Desta forma, foram estipulados os pontos de derramamentos (Figura 10), o tipo

de óleo – o combustível marinho Marine Fuel – 380 (MF-380) – e a quantidade de óleo

derramada (2000 m3), a qual foi o maior valor obtido neste levantamento.

Para a escolha das condições meteorológicas e hidrodinâmicas foram analisados

os dados de descarga fluvial e de vento. De forma a considerar um período de

aquecimento do modelo, onde a variação da descarga do Guaíba influenciasse na

dinâmica do estuário, os quais são diferentes para cada cenário.

Para as simulações realizadas, foram escolhidos:

Um cenário de baixa descarga continental, entre 13 e 14 de abril de 2002,

com o período de aquecimento da descarga continental entre 01 de

janeiro à 12 de abril, com média de 612 m3: Evento1 – Figura 11A;

Um cenário de alta descarga continental, para o qual foram realizadas

duas simulações:

39

o Uma com vento de SE, após um pico de descarga fluvial (mais de

10000 m3), nos dias 15 e 16 de junho de 2002: Evento 2 – Figura

11B.

o Uma com vento de NE, após três meses de alta descarga (com

média de 3800 m3), nos dias 15 e 16 de agosto de 2002: Evento 3

– Figura 11C.

Um cenário de passagem de frente fria com ação de alta descarga

continental, para o qual foram realizadas duas simulações:

o Uma com vento de SO, nos dias 21 a 22 de junho de 2002, sem o

período de aquecimento da alta descarga continental (com média

de 2900 m3): Evento 4 – Figura 11D.

o Uma com vento de S, nos dias 02 a 03 de agosto de 2002, com

período de aquecimento da alta descarga (com média de 3700

m3): Evento 5 – Figura 11E.

Um cenário de El Niño, considerando a mesma série temporal do vento e

do nível do mar da simulação do Evento 1, porém com o período de

aquecimento da descarga continental de três meses de valor constante de

10000 m3: Evento 6 – Figura 11A;

Figura 10. Pontos de derramamentos.

40

Figura 11. Dados de vento utilizados nas simulações de baixa descarga e El Niño (A); alta

descarga (B e C); e (D e E) frente fria.

A

41

5.4. CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO

Para verificar se os resultados obtidos pelo modelo estão representando bem a

realidade, é necessário fazer a calibração e a validação do modelo através de

comparação de dados obtidos pelas simulações com dados coletados in situ (Cheng et

al., 1993).

A calibração da hidrodinâmica do modelo da lagoa (modelo pai) foi feita por

Vargas (2005) seguindo o método usado por Fernandes (2001a). No trabalho de Janeiro

(2006) foram realizadas validações do modelo filho com dados in situ e com dados

obtidos pelo modelo TELEMAC.

A base hidrodinâmica neste trabalho é a mesma empregada nos trabalhos de

Vargas (2005) e de Janeiro (2006), desta forma para a validação dos resultados obtidos

neste trabalho, foram comparados dados de elevação da superfície da água coletados in

situ empregando duas metodologias.

Os dados de elevação da superfície obtidos da Agência Nacional de Águas –

ANA (Tabela 9) através de sua página eletrônica. Estes dados estão disponíveis no

formato de dois dados por dia (às 07:00 h e às 17:00 h). Para a comparação da série

temporal de elevação, os resultados retirados do modelo são dos mesmos horários.

Tabela 9. Estações de elevação da superfície da água. Fonte: ANA

Nome da estação / Rio Número da estação

Ponta dos Coatis / Guaíba 87500020

São Lourenço / Lagoa dos Patos 87921000

As metodologias utilizadas para a comparação dos dados foram: RMAE – The

Relative Mean Absolute Error (Walstra et al., 2001) e RMSE – Root Mean Square

Error.

42

5.5. ANÁLISE DE VULNERABILIDADE

De acordo com a Resolução CONAMA 398/08, no Plano de Emergência

Individual das empresas localizadas em regiões costeiras é necessário incluir uma

análise de vulnerabilidade, indicando as áreas mais vulneráveis próximas ao

empreendimento. Está análise pode ser feita utilizando informações sobre o destino do

óleo durante os cenários acidentais, isto é, a probabilidade do óleo atingir determinadas

áreas, e comparando essas áreas com sua sensibilidade ao óleo utilizando as Cartas de

Sensibilidade do Óleo (Cartas SAO).

Estas cartas indicam o grau de sensibilidade que a região possui para um caso

hipotético de derramamento de óleo, utilizando como parâmetros os recursos

biológicos, as atividades sócio-econômicas e o Índice de Sensibilidade do Litoral (ISL),

o qual classifica o grau de sensibilidade ao óleo de acordo com o tipo de costa e sua

capacidade de retenção de óleo. Quanto maior for o ISL, mais sensível é o ambiente.

Para fazer esta análise, foram retiradas as figuras obtidas após 14 horas do início

das simulações em cada cenário, verificando a freqüência que o óleo atinge

determinadas áreas e comparadas com a Carta de Sensibilidade Ambiental a derrames

de Óleo Tática da região estuarina, PEL – 010 (Figura 12) feita pelos alunos do PRH-

27/FURG (Dias, 2007).

