Anexo VII Estudo de Modelagem da Dispersão da Pluma do Emissário do Distrito Industrial da LLX

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1 Anexo VII Estudo de Modelagem da Dispersão da Pluma do Emissário do Distrito Industrial da LLX Estudo de Impacto Ambiental EIA Infraestruturas do Distrito Industrial de São João da Barra Maio, 2011 Rev. 00

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3 ESTUDO DE MODELAGEM DA DISPERSÃO DA PLUMA DO EMISSÁRIO DO DISTRITO INDUSTRIAL DA LLX EM SÃO JOÃO DA BARRA, RJ Rev. 00 Dez/2010

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5 ASA South America Rua Purpurina, 155, cj 95 Vila Madalena - São Paulo -SP CEP LLX Estudo de Modelagem da Dispersão da Pluma do Emissário do Distrito Industrial da LLX em São João da Barra, RJ Equipe ASA South America: ANA CAROLINA R. LAMMARDO (N o IBAMA: ) BRENO MENDES QUINTANILHA SIERRA (N o IBAMA: ) EDUARDO YASSUDA (N o IBAMA: 94066) GABRIEL CLAUZET (N o IBAMA: ) MARCO ANTONIO CORRÊA (N o IBAMA: ) MAURÍCIO PERSON LAMMARDO (N o IBAMA : ) Dezembro / 2010

6 A ASA South America é responsável pelo conteúdo do presente relatório incluindo: tecnologias, metodologias, especificações técnicas, desenhos, figuras, cópias, diagramas, fórmulas, modelos, amostras, e fluxogramas. A utilização deste material deverá ser compatível com o escopo do projeto/trabalho contratado, fazendo-se expressa menção ao nome da ASA South America como autora do estudo. Da mesma forma, quando a equipe técnica da ASA for incorporada na equipe técnica da empresa contratante, esta deverá ser mencionada, e referenciada, como: consultores da ASA South America. Qualquer dúvida ou alteração desta conduta deverá ser discutida entre o cliente e a ASA South America. ASA (Applied Science Associates South America), Estudo de Modelagem da Dispersão da da LLX em São João da Barra, RJ. Relatório Técnico, (16 de dezembro de 2010). 78pp+Anexos.

7 Estudo de Modelagem da Dispersão da Controle de Revisões Pág. 1/1 CONTROLE DE REVISÕES REV. DESCRIÇÃO DATA 00 Documento Original 16/

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9 Estudo de Modelagem da Dispersão da Índice Geral Pág. 1/1 ÍNDICE GERAL RESUMO... 1 I INTRODUÇÃO... 1 I.1 ÁREA DE ESTUDO... 2 II ANÁLISE DE DADOS...II-1 II.1 VENTOS...II-2 II.2 CORRENTES...II-6 II.3 ELEVAÇÃO...II-13 II.4 VAZÃO...II-17 II.5 TEMPERATURA E SALINIDADE...II-18 III MODELAGEM HIDRODINÂMICA...III-1 III.1 DISCRETIZAÇÃO DO DOMÍNIO...III-1 III.2 CONDIÇÕES DE CONTORNO...III-4 III.3 FORÇANTES...III-5 III.4 AVALIAÇÃO DA MODELAGEM NUMÉRICA...III-6 III.4.1 AVALIAÇÃO PARA A MARÉ...III-7 III.4.2 AVALIAÇÃO PARA AS CORRENTES...III-8 IV CARACTERÍSTICAS DO DESCARTE E COMPOSIÇÃO DO EFLUENTE... IV-1 V MODELAGEM DO FATOR DE DILUIÇÃO NO CAMPO PRÓXIMO... V-1 V.1 DESCRIÇÃO DAS SIMULAÇÕES DE CAMPO PRÓXIMO... V-1 VI MODELAGEM DA DILUIÇÃO NO CAMPO AFASTADO... VI-1 VI.1 DESCRIÇÃO DOS CENÁRIOS SIMULADOS... VI-1 VII RESULTADOS DA MODELAGEM DE DESCARTE DE EFLUENTES... VII-1 VII.1 RESULTADOS DA DILUIÇÃO NO CAMPO PRÓXIMO... VII-1 VII.2 RESULTADOS DA DILUIÇÃO NO CAMPO AFASTADO... VII-5 VIII CONSIDERAÇÕES FINAIS... VIII-1 IX BIBLIOGRAFIA... IX-1 ANEXO A DESCRIÇÃO DO MODELO DELFT3D-FLOW... A-1 ANEXO B DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE MODELOS CORMIX... B-1 ANEXO C DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE MODELOS CHEMMAP... C-1

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11 Estudo de Modelagem da Dispersão da Lista de Tabelas Pág. 1/1 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Posição de coleta (WGS 84) dos dados de corrente, vento e maré utilizados nas análises.... II-2 Tabela 2 - Ocorrência conjunta de intensidade (m/s) e direção (º) do vento, para o período de junho a agosto. A direção é medida em graus a partir do norte geográfico e segue a convenção meteorológica. Intervalo de amostragem: 1 h... II-5 Tabela 3 - Ocorrência conjunta de intensidade (m/s) e direção (º) do vento, para o período de novembro a janeiro. A direção é medida em graus a partir do norte geográfico e segue a convenção meteorológica. Intervalo de amostragem: 1 h... II-5 Tabela 4 - Amplitude (cm) e fase local (º) das principais componentes harmônicas para a estação maregráfica de São João da Barra, RJ (Fonte: FEMAR, 2000).... II-14 Tabela 5 - Parâmetros utilizados para a modelagem das plumas do descarte de efluente da CLIPA...IV-1 Tabela 6 - Características do efluente industrial considerado...iv-3 Tabela 7 - Dados de entrada adotados no CORMIX...V-3 Tabela 8 - Resultados das simulações do campo próximo....vii-1 Tabela 9 - Concentrações dos compostos no efluente, concentrações limite da legislação para o corpo receptor e valores correspondentes à diluição ao final do campo próximo para o efluente descartado...vii-4

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13 Estudo de Modelagem da Dispersão da Lista de Figuras Pág. 1/3 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Localização da área de estudo... 3 Figura 2 - Localização das estações de medições dos dados para a região de interesse... II-1 Figura 3 - Diagrama stick plot de dados de vento para o período de 1 o de junho de 2007 a 31 de janeiro de 2008, nas coordenadas 21º53 58,1 S e 40º59 10,2 W, com intervalo de amostragem dt=6h (convenção vetorial).... II-2 Figura 4 - Histograma direcional dos vetores de vento para o período de junho a agosto. Os círculos concêntricos indicam a intensidade do vetor de vento (m/s), enquanto que as barras de cores (laterais) indicam o número de observações (Num. Obs.) e a porcentagem de incidência (Perc. Obs.). Intervalo de amostragem: 1 h.... II-3 Figura 5 - Histograma direcional dos vetores de vento para o período de novembro a janeiro. Os círculos concêntricos indicam a intensidade do vetor de vento (m/s), enquanto que as barras de cores (laterais) indicam o número de observações (Num. Obs.) e a porcentagem de incidência (Perc. Obs.). Intervalo de amostragem: 1 h. II-4 Figura 6 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente (m/s) referente ao fundeio realizado no período de 27 de junho a 27 de julho de 2007, nas profundidades indicadas.... II-6 Figura 7 - Série temporal das componentes u e v do vetor velocidade da corrente na superfície (m/s). Dados coletados no período de 27 de junho a 27 de julho de II-7 Figura 8 - Histograma direcional dos dados de corrente coletados na profundidade de um metro, no período de 27 de junho a 27 de julho de II-8 Figura 9 - Espectro de amplitudes do módulo das componentes u e v do vetor velocidade da corrente, para o período de 27 de junho a 27 de julho de 2007, para a superfície... II-9 Figura 10 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente (m/s) referente ao fundeio realizado no período de 28 de dezembro de 2007 a 26 de janeiro de 2008, nas profundidades indicadas.... II-10

14 Pág. 2/3 Lista de Figuras Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 11 - Série temporal das componentes u e v do vetor velocidade da corrente na superfície (m/s). Dados coletados no período de 28 de dezembro de 2007 a 26 de janeiro de II-11 Figura 12 - Histograma direcional dos dados de corrente coletados na profundidade de um metro, no período de 28 de dezembro de 2007 a 26 de janeiro de II-12 Figura 13 - Espectro de amplitudes do módulo das componentes u e v do vetor velocidade da corrente, para o período de 28 de dezembro de 2007 a 26 de janeiro de 2008, para a superfície.... II-13 Figura 14 - Previsão da elevação do nível do mar para julho de 2007 na estação maregráfica da FEMAR, em São João da Barra (RJ)... II-15 Figura 15 - Espectro de amplitudes calculado a partir da previsão harmônica de variação do nível do mar para julho de 2007, em São João da Barra (RJ)... II-16 Figura 16 - Espectro de energia calculado a partir da previsão harmônica de variação do nível do mar para julho de 2007, em São João da Barra (RJ)... II-17 Figura 17 - Ciclo sazonal da vazão média mensal (m 3 /s) do Rio Paraíba do Sul. Fonte dos dados: Agência Nacional das Águas... II-18 Figura 18 - Seção vertical de Sigma-T ao longo de 21,8ºS para o período de janeiro a março (verão)... II-19 Figura 19 - Seção vertical de Sigma-T ao longo de 21,8ºS para o período de junho a agosto (inverno).... II-20 Figura 20 - Grade regional do modelo hidrodinâmico com a localização das bordas abertas (em vermelho).... III-2 Figura 21 - Batimetria associada a grade numérica. A barra de cores lateral apresenta a profundidade local (em metros) para cada elemento de grade.... III-3 Figura 22 - Destaque da batimetria para a região de implantação do empreendimento (detalhe da Figura 21). A barra de cores lateral apresenta a profundidade local (em metros) para cada elemento de grade... III-4 Figura 23 - Séries temporais de elevação de superfície do mar na Barra de São João. Em vermelho, a série temporal dos resultados do modelo e em azul, a previsão harmônica de maré para a mesma posição... III-8 Figura 24 - Séries temporais das componentes u e v da velocidade medida (azul) e calculada pelo modelo (vermelho) para profundidade de 2 m, referentes ao período de 18 a 27 de julho de III-9

