Modelling the fate and transport of oil spills

dc.contributor.advisor1Chacaltana, Julio Tomas Aquije
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000324886232
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9108224414966705
dc.contributor.authorBarreto, Fernando Tulio Camilo
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2156361210726954
dc.contributor.referee1Miranda, Fernando Pellon de
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-8267-9357
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5668739542769825
dc.contributor.referee2Teixeira, Edmilson Costa
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-7535-8689
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2223526989758235
dc.contributor.referee3Innocentini, Valdir
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-6089-8260
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2481948883293421
dc.contributor.referee4Buarque, Diogo Costa
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/000000032698520X
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/8616432679482558
dc.contributor.referee5Moreira, Roger Matsumoto
dc.date.accessioned2024-05-29T22:11:05Z
dc.date.available2024-05-29T22:11:05Z
dc.date.issued2019-08-02
dc.description.abstractThe consequence associated with oil spills in water bodies goes beyond the dreadful environmental damages, causing a great economical loss and health issues for the population. To minimize its damage, the application of computational models that predict the evolution of oil slicks is a powerful supporting tool in the mitigation of oil spill accidents. In this thesis we constructed an open source three dimensional oil spill fate and transport model (available at https://github.com/fernandotcbarreto/SYMOS-model), employing state-of-art parametrizations for the physical-chemical processes undergone by the oil, and the lagrangian parcel method to resolve the advection and turbulent diffusion of the slick. To overcome the unpredictable nature of oil spills we implemented a probabilistic method that simulates a great number of scenarios under different meteoceanographic conditions, from which were calculated statistical parameters that allow a thorough description of the impacts by the oil slick.The transport and the four physical-chemical weathering processes implemented in the model, evaporation, emulsification, dissolution, and vertical dispersion (entrainment), were validated against measured and theoretical data, giving good correlations. After the validation of the model, it was applied to a study case in the Espírito Santo- Vitória bay system (SEIV), a region with intense port activities, to evaluated the sensibility of the study region to oil spills. For this evaluation, were performed probabilistic and continuous simulations for hypothetical spills in two locations of intense traffic of vessels, the entrance of Vitória bay (Vitória bay spill) and near Tubarão port (Tubarão port spill). The simulations were reproduced for a period of summer and winter to account for the seasonal variability in the analysis. For the Vitória bay spill, the statistical maps showed a small variability between summer and winter, with the most affected areas situated in the entrance of the Vitória bay and in the nearby Espírito Santo bay. This case was highly controlled by the tidal regime, with the slick dynamics reproducing the ebb dominance of the local current system. For the Tubarão port spill, on the contrary, there was a great variability between summer and winter. For summer, it was observed a clear tendency for the spill to propagate towards Camburi beach, and for winter all deterministic cases showed a transport outwards of the SEIV. For the continuous case the worst scenario for the study region was the Tubarão port spill in summer, since a great area of the SEIV and all extension of the Camburi beach was affected by the spill.
dc.description.resumoAs consequências associadas a derramamentos de óleo em meios aquosos vão além dos danos ambientais, causando grandes prejuízos econômicos e problemas de saúde para a população. Para minimizar estes efeitos, a aplicação de modelos computacionais para a predição da evolução de manchas de óleo constitui em uma poderosa ferramenta de mitigação de acidentes envolvendo derramamentos de óleos. Nesta tese foi construído um modelo de código aberto 3D para estudar a evolução do transporte e da química de uma mancha de óleo (disponível em https://github.com/fernandotcbarreto/ SYMOS-model), empregando parametrizações estado-da-arte para os processos físico-químicos, e o método das parcelas lagrangeanas para resolver a advecção e a difusão turbulenta da macha de óleo. Para contornar a natureza não previsível de um derramamento de óleo foi implementado um método probabilístico, em que são simulados um grande número de cenários sob diferentes condições meteo-oceanográficas, a partir dos quais foram calculados parâmetros estatísticos que permitem uma descrição robusta dos impactos de uma mancha de óleo. O transporte e os quatro processos físico-químicos implementados no modelo, evaporação, emulsificação, dissolução, e dispersão vertical (entranhamento), foram validados com dados medidos, com os resultados produzindo bons valores de correlação. Após a validação do modelo, este foi aplicado em um estudo de caso no sistema de baías formado pelas baías doEspírito Santo e de Vitória (SEIV), uma região com intensa atividade portuária, para avaliar a sensibilidade da região a derramamentos de óleo. Para isto, foram realizadas simulações probabilísticas e contínuas para derramamentos hipotéticos em dois locais de intenso tráfico de navios, a entrada da baía de Vitória (derramamento da baía de Vitória) e a adjacência do porto de Tubarão (derramamento do porto de Tubarão). As simulações foram reproduzidas para o período de verão e inverno para incluir a variabilidade sazonal nas análises. Para o derramamento da baía de Vitória, os mapas estatísticos mostraram uma pequena variabilidade entre o verão e o inverno, com as áreas mais afetadas localizadas na entrada da baía de Vitória e região adjacente da baía do Espírito Santo. Este caso foi fortemente controlado pelo regime de maré, com a dinâmica da mancha reproduzindo a dominância das correntes de vazante da região. No derramamento do porto de Tubarão foi observada uma grande variabilidade entre o verão e o inverno. Para o verão ocorreu uma clara tendência da mancha em propagar em direção a praia de Camburi, e para o inverno todas as simulações determinísticas mostraram o transporte da macha para fora do SEIV. Para a simulação contínua o pior cenário analisado foi o do derramamento do porto de Tubarão para o verão, com uma grande área do SEIV e toda extensão da praia de Camburi afetadas pela mancha
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/13383
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Ambiental
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
dc.rightsopen access
dc.subjectDerramamento de óleo
dc.subjectModelagem computacional
dc.subjectParcelas lagrangeanas
dc.subjectSimulação probabilística
dc.subjectOil spill
dc.subjectComputational modelling
dc.subjectLagrangian parcels
dc.subjectProbabilistic simulation
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Sanitária
dc.titleModelling the fate and transport of oil spills
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typedoctoralThesis

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