43

Figura 12. Carta Tática de Sensibilidade Ambiental de Óleo para a o estuário da Lagoa

dos Patos PEL – 010. Fonte: Modificado de Dias (2007).

Carta Tática de Sensibilidade Ambiental a derrames de Óleo Pel – 010

Base Temática ISL –Tático

1 3

4 5

6 8

10

44

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.1. VALIDAÇÃO DOS RESULTADOS

As comparações dos resultados de elevação calculadas pelo modelo com os

dados coletados in situ nas estações de São Lourenço e do Guaíba são apresentadas nas

Figuras 13 e 14, respectivamente. Os valores encontrados de RMAE e RMSE estão

dispostos na Tabela 10 para ambas as estações. A avaliação dos resultados de RMAE é

de acordo com a classificação de Walstra et al. (2001), ilustrada na Tabela 11.


estação de São Lourenço (ANA), em vermelho resultados do MOHID.


estação do Guaíba (ANA), em vermelho resultados do MOHID.

45

Tabela 10. Resultados de RMAE e RMSE.

São Lourenço Guaíba

RMAE 0,35 0,47

RMSE 0,13 0,11

Tabela 11. Qualificação do método RMAE (Walstra et al., 2001).

Excelente < 0,2

Bom 0,2 – 0,4

Razoável 0,4 – 0,7

Pobre 0,7 – 1,0

Ruim >1,0

De acordo com os valores encontrados de RMAE, a representação do modelo

está entre bom e razoável. Este resultado pode ter sido afetado pelo fato de que foram

desconsideradas as vazões do rio Camaquã e do Canal de São Gonçalo. Além de que o

modelo é barotrópico, em 2D, desconsiderando as variações de salinidade na vertical,

isto é, a força baroclínica, causada pela diferença de salinidade, é negligenciada.

O RMSE expressa o erro médio quadrático, em metros, dos resultados obtidos

pelas simulações hidrodinâmicas em relação com os dados in situ. Os valores

encontrados são baixos, demonstrando que esse erro é baixo. Além de que quando de

acordo com as Figuras 13 e 14 é possível observar que os resultados obtidos pelo

modelo seguem os dados da ANA, principalmente após o mês de fevereiro.

6.2. DERRAMAMENTOS

Para o estudo da evolução da trajetória e do destino do óleo, foram extraídos os

resultados das simulações dos derramamentos em cinco instantes, após 2, 6, 10, 14 e 24

horas após o início dos acidentes em todos os cenários simulados. Os instantes iniciais

de todas as simulações estão apresentados na Figura 15.

46

Figura 15. Condições iniciais dos derrames de óleo nos pontos (A) 1, (B) 2, (C) 3 e (D) 4.

6.2.1. BAIXA DESCARGA

O cenário de baixa descarga e vento de NE e E (evento 1) nos quatro pontos de

acidente ao longo dos cinco instantes (2, 6, 10, 14 e 24 h) está ilustrado na Figura 16.

De acordo com esta figura, no ponto 1 a mancha segue o vento, sendo levada fortemente

para oeste do ponto, em direção a Ilha dos Marinheiros, alcançando a Ilha do

Machadinho e o Saco do Justino, após 24 horas do início do derrame.

Para o ponto 2, logo no começo do derrame (até 2 h), a mancha fica restrita ao

Canal do Porto Novo, mas após 6 e 10 horas a mancha alcança o Saco da Mangueira.

No final de 24 horas, ela está em grande quantidade no Saco da Mangueira e no Super

Porto, mas ainda encontra-se óleo no canal do Porto Novo.

47

Figura 16. Evolução da trajetória da mancha no Evento 1. Da esquerda para direita: pontos 1, 2,

3 e 4; de cima para baixo: instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h.

48


instante inicial, após 2 e 6 h, e à direita os instantes 10, 14 e 24 h.

49

No ponto 3, após 6 horas, muitas partículas de óleo alcançam o Saco da

Mangueira, mas uma parte segue para sul junto ao Super Porto. Após 24 horas, o óleo

contido no Saco da Mangueira está mais restrito a margem sudoeste desta baia, quando

comparado com o ponto 2. Isto ocorreu provavelmente devido a localização dos pontos.

A trajetória do óleo para o ponto 4 se restringe a área do Super Porto, sendo levada

sempre a sul e se concentrando, após 24 horas, próximo a boca do estuário.

Para este cenário (evento1), como se esperava, a ação do vento é a principal

forçante na dispersão do óleo, isto pode ser observado quando analisamos o campo de

velocidade horizontal (Figura 17), onde existe uma baixa intensidade nas correntes de

água.

6.2.2. ALTA DESCARGA

Os cenários de alta descarga continental foram escolhidos durante um período de

vento de SE e sem o período de aquecimento (evento 2), e outro com vento de NE e

com o período de aquecimento da descarga fluvial (evento 3). As evoluções da trajetória

da mancha de óleo nos instantes 2, 6, 10, 14 e 24, estão apresentadas nas Figuras 19 e

20 dos pontos 1 e 2; 3 e 4, respectivamente.

