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Universidade do Vale do Itajaí Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar Curso de Oceanografia SIMULAÇÃO DE UM EVENTUAL VAZAMENTO DE ÓLEO NO OLEODUTO DA BAÍA DA BABITONGA-SC. Augusto Manolo Caseiro Itajaí 2011
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Universidade do Vale do Itajaí Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar
Curso de Oceanografia
SIMULAÇÃO DE UM EVENTUAL VAZAMENTO DE ÓLEO NO OLEODUTO DA BAÍA DA BABITONGA-SC.
Augusto Manolo Caseiro
Itajaí 2011
Universidade do Vale do Itajaí Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar
Curso de Oceanografia
SIMULAÇÃO DE UM EVENTUAL VAZAMENTO DE ÓLEO NO OLEODUTO DA BAÍA DA BABITONGA-SC.
Augusto Manolo Caseiro
Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Oceanografia. Orientador: Dr. João Luiz B. de Carvalho.
Itajaí 2011
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais,
meus avós ,minha irmã e a minha
sobrinha.Obrigado pelas orações e
por nunca duvidarem das minhas
escolhas.
AGRADECIMENTOS
Ao aos meus Pais, Cecília e Manolo, pela compreensão, amor e toda a dedicação para
me formarem como pessoa, me orientando para o caminho da honestidade e do respeito.
Minha irmã demasiadamente super protetora, que agora deu a oportunidade de tornar
seu irmão um titio muito feliz, e a mais nova integrante da família, a pequena Isabela.
Aos meus avôs que mesmo distantes ainda são muito presentes, sem eles talvez eu não
estivesse aqui hoje, obrigado Vô Augusto, Vó Isabel, Vô Luiz e Vó Idewiges, tia Célia
pessoa maravilhosa com um coração imenso obrigado pelo incentivo.
Ao meu orientador João Luiz pela oportunidade e ensinamentos.
A todos os amigos do LOF, Lourival pessoa de caráter, humildade e paciência, obrigado
pelos esclarecimentos, pelas idéias propostas e pelo apoio.
Aos meus velhos e novos amigos que fizeram parte desta caminhada, com certeza
futuros excelentes oceanógrafos, José Alexandre, Henrique, Gruguy, João, Igor, Minero,
Mônica, Pí, Camila, Brunão, Kadu, Reges, Pati e a todos aqueles que fizeram parte
desta jornada.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS.....................................................................................................v
LISTA DE TABELAS..................................................................................................viii
LISTA DE QUADROS...................................................................................................xi
RESUMO.........................................................................................................................x
PALAVRAS CHAVE.....................................................................................................x
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................1
2. OBJETIVOS........................................................................................................3
2.1 Objetivo Geral...............................................................................................3
2.2 Objetivos Específicos....................................................................................3
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA....................................................................4
3.1 Modelagem. Computacional........................................................................4
3.1.1 Modelo hidrodinâmico SisBAHIA®................................................5
3.1.2 Modelo Hidrodinâmico 3D...............................................................6
3.1.3 Formulação do Modelo Hidrodinâmico 3D.....................................6
3.1.4 Modelo de Transporte Lagrangeano Advectivo-Difusivo..............9
3.1.5 Condições Iniciais e de Contorno...................................................11
3.1.6 Discretização Espacial e Temporal................................................12
3.1.7 Conflito de Escalas...........................................................................12
3.2 Estuários......................................................................................................13
3.3 Maré.............................................................................................................15
3.3.1 Sistema Terra-Lua...........................................................................15
3.3.2 Sistema Terra-Sol............................................................................17
3.3.3 Interação Sistema Terra-Lua e Terra-Sol....................................18
3.3.4 Maré Astronômica...........................................................................19
3.3.5 Maré Meteorológica........................................................................20
3.4 Composição do óleo....................................................................................20
3.4.1 Propriedades do óleo.......................................................................21
3.4.2 Comportamento do óleo..................................................................23
3.4.3 Áreas Sensíveis ao óleo....................................................................30
3.5 Contenção do Óleo na Água.......................................................................31
3.6 Métodos de Limpeza em Áreas Costeiras.................................................34
3.7 Métodos de Limpeza Recomendados........................................................35
3.8 Métodos de Limpeza Menos Recomendados............................................39
4. ÁREA DE ESTUDO..........................................................................................41
4.1 Caracterização da Área de Estudo............................................................44
5. METODOLOGIA..............................................................................................47
5.1 Domínio de Modelagem..............................................................................47
5.2 Modelo Hidrodinamico...............................................................................47
5.2.1 Malha de Elementos Finitos............................................................47
5.2.2 Maré..................................................................................................48
5.2.3 Batimetria.........................................................................................49
5.2.4 Ventos...............................................................................................51
5.2.4.1 Verão.....................................................................................51
5.2.4.2 Inverno..................................................................................52
5.2.5 Correntes..........................................................................................53
5.2.6 Componente Fluvial........................................................................54
5.2.7 Execução do Modelo Hidrodinâmico 3D......................................54
5.2.8 Validação do Modelo Hidrodinâmico 3D......................................57
5.3 Modelo Lagrangeno...................................................................................58
5.3.1 Óleo...................................................................................................58
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO......................................................................60
6.1 Validação.....................................................................................................60
6.1.1 Elevação do Nível d’água................................................................60
6.1.2 Correntes..........................................................................................62
6.2 Modelo Lagrangeano de Dispersão...........................................................64
6.2.1 Cenário de Pior Caso.......................................................................65
7. CONCLUSÃO....................................................................................................70
8. REFERÊNCIAS.................................................................................................71
9. ANEXO...............................................................................................................75
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.Seção longitudinal de um estuário delimitando a Zona de Maré de Rio, Zona
de Mistura e Zona Costeira. O gráfico também demonstra a circulação média e o perfil
vertical da salinidade. indica a vazão do rio (MIARANDA et al, 2002)...................14
Figura 2.A força centrífuga possui mesma direção e intensidade em todos os pontos, a
força gravitacional varia na sua intensidade (inversamente com o quadrado da distancia
a Lua), direção (sempre em direção ao centro da Lua) e a força geradora de maré é a
resultante destas duas forças atuando (ALFREDINI,
2005).........................................................................................................................16
Figura 3.A relação entre um dia solar de 24 horas e um dia lunar de 24 horas e 50
minutos, com visualização feita em cima do Pólo Norte da Terra. O ponto A na
superfície no instante em que a Lua passa diretamente por ele e retorna ao ponto inicial
depois de 24 horas, o ponto A deve girar mais 50 minutos para que a Lua esteja
diretamente sobre ele (ALFREDINI, 2005) ...................................................................17
Figura 4.Interação das marés lunares e solares vista por um observador no Pólo Norte da
Terra. (a) Lua Nova, situação de sizígia; (b) Quarto Crescente, situação de quadratura;
(c) Lua Cheia, situação de sizígia; (d) Quarto Decrescente, situação de quadratura
(ALFREDINI, 2005) ......................................................................................................19
Figura 5.Processos naturais que intemperizam o óleo (ARAÚJO,
2005)................................................................................................................................24
Figura 6.Formação de manchas alongadas, distorcidas ou manchas contínuas devido à
ação das correntes e ventos (FINGAS, 2001).................................................................25
Figura7.Aparência, espalhamento e perda por evaporação de diferentes óleos
derramados em uma superfície absorvente (FINGAS, 2001)..........................................26
Figura 8. Taxa de evaporação de diferentes tipos de óleo a 15º C. Porcentagem de perda
por evaporação x Tempo em horas (FINGAS, 2001) .....................................................27
Figura 9.Vista aproximada de um óleo emulsificado (FINGAS, 2001). ........................28
Figura 10.Carta de Sensibilidade Ambiental a Derramamento de Óleo para o litoral
norte e centro-norte de Santa Catarina. Em vermelho destacam-se as áreas com presença
de marismas e manguezais (KLEIN et al, 2007).............................................................31
Figura11.Barreira flutuante de contenção de óleo (ARAÚJO, 2005).
.........................................................................................................................................32
Figura 12 Diferentes configurações de contenção de óleo na água. Configuração em U,
Configuração em V, Cerco, Configuração em J, Varredura, Desvio e Cascata (FINGAS,
2001). ..............................................................................................................................33
Figura 13.Skimmer (escumadeira) utilizado para a recuperação do óleo na superfície da
água (ARAÚJO, 2005). ..................................................................................................34
Figura 14.Trabalho manual é freqüentemente de realizado para a retirada de óleo em
praias de pedregulhos (FINGAS, 2001). ........................................................................36
Figura 15.Lavagem de linha de costa com jato de água fria e pressão moderada é
eficiente para derrames de óleo cru, o óleo é removido e em seguida pode ser
recuperado com a ajuda de skimmers (FINGAS, 2001). ................................................37
Figura 16.Grade niveladora removendo areia contaminada com óleo, este método
implica na retirada de grandes quantidades de areia com óleo e usualmente não causa
grandes danos em praia arenosas largas e extensas (FINGAS, 2001). ...........................38
Figura 17.Folhas e “pom-poms” adsorventes auxiliam na remoção de óleo, as mesmas
aderem o óleo em sua superfície e posteriormente são recolhidas da área
contaminada.....................................................................................................................39
Figura 18.Localização da área de estudo (Datum: WGS-84 / Coordenadas: UTM).......42
Figura 19.Representação do sistema de recebimento, estocagem e transferência de
petróleo da base da Transpetro Sul instalada em São Francisco do Sul/SC. ..................43
Figura 20.Malha de elementos finitos utilizada na modelagem (Datum:WGS-84
/Coordenadas:UTM)........................................................................................................48
Figura 21: Batimetria do domínio de modelagem destacando o canal de acesso. (Datum
WGS-84 / Coordenadas: UTM). .....................................................................................50
Figura 22: Rosa dos ventos indicando a velocidade, direção e frequência de ocorrência
para os ventos referentes ao mês de março (convenção meteorológica). .......................51
Figura 23: Rosa dos ventos indicando a velocidade, direção e frequência de ocorrência
para os ventos referentes ao mês de setembro (convenção meteorológica). .................52
Figura 24. Localização das estações de coletas de dados de corrente (estação canal),
dados de elevação do nível d‟água (estação praia do Capri) e dados de ventos (estação
Forte Marechal Luz). ......................................................................................................53
Figura 25. Fluxo de maré vazante em situação de sizígia durante o cenário de verão no
dia 03 de Março as 19:00hs.............................................................................................55
Figura 26. Fluxo de maré enchente em situação de quadratura durante o cenário de
verão no dia 9 de Março as 19:00hs................................................................................56
Figura 27.Série Temporal de elevação medida na praia do Capri e gerada pelo modelo
SisBAHIA entre o período de 01/03/2003 até 15/03/2003. ............................................61
Figura 28. Espectro de energia simples para os dados medidos na praia do Capri e
gerados pelo modelo SisBAHIA entre o período de 01/03/2003 até 15/03/2003. .........61
Figura 29. Análise espectral rotatória comparando-se os dados de correntes medidos a
0,5 metros de profundidade com dados gerados pelo SisBAHIA a 0,5 metros de
profundidade. As funções rotatórias representadas de cima para baixo são: Espectro
total, Direção da elipse, Coeficiente de rotação e Estabilidade da elipse. .....................63
Figura 30. Representação em pontos da velocidade de corrente para os dados medidos e
gerados pelo modelo. ......................................................................................................64
Figura 31. Curva de Evaporação do óleo Heating Oil n°.2 da Chevron obtida pelo
ADIOS2...........................................................................................................................66
Figura 32. Trajetória da macha de óleo referente ao cenário de verão para o período de
sizígia do dia 02 de março de 2003 as 21:00hs, acompanhamento da mancha após 4
horas.................................................................................................................................67
Figura 33. Trajetória da macha de óleo referente ao cenário de verão para o período de
sizígia, acompanhamento da mancha após 6 horas do início do vazamento...................68
Figura 34. Trajetória da macha de óleo referente ao cenário de verão para o período de
sizígia, acompanhamento da mancha após 12 horas do início do vazamento.................69
Figura 35. Trajetória da macha de óleo referente ao cenário de verão para o período de
sizígia, acompanhamento da mancha após 24 horas do início do vazamento.................66
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Constantes harmônicas obtidas pelo módulo de Análise e Previsão de Marés
do SisBAHIA, totalizando 17 constituintes. ...................................................................47
Tabela 2. Cenários simulados para o vazamento de óleo na Baía da Babitonga
apresentando a estação do ano, período de maré, dia e hora. .........................................54
LISTA DE QUADROS
Quadro 1. Coeficiente de absorção para os contornos terrestres do modelo SisBAHIA
com seus respectivos valores baseado no Índice de Sensibilidade do Litoral.................30
Quadro 2. Valores de vazão média dos principais rios da baía. .....................................54
Quadro 3. Características do óleo utilizado no vazamento. ...........................................58
RESUMO
No presente trabalho foi realizada uma simulação de um vazamento de óleo diesel no
oleoduto da Transpetro Sul, localizado na entrada da Baía da Babitonga, em São
Francisco do Sul/SC. Foi utilizado o modelo hidrodinâmico, SisBAHIA® com o
objetivo de gerar dados confiáveis de elevação do nível do mar e velocidades de
correntes para a aplicação de um modelo de transporte de partículas, módulo
Lagrangeano do SisBAHIA®. Com o modelo hidrodinâmico devidamente validado foi
utilizado também o modelo de transporte de óleo ADIOS2, no qual foi criada uma curva
de decaimento para o óleo e posteriormente inserido no modelo Lagrangeano do
SisBAHIA pra que se pudesse determinar a perda de massa do óleo empregado na
simulação. Foram criados diferentes cenários meteorológicos em diferentes situações de
maré para a determinação da trajetória da mancha de hidrocarbonetos, deste modo foi
considerado apenas o cenário no qual apresentasse o maior volume de óleo dentro da
baía, cenário de pior caso. Por fim acompanhou-se a trajetória da mancha de óleo
durante o período de 24 horas avaliando as possíveis áreas a serem contaminadas.