15 Estudo de Modelagem da Dispersão da Lista de Figuras Pág. 3/3 Figura 25 - Séries temporais das componentes u e v da velocidade medida (azul) e calculada pelo modelo (vermelho) para profundidade de 10 m referentes ao período de 18 a 27 de julho de III-10 Figura 26 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente medida (painel superior) e dos resultados do modelo (painel inferior), para a profundidade de dois metros no período de 18 a 27 de julho de III-11 Figura 27 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente medida (painel superior) e dos resultados do modelo (painel inferior), para a profundidade de dez metros no período de 18 a 27 de julho de III-12 Figura 28 - Séries temporais das componentes u e v da velocidade medida (azul) e calculada pelo modelo (vermelho) para profundidade de 2 m, referentes aos dias 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de III-13 Figura 29 - Séries temporais das componentes u e v da velocidade medida (azul) e calculada pelo modelo (vermelho) para profundidade de 10 m referentes aos dias 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de III-14 Figura 30 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente medida (painel superior) e dos resultados do modelo (painel inferior), para a profundidade de dois metros no período de 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de III-15 Figura 31 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente medida (painel superior) e dos resultados do modelo (painel inferior), para a profundidade de dez metros no período de 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de III-16 Figura 32 - Diagrama do sistema de descarte de efluentes via emissário submarino...iv-2 Figura 33 - Grade habitat utilizada nas simulações com o modelo CHEMMAP. Devido à resolução da grade, apenas o contorno desta é apresentado na figura principal..vi-3 Figura 34 - Diluição em relação à distância do ponto de lançamento do efluente industrial nos períodos de verão e inverno...vii-2 Figura 35 - Profundidades em relação à distância do ponto de lançamento do efluente industrial nos períodos de verão e inverno....vii-3 Figura 36 - Diluições calculadas para a pluma de água produzida, simulada no período de verão, após 24 horas....vii-6 Figura 37 - Diluições calculadas para a pluma de água produzida, simulada no período de inverno, após 24 horas...vii-7

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17 Estudo de Modelagem da Dispersão da Resumo Pág. 1/1 RESUMO Com o objetivo de dar suporte à LLX no projeto de instalação do Complexo Logístico e Industrial do Porto do Açu (CLIPA), localizado no litoral norte do Rio de Janeiro, foram realizadas simulações numéricas da dispersão dos efluentes descartados no Oceano Atlântico através de um emissário submarino, utilizando a vazão de 1,24 m 3 /s. O descarte é feito a 1 m do fundo, num local com profundidade aproximada de 14 m. A caracterização dos padrões de circulação foi obtida a partir da análise dos dados ambientais disponíveis e de simulações numéricas. A ferramenta escolhida foi o sistema de modelos numéricos Delft3D. Para as simulações do descarte de efluente foi utilizado o sistema de modelos CORMIX, para a simulação do fator de diluição no campo próximo e o CHEMMAP para o campo afastado. Os resultados da simulação do fator de diluição no campo próximo apresentaram diluições da ordem de 100 vezes, tanto para o período de verão (98 vezes) como para o de inverno (111 vezes). Estes valores são suficientes para que a maioria dos compostos considerados atinja concentrações inferiores às estabelecidas na legislação (Resolução do CONAMA n o 357/05), ainda no domínio do campo próximo. As exceções são relativas ao cobre e aos cianetos (que necessitam de uma diluição de 200 vezes), ao dicloroeteno (diluição de 333 vezes) e aos sulfetos (diluição de 500 vezes). Na modelagem do lançamento do efluente no campo afastado, os compostos cujas concentrações limite estabelecidas para o corpo receptor não foram atingidas no domínio do campo próximo atingem o enquadramento na legislação em uma distância inferior a 700 m. Esta modelagem evidenciou, ainda, que a pluma fica restrita às proximidades do sistema difusor com orientação paralela à linha de costa e sem probabilidade de atingir a faixa de balneabilidade estabelecida (300 metros a partir da linha de costa), até a diluição máxima considerada no estudo.

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19 Estudo de Modelagem da Dispersão da Introdução I Pág. I-1/3 I INTRODUÇÃO Com o objetivo de dar suporte à LLX no projeto de instalação do Complexo Logístico e Industrial do Porto do Açu (CLIPA), localizado no litoral norte do Rio de Janeiro, foram realizadas simulações numéricas da dispersão dos efluentes descartados através de um sistema de disposição oceânica (emissário submarino), a uma vazão de 1,24 m 3 /s. O descarte é feito a 1 m do fundo, num local com profundidade aproximada de 14 m. A caracterização dos padrões de circulação foi obtida a partir da análise dos dados ambientais disponíveis e de simulações numéricas. A ferramenta escolhida para estas simulações foi o sistema de modelos numéricos Delft3D, desenvolvido por WL Delft Hydraulics, adaptado e implementado pela ASA South America. Na implementação do modelo hidrodinâmico foram consideradas as forçantes de vento e maré, e seus resultados avaliados com os dados disponíveis. Depois deste procedimento, o modelo foi executado para dois períodos distintos (verão e inverno), para fornecer os campos de corrente utilizados nas simulações do descarte de efluente. Para as simulações do efluente foi utilizado o sistema de modelos CORMIX, desenvolvido pela Cornell University, para a simulação do fator de diluição no campo próximo, e o CHEMMAP, desenvolvido pela Applied Science Associates (ASA), Inc., para o campo afastado. O CHEMMAP simula a diluição de produtos químicos (e.g. dispersão, entranhamento, sedimentação, dissolução, evaporação) e sua distribuição na superfície e coluna d água, nos sedimentos e na costa. Com os resultados das simulações é possível determinar a probabilidade de ocorrência e a concentração dos compostos químicos considerados. Para a determinação da área de influência do descarte foram conduzidas simulações considerando a variação sazonal das forçantes meteorológicas e oceanográficas, sendo selecionados para isso os períodos de verão e inverno.

20 Pág. I-2/3 Introdução I Estudo de Modelagem da Dispersão da I.1 ÁREA DE ESTUDO A região de estudo compreende o trecho do litoral norte do Estado do Rio de Janeiro, incluindo a zona costeira adjacente. A circulação atmosférica de baixos níveis nesta região do Brasil é dominada pela ação da Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS), pela passagem de sistemas frontais sobre a região e por circulações locais. A variabilidade sazonal do padrão de ventos na região sudeste devido ao deslocamento da ASAS é caracterizada pelo predomínio de ventos de nordeste no verão e ventos de leste no inverno. Os sistemas frontais atuam durante o ano todo sobre o Brasil com frequências maiores nas latitudes mais altas e menores nas latitudes mais baixas, como aponta o estudo de Oliveira (1986). De acordo com o Boletim de Monitoramento e Análise Climática (Climanálise, 1996), que apresentou uma estatística de sistemas frontais que atuaram no litoral do Brasil entre os anos de 1975 a 1984 e 1987 a 1995, a média ficou entre quatro e sete sistemas mensais atuando sobre a costa do sudeste brasileiro, com valores máximos nos meses de inverno e valores mínimos nos meses de verão. As correntes oceânicas na região se caracterizam predominantemente pelo fluxo S e SW, controladas pela Corrente do Brasil. São observados também, deslocamento de águas costeiras, ressurgência, contracorrentes litorâneas e correntes de maré. A Figura 1, a seguir, apresenta a localização do Complexo Logístico Industrial de Porto do Açu (RJ).

21 Estudo de Modelagem da Dispersão da Introdução I Pág. I-3/3 Figura 1 - Localização da área de estudo.

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23 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-1/20 II ANÁLISE DE DADOS A primeira etapa deste trabalho consistiu no levantamento de informações pretéritas meteorológicas e oceanográficas nas imediações da região de estudo. Essa fase visou disponibilizar dados para: (1) uma melhor compreensão da dinâmica da área; (2) validação do modelo hidrodinâmico; e (3) aplicação direta nos cenários do descarte de efluente da LLX. Os dados de vento, corrente, maré e vazão obtidos são descritos e analisados neste capítulo. Os pontos de coleta nos quais estes dados foram obtidos podem ser visualizados na Figura 2, e suas coordenadas apresentadas na Tabela 1. Figura 2 - Localização das estações de medições dos dados para a região de interesse.

24 Pág. II-2/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Tabela 1 - Posição de coleta (WGS 84) dos dados de corrente, vento e maré utilizados nas análises. DADO LATITUDE LONGITUDE Vento 21º53 58,10 S 40º59 10,20 W Corrente 21º49 05,40 S 40º58 21,80 W Maré 21º38 12,00 S 41º03 00,00 W Vazão 21º45 11,80 S 41º18 01,10 W II.1 VENTOS Os dados de ventos analisados, a seguir, foram coletados na estação meteorológica localizada próxima a Praia de Açu (Figura 2), durante o período de junho de 2007 a janeiro de 2008 com intervalo amostral de 10 min. A Figura 3 apresenta o diagrama stick plot da média, a cada seis horas, dos dados de vento. Figura 3 - Diagrama stick plot de dados de vento para o período de 1 o de junho de 2007 a 31 de janeiro de 2008, nas coordenadas 21º53 58,1 S e 40º59 10,2 W, com intervalo de amostragem dt=6h (convenção vetorial).