No evento 2 do ponto 1 verifica-se que até 2 horas do derrame o transporte da

mancha possui uma alta influência do vento, pois esta é deslocada para norte, e em

seguida torna-se mais perceptível a ação da descarga continental, pois é possível

observar que a mancha é deslocada para leste e sul após 6 h. Com 10 horas decorridas, a

mancha ultrapassa a Ilha do Terrapleno. No final da simulação (instante 24 h), a

mancha atinge o Saco da Mangueira, porém é possível identificar algumas partículas de

óleo sofrendo atuação do vento, as quais são levadas para norte.

No evento 3 do ponto 1, a mancha é deslocada para NO até o instante 2. Com 6

horas decorridas, encontra-se concentrada ao redor das Ilhas da Pólvora e dos Cavalos, e

atinge em pouca quantidade o canal do Porto Novo. Em 24 horas após o derrame uma

pequena quantidade alcança o Saco da Mangueira, porém a maior parte da mancha

localiza-se na margem sul da Ilha dos Marinheiros.

Verifica-se que no evento 3 menor quantidade de óleo alcança áreas ao sul da

cidade de Rio Grande, quando comparado com o evento 1, de baixa descarga. Quando

50

observamos as velocidades horizontais da água (Figura 18) nestes instantes, pode-se

verificar que grande quantidade da mancha é transportada devido o vento, pois a

intensidade das correntes são baixas nesta região.

No evento 2 do ponto 2, ocorre o mesmo que no ponto 1, após 2 h de derrame, a

mancha é levada para norte, e com 6 horas, começa a se dirigir para sul. Após 10 horas,

atinge o Saco da Mangueira e no final da simulação (instante 24 h) chega a alcançar o

Super Porto, porém são encontradas partículas espalhadas a norte da cidade de Rio

Grande.

No evento 3 do ponto 2, a mancha é deslocada para sul logo no início do

derrame (instante 2 h). Com 6 horas decorridas, a mancha fica contida no Canal do

Porto Novo, mas poucas partículas são transportadas para norte e sul do canal. No

instante 10 h, a mancha está concentrada a sul de Rio Grande, e depois de 24 horas, a

maior parte da mancha está localizada na margem oeste do Saco da Mangueira e na

região do Super Porto.

Durante o evento 2 do ponto 3 ocorre o mesmo padrão de deslocamento da

mancha, onde até as 6 horas após o derrame é nítido a ação do vento, o qual carrega a

mancha para norte e centro do estuário, entre os instantes 10 e 14 h verifica-se que a

ação da descarga é maior, a qual leva a mancha para a margem oeste do estuário, em

direção a sul. Com 24 horas, pouca quantidade da mancha alcança o início do Saco da

Mangueira, a norte de Rio Grande e o mar, a maior parte está concentrada na região do

Super Porto.

No evento 3 do ponto 3, a mancha sempre se dirige para o sul, alcançando o

Saco da Mangueira após 2 horas do acidente, ao longo das 6, 10 e 14 horas, o óleo se

espalha para o interior deste corpo hídrico, e após 24 horas, se concentra na margem

oeste desta baia e atinge todo o Super Porto, chegando poucas partículas no mar.

Para o ponto 4 no evento 2, verifica-se que a mancha encontra-se espalhada pelo

estuário até o instante 10, e nos instantes 14 e 24 a maior parte está “espremida” na

margem oeste do estuário. Mas existem poucas partículas espalhadas pela boca do

estuário e no mar.

51


instante inicial, após 2 e 6 h, e à direita os instantes 10, 14 e 24 h.

52


instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h.

Ponto 1

A B Ponto 2

A B

53


instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h.

Ponto 3

A B Ponto 4

A B

54

Já no evento 3 do ponto 4 observa-se a combinação da ação do vento com a

descarga, onde a mancha segue sempre a sul concentrada na margem oeste do estuário

desde o instante 2. No ponto 4 é possível verificar que aumenta a saída da mancha para

o mar, e que diminui a quantidade de óleo que entra no Saco da Mangueira.

Analisando as velocidades da água na Figura 18 pode-se dizer que a ação do

vento é uma forçante importante no transporte do óleo no evento 3, porém nota-se que a

intensidade da ação da descarga continental é maior quando comparada com o evento 1.

6.2.3. FRENTE FRIA

Para o estudo da dispersão do óleo no cenário que simula a passagem de uma

frente fria, foram comparados dois eventos, um com vento de SO (evento 4) e outro

com vento de S (evento 5), e ambos com ação de alta descarga; sem e com período de

aquecimento da descarga continental, respectivamente. A análise foi feita de acordo

com os pontos de derramamento. As Figuras 22 e 23 ilustram as evoluções da mancha

ao longo destes eventos.

No ponto 1, em ambos eventos, verifica-se a atuação do vento na dispersão da

mancha de óleo. No evento 4 a mancha é deslocada para leste e para sul até o instante 2

h, atingindo o Canal do Porto Novo. E nos instantes 10, 14 e 24 h é levada para a

margem leste do estuário e em seguida para norte, alcançando o Saco do Mendanha.

No evento 5 é possível observar a combinação da ação do vento e da descarga

continental durante todos os instantes, isto porque a mancha fica em maior parte

localizada no centro do estuário, entre Rio Grande e São José do Norte. Pode-se

explicar este comportamento devido a baixa intensidade da velocidade da água para sul,

observada na Figura 21.