PALAVRAS-CHAVE: SisBAHIA, Vazamento de óleo, Transpetro Sul, ADIOS2.
1
1. INTRODUÇÃO
A grande demanda de petróleo e seus derivados, exigida pela sociedade, cresce a
cada dia e o aumento da exploração, produção, refinamento e transporte do óleo, faz
com que o governo e as indústrias desenvolvam medidas e planos de responsabilidade
que diminua o risco de acidente no ambiente marinho (FINGAS, 2001). Com a
descoberta do Pré-sal, a exploração do petróleo offshore (mar aberto) impulsiona a
economia do país e leva boas perspectivas de desenvolvimento para muitos estados
brasileiros, com isso o risco de acidentes também aumenta podendo gerar uma ameaça
aos recursos biológicos e atividades sócio-econômicas.
Uma vez derramado no ambiente marinho, o petróleo tem um elevado potencial
de contaminação e o dano ambiental causado por ele apresenta na maioria dos casos
dimensões catastróficas (GÓIS, 2008).
Por menor que seja o volume derramado a gravidade de um acidente está
intimamente ligada a uma série de fatores que pode torná-lo mais dramático, entre eles,
as condições meteorológicas do local (vento, temperatura da água, correntes de
superfície, etc.), época do ano, o volume e tipo do óleo, a vulnerabilidade da área com
relação ao óleo e o tempo de resposta efetivo (SOTO, 2004). Deste modo para que haja
uma resposta eficaz a um derrame de óleo deve-se sempre estar preparado para o
inesperado e planejar ações que possam ser aplicadas nas piores condições possíveis
(FINGAS, 2001).
O deslocamento do petróleo entre os campos petrolíferos até os consumidores
sofre em média de 10 a 15 transferências através de diferentes tipos de transportes,
dentre eles, por petroleiros, oleodutos, ferrovias e caminhões-tanque, assim sendo o
risco de acontecer um acidente durante o transporte ou armazenamento deste é muito
grande (FINGAS, 2001). Baseado nesta ameaça constante a população tem se tornado
cada vez mais consciente da poluição marinha que pode ser causada por
hidrocarbonetos nos últimos anos e tem respondido à demanda com ações corretivas
(BISHOP, 1983).
Cerca de 60% das maiores cidades desenvolveram-se ao redor de estuários,
atraídas pela grande disponibilidade de alimentos, pela alta capacidade de renovação de
suas águas, elevada diversidade biológica e facilidade para instalação de terminais
portuários (MIRANDA, et al. 2002). Devido a isto estes ambientes vêm sofrendo
profundas mudanças devido a intensa ocupação humana. Este adensamento
2
populacional gera a poluição, altera os padrões de sedimentação/erosão dos corpos
hídricos e modifica o curso dos rios (CAMPOS, 2006).
A maioria dos acidentes com vazamento de óleo ocorre em áreas portuárias e
geralmente são inferiores a 500m³ provocando grandes prejuízos por estarem
localizados em áreas abrigadas. O impacto de um derrame nestas áreas aumenta
significativamente as chances de ocorrer um desastre ecológico, pois o processo de
dispersão do contaminante ocorre lentamente e o impacto causado pode durar anos
(RODRIGUES, 2009).
Segundo Bishop (1983) acreditava-se que os oceanos tinham a capacidade de
assimilar uniformemente óleo e outros resíduos sem nenhum tipo dano, entretanto sabe-
se agora que este processo não ocorre. O óleo pode ser incorporado na água do mar ou
adere-se ao sedimento com a tendência de acumular-se em áreas próximas ao foco de
derramamento, particularmente em regiões costeiras.
O transporte de petróleo através de oleodutos é uma solução moderna aplicada
em muitas áreas da indústria. Bancos de dados de acidentes mostram que os riscos
associados à operação de oleodutos muitas vezes são do mesmo nível que instalações de
refinarias fixas. O principal risco para uma eventual falha no sistema de oleodutos é a
perda de sua tensão e a liberação do material para o meio (DZIUBINSKI et al. 2006).
A modelagem computacional vem sendo vastamente utilizada nos últimos
tempos para prever o movimento, a qualidade das águas e o transporte de grandezas
escalares. Geralmente o levantamento de dados ambientais são pontuais e dispendiosos,
deste modo os modelos são ferramentas essenciais aos estudos ambientais permitindo
integrar informações dispersas espacialmente e interpolar ou extrapolar informações
para locais onde não há medições (ROSMAN, 2011). É uma ferramenta essencial para
entender da dinâmica dos processos colaborando para o planejamento de ações de
limpeza em casos de acidentes com poluentes tóxicos.
No presente trabalho utilizou-se o software SisBAHIA® (Sistema de Base
Hidrodinâmica Ambiental) registrado pela Fundação Coppetec no COPPE-UFRJ. Foi
aplicado o modelo hidrodinâmico para determinação do padrão de circulação
hidrodinâmica da Baía da Babitonga, em São Francisco do Sul, Santa Catarina, o qual
serviu de base para a aplicação do modelo lagrangeano com o objetivo de simular um
vazamento de óleo no oleoduto da Transpetro Sul que atravessa a entrada da baía e
determinar a trajetória da mancha de óleo.
.
3
2.OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Simular um eventual vazamento de óleo no oleoduto localizado na
entrada da Baía da Babitonga-SC.
2.2 Objetivos Específicos
Validar o modelo hidrodinâmico em condições de maré astronômica.
Aplicar o modelo de circulação hidrodinâmica na Baía da Babitonga para
ventos típicos de verão e inverno.
Definir a trajetória da mancha de óleo oriunda de um vazamento de óleo
no oleoduto da Transpetro Sul localizado na entrada da baía para o
cenário de pior caso.
4
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 Modelagem Computacional
De acordo com Rosman et al, (2003) a modelagem computacional é uma
ferramenta bem sucedida quando aplicada em diferentes corpos hídricos, é um recurso
eficiente, pois determina o padrão de circulação hidrodinâmica com bastante realismo.
Quando acoplados, os modelos de dispersão de contaminantes permitem avaliar os
impactos causados por lançamento de efluentes ou manchas de óleo, tornando-se uma
prática fundamental para a análise de cenários ambientais, subsidiando tomadas de
decisões relativas à gestão ambiental.
Os modelos numéricos permitem simular processos físicos em escalas reduzidas,
de diferentes ambientes aquáticos, sejam eles, em águas costeiras, reservatórios, lagos,
baías e estuários (ROSMAN, 2011). São fundamentais porque auxiliam no
entendimento da dinâmica dos processos que ocorrem nestes complexos sistemas,
fornecendo informações confiáveis para combater atividades diretamente poluidoras e
identificar obras civis que possam interferir nas características gerais da circulação
hidrodinâmica (GÓIS, 2008).
A primeira etapa a ser seguida na modelagem é compreender o funcionamento
da dinâmica do ambiente. Para isso, faz-se necessário a formação de um modelo
conceptual do fenômeno interesse realizando observações qualitativas e medições
quantitativas identificando suas causas, efeitos, e os agentes que interferem na sua
ocorrência. A etapa seguinte consiste na tradução do modelo conceptual para um
modelo matemático, este é governado pelos princípios de conservação de massa e
quantidade de movimento através de equações diferencias.
Mediante a complexidade de obter-se uma solução geral para tais equações
diferenciais que descrevem o escoamento e o transporte de substâncias em domínio
contínuo, o caminho mais usual para a tradução do modelo matemático é a utilização de
modelos numéricos. As equações diferenciais de domínio contínuo são transformadas
em equações diferencias de domínio discreto (SCUDELARI, 1997 apud GÓIS, 2008).
Devido à elevada capacidade de processamento dos computadores é possível realizar de
forma rápida uma grande quantidade de cálculos complexos, não havendo grandes
perdas de informação de um modelo para outro, reduzindo custos e o tempo de
processamento (ROSMAN, 2011).
5
O passo seguinte refere-se à montagem e definição de parâmetros da
modelagem, também chamado de pré-processamento. É considerada uma etapa comum
a qualquer tipo de modelo e é utilizado para obterem-se informações qualitativas do
modelo matemático e numérico mediante a preparação e organização dos dados de
entrada. O tipo do pré-processamento a ser realizado depende do modelo a ser utilizado.
Por fim o último passo a ser feito é o chamado pós-processamento, nele o
modelador avalia se os resultados obtidos pelo modelo conferem com fenômeno real
estudado por meio do processo de calibração e validação.
Quando os resultados gerados pelo modelo não condizem com as observações
medidas em campo o processo de calibração é feito repetidas vezes via ajustes dos
dados de entrada, condições de contorno e outros parâmetros. Apresentado um padrão
aceitável de coerência quando comparado com os dados medidos, o modelo é tido como
validado. Se os resultados gerados pelo modelo conferem com os dados medidos o
modelo é considerado validado e o próximo passo a ser feito é a geração de relatórios
técnicos e mapas que auxiliem nas tomadas de decisões.
3.1.1 Modelo hidrodinâmico SisBAHIA®
No presente trabalho utilizou-se o SisBAHIA® (Sistema Base de Hidrodinâmica
Ambiental) desenvolvido e aperfeiçoado no COPPE/UFRJ, desde 1987. É um sistema
de modelos computacionais desenvolvido para estudos e projetos que podem ser
aplicados a uma variedade de corpos naturais. A seguir são listados os diferentes
módulos do SisBAHIA®.
Modelo Hidrodinâmico 3D/2DH;
Modelo de Transporte Euleriano;
Modelos de Qualidade da Água e Eutrofização;
Modelo de Transporte de Sedimentos e Evolução Morfológica do Fundo;
Modelo de Transporte Lagrangeano – Determinístico;
Modelo de Transporte Lagrangeano - Probabilístico;
Modelo de Campo Próximo para Emissários e fontes Pontuais;
Modelo de Geração de Ondas;
Módulo de Análise e Previsão de Marés;
6
3.1.2 Modelo Hidrodinâmico 3D
O SisBAHIA® é composto de um modelo hidrodinâmico de linhagem FIST(
Filtered in Space and Time ou Filtrado no Espaço e no Tempo) otimizado para corpos
de águas naturais, no qual é possível realizar a modelagem onde o gradiente de
densidade é pouco considerado, modo barotrópico, ou com estratificação da coluna
d‟água, modo baroclínico.
O FIST3D trabalha com dois módulos, 2DH e 3D, o primeiro calcula o campo
de correntes promediado na vertical e o segundo calcula o campo tridimensional de
correntes, gerando perfis de velocidade em relação à profundidade (GÓIS, 2008). Os
dois módulos trabalham acoplados e são interdependentes, contudo se o objetivo for
calcular o campo de escoamento 3D, existem duas possibilidades. A primeira por meio
de um modelo 3D totalmente numérico acoplado ao modelo 2DH e a segunda através de
um modelo 3D analítico-numérico no qual se calcula o perfil de velocidades por uma
solução que é função das velocidades promediadas na vertical 2DH, elevação da
superfície livre, rugosidade equivalente de fundo do módulo 2DH e da velocidade do
vento atuando na superfície livre dá água (ROSMAN, 2011).
O modo como o contaminante se mistura na água irá nos dizer qual o tipo de
modelo será exigido na determinação da trajetória de uma mancha. Para contaminantes
que flutuam na superfície é preferível a utilização do módulo 3D, pois permite calcular
o campo de velocidades na superfície livre, agora para contaminantes que se misturam
na coluna d‟água é recomendável o uso no módulo 2DH, que calcula o campo de
velocidades promediadas na vertical.
Neste estudo optou-se pela aplicação do modelo 3D barotrópico o qual será
pertinente para que se conheçam os perfis de velocidades das correntes superficiais da
baía e determinar a trajetória de uma macha de óleo.
3.1.3 Formulação Modelo Hidrodinâmico 3D
As equações de Navier-Stokes governam o escoamento em regime turbulento,
elas representam o princípio fundamental da conservação da quantidade de movimento
e conjuntamente com as equações da continuidade permitem resolver numericamente
sistemas de equações diferenciais (ROSMAN, 2011).
Esta versão resolve tais equações com aproximação de águas rasas (pressão
hidrostática), apresentando a cada intervalo de tempo, a posição da superfície livre e o
campo de velocidades no domínio avaliado (CARVALHO, 2003).
