*Comissão Nacional de Energia Nuclear, CNEN Rua General Severiano 90, Botafogo, Rio de Janeiro

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1 A IMPORTÂNCIA DA METEOROLOGIA NA AVALIAÇÃO DE IMPACTO AMBIENTAL DE CENTRAIS NUCLEARES: ESTUDOS DE CENÁRIOS COM USO DO SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS Leão, I. L. B. (*), Biagio, R. M. S. (*), Costa, E. M. (*), Alves, R. N. (**) *Comissão Nacional de Energia Nuclear, CNEN Rua General Severiano 90, Botafogo, Rio de Janeiro **Instituto Militar de Engenharia, IME Pça General Tibúrcio 80, Praia Vermelha, Rio de Janeiro Resumo A Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto (CNAAA), em Angra dos Reis, está localizada em uma região extremamente complexa sob os pontos de vista meteorológico, topográfico e geográfico. A crescente necessidade do conhecimento integrado dessas informações para uma avaliação detalhada do impacto ambiental causado pela operação normal da instalação, torna oportuna a implementação de um estudo utilizando o Sistema de Informações Geográficas (SIG). Neste trabalho, os cenários ambientais mais prováveis para o local são integrados com algumas situações meteorológicas mais significativas ou extremas. Palavras Chaves: meteorologia, dispersão atmosférica, impacto ambiental. I. INTRODUÇÃO A avaliação ambiental do local de uma instalação do porte da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto (CNAAA) requer, sob o ponto de vista meteorológico, uma descrição pormenorizada das condições atmosféricas nas escalas meso e micro. Para efetivar essa avaliação, é imprescindível conhecer sua climatologia, medir certas variáveis meteorológicas, determinar outros parâmetros delas inferidos, de maneira a entender melhor o comportamento da atmosfera, sua capacidade de dispersar e transportar qualquer poluente, para finalmente determinar suas concentrações em locais preestabelecidos. Com o advento do Sistema de Informações Geográficas (SIG), que permite o gerenciamento de informações espacialmente referenciadas, foi possível integrar as informações meteorológicas colhidas pelo Sistema de Meteorologia da CNAAA unidade I e os dados atmosféricos obtidos dos diversos experimentos realizados no local, com os demais aspectos ambientais já conhecidos e disponíveis. Os cenários aqui apresentados representam resultados preliminares da integração de informações meteorológicas (torres e experimentos atmosféricos) e ambientais (topografia, terreno, distribuição de população) disponíveis. II. METEOROLOGIA DO LOCAL Parâmetros Meteorológicos Básicos. Para o estudo de dispersão atmosférica, de uma maneira geral, devem ser obtidos os seguintes parâmetros: temperatura do ar fluxo do ar (direção e velocidade do vento) espessura da camada de mistura precipitação Dependendo do modelo de dispersão usado, os seguintes dados, indicadores da turbulência atmosférica devem ser obtidos: temperatura do ar e taxa de desvio de temperatura radiação solar ou cobertura do céu durante o dia, cobertura do céu ou radiação refletida durante a noite flutuação da direção do vento velocidade do vento em diferentes níveis No caso de instalações localizadas em terrenos de topografia complexos, tal como o sítio da CNAAA, devem ser obtidos dados meteorológicos adicionais de torres suplementares, de sondagens atmosféricas ou de outros experimentos atmosféricos, de modo a permitir uma avaliação mais apurada da meteorologia local. A Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, localizada na Praia de Itaorna, região de Angra dos Reis,

2 apresenta uma configuração geográfica (topografia complexa e oceano) que torna extremamente complicada a aplicação dos modelos de dispersão conhecidos ou mesmo a elaboração de um modelo específico. Brisas Marítima e Terrestre. O local da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto (CNAAA), devido a proximidade do oceano, possui dois exemplos típicos de circulação térmica. A brisa marítima, que se forma durante o dia, e a brisa terrestre durante a noite. A brisa marítima é formada devido à diferença de aquecimento do ar situado sobre o oceano e o continente, principalmente em dias ensolarados. Estabelecido um gradiente de pressão, o ar adjacente ao oceano será forçado a se movimentar do mar para a terra. À noite, com a terra se esfriando mais rapidamente que a água, ocorre uma situação similar, mas na direção oposta. Este regime é alterado periodicamente pelas perturbações frontais, como por exemplo, a entrada de uma frente fria. Topografia. A topografia exerce uma significativa alteração na circulação do ar em micro e meso escala. Esta influência, mais mecânica do que térmica, é caracterizada principalmente pela perturbação sofrida pelo fluxo de ar, que ao encontrar uma irregularidade do terreno, é mecanicamente forçado a alterar seu deslocamento. Um exemplo que se pode citar da influência de uma montanha ou cadeia de montanhas, é a formação de nuvens