Durante o evento 4 nos pontos 2, 3 e 4 constata-se o mesmo comportamento da

mancha que o observado no ponto 1, onde esta é levada para sul no início do derrame e

depois segue para norte.

55


instante inicial, após 2 e 6 h, à direita os instantes 10, 14 e 24 h.

56


instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h.

Ponto 1

A B Ponto 2

A B

57


instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h.

Ponto 3

A B Ponto 4

A B

58

Também é possível identificar um padrão de transporte da mancha durante o

evento 5 para todos os pontos, onde a mancha é espalhada na região do acidente até o

instante 10 h, e ao longo dos instantes 14 e 24 h observa-se que está possui um

movimento para norte, porém não alcança tanto a norte como no evento 4.

Outra característica interessante deste evento quando comparado com o evento

4, é que não existe o transporte da mancha para norte logo após o acidente, o que

demonstra a combinação da ação do vento com a alta descarga desde o início do

derrame. No ponto 2 do evento 5, é interessante ressaltar que o óleo encontra-se em

maior quantidade no Canal do Porto Novo até 6 horas após o derrame.

No evento 4 a mancha atinge áreas mais ao norte, provavelmente ocorre esta

trajetória da mancha porque quando comparado com o evento 5, a ação do vento é

maior do que a da descarga continental. E isto pode ser explicado devido ao evento 5 se

tratar de um evento de forte frente fria com uma alta descarga, e principalmente com o

período de aquecimento da descarga, e o evento 4 não possui esse período de

aquecimento.

6.2.4. El Niño

O cenário de El Niño (evento 6 – Figura 24) possui a mesma série temporal de

vento que no cenário de baixa descarga (Figura 11A), mas considera uma descarga

continental de 10000 m3. Desta forma, é possível identificar diferenças do transporte do

óleo em relação à descarga fluvial e do vento quando é comparado com o evento 1.

No ponto 1 observa-se que a mancha alcança o canal do Porto Novo após 2

horas do derrame, e pode chegar no Saco da Mangueira até 6 horas, e no mar com 10

horas após o início do acidente. Com 24 horas decorridas, encontra-se óleo concentrado

ao sul da margem oeste desta baia e o restante localizado no mar. Em relação ao evento

3, verifica-se uma maior quantidade de óleo deslocado para sul no cenário de El Niño,

isto provavelmente ocorre devido a alta intensidade da velocidade neste ponto em

direção ao estuário, provocada pela alta descarga continental (Figura 24).

No ponto 2, após 2 horas do acidente não existe mais óleo neste canal e este já

atinge o interior do Saco da Mangueira, com 14 horas grande parte do óleo encontra-se

fora do estuário, no mar. E com 24 horas, existe uma concentração alta de óleo na costa,

59

na praia do Cassino, e na margem oeste do Saco da Mangueira. Para os pontos 3 e 4 o

comportamento da mancha é similar ao do ponto 2, isto é, intenso transporte da mancha

de óleo para sul e fora do estuário.

Este padrão de transporte observado neste cenário pode ser explicado quando é

analisado o campo de velocidade da água. Na Figura 25 verifica-se que durante o

cenário de El Niño existe uma correnteza intensa para sul em todos os instantes. Quando

comparado com o evento 1, pode-se dizer que isto ocorre devido a alta descarga

continental provocado por este fenômeno.

Neste cenário é interessante ressaltar que no ponto 4 a mancha não atinge o Saco

da Mangueira, provavelmente por causa da sua localização e da alta intensidade da

velocidade da água encontrada no Canal do Superporto (Figura 25).

6.3. VULNERABILIDADE

Foram totalizados 24 cenários acidentais, alterando forçantes (descarga

continental e vento) e localização do derrame. Para analisar as áreas de maior

vulnerabilidade, foi considerado o destino da mancha de óleo após 14 horas do início

dos acidentes, isto é, a presença de óleo em contato com a costa das áreas no interior do

estuário. Este horário foi escolhido utilizando a uma estimativa do tempo que uma

mancha de óleo levaria para ser retirada do estuário através de técnicas de remoção de

óleo. Considerando que o Porto de Rio Grande conta com uma empresa especializada

neste assunto.

Os locais atingidos foram listados de acordo com a presença de óleo no instante

14 h, desconsiderando onde o óleo já havia impactado antes deste instante. Destes

resultados analisados, foram encontrados 13 locais atingidos (Tabela 12).

Considerando a freqüência e o ISL, o local mais vulnerável é o Saco da

Mangueira, em seguida vêm algumas áreas do Super Porto, a boca do estuário e a Ilha

do Terrapleno. Essas áreas de maior e menor vulnerabilidade foram encontradas de

acordo com os cenários analisados, e estão apresentadas na Figura 26. Esta figura

mostra a relação de vulnerabilidade dessas áreas, não é um mapa de vulnerabilidade de

toda a região do estuário.

60

Figura 24. Evolução da trajetória da mancha no Evento 6; da esquerda para direita: pontos 1, 2,

3 e 4; de cima para baixo: instantes 2, 6, 10, 14 e 24 h.