7
Abaixo são descritas as quatro equações necessárias para calcular as quatro
incógnitas (u, v, w, ζ) da circulação hidrodinâmica em um escoamento tridimensional.
Equação da quantidade de movimento, com aproximação hidrostática, na direção x:
Equação da quantidade de movimento, com aproximação hidrostática, na direção
y:
Equação da continuidade (do volume):
Equação da continuidade (do volume) integrada na vertical:
Para descrever cada termo das equações da quantidade de movimento (1) e (2),
será utilizado como exemplo a quantidade de movimento na direção x. O significado
também é valido para a direção y. As informações a seguir foram adaptadas de Rosman
(2011).
Representa a aceleração local do escoamento 3D, ou seja, é a variação temporal
da quantidade de movimento por unidade de área em um ponto. Em escoamentos
8
permanentes a velocidade e a pressão podem variar de um ponto para outro, contudo
num determinado ponto a velocidade e pressão não variam com o tempo e esse termo se
iguala a zero.
Representa a aceleração advectiva do escoamento 3D. Em escoamentos
uniformes a velocidade no ponto varia de acordo com a mudança de trajetória, porém
numa mesma trajetória em todos os pontos a velocidade é sempre a mesma e esse termo
se iguala a zero.
Representa a variação da pressão hidrostática na direção x (gradiente de
pressão), devido a declividade da superfície livre na direção x. O sinal negativo indica
que este termo força escoamentos de lugares onde o nível é mais alto para lugares onde
o nível é mais baixo.
Representa a variação da pressão hidrostática na direção x (gradiente de
pressão), devido a as diferenças de densidade. O sinal negativo indica que este termo
força escoamentos de lugares onde água é mais densa para lugares onde a água é menos
densa.
Representa a resultante das tensões turbulentas dinâmicas no escoamento, ou
seja, estes termos representam o balanço dos fluxos difusivos, por unidade de área, da
quantidade de movimento na direção x, por unidade de massa. É por meio destes termos
que o escoamento sente o atrito do fundo e a ação do vento sobre a superfície livre
gerando os perfis de velocidade.
9
Representa a aceleração de Coriolis decorrente de o referencial estar se movendo
com a rotação da Terra, este termo é praticamente nulo no equador, por exemplo, em
baixas latitudes, é pouco relevante em corpos d‟água relativamente pequenos como na
Baía da Babitonga.
Para a equação da continuidade, tem-se:
Faz com que o divergente de velocidade do escoamento seja nulo, assim sendo,
o escoamento flui de forma incompressível. Por exemplo, se o volume das partículas se
expandisse, as partículas estariam divergindo e o divergente do escoamento seria
positivo, do contrário se o volume das partículas se contraísse, as partículas estariam
convergindo e o divergente do escoamento seria negativo, e no caso de um divergente
nulo o escoamento muda de forma, mas continua com o mesmo volume a medida que se
movimenta.
Para a equação da continuidade integrada ao longo da vertical, tem-se:
Representa o mesmo significado do termo anterior, todavia, da forma como está
escrita a esquerda, pode-se observar que a altura da coluna d‟água (ζ+h) varia no tempo
como resultado dos fluxos efetivos através da coluna d‟água nas direções x e y
respectivamente,
, e do balanço dos fluxos de
precipitação .
3.1.4 Modelo de Transporte Lagrangeano Advectivo-Difusivo
O transporte de substâncias em corpos d‟água naturais é governado por dois
processos: advecção e difusão. O processo de advecção tem relação com as velocidades
resolvíveis (que podem ser quantificadas) e é responsável pelo transporte horizontal da
10
partícula, enquanto que o processo de difusão trata das velocidades em escalas não-
resolvíveis ( que não podem ser quantificadas), isto é, a turbulência do meio. Por meio
destes dois processos o modelo recebe o nome de transporte advectivo-difusivo
(CAMPOS, 2006).
Este modelo apresenta uma grande vantagem ao ser aplicado, ele utiliza o campo
de velocidades gerado pelo modelo hidrodinamico e não fica limitado às escalas
impostas pela grade de discretização do mesmo (ROSMAN, 2011).
O método permite simular o transporte de substâncias ou contaminantes que
estejam misturados na coluna d‟água ou ocupando apenas uma camada, podendo ser
aplicável em fontes de pequena escala e fortes gradientes. No modelo lagrangeano a
fonte de contaminante é representada por um número de partículas lançadas em
intervalos de tempo regulares na região fonte, as mesmas são arranjadas de forma
aleatória e são advectadas a partir do campo de correntes obtido pelo modelo
hidrodinâmico. (GÓIS, 2008).
A posição de qualquer partícula no instante seguinte, é calculada através
da expansão da série de Taylor a partir da posição anterior conhecida .
Onde T.A.D são os termos de alta ordem desprezados. As derivadas temporais
de P são obtidas mediante o campo de velocidades hidrodinâmico resolvível, conforme
exposto a seguir:
Tratando-se do processo de advecção, as velocidades que determinam o
transporte horizontal das partículas, e as velocidades hidrodinâmicas geradas
pelo FIST3D são as mesmas.
Depois de definir a nova posição de cada partícula, um desvio aleatório pode ser
incluído, este é causado pelos movimentos das escalas não-resolvíveis que geram as
“velocidades difusivas”, isto é, a turbulência do meio.
11
A turbulência é responsável por dois processos que atuam na advecção das
partículas, o primeiro gera o desvio aleatório que promove a dispersão de toda a nuvem
de contaminante e o segundo provoca uma difusão efetiva em cada partícula causando o
aumento das manchas representadas por partículas individuais. A magnitude do desvio é
função das derivadas espaciais das difusividades turbulentas.
Segundo Rosman (2011) a técnica lagrangeana parte do princípio no qual uma
fonte ou nuvem de contaminantes é subdividida por uma grade numérica em múltiplas
partículas, as quais são advectadas pelas correntes geradas no modelo hidrodinâmico.
Cada partícula está alojada em uma célula e pode ser considerada como o centróide de
uma nuvem individual de contaminante, de tal maneira que ao somarem-se todas as
partículas individuais obtém-se como resultado uma nuvem de contaminantes global.
Geralmente as manchas individuais são pequenas em relação ao domínio
considerado e assume-se que elas são localmente homogêneas. Diante desta situação é
aplicada uma função Gaussiana de distribuição de massa em torno do centro da uma
mancha individual, por meio de uma dada função de distribuição e um valor mínimo de
concentração detectável torna-se possível calcular o tamanho da mancha individual e
compará-la com o tamanho da célula da grade de numérica. Se o tamanho da mancha
for menor que o tamanho da célula da grade, a massa total da mancha ficará restrita a
uma única célula, se o tamanho da mancha exceder o tamanho da célula da grade sua
massa será distribuída entre as células cobertas pela mancha. A célula que abriga o
centróide receberá a maior parte da massa da mancha (ROSMAN, 2011).
3.1.5 Condições Iniciais e de Contorno
O modelo FIST3D é regido por um grupo de equações diferenciais de primeira e
segunda ordem em relação ao tempo e espaço respectivamente, logo se faz necessário
fornecer uma condição inicial que satisfaça todas estas variáveis, deste modo em um
instante , o modelador entra com dados de elevação da superfície livre, e as
velocidades 2DH, U e V, para todos os nós do domínio. Em conjunto com os valores
2DH, velocidade do vento e rugosidade do fundo é gerada as condições iniciais para o
modelo 3D.
Duas condições de contorno são consideradas no modelo 3D, contornos
horizontais e contornos verticais. Para as condições verticais considera-se velocidade de
fundo nula e a tensão de atrito do vento sobre a superfície livre, com relação às
condições horizontais, existem dois tipos básicos: Fronteiras de terra que representam as
12
margens do corpo d‟água e afluentes ou efluentes que o compõem e as fronteira abertas
que indicam os limites do modelo, porém estes não são limites físicos, neles
prescrevem-se as elevações de superfície d‟água (ROSMAN, et al. 1999).
3.1.6 Discretização Espacial e Temporal
O sistema de discretização do domínio de modelagem utilizado no modelo
SisBAHIA® permite representar ambientes com linhas de costa e batimetrias
irregulares.
A confecção da malha é feita através de elementos finitos quadrangulares
biquadráticos, embora possa ser feita via elementos finitos triangulares quadráticos ou
pela combinação de ambos.
Os elementos triangulares são constituídos por seis nós, apresentando um nó em
cada vértice e um nó intermediário em cada lado, de modo parecido os elementos
quadrangulares são constituídos por nove nós, apresentando um nó em cada vértice, um
nó intermediário além de mais um nó ao centro do elemento. Preferencialmente a
discretização é feita por meio de elementos finitos quadrangulares, pelo fato de serem
bi-quadráticos oferecem melhores resultados do que os triangulares (ROSMAN, et al.
1999).
A discretização temporal é alcançada por um esquema implícito de diferenças
finitas, com erro de truncamento de segunda ordem.
3.1.7 Conflitos de Escalas
Geralmente quando se modela o transporte de contaminantes é comum ocorrer
conflitos entre as escalas espaciais de manchas de óleo e as escalas de discretização da
grade do modelo hidrodinâmico.
Baseado no teorema de amostragem de Nyquist, num modelo numérico, as
escalas não-resolvíveis em uma dada dimensão são todas aquelas menores do que o
dobro da escala do discretização no espaço ( ) e tempo ( ). Assim sendo para
que um fenômeno seja resolvido de fato, o mesmo tem que ser oito vezes maior que a
escala de discretização.
Quando uma grade numérica é adotada no modelo hidrodinâmico, as escalas
resolvíveis são impostas de forma natural e determinam quais processos podem ser
resolvidos. No caso de manchas de óleo seu comprimento é na maioria das vezes maior
que sua largura chegando a alguns quilômetros. Desta maneira ao modelar-se uma
13
mancha de óleo ou uma pluma de contaminantes utilizando a malha do modelo
hidrodinâmico torna-se notória a necessidade do adensamento da malha nas regiões
onde se localiza a fonte de contaminantes (ROSMAN, 2011).
3.2 Estuários
Grande parte dos estuários são formadas em regiões relativamente estreitas entre
o continente e o mar. Considerados ambientes de idade geológica muito recente (<
cinco mil anos), são formados de acordo com a variação do nível do mar devido aos
processos eustáticos (variação do volume de água dos oceanos) ou isostáticos (variação
do nível da crosta terrestre) em escala secular (MIRANDA et al, 2002).
Um estuário pode ser definido como um corpo de água costeiro semi-fechado
com livre comunicação com o mar onde a água salgada é diluída mensuravelmente pela
água doce oriunda da drenagem continental (CAMERON & PRITCHARD, 1963 apud
DYER, 1979).
Os processos de mistura, circulação e estratificação dos estuários dependem
basicamente da sua geometria, descarga fluvial, marés e dos ventos atuando na
superfície livre (DYER, 1979), estes colaboram para a distribuição da salinidade que é
característica de cada estuário (OFFICER, 1983 apud MIRANDA, et al. 2002).
Kjerfve (1987, apud MIRANDA, et al. 2002) apresentou uma nova definição
para estuários levando em conta a origem geológica e os processo regionais (fatores
climáticos, sedimentação recente, forçantes dinâmicas) subdividindo este ambiente em
três zonas distintas (Figura 1):
Zona de Maré do Rio (ZR) – parte fluvial com salinidade praticamente igual a
zero, mas ainda sujeita a influência da maré;
Zona de Mistura (ZM) – região onde ocorre a mistura da água doce da drenagem
continental com a água do mar;
Zona Costeira (ZC) – região costeira adjacente que se estende até a frente da
pluma estuarina que delimita a Camada Limite Costeira (CLC).
14
Figura 1. Seção longitudinal de um estuário delimitando a Zona de Maré de Rio, Zona de Mistura e
Zona Costeira. O gráfico também demonstra a circulação média e o perfil vertical da salinidade.
indica a vazão do rio (MIRANDA et al, 2002).
De acordo com Fairbridge (1980) apud Miranda (et al, 2002) os estuários podem
ser classificados quanto ao tipo geomorfológico, sendo eles:
Fiorde
Ria
Planície costeira
Delta estuarino
Construído por barreira
Delta
Laguna costeira
Tectônico
Quanto a estratificação de salinidade Pritchard (1955) apud Miranda (et al, 2002)
define os estuários em 3 tipos:
Cunha salina
Parcialmente misturado
Verticalmente bem misturado
15
3.3 Maré
Segundo Franco (1988, apud ALFREDINI 2005) maré é a oscilação vertical da
superfície do mar ou de outra grande massa d‟água sobre a Terra devido a uma
complexa variação da atração gravitacional da Lua e do Sol, é ocasionada pela mudança
da posição relativa dos astros e pelo balanço gravitacional dos sistemas Terra-Lua e
Terra-Sol.
3.3.1 Sistema Terra-Lua
A Terra e a Lua completam uma revolução ao redor de um centro de massa
comum com período de 27,3 dias através de uma órbita elíptica. Supondo uma órbita
circular, qualquer ponto na superfície da Terra seguirá uma trajetória circular com
mesmo raio e mesma velocidade angular (2 /27,3 dias) com forças centrífugas iguais
para todos os pontos (OPEN UNIVERSITY, 1997).
