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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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);
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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.
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RESULTADOS DAS COMPARAÇÕES - MM5JULHO:
NOVEMBRO:
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Gráfico de dispersão para a velocidade do vento – Julho (2002)
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Comparação da direção do vento - Julho (2002)
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Gráfico de dispersão para a velocidade do vento – Novembro (2002)
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Comparação direção do vento - novembro (2002)
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CAMPO DE VENTO MM5 – 04/07/2002Evolução do Campo de Vento (a) 00 HL; (b) 03 HL; (c) 06 HL; (d) 09 HL
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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.
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ALTERAÇÃO DOS PARÂMETROS METEOROLÓGICOS
Classe de Estabilidade Onshore e Offshore;
Altura de Camada de Mistura Onshore e Offshore.
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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);
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RESULTADOS PARA O BRASIL Concentração média (g/m3) 03/07/04 - 6 horas – 1ª simulação
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Concentração média (g/m3) 03/07/04 - 6 horas – 2ª simulação
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Concentração média (g/m3) 03/07/04 - 6 horas – 3ª simulação
![Page 26: IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE QUALIDADE DO AR OCD (OFFSHORE AND COASTAL DISPERSION MODEL) PARA A BACIA DE CAMPOS - RJ Lúcio SILVA DE SOUZA PRH-02 Laboratório](https://reader038.vdocuments.com.br/reader038/viewer/2022102820/5706384c1a28abb8238f6093/html5/thumbnails/26.jpg)
Concentração média (g/m3) 07/11/04 - 12 horas – 1ª simulação
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Concentração média (g/m3) 07/11/04 - 12 horas – 2ª simulação
![Page 28: IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE QUALIDADE DO AR OCD (OFFSHORE AND COASTAL DISPERSION MODEL) PARA A BACIA DE CAMPOS - RJ Lúcio SILVA DE SOUZA PRH-02 Laboratório](https://reader038.vdocuments.com.br/reader038/viewer/2022102820/5706384c1a28abb8238f6093/html5/thumbnails/28.jpg)
Concentração média (g/m3) 07/11/04 - 12 horas – 3ª simulação
![Page 29: IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE QUALIDADE DO AR OCD (OFFSHORE AND COASTAL DISPERSION MODEL) PARA A BACIA DE CAMPOS - RJ Lúcio SILVA DE SOUZA PRH-02 Laboratório](https://reader038.vdocuments.com.br/reader038/viewer/2022102820/5706384c1a28abb8238f6093/html5/thumbnails/29.jpg)
Concentração média (g/m3) para mais plataformas de produção
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Concentração média (g/m3) para mais plataformas de produção
![Page 31: IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO DE QUALIDADE DO AR OCD (OFFSHORE AND COASTAL DISPERSION MODEL) PARA A BACIA DE CAMPOS - RJ Lúcio SILVA DE SOUZA PRH-02 Laboratório](https://reader038.vdocuments.com.br/reader038/viewer/2022102820/5706384c1a28abb8238f6093/html5/thumbnails/31.jpg)
• 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
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• 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;
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• 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;