25 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-3/20 As figuras, a seguir, apresentam os histogramas direcionais dos dados de vento para os períodos de junho a agosto (Figura 4) e de novembro a janeiro (Figura 5). A direção apresentada refere-se ao norte geográfico e segue a convenção meteorológica, com a intensidade em m/s. Observa-se que, para ambos os períodos, os ventos mais frequentes são provenientes de NNE. As frequências observadas no quadrante SSW estão associadas às perturbações causadas pela passagem de sistemas frontais. Figura 4 - Histograma direcional dos vetores de vento para o período de junho a agosto. Os círculos concêntricos indicam a intensidade do vetor de vento (m/s), enquanto que as barras de cores (laterais) indicam o número de observações (Num. Obs.) e a porcentagem de incidência (Perc. Obs.). Intervalo de amostragem: 1 h.

26 Pág. II-4/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 5 - Histograma direcional dos vetores de vento para o período de novembro a janeiro. Os círculos concêntricos indicam a intensidade do vetor de vento (m/s), enquanto que as barras de cores (laterais) indicam o número de observações (Num. Obs.) e a porcentagem de incidência (Perc. Obs.). Intervalo de amostragem: 1 h. A Tabela 2 apresenta a frequência de ocorrência conjunta entre intensidade e direção dos ventos para o período de junho a agosto. Os ventos mais frequentes vieram de NNE (30,2%) e NE (19,0%). Os ventos com maiores velocidades médias vieram de ENE (5,8 m/s) seguidos de NE (5,5 m/s), os ventos mais intensos registrados também foram provenientes de ENE e NE (10,7 m/s). Do total de registros de ventos, 90% têm intensidades iguais ou inferiores a 8,0 m/s, como indicam os percentis apresentados na tabela.

27 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-5/20 Tabela 2 - Ocorrência conjunta de intensidade (m/s) e direção (º) do vento, para o período de junho a agosto. A direção é medida em graus a partir do norte geográfico e segue a convenção meteorológica. Intervalo de amostragem: 1 h. A Tabela 3 apresenta a frequência de ocorrência conjunta entre intensidade e direção dos ventos para o período de novembro a janeiro. Os ventos mais frequentes vieram de NNE (30,6%) e os ventos com maiores velocidades médias vieram de NE (6,4 m/s), seguidos de ENE (6,0 m/s). Os ventos mais intensos registrados foram provenientes de NE (12,6 m/s). Do total de registros de ventos, 90% têm intensidades iguais ou inferiores a 9,0 m/s, como indicam os percentis apresentados na tabela. Tabela 3 - Ocorrência conjunta de intensidade (m/s) e direção (º) do vento, para o período de novembro a janeiro. A direção é medida em graus a partir do norte geográfico e segue a convenção meteorológica. Intervalo de amostragem: 1 h.

28 Pág. II-6/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da II.2 CORRENTES Os dados de corrente foram fornecidos pela contratante e obtidos através de amostragens com ADCP 1, nas coordenadas indicadas na Tabela 1, para o período de inverno (27/06/2007 a 27/07/2007) e verão (28/12/2007 a 26/01/2008). A Figura 6 apresenta o diagrama stick plot dos vetores de velocidade para as profundidades de 1 a 11 metros (período de inverno), enquanto a Figura 7 apresenta a série temporal das componentes u (E-W) e v (N-S) do vetor velocidade para a profundidade de um metro, neste mesmo período. Figura 6 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente (m/s) referente ao fundeio realizado no período de 27 de junho a 27 de julho de 2007, nas profundidades indicadas. 1 Acoustic Doppler Current Profiler

29 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-7/20 Figura 7 - Série temporal das componentes u e v do vetor velocidade da corrente na superfície (m/s). Dados coletados no período de 27 de junho a 27 de julho de A seguir, é apresentado o histograma direcional dos dados de corrente na superfície (Figura 8). Nesta figura, a frequência de ocorrência da intensidade e da direção dos vetores de corrente é indicada na forma de isossuperfícies, e a barra lateral indica a frequência de observações. A direção é vetorial, ou seja, indica a direção para a qual a corrente se dirige. Os círculos concêntricos indicam os valores da intensidade em m/s.

30 Pág. II-8/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 8 - Histograma direcional dos dados de corrente coletados na profundidade de um metro, no período de 27 de junho a 27 de julho de Através destas análises é possível observar que o transporte, nesta posição e para este período de amostragem, ocorre principalmente no sentido sul-sudeste e apresenta algumas inversões da corrente, devido à intrusão de sistemas frontais (frente fria), sendo a velocidade na superfície mais intensa que no fundo. O espectro de amplitude das componentes de corrente na superfície é apresentado na Figura 9. Pode-se observar que as variabilidades com maior energia são verificadas na componente v, em ciclos superiores a 3 dias. Também é possível observar um pico menor na faixa de 2 ciclos por dia (cpd), correspondente à maré semidiurna.

31 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-9/20 Figura 9 - Espectro de amplitudes do módulo das componentes u e v do vetor velocidade da corrente, para o período de 27 de junho a 27 de julho de 2007, para a superfície. Analogamente à análise feita para os dados referentes ao período de inverno, a seguir é apresentada a análise das correntes para o período de verão. A Figura 10 apresenta o diagrama stick plot dos vetores de velocidade para as profundidades de 1 a 11 metros nesse período, enquanto a Figura 11 apresenta a série temporal das componentes u (E-W) e v (N-S) do vetor velocidade para a profundidade de um metro.

32 Pág. II-10/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 10 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente (m/s) referente ao fundeio realizado no período de 28 de dezembro de 2007 a 26 de janeiro de 2008, nas profundidades indicadas.

33 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-11/20 Figura 11 - Série temporal das componentes u e v do vetor velocidade da corrente na superfície (m/s). Dados coletados no período de 28 de dezembro de 2007 a 26 de janeiro de A seguir, é apresentado o histograma direcional dos dados de corrente na superfície (Figura 12). Nesta figura, a frequência de ocorrência da intensidade e da direção dos vetores de corrente é indicada na forma de isossuperfícies, e a barra lateral indica a freqüência de observações. A direção é vetorial, ou seja, indica a direção para a qual a corrente se dirige. Os círculos concêntricos indicam os valores da intensidade em m/s.

34 Pág. II-12/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 12 - Histograma direcional dos dados de corrente coletados na profundidade de um metro, no período de 28 de dezembro de 2007 a 26 de janeiro de Através destas análises é possível observar que o transporte, nesta posição e para este período de amostragem, também ocorre principalmente no sentido sulsudeste. A velocidade na superfície é mais intensa que no fundo, e apresenta algumas inversões da corrente, entretanto, em uma frequência menor quando comparada com os dados de inverno. Os espectros de amplitudes das componentes de corrente na superfície são apresentados na Figura 13. Pode-se observar que as variabilidades com maior energia são verificadas na componente v, em ciclos superiores a 3 dias. Também é possível observar um pico menor na faixa de 2 cpd, correspondente à maré semidiurna.

35 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-13/20 Figura 13 - Espectro de amplitudes do módulo das componentes u e v do vetor velocidade da corrente, para o período de 28 de dezembro de 2007 a 26 de janeiro de 2008, para a superfície. II.3 ELEVAÇÃO A Tabela 4 apresenta as constantes harmônicas para a estação maregráfica da FEMAR 2 em São João da Barra (21º38 12,00 S e 41º03 00,00 W). As principais componentes para a região são a M 2 e a S 2, com amplitudes de 36,4 cm e 16,5 cm, respectivamente, indicando o caráter semidiurno da maré na região. A componente O 1 tem amplitude de 7,7 cm e a N 2 tem amplitude de 7,3 cm, enquanto todas as demais componentes apresentam amplitudes inferiores a 5 cm. 2 Fundação de Estudos do Mar

36 Pág. II-14/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Tabela 4 - Amplitude (cm) e fase local (º) das principais componentes harmônicas para a estação maregráfica de São João da Barra, RJ (Fonte: FEMAR, 2000).

37 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-15/20 Na Figura 14 é apresentada a previsão de maré para julho de 2007, obtida a partir das constantes harmônicas apresentadas na Tabela 4. Figura 14 - Previsão da elevação do nível do mar para julho de 2007 na estação maregráfica da FEMAR, em São João da Barra (RJ). O espectro de amplitude de maré calculado a partir desta série (Figura 15) apresenta um pico com amplitude de, aproximadamente, 25 cm na faixa de frequência de 2 cpd, correspondente à maré semidiurna. Um pico menor pode ser observado na faixa de 1 cpd (maré diurna), com amplitude em torno de 7 cm. O mesmo pode ser observado no espectro de energia da maré (Figura 16), com uma concentração significativa de energia na faixa de frequência de 2 cpd, como indica o intervalo de confiança de 99% calculado para esse espectro. Observa-se, também, uma concentração de energia na faixa de frequência de 1 cpd.

38 Pág. II-16/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 15 - Espectro de amplitudes calculado a partir da previsão harmônica de variação do nível do mar para julho de 2007, em São João da Barra (RJ).