A força centrífuga gerada pelo sistema Terra-Lua atua em contrapartida com as
forças gravitacionais resultantes da atração dos corpos, equilibrando os sistemas como
um todo. Estas forças atuam paralelamente a linha de união dos dois centros de massa e
cada ponto na superfície da Terra sofre uma força centrífuga maior ou menor, isto se
deve as diferentes distâncias entre cada ponto e a Lua. Como é possível ver na figura 2
toda a força gravitacional exercida pela Lua está voltada para seu centro e não estará
paralela a direção da força centrífuga. Desta forma a resultante da composição destas
forças denomina-se força geradora de maré. As forças responsáveis pela propagação da
onda de maré são chamadas forças trativas que correspondem às componentes
horizontais das forças geradoras (OPEN UNIVERSITY, 1997; ALFREDINI, 2005).
16
Figura 2. A força centrífuga possui mesma direção e intensidade em todos os pontos, a força
gravitacional varia em intensidade (inversamente com o quadrado da distancia a Lua), direção
(sempre em direção ao centro da Lua) e a força geradora de maré é a resultantes destas duas forças
atuando (ALFREDINI, 2005).
A Lua completa uma revolução em torno do centro de massa Terra-Lua num
período de 27,3 dias no mesmo sentido que Terra gira em torno seu próprio eixo. Como
mostra a figura 3 o movimento de rotação da Terra em relação à Lua é de 24 horas e 50
minutos isso provoca um atraso nas preamares de um dia para o outro, pois todos os
dias a Lua desloca-se 13° para leste em sua órbita ao redor da Terra (OPEN
UNIVERSITY, 1997).
17
Figura 3. A relação entre um dia solar de 24 horas e um dia lunar de 24 horas e 50 minutos, com
visualização feita em cima do Pólo Norte da Terra. O ponto A na superfície no instante em que a
Lua passa diretamente por ele e retorna ao ponto inicial depois de 24 horas, o ponto A deve girar
mais 50 minutos para que a Lua esteja diretamente sobre ele (ALFREDINI, 2005).
Sabe-se que a orbita lunar em torno do centro de massa Terra-Lua não é circular
e sim elíptica, a Lua apresenta uma declinação que pode chegar a 28° em relação ao
Equador, deste modo ocorre uma variação da distância entre a Terra e a Lua ao longo do
movimento orbital, esta variação influencia nas forças geradoras de maré promovendo
um aumento de 20 % no ponto mais próximo da Terra a Lua e uma diminuição de 20 %
em relação ao valor médio no ponto mais afastado da Terra a Lua (OPEN
UNIVERSITY, 1997).
3.3.2 Sistema Terra-Sol
As forças geradoras de maré do Sistema Terra-Lua são produzidas de forma
equivalente pelo sistema Terra-Sol através das forças trativas. Contudo as intensidades
das forças provocadas pelo sistema Terra-Sol correspondem a 46% das forças geradas
pelo sistema Terra-Lua, isto se deve a distância que o Sol se encontra da Terra, cerca de
360 vezes mais afastado do que a Lua. Assim como a Lua, o Sol apresenta um
deslocamento diário no seu movimento em torno da Terra, este é menor que 1°. Após
18
um ciclo anual a declinação total do Sol chega a 23° em cada lado do plano equatorial
(OPEN UNIVERSITY, 1997).
3.3.3 Interação do sistema Terra-Lua e Terra-Sol
Assumindo uma situação simplificada das declinações da Lua e do Sol podemos
ver na figura 4 a interação entre a maré lunar e solar vista acima do Pólo Norte da Terra.
Nos itens (a) e (c) as forças geradoras de maré da Lua e do Sol atuam na mesma direção
causando aumento da magnitude dos níveis de preamar e a diminuição dos níveis de
baixamar, deste modo quando a Lua e o Sol estão em conjunção (Lua Nova) ou em
oposição (Lua Cheia) temos a situação de sizígia. Nos itens (b) e (d) as forças geradoras
de maré da Lua e do Sol atuam em ângulos de 90°, ocasionando uma defasagem entre as
marés solar e lunar, esta defasagem causa a diminuição da magnitude dos níveis de
preamar e baixamar provocando as marés de quadratura (OPEN UNIVERSITY, 1997).
19
Figura 4. Interação das marés lunares e solares vista por um observador no Pólo Norte da Terra.
(a) Lua Nova, situação de sizígia; (b) Quarto Crescente, situação de quadratura; (c) Lua Cheia,
situação de sizígia; (d) Quarto Decrescente, situação de quadratura (ALFREDINI, 2005).
3.3.4 Maré Astronômica
Segundo Alfredini (2005) a maré astronômica é uma onda de longo período,
cujas oscilações do nível d‟água são periódicas e geralmente previsíveis com
periodicidade de 12 horas (semi-diurna) e 24 horas (diurna). O movimento de subida e
descida do nível d‟água é denominado de enchente e vazante, quando o nível alcança
seu valor máximo dá-se o nome de preamar, quando atinge seu nível mínimo dá-se o
20
nome de baixamar e quando o nível d‟água encontra-se estacionado após atingir o nível
máximo ou mínimo temos a estofa de maré enchente ou estofa de maré vazante. O
movimento de subida e descida da maré está associado às correntes de marés.
3.3.5 Maré Meteorológica
Os níveis de marés podem sofrer variações tanto na sua altura quando no tempo
de ocorrência devido às condições meteorológicas. Os padrões regulares e previsíveis de
maré podem ser modificados devido às mudanças na pressão atmosférica e ao vento
agindo na superfície do mar (OPEN UNIVIVERSITY, 1997; PUGH, 1987).
Quando os ventos atuam combinados com pressões atmosféricas baixas temos
um aumento da elevação das preamares podendo causar inundações, esta é chamada de
maré meteorológica positiva, por outro lado temos a maré meteorológica negativa,
prejudicial para a navegação em áreas de baixa profundidade (OPEN UNIVERSITY,
1997).
As variações meteorológicas que ocorrem devido à penetração de frentes frias na
costa Sul e Leste do Brasil causam efeitos conhecidos como ressacas e aumentam o
nível do mar em até 1 metro nas áreas rasas dos estuários (ALFREDINI, 2005).
3.4 Composição do Óleo
Em termos gerais o petróleo é descrito como uma variedade de substâncias
naturais de origem vegetal, animal ou mineral, bem como uma série de compostos
sintéticos, variando em sua composição e definindo características únicas (FINGAS,
2001).
O petróleo apresenta uma mistura muito complexa de hidrocarbonetos variando
entre pequenos compostos voláteis e grandes compostos não voláteis. Esta mistura de
compostos varia de acordo com a formação geológica onde o petróleo foi encontrado e
influencia fortemente nas suas propriedades (BISHOP, 1983; FINGAS 2001).
Em geral os hidrocarbonetos encontrados no óleo são caracterizados pela sua
estrutura e podem ser descritos como, saturados, olefinas, aromáticos e compostos
polares.
21
3.4.1 Propriedades do Óleo
Segundo ITOPF (2002) as características físicas e químicas do óleo variam de
acordo com a origem dos diferentes tipos. As principais propriedades físicas que afetam
o comportamento e a persistência do óleo no ambiente são expostas abaixo.
VISCOSIDADE
Viscosidade é a resistência de um fluido ao movimento, quanto mais viscoso
mais lentamente ele se move. A viscosidade é altamente influenciada pela quantidade de
frações leves e pesadas que constituam o óleo e, para a maioria deles a viscosidade varia
de forma logarítmica com temperatura. Baixas temperaturas tornam o óleo mais viscoso
(FINGAS, 2001; ITOPF, 2002).
DENSIDADE
É uma propriedade usada pela indústria do petróleo para definir óleos leves e
pesados, é fundamental para indicar se o óleo irá flutuar ou afundar na água. A
densidade da maioria dos óleos varia entre 0,7 a 0,99 g/ e a densidade da água do
mar é de 1,03g/ , portanto até mesmo os mais pesados flutuam na água do mar.
Conforme as frações mais leves do óleo evaporam sua densidade aumenta (FINGAS,
2001).
Outra medida de densidade é a gravidade específica ou densidade relativa, que
compara a densidade do óleo com a densidade da água a 15°C. O American Petroleum
Institute possui sua própria escala, ºAPI (grau API), que é comumente usada para
descrever a gravidade específica do petróleo bruto e seus derivados. Óleos com alto
grau API geralmente possuem grandes quantidades de componentes voláteis e
apresentam baixa viscosidade (ITOPF, 2002).
SOLUBILIDADE
A solubilidade é a propriedade que define quanto que um óleo irá dissolver-se na
coluna d‟água, é importante à medida que algumas frações solúveis do óleo são tóxicas
para a vida aquática, sobretudo quando atingem altas concentrações (FINGAS, 2001).
TENSÃO SUPERFICIAL
È a força de atração ou repulsão entre a superfície das moléculas de óleo e a
água, junto com a viscosidade ela indica o quão rápido e qual a extensão do
22
espalhamento da mancha na água. Quanto menor a tensão superficial maior será a
extensão do espalhamento (FINGAS 2001).
PONTO DE INFLAMAÇÃO
O ponto de inflamação de um óleo é a temperatura a qual o liquido emite
vapores suficientes para entrar em combustão após a exposição a uma fonte de calor.
Um líquido é considerado inflamável se o seu ponto de inflamação for menor do que
60°C, contudo há uma grande variação do ponto de inflamação para óleos e derivados
de petróleo, a gasolina, por exemplo, é extremamente inflamável em qualquer ambiente
enquanto que os óleos pesados não são inflamáveis quando derramados (FINGAS,
2001).
PONTO DE FLUIDEZ
É um indicador do estado do óleo, refere-se à menor temperatura na qual o óleo
ainda consegue escoar. É um parâmetro utilizado para o armazenamento e transporte do
óleo, o ponto de fluidez está relacionado com a quantidade de extensas cadeias de
compostos saturados e asfaltenos. Quando o óleo esfria estes compostos formam
estruturas cristalinas impedindo que o óleo consiga escoar (ITOPF, 2002).
CLASSISIFCAÇÃO
Os óleos podem ser classificados basicamente em 4 grupos de acordo com sua
gravidade específica ou ºAPI (grau API) segundo o American Petroleum Institute.
Grupo I - ºAPI > 45 (gravidade específica < 0.8)
Grupo II - ºAPI 35 – 45 (gravidade específica 0.8-0.85)
Grupo III - ºAPI 17.5 – 35 (gravidade específica 0.85-0.95)
Grupo IV - ºAPI < 17 (gravidade específica > 0.95)
O grupo I é considerado um grupo de óleos não persistente, normalmente não forma
emulsões e pode ser dissipado completamente por evaporação em questão de horas. O
grupo II e III pode perder cerca de 40 % de seu volume através da evaporação, contudo
eles tendem a emulsificação (principalmente os óleo do grupo III), deste modo há um
aumento inicial do seu volume bem como uma limitação da dispersão natural. O grupo
23
IV é considerado o grupo dos óleos persistentes, devido à falta de compostos voláteis e
alta viscosidade, impedindo a evaporação e sua dispersão (ITOPF, 2011).
3.4.2 Comportamento do óleo
Quando o petróleo bruto entra no ambiente superficial, seja através de um
derrame ou por meio de processos naturais, o mesmo sofre uma variedade de processos
fiscos e químicos que são conhecidos coletivamente como intemperismo (Figura 5)
(ITOPF, 2002).
Ao entrar para o ambiente o petróleo forma uma fina camada superficial, que
pode ser movimentada pela ação dos ventos e correntes. Esta se espalha rapidamente
devido às forças gravitacionais formando uma película muito fina de óleo que pode
cobrir uma vasta área da superfície do mar. Os compostos voláteis presentes no óleo
logo sofrem evaporação e conforme a camada superficial se torna mais fina a taxa de
evaporação aumenta. À medida que o óleo vai perdendo os compostos voláteis ele
adquire maior densidade e pode afundar mais do que flutuar. Ainda alguns compostos
polares podem ser dissolvidos na água tornando a camada mais densa e viscosa
(BISHOP, 1983).
Os processos anteriores citados colaboram para o desaparecimento do óleo da
superfície do mar, porém existem alguns processos que dificultam a eliminação deste
óleo, a emulsificação é um exemplo, ocasionada pela a agitação do mar através das
ondas e ventos. Este processo promove a mistura entre água-óleo formando uma densa e
espessa camada assemelhando-se a um „mousse‟ (ITOPF, 2011).
Enquanto estes processos acontecem reações fotoquímicas podem mudar as
características do óleo e a biodegradação microbiológica contribui para a diminuição da
quantidade do óleo presente, sendo estes processos os principais responsáveis pela
degradação do hidrocarboneto no ambiente.
Dentre os processos de intemperismo do óleo a dispersão, evaporação e
dissolução podem reduzir em até 50 % do volume do óleo nos primeiros dias, óleo bruto
em torno de 25 % e a gasolina quase desaparece completamente (BISHOP, 1983).
24
Figura 5. Processos naturais que intemperizam o óleo (ARAÚJO, 2005).