61

Figura 25. Velocidade horizontal da água para o evento 6. À esquerda são apresentados o

instante inicial, após 2 e 6 h, à direita os instantes 10, 14 e 24 h.

62

Tabela 12. Relação das áreas atingidas pelo óleo no instante 14 ao longo das 24

simulações.

Área atingida Freqüência (n=24) ISL (Índice de Sensibilidade

do Litoral)

Norte do Super Porto 12 1 e 6

Sul do Porto Novo 10 4

Sul do Super Porto 8 1, 4 e 6

Saco da Mangueira 7 10

Boca do estuário 5 6

Ilha do Terrapleno 4 10

São José do Norte 4 6

Canal do Porto Novo 4 1, 6 e 10

Costa 4 -

Saco do Mendanha 3 10

Antes do Saco do Mendanha 3 4

Ilha da Pólvora e dos Cavalos 2 10

Ilha dos Marinheiros 1 4

É importante ressaltar a necessidade do estudo de quanto óleo já teria se

agregado ao sedimento antes de 14 horas, para analisar melhor as áreas impactadas ao

longo do tempo, considerando a interação do óleo com a costa (processo chamado de

oil-bechaing).

Figura 26. Áreas mais vulneráveis encontradas através dos cenários acidentais analisados.

63

7. CONCLUSÃO

O movimento da mancha de óleo segue a dinâmica estuarina. O vento é o

principal ator no transporte da mancha quando a descarga continental é baixa. A atuação

da descarga no movimento do óleo aumenta com o período de aquecimento da descarga

continental, de três meses, como utilizado neste trabalho. Desta forma, a alta descarga

instantânea não conclui que está irá influenciar fortemente no movimento inicial da

mancha, é necessário o período de aquecimento para que esta seja significativa.

Este comportamento é verificado com o aumento do transporte da mancha para

sul no cenário de alta descarga com o período de aquecimento quando comparado com

cenário sem este período. Além disso, o maior movimento para o sul é observado no

cenário de El Niño por causa da alta intensidade das corrente para sul.

Para o cenário de alta descarga após o período de aquecimento e com vento de

origem do quadrante sul, a mancha tende a ficar espalhada no interior do estuário, não

atingindo áreas muito a norte e nem a sul da origem do acidente.

As trajetórias das manchas de óleo apresentam um padrão semelhante em cada

cenário acidental analisado, isto é, seu movimento ao longo do tempo é parecido para

todos os pontos. Porém os pontos 1 e 2 apresentam padrões diferenciados em alguns

cenários. Como é observado no ponto 1 no cenário de baixa descarga, onde o óleo é

transportado a NO do acidente. E no ponto 2 que o óleo fica em maior quantidade

contido no Canal do Super Porto durante quase 6 horas, no evento 5.

No ponto 1, somente uma alta descarga, como no cenário de El Niño, consegue

levar a mancha em direção a sul. O ponto 4 é o que possui maior facilidade na saída do

óleo para fora do estuário, e na menor quantidade de entrada de óleo no Saco da

Mangueira.

A mancha pode alcançar áreas mais ao norte no cenário de vento de SO sem

período de aquecimento de alta descarga (evento 4), e as áreas mais ao sul podem ser

atingidas no cenário de El Niño (evento 6).

As áreas de maior vulnerabilidade no estuário foram o Saco da Mangueira,

algumas regiões do Super Porto, a boca do estuário e a Ilha do Terrapleno.

64

8. SUGESTÕES DE ESTUDOS FUTUROS

Incluir o processo de oil-beaching onde a mancha interage com as diferentes

costas, podendo ser agregada ao sedimento, principalmente porque os estuários são

áreas de grande retenção de óleo. Desta forma, os resultados obtidos neste trabalho

podem ter superestimado o tempo de residência deste óleo.

Outra proposta é a inclusão da força baroclínica em um modelo 3D, visto a

grande importância desta força na hidrodinâmica do sistema. Incluir as descargas

continentais do rio Camaquã e do Canal de São Gonçalo. A simulação de El Niño

durante os cenários de vento de SO e S é uma sugestão interessante, a fim de identificar

diferenças no comportamento da mancha.

Realizar estudos com os processos de intemperismo do óleo calculados pelo

MOHID, além de testes de sensitividade do modelo, analisando os coeficientes

utilizados nesses processos, visto a necessidade da validação dos resultados obtidos

relacionados com a evolução desses processos da mancha de óleo.

65

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ADCROFT A. J., HILL C. N., MARSHALL J. 1997. Representation of Topography by

Shaved Cells in a Height Coordinate Ocean Model. Mon. Weather Rev. 125, pp. 2293-

2315.

ALLEN, C., M. 1982. Numerical simulation of contaminant dispersion in estuary flows.

Proc. R. Soc. London. A 381, pp.179-194.

ALVES, F. N. A. 2006. Estudo da hidrodinâmica na bacia de Pelotas por um modelo

numérico aplicado a eventuais derramamentos de óleo. Dissertação de Mestrado.

Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil.

ANA – Agência Nacional de Águas. Disponível em: <www.ana.gov.br>. Acesso em:

30/09/2009.

