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.

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1 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 de Métodos Computacionais em Engenharia – LAMCE Ciências Atmosféricas em Engenharia Programa de Engenharia Civil – PEC/COPPE Núcleo Computacional de Estudos da Qualidade do Ar – NCQar Laboratório de Modelagem de Processos Marinhos e Atmosféricos - LAMMA Departamento de Meteorologia – IGEO/UFRJ

2 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.

3 OBJETIVOS  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

4 INVENTÁRIO DE EMISSÕES   O projeto foi dividido nas seguintes etapas: 1a – Mais importante  desenvolvimento do IE ; 2a – Verificação de violação para SO 2 e NO 2 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.

5  IE - CONCLUSÕES  Principal fonte de emissão: - Queimadores  80 % das emissões atmosféricas  Gases emitidos: - hidrocarbonetos não queimados (HC); - óxidos nitrosos (NOx); - dióxido de enxofre (SO 2 ); - monóxido de carbono (CO); - ácido sulfídrico (H 2 S) e - material particulado (MP).  Hidrocarbonetos e SO 2 são os mais emitidos.

6 Dados Meteorológicos sobre o Oceano direção do vento; velocidade do vento (u); altura da camada de mistura (z i ); umidade relativa (RH); temperatura do ar (T a ); temperatura da superfície do mar (T s ); cisalhamento vertical da direção do vento; gradiente vertical de temperatura potencial (dθ/dz) e; componentes das intensidades turbulentas, i y e i z.

7 Dados Meteorológicos sobre o Continente Classe de estabilidade de pasquill; velocidade do vento; temperatura do ar; direção do vento; estimar a intensidade horizontal da turbulência (σ y ) e intensidade vertical da turbulência (σ z );

8 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.

9 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

10 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.

11 CONFIGURAÇÃO MM5 Esquema de aninhamento de Grades do MM5

12 IDENTIFICAÇÃO DO PERÍODO DO ESTUDO Fonte: CENPES - PETROBRAS

13 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.

14 RESULTADOS DAS COMPARAÇÕES - MM5 JULHO: NOVEMBRO:

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

16 Comparação da direção do vento - Julho (2002)

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

18 Comparação direção do vento - novembro (2002)

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

20 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.

21 ALTERAÇÃO DOS PARÂMETROS METEOROLÓGICOS Classe de Estabilidade Onshore e Offshore; Altura de Camada de Mistura Onshore e Offshore.

22 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);

23 RESULTADOS PARA O BRASIL Concentração média (  g/m 3 ) 03/07/04 - 6 horas – 1ª simulação

24 Concentração média (  g/m 3 ) 03/07/04 - 6 horas – 2ª simulação

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

26 Concentração média (  g/m 3 ) 07/11/04 - 12 horas – 1ª simulação

27 Concentração média (  g/m 3 ) 07/11/04 - 12 horas – 2ª simulação

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

29 Concentração média (  g/m 3 ) para mais plataformas de produção

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31 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

32 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 SO 2 sempre estiveram abaixo do padrão estabelecido pelo CONAMA (320 μg/m 3 ) e pela OMS (120 μg/m 3 ); 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;

33 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;