Abaixo será esclarecido como funciona os processos associados ao
intemperismo.
ESPALHAMENTO
Depois de ocorrido o derrame do óleo, ele tende a espalhar-se como um a
mancha cobrindo grande área da superfície do mar. Combustíveis mais leves como a
gasolina, óleo diesel e petróleo leve formam camadas superficiais muito finas (Figura
7), já o óleo pesado cru e o Bunker C espalham-se com vários milímetros de espessura
(FINGAS, 2001).
Enquanto ocorre o espalhamento do óleo, os ventos e o movimento das correntes
alongam e distorcem a forma das manchas, podendo dividi-las em múltiplas manchas
(Figura 6) (BISHOP, 1983).
25
Figura 6. Formação de manchas alongadas, distorcidas ou manchas contínuas devido à ação das
correntes e ventos (FINGAS, 2001).
FAY(1971) propôs uma solução empírica para determinar a extensão do
espalhamento e a espessura do filme de óleo resultante. O cálculo da extensão do
espalhamento é feito por meio da equação (FAY, 1971 apud BISHOP, 1983):
Onde:
á
á
ó
A espessura da mancha de óleo, é calculada por:
26
Figura 7. Aparência, espalhamento e perda por evaporação de diferentes óleos derramados em uma
superfície absorvente (FINGAS, 2001).
EVAPORAÇÃO
A evaporação é um dos processos mais importantes do intemperismo, exercendo
uma grande influencia na quantidade de óleo derramado (FINGAS, 2001).
O quão rápido o óleo evapora depende da porcentagem de compostos leves e
voláteis que ele apresenta, grande parte do seu volume perdido vai para a atmosfera. Um
petróleo típico pode perder por evaporação cerca de 50% de seu volume em questão de
dias, devido à grande quantidade de compostos voláteis presentes em sua composição,
27
em contrapartida um óleo pesado perde menos de 10 % do seu volume pelo fato de
apresentar a falta destes componentes voláteis (Figura 8) (BISHOP, 1983).
A taxa de evaporação também depende da temperatura do ambiente e das
condições meteorológicas, ventos intensos e temperaturas quentes podem aumentar a
taxa de evaporação (ITOPF, 2002).
Figura 8. Taxa de evaporação de diferentes tipos de óleo a 15º C. Porcentagem de perda por
evaporação x Tempo em horas (FINGAS, 2001).
DISPERSÃO NATURAL
A turbulência e as ondas na superfície do mar fracionam a mancha em pequenas
gotículas de óleo de diferentes tamanhos que se misturam nas camadas superiores da
coluna d‟água, gotículas menores permanecem em suspensão, enquanto que as maiores
voltam à superfície e se aglutinam a outras gotículas dando nova forma a mancha ou
espalhando-se num filme muito fino (ITOPF, 2002).
28
A dispersão natural depende tanto das propriedades do óleo quanto da
quantidade de energia disponível do mar (FINGAS, 2001).
EMULSIFICAÇÃO
A emulsificação é o processo pelo qual um líquido é disperso dentro de outro no
forma de pequenas gotículas (FINGAS, 2001). O movimento do óleo nas ondas faz com
que gotículas de águas se misturem ao óleo tornando-se cada vez menores promovendo
uma emulsão progressivamente mais viscosa e estável (Figura 9) (BISHOP, 1983). Este
processo pode aumentar o volume do poluente em até quatro vezes (ITOPF, 2002).
As emulsões formam-se mais rapidamente em óleos que apresentam uma
combinação de níquel e vanádio com concentrações superiores a 15 ppm ou contendo
asfaltenos em excesso de 0,5 % quando ainda estão frescos (ITOPF, 2002).
Figura 9. Vista aproximada de um óleo emulsificado (FINGAS, 2001).
DISSOLUÇÃO
Através do processo de dissolução, alguns dos compostos mais solúveis do óleo
são dissolvido na água abaixo da mancha, isto inclui compostos aromáticos com baixo
peso molecular e alguns compostos polares (BISHOP, 1983). A dissolução é um
29
processo que contribui muito pouco para a remoção do óleo na superfície do mar,
excedendo raramente 1 ppm (ITOPF, 2002; FINGAS, 2001).
Se o óleo derramado contiver um grande número de compostos aromáticos
solúveis e criar uma área com elevadas concentrações destes compostos, um número
significante de organismos aquáticos pode morrer (FINGAS, 2001).
OXIDAÇÃO
A oxidação ocorre devido à ação da luz solar incidindo em uma mancha, de
maneira que o oxigênio e o carbono se combinem formando novos produtos como,
resinas, piches persistentes ou compostos solúveis. Mesmo em condições de grande
luminosidade as finas camadas de óleo se quebram muito lentamente, atingindo menos
de 0,1% ao dia. (ITOPF, 2002).
Os hidrocarbonetos podem reagir com o oxigênio e mudar a composição do óleo
(BISHOP, 1983), porém para a maioria dos óleos a oxidação não é tão importante, pois
não afeta seu destino nem o balanço de massa após o derrame (FINGAS, 2001).
SEDIMENTAÇÃO
O óleo em si não possui densidade suficiente para afundar, a sedimentação
ocorre geralmente quando o óleo se associa com o material particulado em suspensão,
deste modo ele aumenta sua densidade e tende a afundar. Este processo ocorre
particularmente em regiões costeiras e estuários devido à grande disponibilidade de
material particulado em suspensão, sejam eles de origem orgânica ou mineral (BISHOP,
1983; FINGAS, 2001).
BIODEGRADAÇÃO
Muitos microorganismos que se encontram no ambiente marinho são capazes de
degradar hidrocarbonetos de petróleo, espécies de bactérias, fungos e leveduras
metabolizam os hidrocarbonetos como fonte de alimento, convertendo-os em compostos
oxidados, que podem ser mais degradados, pode ser solúveis ou se acumulam no óleo
remanescente (FINGAS, 2001).
Os principais fatores que afetam a taxa e a extensão da biodegradação são as
características do óleo, temperatura, disponibilidade de oxigênio e disponibilidade de
nutrientes, principalmente compostos de nitrogênio e fósforo (ITOPF, 2002).
30
3.4.3 Áreas sensíveis ao óleo
O módulo Lagrangeano do SisBAHIA permite que o modelador especifique os
diferentes tipos de costa de acordo com o coeficiente de absorção de cada uma delas. Os
valores de absorção variam de 0 a 1, zero equivale a 0% de absorção e um equivale a
100%. De acordo com o Ministério do Meio Ambiente as Cartas de Sensibilidade
Ambiental a Derramamento de Óleo são ferramentas essencias para os planos de
contingência propiciando um maior tempo de resposta para a limpeza e remoção do
poluente, agindo em conjunto com o Plano de Emergência Individual (PEI) da empresa
responsável pelo acidente. Com base nos índices de sensibilidade do litoral de Santa
Catarina é mostrado no quadro 1 os coeficientes de absorção para os contornos de terra
da área a ser modelada sendo que, para costões rochosos usou-se o valor de 0,03, para
praias arenosas 0,2, para praias com cascalho 0,4 e para manguezais 0,375. A figura 10
mostra os respectivos índices de sensibilidade do litoral norte e centro-norte catarinense.
Quadro 1. Coeficiente de absorção para os contornos terrestres do modelo SisBAHIA com seus
respectivos valores baseado no Índice de Sensibilidade do Litoral.
Tipos de Substrato SisBAHIA ISL
Costões Rochosos 0,03 1
Praias Arenosas 0,2 3
Praias de Cascalho 0,4 5
Manguezal 0,375 10
31
Figura 10: Carta de Sensibilidade Ambiental a Derramamento de Óleo para o litoral norte e
centro-norte de Santa Catarina. Em vermelho destacam-se as áreas com presença de marismas e
manguezais (KLEIN et al, 2007).
3.5 Contenção do óleo na água
A contenção de óleo na água serve basicamente para evitar sua propagação e o
aumento do raio de contaminação da mancha. Este procedimento permite confinar ou
desviar o óleo derramado para outras áreas facilitando sua remoção, pode ainda ser
32
concentrado em áreas mais calmas e submetido a outros tipos de tratamento como
queima ou recuperação. Geralmente este método é realizado nos primeiros momentos
após a detecção do óleo no ambiente, para isto são utilizadas barreiras flutuantes (Figura
11) que impedem que o óleo se espalhe. Este mecanismo de barreira é o primeiro
equipamento a ser mobilizado em caso de um acidente.
Figura 11. Barreira flutuante de contenção de óleo (ARAÚJO, 2005)
Existem diferentes tipos de barreiras e configurações de uso que podem
concentrar confinar ou desviar um vazamento de óleo (Figura 12), muitas falhas podem
ocorrer em função das condições de ventos e padrão correntes da região contaminada,
por isso os planos de respostas devem ser aplicados de modo que o método a ser
utilizado seja totalmente eficaz. Em caso de ventos fortes, mar muito agitado e
velocidade de correntes críticas, as barreiras se tornam ineficientes e o óleo pode
escapar de diferentes maneiras, seja por baixo ou por cima das barreiras.
33
Figura 12. Diferentes configurações de contenção de óleo na água. Configuração em U,
Configuração em V, Confinamento, Configuração em J, Varredura, Exclusão Desvio e Cascata
(FINGAS, 2001).
Quando o método de contenção é empregado corretamente a remoção do óleo
ocorre de forma facilitada e sem maiores prejuízos. Um equipamento frequentemente
utilizado para o recolhimento do óleo na superfície do mar é chamado de Skimmer
(Figura 13). Este aparelho é capaz de aderir o óleo através de discos ou escovas e
remove-lo da superfície da água.
34
Figura 13. Skimmer (escumadeira) utilizado para a recuperação do óleo na superfície da água
(ARAÚJO, 2005).
3.6 Métodos de Limpeza em Áreas Costeiras
Atualmente muitos métodos estão disponíveis para que se possa efetuar a
remoção do óleo em áreas costeiras, todas elas possuem um custo extremamente
elevado (cerca de 20 a 200 dólares por litro derramado) e levam muito tempo para
serem realizadas (FINGAS, 2001).
Uma vez que o petróleo atinge o litoral os esforços de resposta devem estar
focados em áreas onde há maior concentração e maior mobilidade do óleo, evitando que
o mesmo contamine áreas adjacentes (ITOPF, 2011)
A técnica apropriada a ser usada para a limpeza e remoção do óleo depende do
tipo de substrato (planícies lamosas, praia de areia ou cascalho, costões rochosos,
manguezais, quebra-mares, etc.), tipo e quantidade de óleo derramado, condições
meteorológicas, agitação do mar e capacidade de tráfego da área contaminada (FINGAS
2001; ITOPF, 2011).
Dentre os métodos disponíveis para limpeza de áreas costeiras temos; a
recuperação natural; remoção manual; lavagem; sistemas a vácuo; remoção mecânica;
35
aeração; materiais adsorventes; agentes químicos; lavagem de alta pressão; corte de
vegetação e queima no local.
3.6.1 Métodos de Limpeza Recomendados
RECUPERAÇÃO NATURAL
Muitas vezes a melhor opção de resposta para um derrame costeiro é deixar o
óleo no ambiente e acompanhar a recuperação natural da área afetada. Este pode ser o
caso em que a limpeza causará mais prejuízos do que deixar que o ambiente se recupere
por si só, este método é adequado para pequenos derramamentos em áreas sensíveis e
praias que tem o poder de auto-recuperação, tais como praias expostas e impermeáveis,
porém somente quando atingidas por óleos leves como gasolina e óleo diesel.
REMOÇÃO MANUAL
É o método mais comum usado na limpeza de áreas costeiras. Um time de
trabalhadores recolhe manualmente o óleo, sedimentos e detritos contaminados. Como
mostra a figura 14, a remoção do óleo é feita através de pás, espátulas, materiais
adsorventes e rodos, a equipe deve sempre trabalhar protegida com luvas e vestimentas
apropriadas bem como mascaras no caso do óleo apresentar compostos voláteis, após
recolhidos são colocados diretamente em sacos plásticos e tambores. A remoção manual
é aplicável em quase todos os tipos de linhas de costa apesar de ser adequado somente
para pequenos derramamentos superficiais de óleo viscosos e em áreas inacessíveis para
veículos.
36
Figura 14. Trabalho manual é frequentemente de realizado para a retirada de óleo em praias de
pedregulhos (FINGAS, 2001).
LAVAGEM DE ÁREAS CONTAMINADAS
A lavagem usando água fria ou morna com baixa pressão é um método
comumente utilizado, causa pequenos danos ecológicos e remove o óleo rapidamente. A
água é aplicada por meio de uma mangueira impedindo que o fluxo seja excessivamente
concentrado não havendo grandes impactos em plantas e animais. Na figura 15
podemos ver uma lavagem com pressão moderada e água fria, esta é utilizada para
garantir que o óleo seja levado da praia para a água, sendo removido por recolhedores
mecânicos (skimmers). Este método não é recomendado para áreas onde há espécies
vegetais sensíveis e em crescimento.