orográficas. Sua origem deve-se ao arrefecimento do ar úmido quando forçado a deslocar-se ao longo das encostas (processo mecânico). Por estar situado entre o mar e as montanhas, mais precisamente entre a Baía da Ilha Grande e a Serra do Mar, na região de Angra dos Reis, o local da CNAAA possui condições atmosféricas bastante complexas. O fluxo de ar penetrante, sofrendo profunda influência da topografia, é parcialmente contido e desviado por essa barreira natural. Isto é facilmente verificado pela baixa velocidade dos ventos medida no local, em diversas alturas, durante todo o ano. Medições Meteorológicas. Desde a sua fase préoperacional, a instalação tem em seu entorno quatro torres (torre A,B,C e D) nas quais são medidos ininterruptamente os parâmetros meteorológicos pertinentes, por meio de sensores apropriados [1]. Cada uma das quatro torres foi disposta, obedecidas as limitações impostas pela configuração do terreno circunvizinho, de forma que o conjunto viesse a coletar informações meteorológicas que pudessem representar de um modo geral a meteorologia local. Para a determinação da quantidade de chuva precipitada foi instalado, nas proximidades da torre A, um pluviômetro. A TABELA 1 apresenta as variáveis medidas em cada uma das torre e os respectivos níveis de medição. TABELA 1. Medições nas Torres Meteorológicas Torre Altura Parâmetros Medidos A 10m Velocidade e Direção do Vento e Temperatura A 60m Velocidade e Direção do Vento, Temperatura e Gradiente de Temperatura ( 60-10) A 100m Velocidade e Direção do Vento, Temperatura e Gradiente de Temperatura ( ) B 15m Velocidade e Direção do Vento C 15m Velocidade e Direção do Vento D 15m Velocidade e Direção do Vento Experimentos Atmosféricos Adicionais. Diversas campanhas foram realizados no local e cercanias da CNAAA. Experimentos com fumaça, traçadores, [2] [3], torres adicionais e radiosondagens [4] foram implementados com o propósito de coletar dados adicionais sobre o transporte e dispersão atmosféricos e levantamento dos perfis de velocidade e direção do vento, de temperatura, umidade, etc. Parâmetros Meteorológicos do Local: Velocidade do Vento. Os ventos do local tem velocidade bastante baixa. Os dados fornecidos pela torre A, não importando o nível de medição na torre, mostram que durante mais de 70% do tempo, a velocidade do vento é menor que 2 m/s, incluindo os ventos calmos (velocidade menor que 0,5m/s). Se for considerada a velocidade do vento em cada estação do ano, o inverno e o outono são as estações que apresentam os ventos mais fracos. Perfis verticais da velocidade do vento, obtidos através de sondagens atmosféricas com o uso de balão cativo, até a altura de 1000 metros, também mostraram alta incidência de ventos com pouca intensidade ao longo dessa camada. Direção do Vento. A predominância da direção do vento, é um caso a ser visto com mais cuidado. Para as medidas coletadas no nível de 10 metros da torre A, a predominância do vento é de N (sopra de Norte) em 31% do tempo, seguido de NNE com 14%, e de SSW e SW com respectivamente 14% e 9%. Já as distribuições de freqüência para as medições obtidas nos níveis A60 e A100, como podem ser vistas na Fig.1, mostram diferenças significativas, com os ventos soprando preferencialmente

3 de SW e alta incidência de calmos. A predominância do vento Norte na torre A10, caracteriza uma maior influência da topografia no fluxo de vento, enquanto que nos níveis mais altos de medição, os ventos seguem o fluxo dominante. O fenômeno da brisa terrestre, durante o período noturno, está bem caracterizado pela torre A. O ar acima das montanhas mais denso (diferença de temperatura) é impelido para baixo, fluindo próximo à superfície (vento catabático). Frequência (%) N NNE NE Direção do Vento -Torre A (Níveis 10, 60 e 100 metros) ENE E ESE SE SSE S SSW Setores SW WSW A10 A60 A100 Figura 1. Distribuição da Direção do Vento Torre A Persistência do Vento. A persistência do vento (número de horas que um vento sopra seguidamente em um mesmo setor) deve ser também considerada. As direções de vento mais predominantes são as que apresentam maior persistência, assim como as situações de ventos calmos (abaixo de 0,5 m/s) que chegam a alcançar uma persistência de até 15 horas. Estabilidade Atmosférica. O local da CNAAA apresenta uma atmosfera estável (segundo a classificação de Pasquill), em mais de 60% do tempo. As categorias de estabilidade D (condição neutra) e E (condição estável), são as mais freqüentes com 49% e 34%, respectivamente. É uma situação local, decorrente da configuração geográfica e topográfica da região. Esta estabilidade atmosférica é mais freqüente durante a noite e é, neste período, que mais ocorrem as inversões térmicas, principalmente após dias ensolarados, com ventos fracos e sem nuvens. As sondagens atmosféricas, mostraram que essa estabilidade da atmosfera acompanha toda a camada estudada (1000 metros). Precipitação Atmosférica. O