Universidade de Aveiro Departamento de Ambiente e Ordenamento 2005 Ana Paula Godinho Modelos gaussianos de primeira e segunda geração: Cordeiro Mesquita um caso de estudo Universidade de Aveiro Departamento de Ambiente e Ordenamento 2005 Ana Paula Godinho Modelos gaussianos de primeira e segunda geração: Cordeiro Mesquita um caso de estudo dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Poluição Atmosférica, realizada sob a orientação científica da Doutora Ana Isabel Couto Neto da Silva Miranda, Professora Auxiliar do Departamento de Ambiente e Ordenamento da Universidade de Aveiro, e a co-orientação do Doutor António Pedro Viterbo de Sousa Azevedo, Investigador do Departamento de Investigação do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts o júri presidente Doutor Carlos Alberto Diogo Soares Borrego professor catedrático da Universidade de Aveiro vogais Doutor Nelson Augusto da Cruz Azevedo professor associado da Universidade Fernando Pessoa Doutora Ana Isabel Couto Neto da Silva Miranda professora auxiliar da Universidade de Aveiro Doutor António Pedro Viterbo de Sousa Azevedo Investigador do Departamento de Investigação do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts agradecimentos À TEJO ENERGIA – Produção e Distribuição de Energia Eléctrica, S.A. e à PEGOP – Energia Eléctrica, S.A., agradeço a disponibilização em tempo útil da informação cedida, nomeadamente de dados de emissões atmosféricas, meteorologia e qualidade do ar. Um agradecimento especial à Engª Maria José Lopes, por todos os esclarecimentos prestados. Ao Instituto Geográfico Português (Ministério das Cidades, Ordenamento do Território e Ambiente, Secretaria de Estado do Ordenamento do Território) (www.igeo.pt) agradeço a cedência de informação geográfica oficial, no âmbito do Programa FIGIEE (Modelo Digital do Terreno do Continente, para a região do Pego, com uma malha de 25m) – Licença de Utilização nº 237/04. Ao Instituto de Meteorologia (Ministério da Ciência e da Tecnologia) agradeço a cedência de informação meteorológica das estações climatológicas de Alvega, Tancos e Castelo Branco. À EDP Produção EM – Engenharia & Manutenção, S.A., agradeço as facilidades dadas no decurso da elaboração da presente dissertação. Um agradecimento particular ao Engenheiro Nuno Portal. Agradeço à Doutora Ana Isabel Miranda a orientação e o apoio prestados. Um reconhecimento especial pelo incentivo e pelo espírito positivo que me soube transmitir nos momentos mais cinzentos. Ao Doutor António Pedro Viterbo agradeço também a orientação e todos os esclarecimentos na área da meteorologia. Uma palavra de apreço ainda à família e aos amigos, em particular à Eng.ª Luisa Nogueira, pelos ensinamentos sobre redes de qualidade do ar, e à Eng.ª Clara Cristina Freitas e ao Eng.º Jorge Neto, sobre tratamento de dados meteorológicos. Ao Miguel: muito obrigada. À Maria Ana e ao Domingos: “a mãe agora não pode” custou um bocadinho a ouvir... e muito a dizer. Agora a mãe já pode, e está feliz por isso. palavras-chave AERMOD, ISCST3, modelo gaussiano de dispersão, qualidade do ar, dióxido de enxofre. resumo O modelo gaussiano de dispersão atmosférica Industrial Source Complex, versão 3 (ISC3) tem sido amplamente usado em Portugal, nos últimos anos, em estudos de qualidade do ar. O ISC3 é, actualmente, o modelo de aplicação geral recomendado para aplicações regulamentares nos Estados Unidos da América, mas a curto prazo irá ser substituído pelo AERMOD, considerado um modelo de segunda geração que reflecte o conhecimento científico adquirido ao longo das últimas décadas. No âmbito da presente dissertação, os dois modelos são utilizados para previsão das concentrações de dióxido de enxofre ao nível do solo, resultantes das emissões de uma central termoeléctrica convencional, a carvão, situada na região de Abrantes. É analisada a influência, nos valores estimados pelo AERMOD, da selecção de parâmetros relacionados com os usos do solo, específicos do local, que o modelo requer como dados de entrada. A apreciação geral do desempenho dos dois modelos, de primeira e segunda geração, para as condições de simulação que caracterizam o caso de estudo, tem por base a comparação entre as estimativas e as concentrações medidas nas estações de monitorização da qualidade do ar existentes na envolvente da central. O presente trabalho propõe um contributo adicional para a utilização, em Portugal, de modelos de dispersão de tipo gaussiano avançados, procurando identificar as vantagens, bem como as limitações presentes face à natureza e ao formato da informação de base requerida. keywords AERMOD, ISCST3, Gaussian dispersion model, air quality, sulphur dioxide. abstract The Gaussian dispersion model Industrial Source Complex, version 3 (ISC3) has