37
Figura 15. Lavagem de linha de costa com jato de água fria e pressão moderada é eficiente para
derrames de óleo cru, o óleo é removido e em seguida pode ser recuperado com a ajuda de
skimmers (FINGAS, 2001).
SISTEMAS A VÁCUO
Vários tamanhos de sistemas a vácuo são usados na remoção do óleo líquido
retido em poças ou depressões ao longo da praia. Pequenas unidades a vácuo estão
disponíveis especialmente para ser usada em áreas costeiras, uma mangueira de sucção
é aplicada manualmente em cimas das áreas as quais o óleo pode ser removido.
REMOÇÃO MECÂNICA
A remoção mecânica envolve a retirada dos óleos superficiais e detritos
contaminados por meio de tratores, pás carregadeiras, raspadeiras ou grandes máquinas
como escavadeiras e grades niveladoras. Enquanto estes equipamentos removem o óleo
rapidamente eles também removem grandes quantidades de material e geram mais
resíduos que outras técnicas. As áreas costeiras cobertas por areia e cascalho são mais
indicadas para usar este tipo de maquinário, pois são extensas, suportam grandes
máquinas e usualmente não são prejudicadas pela remoção de areias e cascalhos (Figura
16).
38
Figura 16. Grade niveladora removendo areia contaminada com óleo, este método implica na
retirada de grandes quantidades de areia com óleo e usualmente não causa grandes danos em praia
arenosas largas e extensas (FINGAS, 2001).
AERAÇÃO
Os aeradores são usados para romper as camadas superficiais ou expor o óleo
para superfície. O óleo exposto ao ambiente é degradado naturalmente, geralmente esta
técnica é aplicável para praias arenosas e praias de cascalhos e pedras.
MATERIAIS ADSORVENTES
Os materiais adsorventes são usados de várias maneiras, de forma passiva eles
são deixados no local ou perto da praia e aderem o óleo derramado, impedindo que
outras áreas sejam contaminadas e que animais selvagens entrem em contato com o
óleo. Os “pom-poms” adsorventes são projetados para óleos pesados e pode ser
deixados em praias ou na superfície do mar. Outros tipos de adsorventes como turfa,
folhas de adsorventes soltas ou madeira não são usados, pois podem afundar ou migrar
para regiões não afetadas pelo óleo dificultando sua recuperação (Figura 17).
39
Figura 17. Folhas e “pom-poms” adsorventes auxiliam na remoção de óleo, as mesmas aderem o
óleo em sua superfície e posteriormente são recolhidas da área contaminada.
AGENTES QUÍMICOS
São substâncias que contêm agentes tensoativos e solventes com baixa
toxicidade, eles agem através da inserção de moléculas entre o óleo e o substrato
diminuindo a aderência à superfície dissolvendo parcialmente o óleo. Foram
desenvolvidas recentemente e possuem baixa toxicidade para os organismos aquáticos.
Antes de aplicá-lo é necessária a aprovação de órgãos ambientais competentes.
3.6.2 Métodos de Limpeza menos Recomendados
Outros métodos mais drásticos que causam grande impacto no ambiente estão
disponíveis para limpeza de áreas costeiras, estes métodos são requeridos em
determinadas circunstâncias, porém são menos recomendados.
40
LAVAGEM DE ÁREAS CONTAMINADAS COM ALTA PRESSÃO
Esta técnica foi amplamente utilizada no passado para a remoção de óleo em
praias através de jatos de alta pressão de água quente ou fria. Sua eficiência é maior
quando aplicada com água quente, contudo pode remover a maioria das plantas e
animais junto com o óleo, fazendo com que os trechos submetidos à aplicação deste
método se tornem estéreis.
CORTE DE VEGETAÇÃO
O corte de vegetação geralmente é realizado quando o óleo contamina áreas de
marismas e manguezais. Estes complexos sistemas de árvores tropicais com raízes
entrelaçadas respiram através pequenos poros localizados na parte aérea das raízes e
quando contaminadas impedem os processos de trocas gasosas provocando sua morte.
Como este ecossistema é de difícil acesso o tráfego de pessoas no seu interior pode
provocar um efeito deletério ainda maior, espalhando o óleo e aumentando a área de
contaminação. Esta técnica é recomenda apenas em casos onde a limpeza não implicará
em maiores prejuízos para o ecossistema.
QUEIMA NO LOCAL
Esta técnica é adequada se o nível de água for alto, se os resíduos queimados
forem removidos e se a vegetação em crescimento não seja suprimida. O óleo não será
queimado ao longo de uma praia e sim quando for armazenado em poças ou valas com
pelo menos 2 a 3 milímetros de espessura. De fato a queima no local é um mecanismo
restaurativo útil para marismas e planícies alagadas quando feita na primavera, se o
nível da água estiver alto o suficiente o calor não queimará as raízes das plantas. Uma
alternativa é inundar o local utilizando bombas, fazendo com que o óleo se eleve e seja
queimado.
Todos os métodos de limpeza citados anteriormente foram retirados de
(FINGAS, 2001).
41
4. ÁREA DE ESTUDO
O complexo estuarino da Baía da Babitonga localiza-se na região norte do
estado de Santa Catarina entre as coordenadas 26º02‟- 26º28‟ S e 48º28‟- 48°50‟ W, a
baía é limitada a noroeste pela unidade geomorfológica conhecida como Serra do Mar e
a sudeste pela ilha de São Francisco do Sul (Figura 18). A bacia hidrográfica do
complexo possui cerca de 1.400 km² drenando o terreno de cinco municípios
localizados ao redor da mesma: Garúva, Joiville, Araquari, Balneário Barra do Sul e São
Francisco do Sul. A comunicação da baía com o oceano Atlântico é estabelecida por um
canal natural com aproximadamente 1,7 km de largura e orientação SW-NE. Uma
segunda comunicação com oceano formada pelo Canal do Linguado existia até meados
de 1930, porém esta foi aterrada para a construção da rodovia SC-280 obstruindo a
comunicação do complexo e dividindo-o em dois estuários: um ao sul (Barra do Sul) e
outro ao norte (Baía da Babitonga) (CREMER, et al 2006).
Segundo Cremer (et al, 2006) a Baía da Babitonga abriga a maior formação de
manguezal do estado catarinense possuindo uma área estimada em torno de 6.201,54 ha.
Representa o maior e um dos últimos ecossistemas desta magnitude localizados ao sul
do hemisfério sul, também é composto de importantes remanescentes ecossistemas de
preservação como a mata atlântica e a restinga. Suas margens são compostas não só de
bosques de mangue, mas também de praias arenosas, de cascalho e costões rochosos. O
seu interior possui cerca de 120 ilhas além de lajes e planícies de marés.
Os municípios de Joinville e São Francisco do Sul são os grandes responsáveis
pelo desenvolvimento sócio-econômico da região, o primeiro representa o maior pólo
industrial do estado, o segundo abriga o porto de São Francisco do Sul e uma base da
Petrobrás (Transpetro Sul). O porto de São Francisco do Sul é considerado o maior
porto de calado natural do país atingindo uma profundidade máxima de 28 metros.
42
Figura 18. Localização da área de estudo (Datum: WGS-84 / Coordenadas: UTM).
43
A base da Petrobrás instalada em São Francisco do Sul é composta basicamente
pelos sistemas de recebimento estocagem e transferência de óleo diesel. Uma monobóia
de 143 toneladas é responsável pelo recebimento do óleo, nela estão conectadas duas
linhas paralelas de mangotes dupla carcaça flutuantes, de 20” de diâmetro, com
extensão de 290 metros. Na extremidade de cada linha conectada ao navio há um
mangote especial, de 16” de diâmetro, específico para a conexão ao mainfold do navio,
possuindo uma válvula borboleta e um flange cego na extremidades. Em condições
normais permite descargas de navios de até 10.000 m³/h.
O óleo diesel recebido é bombeado para uma estação de estocagem por meio de
dois oleodutos, de 34” de diâmetro, e aproximadamente 11,5 km de comprimento, o
óleo é estocado em sete taques que não possuem sistema de aquecimento. A
transferência é realizada por um sistema de oleodutos, de 30” de diâmetro com 117 km
de extensão que transfere o óleo diesel até a Refinaria Presidente Getúlio Vargas
(Repar) em Araucária-PR por meio de duas bombas principais a uma vazão média de
1.500 m³/h (figura 19).
Figura 19. Representação do sistema de recebimento, estocagem e transferência de petróleo da base
da Transpetro Sul instalada em São Francisco do Sul/SC (PETROBRÁS, 2006).
44
4.1 Caracterização da Área de Estudo
ESTUÁRIO
A Baía da Babitonga possui uma grande quantidade de rios que contribuem
significativamente com o aporte de água doce no complexo, sendo assim é considerado
um estuário homogêneo sem a ocorrência de gradientes verticais de físicos-químicos
significativos (IBAMA, 1998 apud CREMER, 2006). Em caso de um acidente com
vazamento de óleo no oleoduto a homogeneidade do estuário facilita à chegada do óleo
a superfície que posteriormente será transportado pelas correntes superficiais.
MARÉS
As oscilações do nível do mar no complexo estuarino são predominantemente
ocasionadas pela maré astronômica. Trucollo (1998) investigou os efeitos das marés
astronômicas no porto de São Francisco do Sul e constatou uma amplitude média de
maré de 0,85 metros, alcançando valores máximos de 1,28 metros em períodos de
sizígia e valores mínimos de 0,27 metros em períodos de quadratura.
Marés Astronômicas: O regime de maré astronômica da baía é classificado
como micro-maré com altura máxima de maré inferior a 2 metros, do tipo mista,
predominantemente semidiurna com desigualdades consecutivas entres os níveis
de preamar e baixamar. As constantes harmônicas semidiurnas e de águas rasas
representam 87,4% da energia de maré, tal representatividade deve-se aos efeitos
de fricção do fundo em conjunto com o estreitamento do canal de acesso
levando a um aumento da amplitude de maré quando esta progride em direção
ao interior da baía (TRUCOLLO, 1998).
Marés Meteorológicas: Durante a passagem de frentes frias na região a maré
meteorológica contribui com sobre-elevações de até 80 cm, com frequência de
ocorrência de 6 a 9 dias (TRUCOLLO, 1998).
MASSAS D‟ÁGUA
Segundo Carvalho et al, (1998) a distribuição das massas d‟água do litoral centro
norte catarinense é caracterizada por dois padrões. Situação de primavera-verão no qual
se verifica a presença de uma termoclina bem definida causando a estratificação da
coluna d‟água em duas camadas, quando os ventos do quadrante norte atuam promovem
o afastamento da água costeira e a ressurgência da Água Central do Atlântico Sul,
45
quando ventos do quadrante sul atuam ocasionam o empilhamento da água costeira e o
abaixamento da termoclina. Situação de outono-inverno onde nota-se uma
homogeneidade da coluna d‟água em função da subsidência costeira ocasionada pelo
aumento da frequência de ocorrência e intensidade dos ventos provindos de sul (frentes
frias), como também a advecção das águas subantarticas.
VENTOS
O regime de ventos da região é fortemente influenciado por dois sistemas de
circulação atmosférica. Em situações normais um sistema semi-fixo de alta pressão
denominado Anticiclone do Atlântico Sul atua com ventos dominantes provindos de
nordeste em conjunto com a brisa marinha, no entanto esta situação modifica-se com a
passagem de frentes frias ocasionadas pelo sistema Anticiclone Polar Móvel. Este
sistema migra de sudoeste para nordeste indo de encontro com o Anticiclone do
Atlântico, podendo avançar em direção ao norte ou estacionar na região (TRUCOLLO,
1998).
CLIMA
Knie (2002) apud Martins (2011) classifica o clima da região como subtropical
úmido marcado por duas estações distintas, verão e inverno. No verão os ventos com
maior frequência de ocorrência provêm de nordeste ocorrendo também algumas
inversões devido à passagem de frentes frias oriundas de sul-sudoeste, já no inverno os
ventos com maiores frequência de ocorrência provêm do quadrante sul-sudoeste devido
à invasão do sistema Anticiclone Polar, caracterizando a entrada de frentes frias e
ventos intensos que em caso de um acidente com óleo pode contribuir aumentando o
raio de contaminação da mancha.
SEDIMENTOLOGIA
A Baía da Babitonga apresenta sedimentos com granulometria que variam de
sedimentos finos (silte, lama) a sedimentos grossos (areia). Com relação aos sedimentos
finos verifica-se a presença de material fino pobremente selecionado a extremamente
mal selecionado, isto ocorre por dois motivos: Primeiro pela movimentação das águas
de áreas mais expostas que impedem a sedimentação do material fino exportando o
mesmo para fora da baía ou sedimentando próximo as planícies de marés o segundo
motivo deve-se a maior taxa de sedimentação de material fino nas áreas interiores da
46
baía por apresentarem uma hidrodinâmica mais restrita. Os sedimentos grossos são
depositados em áreas com intenso regime hidrodinâmico favorecendo somente a
deposição de grãos bem selecionados (VIEIRA et al, 2008).