Andersen, N. 1974. Calculation of Filter Coefficients for Maximum Entropy Spectral

Analysis. Geophysics 39, pp. 69-72.

ANDRADE, E. N. C. 1934. A theory of the viscosity of liquids. Philosophical

Magazine 17, pp. 497-511.

BUCHANAN, I. & HURFORD, N. 1988. Methods for predicting the physical changes

in oil spill at sea. Oil & Chemical Pollution 4 (4), pp. 311-328.

BURNS, K. A., GARRITY, S., JORISSEN, D., MACPHERSON, J., STOELTING, M.,

TIERNEY, J., e SIMMONS, L. Y. 1994. The galeta oil spill ii.unexpected persistence

of oil trapped in mangrove sediments morlaix twenty years after the amoco cadiz oil

spill. Estuarine, Coastal and Shelf Research 38, pp. 349 – 364.

CALLIARI, L.J., GOMES, M.E.V., GRIEP, G.H. e MÖLLER, O.O. 1980.

Características sedimentológicas e fatores ambientais da região estuarial da Lagoa dos

Patos. Anais do XXXI Congresso Brasileiro de Geologia 2, pp.862-875.

CASTELLO, J.P. 1985. La ecologia de los consumidores del estuario de la Lagoa dos

Patos, Brasil. In: Fish Community Ecology in Estuaries and Coastal Lagoons: Towards

an ecosystem integration, Yanes-Arancibia, A. (Ed.), pp. 386-406. DR(N) UNAN Press,

México.

CHENG, R. T., CASULLI, V., GARTNER, J. W. 1993. Tidal, Residual Interfacial

Mudflat (TRIM) model and its applications to San Francisco Bay, California. Estuarine

and Coastal Shelf Science 36, pp. 235-280.

CHIPPADA, S., DAWSON, C., WHEELER, M. 1998. Agodonov-type finite volumen

method for the system of shallow wáter equations. Computer methods in applied

mechanics and engineering 151 (01). pp. 150-130.

CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo.

Disponível em: <http://www.cetesb.sp.gov.br>. Acesso em: 27/04/2008.

http://www.ana.gov.br/

http://www.cetesb.sp.gov.br/emergencia/acidentes/vazamento/oleo/a_fisicos.asp

66

CLARK, R. B. 2001. Marine Pollution, Oxford University Press, Oxford .

COHEN, Y., MACKAY, D., SHIU, W. Y. 1980. Mass transfer rates between oil slicks

and water. Can. J. Chem. Eng. 58, pp. 569-574.

CONAMA 398/08. Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente nº 398, de 11

de junho de 2008. Revoga a Resolução CONAMA nº 293/01. Disponível em:

<http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=575 >. Acesso em

09/09/2009.

DELVIGNE, G. A. L. & SWEENEY, C. E. 1988. Natural dispersion of oil. Oil &

Chemical Pollution 4, pp. 281-310.

DIAS, F. C. 2007. Elaboração do Atlas de Sensibilidade Ambiental a Derramamentos

de Óleo para a Lagoa dos Patos. Trabalho de Graduação do curso de Oceanologia.

Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil.

ELPN/IBAMA. 2002. Informação técnica n° 023/02 do Escritório de Licenciamento de

Atividades do Petróleo e Nuclear do IBAMA – Ministério do Meio Ambiente.

FAY J.A. 1969. The spread of oil slicks on a calm sea. Oil on the Sea, Plenum Press,

New York, pp. 53-63.

FAY, J.A. 1971. Physical processes in the spread of oil on a water surface. In: Proc.

Conf. Prevention and Control of Oil Spills, 15/17 June. American Petroleum Institute,

Washington, DC. pp. 463-467.

FERNANDES, E.H.L. 2001a. Modelling the Hydrodynamics of the Patos Lagoon,

Brasil. Tese de doutorado. University of Plymouth.

FERNANDES, E.H.L., DYER, K.R., MÖLLER, O.O. and NIENCHESKI, L.F.H. 2002.

The Patos Lagoon hydrodynamics during an El Niño event (1998). Continental Shelf

Research 22, pp. 1699-1713.

FERNANDES, E.H.L., MARIÑO-TAPIA, I., DYER, K.R., MOLLER, O.O. 2004. The

attenuation of tidal and subtidal oscillations in the Patos Lagoon estuary. Ocean

Dynamics 54 (3-4), pp.348-359.

FERNANDES, R. 2001b. Modelação de derrames de hidrocarbonetos. Trabalho de

Graduação do curso de Engenharia do Ambiente. Instituto Superior Técnico, Lisboa.

FINGAS, M. 1998. The evaporation of oil spills: development and implementation of

new prediction methodology. Marine Environmental Modelling Seminar 98,

Lillehammer, Norway.

FLORES H., ANDREATTA, A., LLONA, G., SAAVEDRA, I. 1998. Measurements of

oil spill spreading in a wave tank using digital image processing. Oil and hydrocarbon

spills, modeling, analysis and control, WIT Press, Southampton, UK. pp. 165-173.

http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=575

67

GARCIA, C.A.E. 1998. Características Hidrográficas. In: Seeliger, U., Odebrecht, C.,

Castello, J.P. (eds). Os ecossistemas Costeiro e Marinho do Extremo Sul do Brasil. Rio

Grande, Editora Ecoscientia, pp.18-21.