been widely used in Portugal in air quality studies over the last years. ISC3 is currently the recommended model within the United States of America for general regulatory purposes, but soon will be replaced by AERMOD, which is considered a new generation model that incorporates the scientific knowledge gained over the last decades. Within the present dissertation, both models are applied to the prediction of sulphur dioxide ground level concentrations due to the emissions from a conventional coal power plant, located in Abrantes region. The sensitivity of AERMOD predictions to the selection of site-specific land use parameters, required as input, is discussed. The analysis of the overall performance of both old and new generation models, under the simulation conditions of the case study, is based on the comparison between predictions and measured concentrations from the air quality monitoring stations located around the plant site. The current work is intended to be a contribution to the use of advanced Gaussian type dispersion models in Portugal, trying to identify the advantages, as well as the current limitations considering the type and the format of the required base data. MODELOS GAUSSIANOS DE PRIMEIRA E SEGUNDA GERAÇÃO: UM CASO DE ESTUDO ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................... 1 2 MODELAÇÃO NUMÉRICA DE ESCALA LOCAL .......................................................................... 3 2.1 A EQUAÇÃO DO PENACHO GAUSSIANO............................................................................................... 4 2.2 INFLUÊNCIA DA OROGRAFIA, DOS OBSTÁCULOS E DEPOSIÇÃO............................................................ 7 2.3 LIMITAÇÕES E INCERTEZA .................................................................................................................. 8 3 OS MODELOS GAUSSIANOS DE DISPERSÃO DE PRIMEIRA E DE SEGUNDA GERAÇÃO – ISCST3 VERSUS AERMOD........................................................................................................................ 11 3.1 ISCST3 ............................................................................................................................................ 11 3.2 AERMOD........................................................................................................................................ 13 3.3 PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE O ISCST3 E O AERMOD ............................................................... 14 3.3.1 Dispersão do penacho ............................................................................................................. 14 3.3.2 Efeitos de esteira ..................................................................................................................... 16 3.3.3 Parametrização da CLA .......................................................................................................... 16 3.3.4 Orografia................................................................................................................................. 17 3.3.5 Dados de entrada..................................................................................................................... 20 3.4 AVALIAÇÃO DOS MODELOS .............................................................................................................. 23 4 DESCRIÇÃO DO CASO DE ESTUDO .............................................................................................. 27 4.1 CENTRAL TERMOELÉCTRICA DO PEGO ............................................................................................. 27 4.1.1 Descarga e monitorização de efluentes gasosos ..................................................................... 30 4.1.2 Regime de funcionamento e emissões atmosféricas de SO2..................................................... 31 4.2 CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO DE ESTUDO ....................................................................................... 33 4.2.1 Área de simulação ................................................................................................................... 33 4.2.2 Orografia................................................................................................................................. 35 4.2.3 Uso do solo.............................................................................................................................. 38 4.2.4 Meteorologia ........................................................................................................................... 41 4.3 CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DO AR......................................................................................