39 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-17/20 Figura 16 - Espectro de energia calculado a partir da previsão harmônica de variação do nível do mar para julho de 2007, em São João da Barra (RJ). II.4 VAZÃO Dados de vazão para o Rio Paraíba do Sul foram obtidos através da estação fluviométrica Campos - Ponte Municipal (ANA 3 ), localizada nas coordenadas 21º45 11,80 S e 41º18 01,10 W, para o período de janeiro de 1934 a dezembro de A Figura 17 apresenta o ciclo sazonal das vazões médias mensais registradas nesta estação. 3 Agência Nacional de Águas.

40 Pág. II-18/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 17 - Ciclo sazonal da vazão média mensal (m 3 /s) do Rio Paraíba do Sul. Fonte dos dados: Agência Nacional das Águas. O Rio Paraíba do Sul apresenta uma vazão média mensal máxima de 1.151,0 m 3 /s e mínima de 602,0 m 3 /s. O período de máxima seca ocorre entre os meses de julho a outubro, e a máxima cheia de janeiro a março. A vazão média para o período amostrado foi de 791,0 m 3 /s. II.5 TEMPERATURA E SALINIDADE Dados de temperatura e salinidade, utilizados na modelagem de dispersão de efluentes, foram obtidos do Atlas Eletrônico de dados do WOCE 4. As figuras, a seguir, apresentam as seções verticais do campo de densidade médio calculado com base nestes dados, ao longo de 21,8ºS, para os períodos de verão (janeiro a março - Figura 18) e de inverno (junho a agosto - Figura 19), respectivamente. 4 World Ocean Circulation Experiment.

41 Estudo de Modelagem da Dispersão da Análise de Dados II Pág. II-19/20 Os perfis verticais disponíveis no atlas foram obtidos através do WOCE Hydrographic Program (via CTD e amostras de água) e complementados com informações de temperatura de superfície obtidas via satélite (NOAA-n AVHRR). Estes dados foram analisados, filtrados e interpolados no espaço, excluindo estações consideradas pouco confiáveis e valores que estivessem fora do intervalo de confiança (estabelecido com base na climatologia do LEVITUS). Figura 18 - Seção vertical de Sigma-T ao longo de 21,8ºS para o período de janeiro a março (verão).

42 Pág. II-20/20 Análise de Dados II Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 19 - Seção vertical de Sigma-T ao longo de 21,8ºS para o período de junho a agosto (inverno).

43 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem Hidrodinâmica III Pág. III-1/16 III MODELAGEM HIDRODINÂMICA O sistema de modelos numéricos Delft3D foi utilizado para reproduzir o campo de correntes necessário para elaboração dos estudos de dispersão e diluição do efluente do emissário do Distrito Industrial da LLX. O sistema de modelos Delft3D é capaz de simular a circulação hidrodinâmica como resposta a forçantes baroclínicas e barotrópicas, assim como a transferência de quantidade de movimento ao sistema hidrodinâmico, decorrente do sistema de ventos. As principais características desse modelo são descritas no Anexo A deste relatório, através de seu módulo hidrodinâmico Delft3D-FLOW (Deltares, 2009a,b). III.1 DISCRETIZAÇÃO DO DOMÍNIO A grade geral implementada neste estudo representa um compromisso entre os objetivos do projeto de modelagem final e a descrição dos processos hidrodinâmicos definidos para a região de interesse. A especificação desta é feita pela fixação dos pontos de grade ao longo da linha de costa (no plano) e pela batimetria (eixo vertical). Uma vez que estes pontos ao longo da linha de costa são determinados, as demais características batimétricas são associadas ao domínio. Dessa forma, uma grade numérica curvilínea, com dimensões horizontais de 108x136 pontos e com sete camadas sigma na vertical foi implementada na região do empreendimento, com espaçamento horizontal variando de 20 m (na região de maior resolução) a m. Os resultados finais da discretização da área estão ilustrados na Figura 20.

44 Pág. III-2/16 Modelagem Hidrodinâmica III Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 20 - Grade regional do modelo hidrodinâmico com a localização das bordas abertas (em vermelho). Para a região de estudo foi utilizado um conjunto de dados batimétricos com alta resolução espacial, fornecido pela contratante. De forma complementar a estes dados batimétricos, foram utilizados, ainda, os valores obtidos através da digitalização das cotas batimétricas da carta náutica da DHN 5 n o Assim, nas simulações foi considerado um conjunto de dados batimétricos com melhor resolução para a região de implantação do empreendimento. Visando o ajuste fino da batimetria à linha de costa e as camadas de sistemas de informações geográficas (SIG) utilizadas pelo modelo matemático 5 Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil.

45 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem Hidrodinâmica III Pág. III-3/16 implementado na região, foram utilizadas também informações provenientes de imagens de satélite, complementando a base de dados batimétricos da ASA South America na área. Os dados batimétricos foram associados a cada ponto da grade numérica do modelo através de interpolação triangular. Com isso, estes dados foram incorporados ao modelo, adequando-os à resolução adotada. A projeção da batimetria pode ser verificada na Figura 21, para a totalidade da grade, e na Figura 22, para um detalhe da região de interesse. Figura 21 - Batimetria associada à grade numérica. A barra de cores lateral apresenta a profundidade local (em metros) para cada elemento de grade.

46 Pág. III-4/16 Modelagem Hidrodinâmica III Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 22 - Destaque da batimetria para a região de implantação do empreendimento (detalhe da Figura 21). A barra de cores lateral apresenta a profundidade local (em metros) para cada elemento de grade. III.2 CONDIÇÕES DE CONTORNO As condições de contorno naturais do modelo são dadas pela velocidade normal nula nos contornos terrestres. Na superfície livre, além das condições dinâmicas locais (Mellor & Yamada, 1982), é também considerada a tensão de cisalhamento do vento. Opcionalmente, fluxos de calor e sal (evaporação) podem ser incluídos, não tendo sido, no entanto, considerados na modelagem em questão. No fundo, são aplicadas as condições dinâmicas descritas em Mellor & Yamada (op. cit.). A velocidade de arrasto é calculada como uma função empírica da energia cinética turbulenta, por sua vez decorrente do fechamento turbulento de segunda ordem.

47 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem Hidrodinâmica III Pág. III-5/16 Nos contornos artificiais são aplicadas, ao modelo, condições de contorno para a definição do comportamento das propriedades modeladas nos limites oceânicos do domínio estudado. Essas condições de contorno são definidas para elevação da superfície do mar, velocidades do modo externo (2D), velocidades do modo interno (3D), temperatura, salinidade, velocidade vertical e energia cinética turbulenta. Nas componentes perpendiculares à fronteira são aplicadas condições radiacionais em função da elevação, do tipo HU e 2 C BC, onde C e gh é a velocidade de fase da onda que chega ao sistema, é a elevação do nível do mar e B é um coeficiente empírico. Nos casos da temperatura e da salinidade, disponibiliza-se esquema que permita advecção através da fronteira, condição esta descrita por: T t T U x 0 (condição análoga aplicada à salinidade) (III.2-1) III.3 FORÇANTES O sistema de modelos Delft3D possibilita a utilização de contornos (ou bordas) abertos, aos quais podem ser atribuídas condições forçantes (ativa) ou condições radiacionais (passivas). Quando são aplicadas forçantes nas bordas abertas, podem-se utilizar séries temporais, ou valores constantes, para diferentes variáveis pertinentes ao sistema estudado. Nas simulações numéricas realizadas neste estudo foi considerado um conjunto de bordas abertas. As condições hidrodinâmicas impostas foram as médias mensais de vazão na borda fluvial e a previsão harmônica da elevação de superfície, obtida a partir das constantes harmônicas das estações da FEMAR (2000), nas bordas marítimas (Capítulo II). A disposição geográfica das bordas consideradas pode ser visualizada na Figura 20.

48 Pág. III-6/16 Modelagem Hidrodinâmica III Estudo de Modelagem da Dispersão da Adicionalmente, o vento coletado pela contratante (e apresentado no Capítulo II) foi considerado como forçante para o modelo, sendo aplicado sobre toda a grade numérica considerada. III.4 AVALIAÇÃO DA MODELAGEM NUMÉRICA A metodologia de validação utilizada fundamenta-se na avaliação da modelagem quanto à sua capacidade de reprodução da circulação hidrodinâmica na região em estudo. Com este intuito são apresentadas comparações entre resultados da modelagem hidrodinâmica e as séries de dados na região de interesse, previamente apresentados no Capítulo II. A comparação entre os resultados da modelagem e os dados foi quantificada através de dois parâmetros comumente utilizados para este fim, são eles: 1. Erro Estatístico Relativo (Relative Error Statistic). O erro estatístico relativo entre o previsto pelo modelo e as observações é definido como (EPA, 2000): E rel n i1 dado n i1 i modelo dado i i (III.4-1) Como o erro estatístico relativo é a razão entre o erro absoluto médio e a média das observações ele pode ser expresso como uma porcentagem. O erro estatístico relativo ideal é nulo. 2. Coeficiente de correlação linear. Definido por: R 2 cov(dado, modelo) = D M (III.4-2) Onde: R 2 = coeficiente de correlação linear, -1 R 2 1; cov(dado, modelo) = covariância entre os valores do dado e os do modelo; D = desvio padrão do dado;

49 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem Hidrodinâmica III Pág. III-7/16 M = desvio padrão do modelo. Covariância entre x 1 e x 2 é definida por: Desvio padrão x é definido por: x ( t) x x ( t x 1 cov( x (III.4-3) N 1 1, x2 ) ) N t N 2 x ( x( t) x) (III.4-4) N t0 O coeficiente de correlação linear é uma medida da dependência linear entre os resultados da modelagem e as observações. O coeficiente de correlação linear ideal, para este caso, é igual a um. III.4.1 Avaliação para a Maré A avaliação com relação à maré foi realizada a partir da previsão harmônica de maré para a estação de São João da Barra. Esta previsão harmônica foi obtida através do Método de Schuremann (Schuremann, 1941) e utilizou as constantes harmônicas de maré fornecidas pela FEMAR. Observa-se, na Figura 23, uma boa concordância, na amplitude e na fase, entre os valores calculados pelo modelo e os valores da série de previsão de maré para a estação da Barra de São João. O erro estatístico relativo entre as séries temporais foi de 15%, enquanto o coeficiente de correlação linear obtido nesta comparação foi de 0,95.