GESAMP (IMO/FAO/UNESCO/WMO/IAEA/UNEP JOINT GROUP OF EXPERTS

ON THE SCIENTIFIC ASPECTS PF MARINE POLLUTION). 1993. Impact of oil and

related chemicals and wastes on the marine environment. Rep. Stud. GESAMP 50.

HUANG, J. C. & MONASTERO, F. C. 1982. Review of the state-of-the-art oil spill

simulation models. Final Report submitted to the American Petroleum Institute.

JANEIRO, J. 2006. Modelling hydrocarbon dispersion in two coastal ecosystems:

Kongsfjord (Norway) and Patos Lagoon (Brazil). Dissertação de Mestrado, Instituto

Geofísico, Universidade de Bergen, Bergen.

JANEIRO, J. FERNANDES, E. H. L., MARTINS, F., FERNANDES, R. 2008. Wind

and freshwater influence over hydrocarbon dispersalon Patos Lagoon, Brazil. Marine

Pollution Bulletin 56, pp.650-665.

KJERFVE, B. 1986. Comparative oceanography of coastal lagoons. In: Estuarine

Variability. Ed. D. A. Wolfe. pp. 63-81. Academic Press.

LEITÃO, M. C. F. L. 2003. Integração de Escalas e Processos na Modelação do

Ambiente Marinho. Dissertação de Doutorado. Instituto Superior Técnico, Universidade

Técnica de Lisboa, Lisboa, Portugal.

LEITÃO, P. C. 1997. Modelo de Dispersão Lagrangeano Tridimensional. Dissertação

de Mestrado. Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa,

Portugal.

LEIVA, C. R. M., CRNKOVIC, P. M., SANTOS, A. M. 2006. O emprego da

termogravimetria para determinar a energia de ativação do processo de combustão de

óleos combustíveis. Quím. Nova 29 (5), pp. 940-946.

MACKAY, D., BUISTT, I. A., MASCARENHAS, R., PATERSON, S. 1980. Oil spill

processes and models. Environment Canada Report EE-8, Environment Protection

Service, Ottawa, Canada.

MARQUES, W. C. 2005. Padrões de variabilidade temporal nas forçantes da circulação

e seus efeitos na dinâmica da Lagoa dos Patos, Rio Grande do Sul – Brasil. Dissertação

de Mestrado. Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil.

MARTINHO,V., MONTEIRO, I. O., FERNANDES, E. H. L., JANEIRO, J. 2008.

Modelagem numérica de derrames de óleo no estuário da Lagoa dos Patos. In: Rio Oil

& Gas Expo and Conference 2008, Rio de Janeiro. Proceedings of the Rio Oil & Gas

Expo and Conference, vol. 1, pp. 1-8.

MARTINS, F., LEITÃO, P., SILVA, A., NEVES, R. 2000. 3D modeling in the Sado

estuary using a new generic vertical discretization approach. Oceanologica Acta 24.pp.

S51-S62.

68

MARTINS, F., NEVES, R., LEITÃO, P. 1998. A three-dimensional hydrodynamic

model with generic vertical coordinate. In: V. Babovic&L. C. Larsen (Ed.), Proceedings

of Hydroinformatics’98, Vol. 2, Balkema, Rotterdam. pp.1403-1410.

MARTINS, H., SANTOS, A., COELHO, E., F., NEVES, R., ROSA, T. L. 1999

Numerical Simulation of Internal Tides. Proceedings of the Institution of Mechanical

Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering 214 (6), pp. 867-872.

MIRANDA, L. B., BELMIRO M. de C. e KJERFVE, B. 2002. Princípios de

Oceanografia Física de Estuários. Editora da Universidade de São Paulo.

MIRANDA, R., BRAUNSCHWEIG, F., LEITÃO, P., NEVES, R., MARTINS, F.,

SANTOS, A. 2000. Mohid 2000, A Costal integrated object oriented model. Hydraulic

Engineering Software VIII, WIT Press.

MOHID – Sistema de Modelagem de Água MOHID. Disponível em:

<www.mohid.com>. Acesso em: 04/01/2010.

MOHID DESCRIPTION. Lisboa: Downloads Manuals Mohid. Disponível em:

<http://maretec.mohid.com/PublicData/Products/Manuals/Mohid_Description.pdf>

Acesso em: 04/01/2010.

MÖLLER, O. O. 1996. Hydrodynamique de la Lagune dos Patos, Measures et

Modelisation. PhD Thesis, L'Universite Bordeaux I, France.

MÖLLER, O.O., CASTAING, P. 1999. Hydrological Characteristics of the Estuarine

Area of Patos Lagoon (30°S, Brazil). In: Perillo G.M.E.; Picollo, M.C. & Pino-Quivira

(eds.) Estuaries of America: Their Geomorphology and Dynamics. Berlin, Springer-

Verlag, pp.83-100 (Environmental Science).

MÖLLER, O.O., CASTAING, P., SALOMON, J.C. and LAZURE, P. 2001. The

influence of local and non-local forcing effects on the subtidal circulation of Patos

Lagoon. Estuaries 24, pp. 275-289.