47
5. METODOLOGIA
5.1 Domínio de Modelagem
A definição do domínio de modelagem serve basicamente para que as condições
de contorno sejam estabelecidas, a discretização espacial seja imposta e os parâmetros
essenciais como marés e batimetrias sejam introduzidos ao modelo. Com este propósito
foi confeccionada uma linha de costa abrangendo a toda a área da Baía da Babitonga,
bem como suas ilhas e seus afluentes através do software Google Earth®, o domínio foi
limitado ao sul pelo município de Balneário Barra do Sul-SC e ao norte pelo município
de Guaratuba-PR.
5.2 Modelo Hidrodinâmico
5.2.1 Malha de elementos finitos
Após a definição do domínio de modelagem a linha de costa foi inserida no
software ArgusOne® servindo de base para a criação da malha numérica do domínio. O
método de elementos finitos utilizado no SisBAHIA® permite a criação de uma malha
com elementos quadrangulares bi-quadráticos que possibilita uma adequação mais
precisa para linhas de costas com formas bastante irregulares. Para o domínio avaliado
foi confeccionada uma malha com 1984 elementos totais, representando 7242 nós
internos, sendo 1271 deles referentes ao contorno fechado, 107 nós referentes ao
contorno aberto e 2 nós referentes aos contornos aberto e fechado (Figura 20).
O espaçamento entre os nós nas áreas de maior resolução foi de 260 metros e nas
áreas de menor resolução foi de 1480 metros. O adensamento da malha foi realizado nas
áreas próximas onde está localizado o oleoduto submarino e no interior da baía, nas
áreas mais distantes de onde será simulado o vazamento a malha possui um maior
espaçamento.
48
Figura 20. Malha de elementos finitos utilizada na modelagem (Datum:WGS-84
/Coordenadas:UTM).
5.2.2 Maré
As constantes harmônicas utilizadas no modelo foram obtidas pelo módulo
Análise e Previsão de Maré do próprio SisBAHIA®, este módulo permite que o
modelador obtenha o nível médio para uma estação, bem como a amplitude e a fase de
cada constituinte mediante observações pretéritas. Como mostra a figura 23, neste
estudo utilizaram-se dados de maré medidos na praia do Capri cedidos pelo Laboratório
de Oceanografia Física e Operacional da Univali, as séries temporais de elevação foram
coletadas com intervalo de amostragem de 20 minutos, durante o período de 01 de
Março de 2003 até 15 de Março de 2003, resultando num total de 17 constituintes
harmônicos, estes são apresentados na tabela 1.
49
De acordo com Rosman 2011 este método foi elaborado a partir de rotinas
propostas por M.Foreman do Institute of Ocean Sciences, British Colombia e
atualmente é o mais utilizado no mundo inteiro para análise e previsão de marés.
Tabela 1. Constantes harmônicas obtidas pelo módulo de Análise e Previsão de Marés do
SisBAHIA, totalizando 17 constituintes.
Constante Período (s) Amplitude (m) Fase (grau)
MSf 1275721,42 0,0524 19,97
O1 92949,63 0,1085 70,73
K1 86164,09 0,0350 143,98
M2 44714,16 0,3834 68,62
S2 43200,00 0,3019 79,85
M3 29809,44 0,0834 218,69
SK3 28773,74 0,0297 198,21
M4 22357,08 0,1010 177,41
MS4 21972,02 0,0818 280,81
S4 21600,00 0,0074 351,50
2MK5 17751,17 0,0081 148,20
2SK5 17270,54 0,0071 231,37
M6 14904,72 0,0061 85,60
2MS6 14732,60 0,0176 37,49
2SM6 14564,40 0,0071 114,76
3MK7 12706,71 0,0015 137,92
M8 11178,54 0,0005 162,69
5.2.3 Batimeria
Os dados batimétricos são fundamentais para a correta execução do modelo, a
representação da morfologia de fundo da área modelada deve apresentar transições
suavizadas entre áreas mais profundas e áreas menos profundas, evitando variações
abrutas que possam interferir na execução dos cálculos pelo modelo.
Geralmente os dados de batimetria são obtidos de forma pontual e não cobrem
toda a área de interesse, deste modo fez-se necessário uma interpolação com o objetivo
de definir valores para regiões onde não há medições. Neste estudo foram utilizados
dados disponibilizados pelo Laboratório de Geoprocessamento e Sensoriamento
Remoto da Univali e dados digitalizados da carta náutica n°.1805 utilizando o software
ArcMap®. O método de interpolação empregado foi a Krigagem, gerando um grid
50
batimétrico por meio do software Surfer®. A figura 21 apresenta os valores
interpolados para a modelagem da baía.
Figura 21: Batimetria do domínio de modelagem destacando o canal de acesso (Datum WGS-84 /
Coordenadas: UTM).
51
5.2.4 Ventos
5.2.4.1 Verão
Os dados de ventos utilizados neste estudo foram cedidos pelo Laboratório de
Oceanografia Física e Operacional da Univali, os mesmo foram medidos em São
Francisco do Sul na área interna do Forte Marechal Luz nas coordenadas 26° 09,9‟ S e
048° 31,7‟ W (Figura 24). A série temporal com direção e intensidade do vento refere-se
ao período de 01 de março de 2003 até 15 de março de 2003 representando o cenário de
verão (Figura 21).
Figura 22: Rosa dos ventos indicando a velocidade, direção e frequência de ocorrência para os
ventos referentes ao mês de março (convenção meteorológica).
52
5.2.4.2 Inverno
Devido à falta de dados referentes ao mês de inverno recorreu-se ao site do
Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) para a aquisição destes. Buscou-se a
estação meteorológica que apresentasse a série de dados mais completa e mais próxima
da área de estudo, com isso utilizou-se dados coletados da estação localizada em Itajaí
na coordenadas 26,9508° S e 48,7619° W com os respectivos valores de intensidade e
direção dos ventos para o período de 02 de setembro de 2011 até 16 de setembro de
2011 sendo estes referentes ao cenário de inverno (Figura 23).
Figura 23: Rosa dos ventos indicando a velocidade, direção e frequência de ocorrência para os
ventos referentes ao mês de setembro (convenção meteorológica).
53
5.2.5 Correntes
A série temporal de corrente foi disponibilizada pelo Laboratório de
Oceanografia Física e Operacional da Univali e as medições foram realizadas ao centro
do canal de acesso da baía, a 0,5 metros de profundidade, em intervalos de 20 minutos
durante o período de 01 de março de 2003 até 15 de março de 2003 (Figura 24).
Figura 24. Localização das estações de coletas de dados de corrente (estação canal), dados de
elevação do nível d’água (praia do Capri) e dados de ventos (estação Forte Marechal Luz).
54
5.2.6 Componente Fluvial
O complexo estuarino da Baía da Babitonga recebe um elevado volume de água doce
devido ao grande número de afluentes presentes na região. Com o objetivo de
determinar a contribuição fluvial os valores médios de vazão dos rios, Cubatão,
Palmital, Cachoeira e Parati foram obtidos pelo site Hidroweb e foram introduzidos ao
modelo. Os valores médios de cada rio são mostrados no quadro 1.
Quadro 2. Valores de vazão média dos principais rios da baía.
RIOS VAZÕES (m³/s)
PALMITAL 20,32
CUBATÃO 29,00
CACHOERIA 4,82
PARATI 4,10
5.2.7 Execução do Modelo Hidrodinâmico 3D
O modelo hidrodinâmico foi forçado com maré medida em condições de ventos
típicos de verão e inverno, em diferentes situações de fluxo de maré, no qual a
circulação hidrodinâmica da região é predominantemente ocasionada pela maré
astronômica. As velocidades de correntes mais elevadas foram encontradas no canal de
acesso da baía durante o fluxo de maré vazante em situação de sizígia atingindo 1,42m/s
como mostra a figura 25, podemos notar que os vetores se apresentam com uma direção
predominante associada ao canal de acesso, evidenciando um fluxo de escoamento bem
definido no qual as velocidades de correntes são amplificadas devido a constrição do
canal de acesso da baía. Durante um vazamento de óleo neste instante o mesmo
provavelmente irá ser transportado para o oceano Atlântico devido ao regime vazante
favorecido pelas elevadas velocidades de correntes. Áreas de menor hidrodinâmica com
velocidades de correntes mais baixas foram encontradas nas áreas mais interiores da
baía, estas associadas a bancos de areia e regiões com batimetria mais rasa. Na figura 26
podemos observar no período de quadratura em regime de maré enchente para a época
de verão as velocidades de correntes não ultrapassam 0,5 m/s, nas áreas próximas ao
complexo central de ilhas da baía nota-se que a circulação contorna as ilhas voltando em
direção ao canal de acesso, porém com intensidade muito baixa indo de encontro com o
fluxo de maré enchente.
55
Figura 25. Fluxo de maré vazante em situação de sizígia durante o cenário de verão no dia 03 de
Março as 19:00hs.
56
Figura 26. Fluxo de maré enchente em situação de quadratura durante o cenário de verão no dia 9
de Março as 19:00hs
57
5.2.8 Validação do Modelo Hidrodinâmico 3D
O processo de validação serve basicamente para comparar dados medidos em
campo com dados gerados pelo modelo e verificar se os valores obtidos conferem com
os valores observados do fenômeno real de interesse. Foram confrontadas as séries
temporais medidas com as séries temporais modeladas de elevação do nível d‟água e
corrente referente ao cenário de verão.
Com relação à elevação do nível d‟água realizou-se uma comparação qualitativa
entre as séries temporais, as mesmas foram plotadas e sobrepostas uma a outra com o
objetivo de se identificar padrões semelhantes em suas oscilações. Foi calculado
Coeficiente de Determinação (R²) com o intuito de se analisar quanto que os dados
gerados pelo modelo explicam os dados medidos em campo, este varia de 0 a 1, sendo
que quanto mais próximo de um for o R² maior será a representatividade dos dados
gerados pelo modelo (MONTGOMERY & RUNGER, 1999).
Também foi realizada uma análise espectral simples a fim de se quantificar em
qual faixa de frequência ocorre o maior pico de energia do sistema, este método permite
relacionar as freqüências de maior energia com fenômenos climatológicos ou naturais
de acordo com seu respectivo período de ocorrência.
As séries temporais de correntes foram validadas por meio da análise espectral
rotatória, tornando possível identificar os períodos de oscilação mais significativos bem
como sua magnitude. Foram utilizadas as seguintes funções: espectro total, direção da
elipse, coeficiente de rotação e estabilidade da elipse. A primeira fornece o espectro
total de energia do sistema no domínio da frequência, a segunda define a direção
predominante do escoamento ou a direção da elipse em sua respectiva frequência, a
terceira identifica o movimento dos vetores entre a troca dos fluxos de água no domínio,
este pode variar de -1 (rotação circular horária) até 1 (rotação circular anti-horária)
quando próximo de 0 o vetor apresenta um movimento de pulsação sem rotação e o
último define o quanto estável e significante é a direção do escoamento, este varia de 0
a 1 (CARVALHO, 2003).
Todos os gráficos foram gerados em ambiente MATLAB® e apresentam
frequência de ocorrência relativa a ciclos por dia (c.p.d).
58
5.3. Modelo Lagrangeano
5.3.1 Óleo
Baseado na permissão da ANP ( Agência Nacional do Petróleo) que concedeu o
autorização N°.119 de 2.6.2004 a Transpetro para movimentar óleo diesel através do
sistema de oleodutos até a refinaria REPAR o óleo escolhido para a realização do
presente trabalho foi o Óleo Diesel n°02 da CHEVRON. Este foi retirado da biblioteca
de óleos disponível no software ADIOS2, o mesmo é capaz de modelar o
comportamento do óleo derramado através de uma série de processos que o
intemperizam. O ADIOS2 combina um módulo de simulação de intemperismo com um
banco de dados de propriedade do óleo, nele estão disponíveis mais de mil tipos
caracterizando diferentes óleos crus e derivados do petróleo (LEHR, et al. 2002).
Foi simulado uma situação de rompimento do oleoduto da Transpetro Sul com
um vazamento contínuo de 21 m³ do óleo diesel Heating Oil n°.2 da Chevron, a uma
vazão de 0,4166 m³/s durante um período de 20 minutos. O tempo de simulação
estabelecido para o acompanhamento da mancha de óleo foi de 24 horas.
Quadro 3. Características do óleo utilizado no vazamento.
NOME HEATING OIL N°.02, CHEVRON
LOCALIZAÇÃO PASCAGOULA,MS
TIPO DO PRODUTO ÓLEO DIESEL
CLASSE GRUPO III
°API 33,5
PONTO DE FLUIDEZ -15°C
PONTO DE INFLAMAÇÃO 81°C
VISCOSIDADE 3.2. cSt - 0°C
Ao todo foram simulados quatro cenários para época de verão e quatro cenários
para época de inverno. Para o cenário referente ao verão foram simulados dois
vazamentos durante o período de maré de sizígia um no início de maré enchente (IME)
e outro no início de maré vazante (IMV) e outras duas simulações durante o período de
maré de quadratura também inicio de maré enchente e início de maré vazante. No
cenário referente ao inverno adotou-se o mesmo padrão de simulação para os períodos
de maré de sizígia e quadratura.
59
Tabela 2. Cenários simulados para o vazamento de óleo na Baía da Babitonga apresentando a
estação do ano, período de maré, dia e hora.