local da CNAAA apresenta intenso regime de chuvas. Chove durante 50% dos 365 dias do ano. A máxima diária (valor médio) é de 112,5mm, W WNW NW NNW Calmos com máxima horária de 53,6mm. As chuvas mais intensas ocorrem entre 15:00 e 21:00 horas, principalmente no verão. III. CENÁRIOS METEOROLÓGICOS Considerações. Levando-se em consideração as diversas características meteorológicas acima descritas, vários cenários meteorológicos podem ser estabelecidos com vistas a se estudar com mais detalhes a capacidade de diluição da atmosfera da região quando submetida a uma liberação de efluentes da usina. Para este estudo serão considerados apenas 4 cenários meteorológicos, que são apresentadas na TABELA 2. Os cenários foram escolhidos de modo a traduzir algumas das diversas situações que ocorrem no local e, permitir um melhor entendimento da metodologia aqui usada na avaliação ambiental da região. TABELA 2. Cenários Meteorológicos Selecionados para a Região de Estudo Cenário Setor de Impacto Velocidade do vento (m/s) Estabilidade atmosférica Altura da Camada de mistura (m) Chuva média diária (mm) 1 S 1.61 D S 2.12 E NE 1.60 E Todos persistência do vento: 13 h Nos cenários 1 e 2, as informações sobre velocidade e direção do vento, estabilidade atmosférica, altura da camada de mistura e precipitação média diária se referem as estações da primavera e do inverno e, são baseadas nos valores médios referentes ao período de 5 anos de dados horários obtidos da torre local A10, dados horários de precipitação coletados pelo sistema de meteorologia da usina [5] e dados de sondagem obtidos em dois experimentos atmosféricos [6][7][8]. No cenário 3 as informações apresentadas são baseadas nas observações médias anuais referentes a um período de três anos da torre local A60. O cenário 4 apresenta uma situação de persistência de calmos por um longo período de tempo (13 horas). Os fatores de dispersão (χ/q) para cada uma das distâncias consideradas, até 5 km em torno da usina, resultantes da ocorrência das situações consideradas nos cenários acima, são sumariados na TABELA 3. O modelo gaussiano de cálculo da dispersão usado nos cenários 1 e 2, foi elaborado pelo U.S. Department of Energy, e está dentro do conjunto de códigos de computador que fazem parte do software CAP88-PC Versão 2 [9]. Para os cenários 3 e 4, foi utilizado o modelo de curta-duração de Turner [10].

4 TABELA 3. Fatores de Dispersão (χ/q) em s/m 3 para cada Setor de Impacto e Distância da Usina. Distâncias consideradas (m) Cenário Setor de impacto S 2.54E E E E-9 2 S 4.31E E E E-8 3 NE 2.96E E E E-6 4 todos 2.77E E E E-5 Os fatores de dispersão encontrados demonstram que dependendo do cenário utilizado, os valores e setores de impacto podem ser bastante diferentes. O mapa da Fig. 2 apresenta a sobreposição dos setores de maior impacto na região de estudo obtidos com os cenários 1 e 3, e a distribuição dos fatores de dispersão com a distância da usina nesses mesmos setores. No mapa, estão também localizados os limites das zonas de exclusão de 500 m, 1 km, 2 km e 5 km em torno da usina de Angra-I, assim como uma representação dos 16 setores da direção do ventos. Maptitude[11] foi o software utilizado para as análises geográficas e execução do mapa. NW WNW W WSW BVento PVermelha SW 5 Km PBrava NNW N Serra da Bocaina BR101 Povoado 1 Povoado 2 Povoado 3 Povoado 4 Itaorna ANGRA I 500m 1 Km Parque Nacional da 2 km Serra da Bocaina Cunhambebe NNE Porto Frade NE Piraquara de Dentro Povoado 5 Povoado 6 Piraquara de Fora Baía da Ilha Grande SE ENE E Baía da Ribeira ESE dispersão relativa 50% 1% 3% 10% 23% referência 2 vezes Outros população 0 a a a a a a a 5000 Limite das ZPEs SSW S SSE FIGURA 2. Região de estudo com os setores de maior impacto de acordo com os cenários meteorológicos selecionados IV. DISCUSSÃO Para efeito de análise comparativa, a distância de metros da usina no setor S foi considerada o valor de referência. Para o cenário 1, o setor de maior impacto é o setor sul (S). A sobreposição dos valores dos fatores de dispersão naquele setor indica que, além do setor ser todo direcionado para mar (baía da Ilha Grande), está também livre de ilhas habitadas, o que minimiza bastante o impacto de uma liberação de efluentes da usina nestas condições meteorológicas. Para o cenário 3, o setor de maior impacto está na direção nordeste (NE), onde estão localizados vários povoados, além de parte da estrada que corta a região. Além disso, os fatores de dispersão encontrado nos primeiros 500 metros da usina, seriam menores que os fatores de dispersão no setor Sul por um fator 2. Isto sugere que a capacidade de dispersão do setor NE nas condições meteorológicas consideradas no cenário 3 seria bem menor, requerendo uma análise mais cuidadosa do impacto naquele setor onde existe população. Outros cenários meteorológicos produziriam diferentes mapas, mostrando setores de impacto e fatores de dispersão diferentes.

