Apresentação do PowerPoint - PRH-02 Formação de Profissionais

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
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.
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
INVENTÁRIO DE EMISSÕES
 O projeto foi dividido nas seguintes etapas:
1a – Mais importante  desenvolvimento do IE ;
2a – Verificação de violação para SO2 e NO2 e determinação das freqüências;
3a – Seleção de um episódio de modelagem da QAR em concordância com as modelagens
meteorológicas;
4a - Estabelecimento da relação fonte – receptor.
IE - CONCLUSÕES
 Principal fonte de emissão:
- Queimadores  80 % das emissões atmosféricas
 Gases emitidos:
- hidrocarbonetos não queimados (HC);
- óxidos nitrosos (NOx);
- dióxido de enxofre (SO2);
- monóxido de carbono (CO);
- ácido sulfídrico (H2S) e
- material particulado (MP).
 Hidrocarbonetos e SO2 são os mais emitidos.
Dados Meteorológicos sobre o Oceano
• direção do vento;
• velocidade do vento (u);
• altura da camada de mistura (zi);
• umidade relativa (RH);
• temperatura do ar (Ta);
• temperatura da superfície do mar (Ts);
• cisalhamento vertical da direção do vento;
• gradiente vertical de temperatura potencial (dθ/dz) e;
• componentes das intensidades turbulentas, iy e iz.
Dados Meteorológicos sobre o Continente
• Classe de estabilidade de pasquill;
• velocidade do vento;
• temperatura do ar;
• direção do vento;
• estimar a intensidade horizontal da turbulência (σy) e
• intensidade vertical da turbulência (σz);
Dados dos Receptores
• Coordenadas x e y do receptor (unidades do usuário);
• Altura do receptor acima do nível médio do solo (ou acima da superfície da água, caso o
receptor esteja sobre o oceano);
• Elevação do receptor em relação ao nível do solo acima da superfície aquosa (esse valor é
necessário somente para aplicações que utilizam a opção do ajuste do terreno);
• inclinação local do receptor;
• elevação da base da inclinação acima da superfície da água.
MODELO MM5
- MÓDULO TERRAIN ;
seguintes
configuração das grades em mesoescala e pela geração de arquivos de entrada para os módulos
- MÓDULO REGRID ;
estimar os dados meteorológicos em uma grade regular, em diversos níveis de pressão
- MÓDULO RAWINS ;
fazer uma adaptação das análises meteorológicas iniciais, provenientes do módulo REGRID
- MÓDULO INTERPF;
última interpolação ou conversão dos dados antes da execução do modelo
- MÓDULO MM5  Resolve as equações
PARAMETRIZAÇÕES FÍSICAS DO MODELO MM5
 Modelo de fechamento para os fluxos turbulentos horizontais.
 Parametrização da física da precipitação de GRELL  baseada na desestabilização, esquema de nuvemsimples com fluxos ascendentes e descendentes compensando o movimento;
 Parametrizações para temperatura, fluxos de calor na superfície e fluxos de umidade a partir da TS +
dados observados de SFC;

Parametrização dos fluxos turbulentos verticais, também determinados da TS + dados Observados de
SFC;
 Parametrização da radiação atmosférica com modelo de onda longa (infravermelho) e um modelo de onda
curta.
CONFIGURAÇÃO MM5
Esquema de aninhamento de Grades do MM5
Esquemas de Grades
Domínios
Pontos
Características
Resol. Espacial (km)
2
1
2
3
25 x 30
34 x 37
34 x 34
37
12.3
4.1
Resolução
Topografica
(km)
19
9
0.9
Fonte: CENPES - PETROBRAS
DATA
30/11/2002
29/11/2002
27/11/2002
26/11/2002
24/11/2002
22/11/2002
21/11/2002
19/11/2002
18/11/2002
16/11/2002
14/11/2002
13/11/2002
11/11/2002
10/11/2002
08/11/2002
07/11/2002
05/11/2002
03/11/2002
02/11/2002
31/07/2002
30/07/2002
28/07/2002
26/07/2002
24/07/2002
22/07/2002
21/07/2002
19/07/2002
18/07/2002
16/07/2002
14/07/2002
13/07/2002
11/07/2002
10/07/2002
08/07/2002
06/07/2002
05/07/2002
dia
DIREÇÃO DO VENTO (°)
IDENTIFICAÇÃO DO PERÍODO DO ESTUDO
VENTO PREDOMINANTE
360
315
270
225
180
135
90
45
0
COMPARAÇÕES ESTATÍSTICAS MM5
• Erro quadrático médio normalizado: Desvio modelados e observados. Zero  ótimo desempenho;
• Coeficiente de correlação: grau de associação  um é valor ideal;
• Fator de dois: tendência do modelo sobreestimar ou subestimar os parâmetros estimados  O valor ótimo é
um;
• Desvio fracional: tendência do modelo de prognóstico de subestimar ou sobreestimar o valor observado 5 
Zero é o valor ótimo;
• Desvio fracional padrão: a tendência do modelo de prognóstico de subestimar ou sobreestimar o valor
observado  O valor ótimo é zero.