50 Pág. III-8/16 Modelagem Hidrodinâmica III Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 23 - Séries temporais de elevação de superfície do mar na Barra de São João. Em vermelho, a série temporal dos resultados do modelo e em azul, a previsão harmônica de maré para a mesma posição. III.4.2 Avaliação para as Correntes No processo de avaliação das correntes calculadas pelo modelo, foram comparadas as velocidades das correntes modeladas com as correntes coletadas (Capítulo II) nas profundidades de 2 e 10 m. A Figura 24 apresenta a comparação entre os resultados da modelagem e as séries observadas, para as componentes u e v na profundidade de 2 m. A comparação compreende o período entre os dias 18 e 27 de julho de O coeficiente de correlação linear calculado para a componente v (que apresenta a maior intensidade) dos dados e do modelo foi de 0,83, enquanto o erro estatístico relativo foi de 25%.

51 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem Hidrodinâmica III Pág. III-9/16 Figura 24 - Séries temporais das componentes u e v da velocidade medida (azul) e calculada pelo modelo (vermelho) para profundidade de 2 m, referentes ao período de 18 a 27 de julho de Analogamente, a Figura 25 apresenta a comparação entre os resultados da modelagem e as séries observadas para as componentes u e v na profundidade de 10 m. Para esta profundidade, o erro estatístico relativo foi de 32% para a componente v, enquanto o coeficiente de correlação linear foi de 0,79.

52 Pág. III-10/16 Modelagem Hidrodinâmica III Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 25 - Séries temporais das componentes u e v da velocidade medida (azul) e calculada pelo modelo (vermelho) para profundidade de 10 m referentes ao período de 18 a 27 de julho de Para complementar a avaliação da corrente, são apresentados os diagramas vetoriais (stick plot) para os mesmos períodos e profundidades das análises acima. Na Figura 26 é apresentada a comparação para a profundidade de dois metros, enquanto na Figura 27 é apresentada a comparação para a profundidade de dez metros referente ao período de 18 a 27 de julho de 2007.

53 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem Hidrodinâmica III Pág. III-11/16 Figura 26 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente medida (painel superior) e dos resultados do modelo (painel inferior), para a profundidade de dois metros no período de 18 a 27 de julho de 2007.

54 Pág. III-12/16 Modelagem Hidrodinâmica III Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 27 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente medida (painel superior) e dos resultados do modelo (painel inferior), para a profundidade de dez metros no período de 18 a 27 de julho de O mesmo procedimento de avaliação da modelagem apresentada acima foi realizado para o período de verão. A Figura 28 apresenta a comparação entre os resultados da modelagem e as séries observadas para as componentes u e v, na profundidade de 2 m. A comparação compreende o período entre os dias 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de O coeficiente de correlação linear calculado para a componente v dos dados e do modelo foi de 0,68, enquanto o erro estatístico relativo foi de 38%.

55 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem Hidrodinâmica III Pág. III-13/16 Figura 28 - Séries temporais das componentes u e v da velocidade medida (azul) e calculada pelo modelo (vermelho) para profundidade de 2 m, referentes aos dias 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de Analogamente, a Figura 29 apresenta a comparação entre os resultados da modelagem e as séries observadas para as componentes u e v, porém, para a profundidade de 10 m. A comparação compreende o período entre os dias 29 de dezembro de 2007 a 07 de janeiro de Para esta profundidade, o erro estatístico relativo foi de 44% para a componente v, enquanto o coeficiente de correlação linear foi de 0,56.

56 Pág. III-14/16 Modelagem Hidrodinâmica III Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 29 - Séries temporais das componentes u e v da velocidade medida (azul) e calculada pelo modelo (vermelho) para profundidade de 10 m referentes aos dias 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de A seguir, são apresentados os diagramas vetoriais (stick plot) para os mesmos períodos e profundidades das análises acima. Na Figura 30 é apresentada a comparação para a profundidade de dois metros, enquanto na Figura 31 é apresentada a comparação para a profundidade de dez metros, referente aos dias 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de 2008.

57 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem Hidrodinâmica III Pág. III-15/16 Figura 30 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente medida (painel superior) e dos resultados do modelo (painel inferior), para a profundidade de dois metros no período de 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de 2008.

58 Pág. III-16/16 Modelagem Hidrodinâmica III Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 31 - Diagrama stick plot dos vetores de velocidade da corrente medida (painel superior) e dos resultados do modelo (painel inferior), para a profundidade de dez metros no período de 29 de dezembro de 2007 a 7 de janeiro de 2008.

59 Estudo de Modelagem da Dispersão da Características do Descarte e Composição do Efluente IV Pág. IV-1/3 IV CARACTERÍSTICAS DO DESCARTE E COMPOSIÇÃO DO EFLUENTE As características do descarte são definidas pelas seguintes estruturas geométricas do emissário submarino: número, diâmetro e profundidade dos orifícios de saída (portas), distância entre as portas, ângulo plano horizontal entre a saída do jato e o campo de correntes, e o ângulo da saída do jato relativo à vertical. Todas as informações, apresentadas a seguir, foram fornecidas pela LLX/Ecologus e, no caso de informações indisponíveis, complementadas com informações de projeto de outros emissários que operam na região, também fornecidas pela LLX/Ecologus. O projeto do emissário submarino será implantado de acordo com o arranjo geral apresentado na Figura 32. O início da tubulação difusora estará situado a cerca de m da linha da praia (300 m da faixa de balneabilidade m), correspondendo a m de extensão, a partir da posição prevista para a implantação de uma chaminé de equilíbrio. A tubulação difusora possuirá 120 m de extensão e 30 orifícios, e estará apoiada no leito marinho numa profundidade batimétrica de, aproximadamente, 14 m. A extremidade terminal deste dispositivo estará situada a m da chaminé de equilíbrio. Na Tabela 5 é apresentado um resumo das características do descarte de efluente pelo emissário do Distrito Industrial da LLX. Tabela 5 - Parâmetros utilizados para a modelagem das plumas do descarte de efluente da CLIPA. PARÂMETROS VALORES Diâmetro da tubulação (m) 0,90 Diâmetro da porta (m) 0,10 Número de portas 30 Ângulo vertical 90º Profundidade média (m) 14 Profundidade média de descarte (m) 13 Vazão máxima dos efluentes (m³/s) 1,24 Vazão por porta (m³/s) 0,041 Fonte: LLX/Ecologus.

60 Pág. IV-2/3 Características do Descarte e Composição do Efluente IV Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 32 - Diagrama do sistema de descarte de efluentes via emissário submarino. Como não foi fornecida a composição do efluente a ser descartado, considerou-se que o mesmo contém todos os compostos cujos limites são estabelecidos na Resolução do CONAMA 6 de n o 357/05 (Brasil, 2005), com suas concentrações definidas com o valor máximo permitido por esta resolução. 6 Conselho Nacional do Meio Ambiente.

61 Estudo de Modelagem da Dispersão da Características do Descarte e Composição do Efluente IV Pág. IV-3/3 A Tabela 6 apresenta os compostos considerados, sua concentração inicial (Art o ) e a concentração permitida para Águas Salinas de Classe 1 (Art. 18). Tabela 6 - Características do efluente industrial considerado. COMPONENTES Parâmetros orgânicos LIMITE RESOLUÇÃO CONAMA 357/05 ART. 34 (µg/l) LIMITE RESOLUÇÃO CONAMA 357/05 ART. 18 (µg/l) Clorofórmio 1.000,0 Dicloroeteno 1.000,0 3,0* Fenóis totais 500,0 60,0 Tetracloreto de Carbono 1.000,0 Tricloroeteno 1.000,0 30,0 Parâmetros inorgânicos Arsênio total 500,0 10,0 Bário total 5.000, ,0 Cádmio total 200,0 5,0 Chumbo total 500,0 10,0 Cianeto total 1.000,0 Cianeto livre 200,0 1,0 Cobre dissolvido 1.000,0 5,0 Cromo total hexavalente 100,0 50,0 x Cromo trivalente 1.000,0 50,0 x Estanho total 4.000,0 Ferro dissolvido ,0 300,0 Fluoreto total , ,0 Manganês dissolvido 1.000,0 100,0 + Mercúrio total 10,0 0,2 Níquel total 2.000,0 25,0 Nitrogênio amoniacal total ,0 400,0 Prata total 100,0 5,0 Selênio total 300,0 10,0 Sulfeto 1.000,0 2,0 Zinco total 5.000,0 90,0 * Padrão estabelecido para o 1,1-Dicloroeteno nos corpos de água nos quais exista pesca ou cultivo de organismos, para fins de consumo intensivo; x Padrão estabelecido para o cromo total; + Padrão estabelecido para o manganês total.