5 Um estudo de impacto integrado mais detalhado, além de localizar as áreas de maior impacto, levaria também em conta os elementos presentes nesses setores que poderiam influenciar nos valores dos fatores de dispersão e, consequentemente, na concentração dos poluentes. A topografia do terreno seria um elemento muito importante a ser considerado, principalmente na região de estudo, que é circundada por montanhas de até 2000 metros de altura. A deposição dos poluentes, principalmente por via úmida, é também um importante fator a ser considerado, já que aquela região apresenta um intenso regime de chuvas. Neste estudo apenas uma análise muito simples foi realizada com o objetivo de demonstrar a potencialidade do uso de GIS em estudos de cenários de impacto ambiental, com ênfase principalmente nas características meteorológicas. A integração de todos os fatores ambientais importantes e característicos da região de estudo, com modelos de dispersão mais adequados à área de interesse, constituirão o próximo passo na utilização do SIG em análises de cenários meteorológicos e o impacto ambiental de uma instalação nuclear. REFERÊNCIAS [1] Furnas Centrais Elétricas, Final Safety Analysis Report, Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto Unidade I, Capítulo 2.3 Meteorology, Diretoria Técnica, Volume 1, Revisão 27, [2] Biagio, R., et. al., First atmospheric Diffusion Campaign at the Angra Site, Kernforschungszentrum Karlsruhe, Karlsruhe, Comissão Nacional de Energia Nuclear, [3] Nicolli, D., Primeira Campanha de Experimentos de Difusão Atmosférica na Área da Central Nuclear de Angra dos Reis, Relatório No. 133, Dep. de Reatores, Comissão Nacional de Energia Nuclear, Licenciamento e Controle, Comissão Nacional de Energia Nuclear, [7] Nicolli, D., I.L.B., Experimentos Meteorológicos para Preparação de Emergência - Parte II, Relatório de Atividades do Projeto BRA/09/031 com a Agência Licenciamento e Controle, CNEN, [8] Nicolli, D., I.L.B., Experimentos Meteorológicos para Preparação de Emergência - Parte III, Relatório de Atividades do Projeto BRA/09/031 com a Agência Licenciamento e Controle, Comissão Nacional de Energia Nuclear, [9] Barry Parks, CAP88-PC Version 2.0 U.S. Department of Energy, ER-8/GTN, [10] Turner, D.B.,Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates : An Introduction to Dispersion Modeling / Book and Disk, 1994 [11] Caliper TM, Caliper Maptitude User s Guide, Version 3.0 for use with Microsoft Windows, Caliper Corporation, 1995 Abstract The Brazilian Nuclear Power Plant (CNAAA) is located in a very complex region of the state of Rio de Janeiro. The environmental impact caused by the normal operation of such installation can be better evaluated by using an integrated approach, in which a geographical information system plays a very important role. In this study, environmental scenarios are integrated with some extreme and represenative meterorological sitiuations. [4] Furnas Centrais Elétricas, Resultados das Medições Meteorológicas para Estudos do Transporte Atmosférico na Região da CNAAA, Nota Técnica DCS.N , [5] Furnas Centrais Elétricas, Relatório Semestral de Meteorologia e Dispersão Atmosférica, ASAN-N, [6] I.L.B., Nicolli, D., Experimentos Meteorológicos para Preparação de Emergência - Parte I, Relatório de Atividades do Projeto BRA/09/031 com a Agência