RESULTADOS DAS COMPARAÇÕES - MM5
JULHO:
NOVEMBRO:
Gráfico de dispersão para a velocidade do vento – Julho (2002)
Comparação da direção do vento - Julho (2002)
Gráfico de dispersão para a velocidade do vento – Novembro (2002)
Comparação direção do vento - novembro (2002)
CAMPO DE VENTO MM5 – 04/07/2002
Evolução do Campo de Vento (a) 00 HL; (b) 03 HL; (c) 06 HL; (d) 09 HL
ANÁLISE DE SENSIBILIDADE - PARÂMETROS DE EMISSÃO
• A alteração na taxa de emissão (*2 e /2) não produziu alteração no campo de concentração previsto pelo
OCD;
• O incremento de 5 K não produziu alteração nos campos calculados;
• A alteração velocidade de saída (*2 e /2) também não produziu alteração na concentração prevista.
ALTERAÇÃO DOS PARÂMETROS METEOROLÓGICOS
Classe de Estabilidade Onshore e Offshore;
Altura de Camada de Mistura Onshore e Offshore.
RESULTADOS PARA O BRASIL
• O modelo OCD foi integrado para o Brasil em dois períodos:
- 03 e 04 de julho e 07 e 08 de novembro de 2002.
• Esquema de três simulações distintas:
- 1ª simulação – direção e velocidade do vento na região offshore dados observados
disponibilizados pelo CENPES/PETROBRAS;
e
- 2ª simulação – utilizando o vento simulado para a região offshore fornecido pelo modelo MM5
- 3ª simulação – utilizando a parametrização do modelo OCD para o vento offshore conforme a
formulação proposta por HSU (1981);
RESULTADOS PARA O BRASIL
Concentração média
3
(g/m )
03/07/04 - 6 horas – 1ª simulação
Concentração média
3
(g/m )
03/07/04 - 6 horas – 2ª simulação
Concentração média
3
(g/m )
03/07/04 - 6 horas – 3ª simulação
Concentração média
3
(g/m )
07/11/04 - 12 horas – 1ª simulação
Concentração média
3
(g/m )
07/11/04 - 12 horas – 2ª simulação
Concentração média
3
(g/m )
07/11/04 - 12 horas – 3ª simulação
Concentração média
3
(g/m )
para mais plataformas de produção
Concentração média
3
(g/m )
para mais plataformas de produção
CONCLUSÕES
• 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);
• 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
3
3
estabelecido pelo CONAMA (320 μg/m ) e pela OMS (120 μg/m );
• Considerando 3 plataformas as simulações indicaram para o mês de junho que ocorre um transporte de
poluentes atmosféricos para o continente;
• Comportamento não observado para o mês de novembro (ventos Sul);
• Para as simulações do mês de julho 1a e 2a simulações concordando. Alteração uso da parametrização de
vento offshore do modelo OCD;
• Para novembro boa concordância para as 3 simulações;
• Uma avaliação do desempenho do modelo OCD necessita de dados reais de emissão e dados observados
de monitoramento da qualidade do ar da região ;
• Este estudo demanda um Inventário de emissões (custo elevado);
• Baixo custo operacional da utilização do modelo OCD modelo gratuito exige sistemas operacionais
bastante adequados à realidade do Brasil;
• As plataformas de produção são unidades emissoras de hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio
contribuem para a formação de ozônio troposférico;
• Etapas futuras deste trabalho:
- Adequação mais realística do modelo OCD;
- Implementação do sistema MM5 - CALMET – CALPUFF – CALGRID para a BC;