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63 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem do Fator de Diluição no Campo Próximo V Pág. V-1/3 V MODELAGEM DO FATOR DE DILUIÇÃO NO CAMPO PRÓXIMO O estudo do transporte da pluma de efluentes compreende a modelagem de dois domínios conhecidos por campo próximo e campo afastado. O limite entre estes domínios é definido pela região onde ocorre a transição de seus efeitos. O campo próximo corresponde à zona de diluição inicial onde prevalecem os efeitos oriundos da fonte ativa (tubulação de lançamento), caracterizados pela velocidade inicial de ejeção (quantidade de movimento inicial do jato) e a diferença de densidade entre o efluente e o meio (quantidade de empuxo inicial do jato). Esta zona possui uma escala espacial com ordens de grandeza de metros a dezenas de metros, e escala temporal da ordem de segundos a centenas de segundos. Por campo afastado, entende-se a região onde passam a predominar os efeitos da dinâmica passiva, e ambiental, na diluição da pluma. À medida que o efluente se afasta do ponto de lançamento diminuem os efeitos associados à velocidade inicial de ejeção, e passam a predominar aqueles associados à velocidade do ambiente. A escala espacial do campo afastado possui ordens de grandeza de centenas de metros a quilômetros, e escala temporal da ordem de horas a dias. V.1 DESCRIÇÃO DAS SIMULAÇÕES DE CAMPO PRÓXIMO O modelo CORMIX 7, desenvolvido na Cornell University sob contrato e aprovação da EPA 8 dos EUA, foi utilizado para simular o campo próximo do lançamento de efluentes descartados a partir do emissário do Distrito Industrial da LLX. A descrição deste modelo encontra-se no Anexo B. 7 Cornell Mixing Zone Expert System ( 8 Environmental Protection Agency

64 Pág. V-2/3 Modelagem do Fator de Diluição no Campo Próximo V Estudo de Modelagem da Dispersão da O modelo CORMIX requer três tipos de parâmetros de entrada: Os parâmetros ambientais, os quais descrevem as condições meteorológicas e oceanográficas esperadas para o local, podendo estes ser obtidos a partir de dados históricos ou a partir de resultados de modelagem; As características do efluente, os quais descrevem os parâmetros como a vazão e densidade do efluente descartado; As características da descarga, descrevendo a geometria do sistema através do qual é realizado o descarte. As características do emissário submarino e do efluente industrial do Distrito Industrial da LLX foram descritas no Capítulo IV. Para a representação do efluente nestas simulações foi utilizado um composto conservativo. As condições ambientais, por sua vez, incluem as informações de densidade, de velocidade da corrente e de velocidade do vento. As informações do campo termohalino utilizadas no CORMIX foram obtidas no Atlas Eletrônico de dados do WOCE, e são apresentadas no Capítulo II. Considerando a simplificação quanto às correntes assumida pelo CORMIX (i.e. intensidade e direção de correntes constante), os dados coletados (Capítulo II) foram analisados, e estimou-se a função densidade de probabilidade para as correntes, nos períodos estudados. A partir da função densidade de probabilidade foi calculado o percentil de 10% dos valores observados nestes dados. Este percentil foi utilizado com base nas exigências para avaliação de plumas de efluentes da EPA dos EUA (Brandsma, 2004), de forma a fornecer a mínima diluição inicial. A Tabela 7 apresenta os dados de entrada adotados para o emissário submarino, nas simulações de verão e inverno com o modelo CORMIX.

65 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem do Fator de Diluição no Campo Próximo V Pág. V-3/3 Tabela 7 - Dados de entrada adotados no CORMIX. PARÂMETROS DADOS DE ENTRADA VERÃO INVERNO Ambiente Efluente Descarte Zona de Mistura Profundidade média (m) 14,0 14,0 Profundidade de descarte (m) 14,0 14,0 Velocidade ambiente (m/s) 0,0488 0,0458 Coeficiente de Manning 0,01 0,01 Velocidade do vento (m/s) 9 5,0 5,0 Densidade ambiente na superfície (kg/m 3 ) 1.024, ,33 Densidade ambiente no fundo (kg/m 3 ) 1.025, ,73 Vazão do efluente (m 3 /s) 1,24 1,24 Densidade do efluente (non-fresh) 1.028, ,4 Tipo de poluente conservativo conservativo A margem mais próxima está a direita direita Distância até a margem mais próxima (m) 5.000, ,0 Diâmetro da porta (m) 0,10 0,10 Número de portas 30,0 30,0 Altura da porta (m) 1,0 1,0 Ângulo vertical THETA 90º 90º Região de interesse (m) , ,0 Intervalos para apresentação de resultados 20,0 20,0

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67 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem da Diluição no Campo Afastado VI Pág. VI-1/3 VI MODELAGEM DA DILUIÇÃO NO CAMPO AFASTADO Na modelagem do campo afastado foi utilizado o modelo CHEMMAP (Chemical Discharge Model System), desenvolvido pela ASA (Anexo C). O CHEMMAP é um modelo desenvolvido para a previsão da trajetória e transformações biogeoquímicas de produtos químicos, incluindo as substâncias flutuantes, as que afundam e as substâncias solúveis, e possui um histórico de bem sucedidas aplicações em sistemas fluviais, estuarinos e costeiros (ASA, 2008a,b; ASA, 2010). Adicionalmente, este modelo possui a capacidade de utilizar campos de correntes e de ventos variáveis no espaço e no tempo, além de considerar a variação espacial da profundidade. VI.1 DESCRIÇÃO DOS CENÁRIOS SIMULADOS As simulações para a determinação da diluição de efluentes descartados no campo afastado foram realizadas utilizando-se o modelo CHEMMAP em seu modo probabilístico. Como neste modo é considerada a variabilidade das forçantes ambientais, as simulações de comportamento da pluma são realizadas através da variação das condições meteorológicas e oceanográficas, divididas em duas condições principais correspondendo aos períodos de verão e inverno. O campo hidrodinâmico de cada período, utilizado para as simulações do comportamento da pluma foram obtidos a partir da modelagem hidrodinâmica apresentada no Capítulo III, assim como os dados de vento utilizados, apresentados no Capítulo II. Para incorporar essas variabilidades, cada cenário probabilístico foi composto por uma série de 30 simulações com o modelo CHEMMAP, divididas em dois períodos: verão e inverno. Para estes períodos foram realizadas simulações considerando um descarte de 24 horas, utilizando a vazão máxima de 1,24 m 3 /s. Nestas simulações

68 Pág. VI-2/3 Modelagem da Diluição no Campo Afastado VI Estudo de Modelagem da Dispersão da considerou-se um composto conservativo para a representação do efluente, uma vez que este sofre apenas os processos físicos da diluição sem os efeitos dos processos bioquímicos. As características (composição e concentração) do efluente utilizadas nas simulações numéricas foram fornecidas pela LLX/Ecologus. O modelo CHEMMAP foi inicializado com parâmetros calculados na modelagem do campo próximo (profundidade terminal e espessura da pluma). Quanto à diluição, ao setup do passo de tempo, às dimensões (extensão e resolução) da grade habitat e ao número de partículas do modelo CHEMMAP, estes foram ajustados de forma a reproduzir para o instante inicial, e para a região correspondente à do campo próximo, uma diluição equivalente à estimada pelo CORMIX. A partir destes parâmetros, o CHEMMAP realiza os seus cálculos de diluição utilizando uma grade tridimensional, na qual cada elemento (célula) apresenta um determinado volume. As diluições são feitas nestes volumes de tal forma que a massa total do composto simulado é conservada. Nas simulações do descarte de efluente do emissário do Distrito Industrial da LLX, a grade utilizada nas simulações possui dimensão de 800x800 pontos e resolução média de 30 m (Figura 33). Nas simulações probabilísticas, para a determinação da área de influência do descarte de efluente, as múltiplas trajetórias das plumas foram utilizadas para a produção de curvas de contorno para as máximas concentrações esperadas do efluente em cada ponto de grade. Ou seja, ao final de cada uma das simulações, registra-se o máximo valor de concentração na coluna d água para cada ponto de grade ao longo do período simulado e, ao final de todas as 30 simulações, calcula-se a média de todas as máximas obtidas. Salienta-se que as concentrações e posição das plumas observadas são correspondentes a todos os instantes a partir do início das simulações. Ao final das simulações, as máximas concentrações foram convertidas para valores de diluição do efluente a partir do ponto de lançamento. Na apresentação dos resultados, os contornos das plumas estendem-se até uma concentração vezes inferior à concentração de lançamento. Esse corte foi escolhido para melhorar a visualização dos contornos de diluição na área do

69 Estudo de Modelagem da Dispersão da Modelagem da Diluição no Campo Afastado VI Pág. VI-3/3 emissário e assim, dar suporte e orientar o desenvolvimento de futuros trabalhos de monitoramento ambiental na área do empreendimento. Figura 33 - Grade habitat utilizada nas simulações com o modelo CHEMMAP. Devido à resolução da grade, apenas o contorno desta é apresentado na figura principal.