Estação do Ano Maré DD/MM/AA Hora
Verão
IME - Sizígia 02/03/2003 21:00
IMV - Sizígia 03/03/2003 07:00
IME - Quadratura 09/03/2003 18:00
IMV - Quadratura 10/03/2003 10:00
Inverno
IME - Sizígia 03/09/2011 21:00
IMV - Sizígia 04/09/2011 07:00
IME - Quadratura 10/09/2011 18:00
IMV - Quadratura 11/09/2011 10:00
60
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
6.1 Validação
6.1.1 Elevação do nível d’água
A validação da elevação do nível d‟água foi realizada utilizando-se os dados
medidos no mês de março de 2003, cenário este referente ao verão. Para isto foi
necessária a aplicação de um filtro Lanczos adaptado de Emery & Tomson (1998) apud
Carvalho (2003) com período de corte de 40 horas com o objetivo de se eliminar a
componente meteorológica da série temporal. A filtragem dos dados desconsidera as
oscilações de baixa frequência (1,66 dias) não interferindo nas oscilações com
frequência maior que um ciclo por dia.
A figura 27 mostra a sobreposição entre as séries de elevação medida na praia do
Capri e gerada pelo modelo, nota-se que o modelo representa muito bem o padrão de
elevação, com suas respectivas oscilações tanto em situação de sizígia quanto em
situação de quadratura. O coeficiente de determinação (R²) encontrado para a elevação
de maré foi de 0,8410, mostrando que os dados de elevação gerados pelo modelo
representam 84% dos dados medidos, resultados melhores poderiam ser obtidos se a
simulação fosse realizada por um período de tempo maior. Com relação à análise
espectral simples os dados gerados pelo modelo apresentam boa coerência quando
comparados com os dados medidos, é possível observar que o maior pico de energia da
maré astronômica ocorre na faixa de frequência de dois ciclos por dia, isto é, a cada 12
horas ocorre uma preamar e uma baixamar, este padrão é concordante com os estudos
realizados por Trucollo & Schettini (1999) que caracterizou a maré astronômica na Baía
da Babtionga como do tipo mista, com predominância semidiurna e desigualdades em
sua altura para as preamares e baixa-mares consecutivas (Figura 28).
61
Figura 27. Série Temporal de elevação medida na praia do Capri e gerada pelo modelo SisBAHIA
entre o período de 01/03/2003 até 15/03/2003.
Figura 28. Espectro de energia simples para os dados medidos na praia do Capri e gerados pelo
modelo SisBAHIA entre o período de 01/03/2003 até 15/03/2003.
62
6.1.2 Correntes
Em relação aos valores de R² encontrados para os valores de correntes
obtivemos para a componente U um R²=0,7279 demonstrando que o modelo
representou os dados medidos em 72% e para a componente V encontrou-se um
R²=0,2832 mostrando que os dados gerados pelo modelo representaram 28% os dados
medidos, isto ocorreu devido a direção predominante do escoamento onde a
componente U é mais energética do que a componente V, contudo uma simulação com
um período de tempo maior seria poderia representar melhor as duas componentes.As
séries temporais de correntes medidas a 0,5 metros de profundidade foram comparadas
com as séries temporais geradas pelo modelo a 0,5 metros de profundidade através da
análise espectral rotatória. Analisando o espectro total na figura 29 podemos ver que a
quantidade de energia total do sistema foi bem representada pelo modelo, com picos
iguais de energia na faixa de freqüência de dois ciclos por dia. Em relação à direção da
elipse foram obtidos valores muito próximos entre os dados medidos e modelados, para
os dados medidos a direção predominante do escoamento foi de 73° e para os dados
gerados pelo modelo a direção predominante do escoamento foi de 65°, isto mostra que
as direções foram bem representadas e demonstra a influência da orientação da baía na
direção do escoamento, já que o canal de acesso possui orientação SW-NE.
Para os valores de coeficiente de rotação e estabilidade da elipse houve uma boa
representatividade por parte do modelo, ao analisarmos o coeficiente de rotação
podemos notar valores próximos a zero para os dados medidos e modelados, este valor
define o movimento dos vetores quando ocorrem as tocas entre os fluxos da baía,
indicando um movimento de pulsação ou sem rotação. Para a estabilidade da elipse
foram encontrados valores próximos a um, refletindo uma grande estabilidade na
direção do escoamento.
Analisando a figura 30 podemos notar a direção predominante do escoamento
para os dados medidos e simulados pelo modelo, as mesmas apresentam direções
semelhantes porém os dados gerados pelo modelo possuem uma aparência mais
suavizada.
63
Figura 29. Análise espectral rotatória comparando-se os dados de correntes medidos a 0,5 metros
de profundidade com dados gerados pelo SisBAHIA a 0,2 metros de profundidade. As funções
rotatórias representadas de cima para baixo são: Espectro total, Direção da elipse, Coeficiente de
rotação e Estabilidade da elipse
64
Figura 30. Representação em pontos da velocidade de corrente para os dados medidos e gerados
pelo modelo.
6.2 Modelo Lagrangeano de Dispersão
Dos oito simulações realizadas para os períodos de maré de sizígia e quadratura
referentes aos cenários de verão e inverno as machas de óleo foram acompanhadas
durante 24 horas após o derrame. Este critério foi adotado visto que ao ocorrer um
vazamento de óleo no ambiente marinho os ventos e as correntes promovem um
espalhamento muito rápido da mancha, isto ocorre nas primeiras horas após o derrame
do óleo e se nenhum plano de resposta for aplicado rapidamente o óleo já terá sofrido a
maior parte dos processos que ocasionam sua dispersão e espalhamento, desta maneira a
área de contaminação pode aumentar significativamente em poucas horas. Para facilitar
a apresentação dos dados foram consideradas apenas as situações em que a maior
quantidade de óleo adentrou a baía referindo-se ao cenário de pior caso.
A perda de massa do petróleo está intimamente ligada à quantidade de
compostos leves e voláteis que ele é constituído, neste trabalho o óleo utilizado pertence
ao grupo III. A figura 31 obtida pelo ADIO2 mostra a taxa de evaporação após cinco
65
dias com valor de 17%, sendo que nas primeiras doze horas o óleo já sofrido todo o
processo de evaporação.
Figura 31. Curva de Evaporação do óleo diesel Heating Oil n°.2, da Chevron otida pelo ADIOS2.
6.2.1 Cenário de pior caso
Das oito simulações realizadas para as estações de Verão e Inverno o cenário
que apresentou a maior quantidade de óleo dentro da Baía da Babitonga refere-se à
época de verão durante a simulação realizada no dia 02 de março às 21:00 hs no instante
de maré enchente. Neste dia a maré apresentava-se em situação de sizígia atingindo
valores de preamares em torno de 0,85 metros.
O fato pelo qual a mancha de óleo tenha atingido maiores extensões da linha de
costa e ficasse retida dentro da baía, principalmente próxima ao canal de acesso, pode
ser explicada pela ação dos ventos predominantes de nordeste que atuam na região
durante o verão. Visto que a baía possui seu canal de acesso com orientação de SW-NE
66
os ventos podem ter contribuído para que a mancha fosse aprisionada na baía e atingisse
áreas mais interiores ultrapassando as instalações do Porto de São Francisco do Sul.
Ao acompanhar a mancha de óleo 4 horas após o vazamento (figura 32) vemos
que esta progride em direção ao interior da baía, porém não toca a costa e nenhum
momento, as horas iniciais após o derrame são cruciais para que um plano de resposta
rápido e eficiente seja aplicado, deste modo pode-se evitar que a mancha de óleo
contamine a baía.
Figura 32. Trajetória da macha de óleo referente ao cenário de verão para o período de sizígia do
dia 02 de março de 2003 as 21:00hs, acompanhamento da mancha após 4 horas.
Como mostra a figura 33 é possível observar que 6 horas após o acidente a
mancha de óleo atinge a costa ultrapassando as instalações do Porto e quase chega a
67
tocar o complexo de ilhas no interior da baía. A costa colorida de azul indica o toque da
mancha.
Figura 33. Trajetória da macha de óleo referente ao cenário de verão para o período de sizígia,
acompanhamento da mancha após 6 horas do início do vazamento.
Na figura 34 é possível notar que 12 horas após o derrame a área da mancha
começa a aumentar, neste momento o fluxo do escoamento da baía encontra-se em
regime de maré vazante e a mancha se propaga em direção ao canal de acesso do
complexo, entretanto até o momento a mancha não chega a tocar a costa novamente.
68
Figura 34. Trajetória da macha de óleo referente ao cenário de verão para o período de sizígia,
acompanhamento da mancha após 12 horas do início do vazamento.
No instante final da simulação, passadas 24 horas, a mancha ainda continua
localizada no canal de acesso, podemos ver que uma pequena quantidade de óleo é
transportada para fora da baía e apenas cerca de 3,54% do volume total do óleo foi
absorvido pelas margens do complexo, resultando num total de óleo presente no mar de
16,81m³ (figura 35).
No único momento em que a mancha de óleo toca a costa a região mais afetada
está localizada na ilha de São Francisco do Sul, nas áreas próximas ao porto. A linha de
costa nestas áreas é composta de diferentes tipos de substratos que de acordo com os
Índices de Sensibilidade do Litoral apresentam escarpas/encostas abrigadas,
69
enrocamentos ( ISL 8), praias arenosas de areia fina a média (ISL 3), costões rochosos
lisos (ISL 2) e áreas com vegetação de marismas e manguezais (ISL 10).
Figura 35. Trajetória da macha de óleo referente ao cenário de verão para o período de sizígia,
acompanhamento da mancha após 24 horas do início do vazamento.
70
7. CONCLUSÃO
A aplicação do modelo de transporte de partículas permitiu determinar a trajetória de
um vazamento hipotético de óleo diesel no oleoduto da Transpetro Sul localizado na
entrada da Baía da Babitonga.
Foram construídos diferentes cenários com o propósito de se determinar a influencia das
variáveis meteorológicas, bem como situações distintas do regime de marés, sizígia e
quadratura.
Foi avaliado o cenário que mais contribuiu para a entrada da mancha de óleo e a
influencia dos diferentes tipos de ventos que favoreceram no aprisionamento do óleo
dentro do complexo estuarino.
De acordo com os oito cenários simulados o cenário de pior caso foi referente à época
de verão no inicio de maré enchente em situação de sizíia apresentando a maior
quantidade de óleo dentro da baía e a maior extensão de áreas contaminadas.
A maior parte das áreas contaminadas pela mancha se localizou próximas ao Porto de
São Francisco do Sul, apresentando características que variaram entre enrocamentos/
estruturas artificiais, costões abrigados e praias arenosas. Uma pequena parcela de áreas
constituídas de vegetação de mangue e marismas próximas ao canal de acesso também
foram contaminadas, visto que o interior do complexo é inteiramente margeado por
manguezais.
A simulação realizada foi satisfatória quanto à determinação da trajetória da mancha de
óleo, e dentre os poucos cenários construídos para a simulação o resultado foi o mesmo
obtido quando comprado com estudos pretéritos realizados na área, em situação de
verão e maré de sizígia ocorre a maior contaminação das margens do complexo..
Os ventos atuantes no verão são predominantemente vindos de NE e devido à
orientação da baía e do canal de acesso eles amplificam as elevações do nível d‟água e
favorecem a penetração da mancha e o seu aprisionamento no estuário.
71
9. REFERÊNCIAS
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85-105, 2008. Editora UFPR
75
ANEXO
Cenários simulados para a época de Verão em situação de maré de sizígia com regime
de maré vazante.
4 horas após o início do vazamento
76
6 horas após o início do vazamento
77
12 horas após o início do vazamento
78
24 horas após o início do vazamento
79
Cenários simulados para a época de Verão em situação de maré de quadratura com
regime de maré enchente.
4 horas após o início do vazamento
80
6 horas após o início do vazamento
81
12 horas após o início do vazamento
82
24 horas após o início do vazamento
83
Cenários simulados para a época de Verão em situação de maré de quadratura com
regime de maré vazante.
4 horas após o início do vazamento
84
6 horas após o início do vazamento
85
12 horas após o início do vazamento
86
24 horas após o início do vazamento
87
Cenários simulados para a época de Inverno em situação de maré de sizígia com regime
de maré enchente.
.
4 horas após o início do vazamento
88
6 horas após o início do vazamento
89
12 horas após o início do vazamento
90
24 horas após o início do vazamento
91
Cenários simulados para a época de Inverno em situação de maré de sizígia com regime
de maré vazante.
4 horas após o início do vazamento
92
6 horas após o início do vazamento
93
12 horas após o início do vazamento
94
24 horas após o início do vazamento
95
Cenários simulados para a época de Inverno em situação de maré de quadratura com
regime de maré enchente.
4 horas após o início do vazamento
96
6 horas após o início do vazamento
97
12 horas após o início do vazamento
98
24 horas após o início do vazamento
99
Cenários simulados para a época de Inverno em situação de maré de quadratura com
regime de maré vazante
.4 horas após o início do vazamento
100
6 horas após o início do vazamento
101
12 horas após o início do vazamento
102
24 horas após o início do vazamento