MÖLLER, O.O., LORENZZETTI, J.A., STECH, J.L., MATA, M.M. 1996. The Patos

Lagoon summertime circulation and dynamics. Continental Shelf Research 16, pp. 335-

351.

MÖLLER, O.O., PAIM, P.S.G. and SOARES, I.D. 1991. Facteurs et mechanismes de la

circulation des eaux dans l'estuaire de la Lagune dos Patos (RS, Bresil).

Bull.Inst.Géol.Bassin d'Aquitaine 49, pp. 15-21. Bordeaux.

MOONEY, M. 1951. The viscosity of a concentrated suspensión of spherical particles.

J Colloidal Science 10, pp. 162-170.

MORAES, B. C. 2008. Estudo da pluma de turbidez da Lagoa dos Patos através de

sensoriamento remoto e análise de dados oceanográficos. Trabalho de Graduação do

curso de Oceanologia. Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil.

http://www.mohid.com/

http://maretec.mohid.com/PublicData/Products/Manuals/Mohid_Description.pdf

69

NOAA. 1994. ADIOStm

(Automated Data Inquiry for Oil Spills) user´s manual. Seattle:

Hazardous Materials Response and Assessment Division, NOAA. Prepared for the U.S.

Coast Guard Research and Development Center, Groton Connecticut.

NOAA. 2000. ADIOStm

(Automated Data Inquiry for Oil Spills) version 2.0. Seattle:

Hazardous Materials Response and Assessment Division, NOAA. Prepared for the U.S.

Coast Guard Research and Development Center, Groton Connecticut.

PEREIRA, R.C. & SOARES-GOMES, A. 2002. Biologia Marinha. Rio de Janeiro:

Interciência, pp.318–319.

PIOVESAN, R. B. 2006. Estudo do transporte de manchas de óleo na Lagoa dos Patos,

por um Modelo Numérico. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio

Grande, Rio Grande, Brasil.

PORTO DO RIO GRANDE. Disponível em:< http://www.portoriogrande.com.br>.

Acesso em: 07/12/2007.

PRATICAGEM – Estação Meteorológica dos Práticos de Rio Grande. Acesso em:

<www.praticagemriogrande.com.br>.

RASMUSSEN, D.1985. Oil Spill Modelling – A tool for cleanup operations. Proc. 1985

Oil Spill Conference. American Petroleum Institute, pp.243-249.

REED, M. 1989. The physical fates component of the natural resource damage

assessment model system. Oil &Chemical Pollution 5, pp. 99-123.

REED, M., JOHANSEN, Ø., BRANDVIK, P.J., DALING, P., LEWIS, A., FICCO, R.,

MACKAY, D., PRENTKI, R. 1999. Oil spill modelling towards the close of the 20th

century: overview of the state of the art. Spill Science & Technology Bulletin, 5 (1), pp.

3-16.

REED, M., TURNER, C., ODULO, A. 1994. The role of wind and emulsification in

modeling oil spill and drifter trajectories. Spill Science and Technology Bulletin, 1 (2).

pp. 143-157.

SARAIVA, A. S. de C. 2005. Modelação Ecológica do Rio de Aveiro: O Papel das

Macroalgas. Disertação de Mestrado. Institudo Superior Técnico, Universidade Técnica

de Lisboa, Lisboa.

SISCONSUL – Sistema de Controle de Dados Oceanográficos da Zona Costeira do Sul

do Brasil. Disponível em: <www.sisconsul.furg.br>. Acesso em: 25/05/2008.

SPAULDING, M. L. 1995. Oil spill trajectory and fate modeling: state-of-the-art

review. Proc., 2nd

Int. Oil Spill Res. And Dev. Forum, IMO, London, UK.

STIVER, W. & MACKAY, D. 1984. Evaporation rate of spills of hydrocarbons and

petroleum mixtures. Environmental Science and Technology 18 (11), pp.834-840.

http://www.portoriogrande.com.br/

http://www.praticagemriogrande.com.br/

http://www.sisconsul.furg.br/

70

TRANSPETRO – Empresa de Transporte e Logística do Sistema Petrobras. Disponível

em: <http://www.transpetro.com.br>. Acesso em: 28/11/2007.

TYRREL, D. A. 2005. Modelling the Water Quality of the Patos Lagoon, Brazil, PhD

Thesis, School of Earth, Ocean and Environmental Sciences, University of Plymouth.

VARGAS, A. C. 2005. Hydrodinamic model calibration of the Patos Lagoon, Brazil.

Trabalho de Graduação. Escola Superior de Tecnologia. Universidade do Algarve,

Portugal.

VAZ, A. C. 2003. Efeito da descarga de água doce em processos ocorrentes no estuário

da Lagoa dos Patos. Dissertação de Graduação do curso de Oceanologia. Fundação

Universidade do Rio Grande, Rio Grande, Brasil.

WALSTRA, L. C., VAN RIJN, L. C., BLOGG, H., VAN ORMONDT, M. 2001.

Evaluation of a hydrodynamic area model based on the COAST3D data at Teignmouth

1999, Report TR121-EC MAST Project No MAS3-CT97-0086. HR Wallinford, UK. pp

D4.1-D4.4.

http://www.transpetro.com.br/

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