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71 Estudo de Modelagem da Dispersão da Resultados da Modelagem de Descarte de Efluentes VII Pág. VII-1/7 VII RESULTADOS DA MODELAGEM DE DESCARTE DE EFLUENTES A seguir, são apresentados os resultados das simulações de campo próximo e campo afastado para o efluente descartado pelo emissário do Distrito Industrial da LLX. VII.1 RESULTADOS DA DILUIÇÃO NO CAMPO PRÓXIMO A Tabela 8 apresenta os resultados das simulações no campo próximo para o descarte do efluente industrial da LLX, em Porto Açu. Observa-se que a diluição é menor no período de verão (98 vezes) do que no período de inverno (111 vezes). Tabela 8 - Resultados das simulações do campo próximo. PARÂMETROS VALORES VERÃO INVERNO Diluição 98,0 111,4 Espessura da pluma (m) 3,8 4,6 Comprimento do campo próximo (m) 28,4 47,2 Profundidade terminal da pluma (m) 6,3 6,1 Na Figura 34 e na Figura 35 são apresentadas as diluições e profundidades em relação às distâncias do ponto de lançamento, baseado nos resultados do campo próximo calculados para os períodos de verão e inverno. Observa-se que a diluição aumenta à medida que a pluma/jato se afasta do ponto de lançamento. A profundidade mínima que a linha central da pluma atinge é de, aproximadamente, 3 m para o período de verão, a cerca de 3 m do ponto de descarte. Para o período de inverno, a profundidade mínima que a pluma atinge é de, aproximadamente, 2 m, a cerca de 4 m do ponto de descarte.

72 Pág. VII-2/7 Resultados da Modelagem do Descarte de Efluentes VII Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 34 - Diluição em relação à distância do ponto de lançamento do efluente industrial nos períodos de verão e inverno.

73 Estudo de Modelagem da Dispersão da Resultados da Modelagem de Descarte de Efluentes VII Pág. VII-3/7 Figura 35 - Profundidades em relação à distância do ponto de lançamento do efluente industrial nos períodos de verão e inverno. Assim como foi discutido no Capítulo IV, na indisponibilidade da composição do efluente a ser descartado, considerou-se que o mesmo contém todos os compostos cujos limites são estabelecidos na Resolução do CONAMA de n o 357/05 (Brasil, 2005), com suas concentrações definidas com o valor máximo permitido por esta resolução. A Tabela 9 apresenta os compostos considerados, sua concentração inicial (Art o ), a concentração permitida para Águas Salinas de Classe 1 (Art. 18) e a concentração calculada ao final do campo próximo.

74 Pág. VII-4/7 Resultados da Modelagem do Descarte de Efluentes VII Estudo de Modelagem da Dispersão da Tabela 9 - Concentrações dos compostos no efluente, concentrações limite da legislação para o corpo receptor e valores correspondentes à diluição ao final do campo próximo para o efluente descartado. COMPONENTES Parâmetros orgânicos LIMITE RESOLUÇÃO CONAMA 357/05 ART. 34 (µg/l) LIMITE RESOLUÇÃO CONCENTRAÇÃO NO CAMPO PRÓXIMO (µg/l) CONAMA 357/05 ART. 18 (µg/l) VERÃO INVERNO Clorofórmio 1.000,0 10,2 9,0 Dicloroeteno 1.000,0 3,0* 10,2 9,0 Fenóis totais 500,0 60,0 5,1 4,5 Tetracloreto de Carbono 1.000,0 10,2 9,0 Tricloroeteno 1.000,0 30,0 10,2 9,0 Parâmetros inorgânicos Arsênio total 500,0 10,0 5,1 4,5 Bário total 5.000, ,0 51,0 44,9 Cádmio total 200,0 5,0 2,0 1,8 Chumbo total 500,0 10,0 5,1 4,5 Cianeto total 1.000,0 10,2 9,0 Cianeto livre 200,0 1,0 2,0 1,8 Cobre dissolvido 1.000,0 5,0 10,2 9,0 Cromo total hexavalente 100,0 50,0 x 1,0 0,9 Cromo trivalente 1.000,0 50,0 x 10,2 9,0 Estanho total 4.000,0 40,8 35,9 Ferro dissolvido ,0 300,0 153,1 134,6 Fluoreto total , ,0 102,0 89,8 Manganês dissolvido 1.000,0 100,0 + 10,2 9,0 Mercúrio total 10,0 0,2 0,10 0,09 Níquel total 2.000,0 25,0 20,4 18,0 Nitrogênio amoniacal total ,0 400,0 204,1 179,5 Prata total 100,0 5,0 1,0 0,9 Selênio total 300,0 10,0 3,1 2,7 Sulfeto 1.000,0 2,0 10,2 9,0 Zinco total 5.000,0 90,0 51,0 44,9 * Padrão estabelecido para o 1,1-Dicloroeteno nos corpos de água nos quais exista pesca ou cultivo de organismos, para fins de consumo intensivo; x Padrão estabelecido para o cromo total; + Padrão estabelecido para o manganês total.

75 Estudo de Modelagem da Dispersão da Resultados da Modelagem de Descarte de Efluentes VII Pág. VII-5/7 Pode-se observar que, com exceção do dicloroeteno, do cobre, dos cianetos e sulfetos, todos os demais compostos considerados atingem concentrações inferiores à estabelecida na legislação, ainda no domínio do campo próximo. VII.2 RESULTADOS DA DILUIÇÃO NO CAMPO AFASTADO De acordo com os resultados da modelagem de campo próximo, apresentados no Item VII.1, verifica-se que, em ambos os períodos simulados, a diluição necessária para o enquadramento no corpo receptor, com exceção do dicloroeteno, do cobre e dos cianetos e sulfetos, não ultrapassa o domínio do campo próximo. Já para estes compostos, são necessárias, para o enquadramento na legislação, diluições de 200 vezes (cobre e cianetos), 333 vezes (dicloroeteno) e 500 vezes (sulfetos). Dessa forma, com o objetivo de dar suporte e orientar o desenvolvimento de futuros trabalhos de monitoramento ambiental na área do empreendimento, são apresentados, a seguir, os resultados das simulações das plumas do efluente descartado, com diluições de até vezes. Ressalta-se que esta diluição é suficiente para o enquadramento de todos os parâmetros do efluente nos limites estabelecidos pela legislação (CONAMA 357/05). A Figura 36 e a Figura 37, a seguir, apresentam os contornos de diluição das simulações probabilísticas para o efluente descartado, nos períodos de verão e inverno, respectivamente. Ressalta-se que a área ilustrada nas figuras representa a média das mínimas diluições obtidas em todas as 30 simulações, e não corresponde à posição da pluma em um determinado instante de tempo.

76 Pág. VII-6/7 Resultados da Modelagem do Descarte de Efluentes VII Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura 36 - Diluições calculadas para a pluma de água produzida, simulada no período de verão, após 24 horas. A distância máxima, para atingir a diluição necessária para o enquadramento do cobre e do cianeto (200 vezes) no corpo receptor, é de cerca de 150 m. Já para o dicloroeteno (333 vezes), a distância para enquadramento é de 326 m, ao passo que para os sulfetos (500 vezes), a distância para enquadramento é de cerca de 670 m.

77 Estudo de Modelagem da Dispersão da Resultados da Modelagem de Descarte de Efluentes VII Pág. VII-7/7 Figura 37 - Diluições calculadas para a pluma de água produzida, simulada no período de inverno, após 24 horas. A distância máxima, para o enquadramento do cobre e do cianeto (diluição de 200 vezes) no corpo receptor, é de cerca de 140 m, e para o dicloroeteno (333 vezes) é de 300 m. Já para os sulfetos (500 vezes), a distância para enquadramento é de cerca de 540 m.

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79 Estudo de Modelagem da Dispersão da Considerações Finais VIII Pág. VIII-1/2 VIII CONSIDERAÇÕES FINAIS Com o objetivo de dar suporte à LLX no projeto de instalação do Complexo Logístico e Industrial do Porto do Açu (CLIPA), localizado no litoral norte do Rio de Janeiro, foi apresentado, neste relatório, o estudo da dispersão dos efluentes descartados pelo sistema de disposição oceânica (emissário submarino) do Distrito Industrial da LLX. A caracterização dos padrões de circulação na região foi obtida a partir da análise dos dados ambientais disponíveis e de simulações numéricas. A ferramenta escolhida para estas simulações foi o sistema de modelos numéricos Delft3D, desenvolvido por WL Delft Hydraulics, adaptado e implementado pela ASA South America. Para as simulações do efluente foi utilizado o sistema de modelos CORMIX, desenvolvido pela Cornell University, para a simulação do fator de diluição no campo próximo e o CHEMMAP, desenvolvido pela Applied Science Associates (ASA), Inc, para a simulação da diluição e dispersão do efluente no campo afastado. Estas simulações foram realizadas considerando-se todos os compostos cujos limites para lançamento são estabelecidos no Art. 34 ( 5 o ) da Resolução do CONAMA de n o 357/05, a uma vazão lançamento de 1,24 m 3 /s a 1 m do fundo, em um local com profundidade, aproximada, de 14 metros. Foram consideradas as variações sazonais de verão e inverno das forçantes meteorológicas e oceanográficas na determinação da área de influência do lançamento. Os resultados da simulação do fator de diluição no campo próximo apresentaram diluições da ordem de 100 vezes, tanto para o período de verão (98 vezes) como para o de inverno (111 vezes). Estes valores são suficientes para que a maioria dos compostos considerados atinja concentrações inferiores às estabelecidas na legislação (Art. 18 da CONAMA n o 357/05), ainda no domínio do campo próximo. As exceções são relativas ao cobre e aos cianetos (que necessitam de uma diluição de 200 vezes), ao dicloroeteno (diluição de 333 vezes) e aos sulfetos (diluição de 500 vezes).

