Sistema integrado de modelação para apoio à prevenção e mitigação de acidentes de hidrocarbonetos em estuários e orla costeira

Tese de doutoramento, Ciências Geofísicas e da Geoinformação (Oceanografia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010A temática dos derrames de hidrocarbonetos continua a ser um assunto de extrema importância dados os graves impactes continuadamente causados no meio marinho. O desenvolvimento de ferramentas para auxilio às autoridades responsáveis pela gestão costeira no combate e mitigação deste tipo de acidentes é prioritário nos planos estratégicos governamentais. Neste trabalho propõe-se um novo sistema integrado de análise de hidrocarbonetos desenvolvido para aplicação a derrames em zonas costeiras, portuárias e oceânicas. Desenvolveuse uma nova metodologia baseada na sinergia da modelação numérica com a detecção remota por satélites. Este sistema integra uma componente de modelação numérica flexível (2D/3D) e um novo algoritmo de segmentação de manchas de hidrocarbonetos observadas em imagens SAR. O algoritmo de detecção remota foi concebido para validar os resultados do sistema de modelos. O sistema de modelação baseia-se numa abordagem Euleriana- Lagrangeana para a resolução dos processos de evolução dos hidrocarbonetos, utilizando malhas não-estruturadas para a representação dos domínios de estudo numa perspectiva multi-escala. O modelo de hidrocarbonetos inclui a maioria dos processos relevantes num derrame à superfície e na coluna de água e inclui um novo algoritmo para a retenção costeira que considera a dinâmica intertidal para aplicação a domínios praias, lagunas e estuários. Realizaram-se diversas aplicações sintéticas e reais que comprovaram a precisão, robustez, fiabilidade e flexibilidade do sistema integrado, com custos computacionais e níveis de complexidade variável. A aplicação do sistema ao caso Prestige permitiu demonstrar que a sinergia entre a modelação numérica e a detecção remota é uma mais-valia para a previsão de derrames de hidrocarbonetos no mar e serviu como base para uma análise qualitativa da influência da precisão da previsão do vento como agente forçador. Futuramente, o sistema poderá ser aplicado na optimização de planos de contingência, sustentando análises de risco, e em sistemas de alerta e aviso para acidentes de poluição.The severe impact of oil spill accidents in the marine environment reinforces the great importance of these environmental catastrophes. The development of tools to assist coastal management authorities in the prevention and mitigation of such accidents remains a priority in governmental strategic plans. This work proposes a new integrated system of analysis developed for application to oil spills in coastal areas, harbours and ocean. A new methodology was developed based on the synergy of numerical modeling with satellite remote sensing. The proposed system integrates a flexible component of numerical modeling (2D/3D) and a new segmentation algorithm for hydrocarbons spills observed in SAR images. The remote sensing algorithm was designed to validate the results of the modeling system. The modeling system is based on an Eulerian-Lagrangian approach for solving the oil spill processes, using unstructured grids for the discretization of the study area in a multi-scale perspective. Most processes occurring at the sea surface and in the water column during an oil spill are included in the integrated model. A new algorithm for costal retention that considers the intertidal dynamics for application in beaches, coastal lagoons and estuaries was also developed. Several synthetic and real applications were performed to verify the accuracy, robustness, reliability and flexibility of the integrated models, with varying computational costs and degrees of complexity. The application of the methodology to the Prestige accident demonstrated that the synergy between remote sensing and numerical modeling is an asset to the prediction of oil spills fate in the marine environment, and was the basis for a qualitative analysis of the wind forcings accuracy e ect. In the future, the new system can be applied in the prevention, prediction and optimization of contingency plans, supporting risk analysis studies, and as a key element in alert and warning systems for coastal pollution accidents.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (SFRH/BD/22124/2005); Laboratório Nacional de Engenharia Civil pela cedência de todos os recursos indispensáveis à realização deste trabalho (destacando os projectos "G-Cast: Aplicação da computação GRID num sistema de simulação e previsão da morfodinâmica em zonas costeiras"( GRID/GRI/81733/2006) e "Distribuição e paralelização de modelos numéricos em Hidráulica e Ambiente" pela disponibilização de formação e acesso aos recursos de HPC