80 Pág. VIII-2/2 Considerações Finais VIII Estudo de Modelagem da Dispersão da Na modelagem do lançamento do efluente no campo afastado, os compostos cujas concentrações limite estabelecidas para o corpo receptor não foram atingidas no domínio do campo próximo atingem o enquadramento na legislação em uma distância inferior a 700 m. A distância máxima para o enquadramento no corpo receptor, nos períodos de inverno e verão, respectivamente, para o cobre e o cianeto (diluição de 200 vezes), é de 140 m a 150 m, para o dicloroeteno (333 vezes) de 300 m a 326 m, e para os sulfetos (500 vezes) de 540 m a 670 m. A modelagem evidenciou ainda que a pluma fica restrita às proximidades do sistema difusor, atingindo uma extensão máxima de m (período de verão), com orientação paralela à linha de costa, sem atingir a faixa de balneabilidade estabelecida (300 metros a partir da linha de costa). A qualidade e confiabilidade dos resultados das simulações numéricas são pautadas pelos dados de entrada das simulações. Ressalta-se que, no caso de alterações ou maior detalhamento do projeto do emissário, recomenda-se uma nova avaliação da diluição e dispersão da pluma de efluentes através da revisão das simulações realizadas.

81 Estudo de Modelagem da Dispersão da Bibliografia IX Pág. IX-1/2 IX BIBLIOGRAFIA ASA (Applied Science Associates South America), 2008a. Modelagem da Dispersão de Efluente Líquido Industrial da Fosfértil Lançado no Rio Grande, Uberaba (MG). Relatório Técnico, (24 de outubro de 2008). 114pp. ASA (Applied Science Associates South America), 2008b. Modelagem do Descarte de Água Produzida a partir dos Emissários da UTPF de Guamaré (RN). Relatório Técnico, Revisão 01 (16 de janeiro de 2008). 87pp. ASA (Applied Science Associates South America), Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro: Relatório Final. Relatório Técnico RL AFZ-004, Revisão A (16 de julho de 2010). 406pp. BRANDSMA, M.G Modeling of Cooling Water, ORV Cold-Water and Cavern Leaching Brine Plumes from Main Pass Energy Hub. Technical Report. Ecology and Environmental, Inc; 23 February pp. BRASIL, Resolução CONAMA n o 357, de 17 de março de Diário Oficial [da República Federativa do Brasil], Brasília, 18 mar CLIMANÁLISE Boletim de Monitoramento e Análise Climática. Edição comemorativa de 10 anos. Outubro. DELTARES, 2009a. User Manual Delft3D-FLOW. Simulation of Multi-Dimensional Hydrodynamic and Transport Phenomena, Including Sediments. Deltares, Delft, The Netherlands. 644 pp DELTARES, 2009b. User Manual Delft3D-WAVE. Simulation of short-crested waves with SWAN. Deltares, Delft, The Netherlands. 184 pp

82 Pág. IX-2/2 Bibliografia IX Estudo de Modelagem da Dispersão da EPA (Environmental Protection Agency), Hydrodynamic and Water Quality Model of Christina River Basin. Region III, Philadelphia, PA. Final Report. December 5, FEMAR (Fundação de Estudos do Mar) Catálogo de Estações Maregráficas Brasileiras. Rio de Janeiro. 281pp. MELLOR, G.L. & T. YAMADA, Development of a turbulence closure models for geophysical fluid problems. Rev. Geophys. Space Phys., 20, n. 4, p OLIVEIRA, A.S., Interações entre Sistemas Frontais na América do Sul e Convecção na Amazônia. INPE-4008-TDL/239. SCHUREMANN, P., Manual of Harmonic Analysis and Prediction of Tides. Washington, D.C., U.S. Coast & Geodetic Surv., S.P. n. 98, 317p.

83 Estudo de Modelagem da Dispersão da Anexo A (Descrição do Modelo Delft3D-FLOW) Pág. A-1/10 ANEXO A DESCRIÇÃO DO MODELO DELFT3D-FLOW Para resolver o problema de hidrodinâmica em escala espacial e temporal adequada para as aplicações finais (determinação do campo de correntes e elevação de nível da superfície d água) e, simultaneamente, manter os custos computacionais em níveis razoáveis, optou-se pela utilização do modelo Delft3D-FLOW. A possibilidade de se trabalhar com grades altamente ajustáveis aos contornos foi a característica determinante para a escolha deste modelo. A acomodação da grade numérica a linha de costa permite uma apurada representação do corpo d água em estudo. Para a solução do problema dinâmico são consideradas as equações de conservação de massa e quantidade de movimento em coordenadas esféricas. Também são utilizadas as aproximações hidrostáticas e de Boussinesq. Para este estudo foram considerados os termos não-lineares de aceleração convectiva, Coriolis e viscosidade horizontal turbulenta. As aproximações para utilização de coordenadas curvilíneas ortogonais são consideradas na solução numérica da formulação descrita. Estas aproximações para grades numéricas utilizam-se de funções de transformações entre os espaços físico e numérico. Tais funções de transformações são obtidas por meio da solução de um conjunto acoplado de equações diferenciais parciais elípticas e quase-lineares. A solução do esquema numérico é iniciada pelo mapeamento da geometria do domínio no espaço matemático, a partir da discretização da área no espaço físico. No espaço matemático (regular) são resolvidas as equações de continuidade e conservação da quantidade de movimento. A estrutura vertical, quando ativada na formulação, é determinada por procedimentos explícitos com a especificação dos termos de difusão horizontal. A grade a ser implementada representa um compromisso entre os objetivos do projeto e a descrição dos processos dinâmicos na região de interesse, bem como entre os recursos computacionais e o tempo de processamento necessário.

84 Pág. A-2/10 Anexo A (Descrição do Modelo Delft3D-FLOW) Estudo de Modelagem da Dispersão da A.1 Processos Físicos A implementação do modelo hidrodinâmico na região de estudo foi baseada em um sistema de equações de águas rasas tridimensionais. O sistema de equações consiste nas equações horizontais de movimento (momentum), na equação de continuidade e nas equações de transporte para constituintes conservativos. Tal conjunto de equações é derivado das equações tridimensionais de Navier-Stokes para um fluido incompressível. A seguir, são descritas as considerações e aproximações do modelo: É adotado o sistema de coordenadas (sigma) no eixo vertical. A profundidade é assumida como sendo muito menor do que a escala horizontal. Então, devido à reduzida razão de aspecto, as aproximações para o sistema de águas rasas torna-se válida e, por conseguinte, a equação vertical do movimento reduz-se a equação hidrostática; O efeito da densidade é considerado somente através de seu efeito na pressão (aproximação de Boussinesq); O efeito da curvatura da Terra não é considerado. Além disso, o parâmetro de Coriolis é assumido uniforme; Uma formulação de segunda ordem é aplicada ao cisalhamento no fundo; Um decaimento logarítmico (na vertical) para a velocidade horizontal é aplicado; Fechamento turbulento baseado nas tensões de Reynolds; Fechamento da energia cinética proporcional às ordens de grandezas da velocidade e da escala horizontal; Em concordância com a relação de aspecto para consideração da formulação de águas rasas, a geração de turbulência é baseada no gradiente vertical do fluxo horizontal; A velocidade em um ponto de grade assume magnitude zero quando a altura da coluna d água atinge cotas inferiores a metade daquela definida pelo usuário. A velocidade pode retornar a magnitudes

85 Estudo de Modelagem da Dispersão da Anexo A (Descrição do Modelo Delft3D-FLOW) Pág. A-3/10 diferentes de zero quando a altura da coluna d água atingir valores acima da metade do valor de corte; Um ponto de grade é considerado seco quando suas células vizinhas (quatro) atingem valores negativos (ou sejam definidas como tais - terra ); O fluxo de massa através dos contornos laterais e de fundo é nulo; Ao se não especificar o campo de temperatura, a troca de calor com a atmosfera é anulada. A troca de calor através do fundo é nula. No próximo subitem, as equações básicas que governam o modelo implementado são apresentadas. A.2 Equações Básicas O modelo resolve as equações de Navier-Stokes para fluidos incompressíveis, sob a aproximação de águas rasas e Boussinesq. A aceleração vertical é desprezada na equação do momentum vertical, resultando na aproximação hidrostática. Desse modo, a velocidade vertical é calculada através da equação da continuidade. O Sistema de Coordenadas O sistema de coordenadas foi introduzido em modelos atmosféricos (Phillips, 1957). O eixo vertical consiste em camadas limitadas por planos sigma (), os quais não são exatamente horizontais, no entanto, seguem a batimetria e o nível d água. Através dessa representação para o eixo vertical, obtém-se uma feição suavizada para a batimetria (Figura A1).

86 Pág. A-4/10 Anexo A (Descrição do Modelo Delft3D-FLOW) Estudo de Modelagem da Dispersão da Figura A1 - Exemplo de uma aplicação de coordenadas sigma (). O número de camadas é constante em todo o domínio, independentemente da profundidade local. A distribuição da espessura relativa de cada camada é usualmente não uniforme. Esta propriedade associada ao sistema de coordenadas permite resolver regiões de maior interesse (por exemplo, o transporte de sedimentos próximo ao fundo). O sistema de coordenadas é definido como: z d onde, z a coordenada vertical no espaço físico; z H a elevação do nível d água, acima do plano de referência (z = 0); d profundidade abaixo do plano de referência, e H profundidade local total (H = d + ). (A.2-1) No sistema de coordenadas, a coordenada vertical no fundo é definida como = 1, e na superfície como = 0 (ver Figura A1). As derivadas parciais no sistema de coordenadas cartesianas são expressas em coordenadas após modificações ( regra da cadeia ) e termos adicionais (Stelling & Van Kester, 1994). O domínio de modelagem tri-dimensional para o fluxo consiste em um plano horizontal (composto pelo corpo d água e contornos terrestres) e vertical (número