ESTIMATIVA DA CONCENTRAÇÃO DE MONÓXIDO DE CARBONO PROVENIENTE
DE EMISSÃO VEICULAR NA BACIA AÉREA III DA RMRJ VIA AERMOD
Bruno D'Aiuto da Cunha 1 , Davi Pegado Gomes1, Maria Francisca Azeredo Velloso1,2, Marcio S.
Ferreira3, Luiz C. G. Pimentel1
RESUMO
No estudo foi desenvolvida a estimativa da concentração do poluente monóxido de carbono
proveniente de emissões veiculares da Bacia Aérea III da Região Metropolitana do Rio de Janeiro.
O modelo gaussiano de qualidade do ar AERMOD foi utilizado para perfazer simulações da
dispersão atmosférica de poluentes considerando a base de dados meteorológicos de superfície e
altitude do aeroporto SBGL. Os dados de saída do modelo foram analisados e comparados aos
padrões da resolução CONAMA 03/90. Ocorreram violações significativas em ambos padrões de 1
e 8 horas. Futuramente, pretende-se comparar estes dados simulados com dados observacionais das
estações de monitoramento da FEEMA, bem como analisar as condições meteorológicas para as
situações de maior concentração.
ABSTRACT
In this paper, the Carbon Monoxide concentration emitted from mobile sources was evaluated on
Rio de Janeiro airshed III. The USEPA Gaussian Model AERMOD was used to perform
simulations of the atmospheric dispersion considering the meteorological data base of surface and
upper air from airport SBGL. The model outputs were evaluated and compared with the CONAMA
03/90 resolution. There were significant violation in both 1 and 8 hours patterns. The next step of
this job is to compare the numerical results with real data from official monitoring network from
FEEMA, and investigate the meteorological conditions linked to episodes of higher concentrations.
Palavras-Chave: Modelagem da Qualidade do Ar, Dispersão de Poluentes Atmosféricos e Fontes
Móveis.
INTRODUÇÃO
O estudo da dispersão de poluentes atmosféricos tem sido objeto de intensa pesquisa nas
últimas décadas. A utilização da modelagem computacional, em conjunto com o desenvolvimento
de computadores de grande velocidade de processamento tem possibilitado o estudo mais realístico
do transporte de contaminantes na atmosfera, permitindo na descrição do fenômeno a incorporação
1
Núcleo Computacional de Qualidade do Ar (NCQAR), Laboratório de Modelagem e Processos Marinhos e
Atmosféricos (LAMMA), Departamento de Meteorologia - Instituto de Geociências (IGEO) - Universidade Federal do
Rio de Janeiro (UFRJ). Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza, Bloco G, Ilha do Fundão - Cidade Universitária,
CEP: 21949-900, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Tel: (21) 2598-9470 Ramal:26 Fax: (21) 2598-9474. E-mail
[email protected] , [email protected] , [email protected]
2
COPPE/UFRJ – Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e
Pesquisa de Engenharia. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Cidade Universitária, Cx. Postal 68503, Rio de
Janeiro, RJ, 21945-970. Tel.: (021) 2562-8406. E-mail: [email protected]
3
PETROBRAS – Gerência de Segurança, Meio Ambiente e Saúde da Unidade de Negócio e Produção do Rio de Janeiro
– UN-RIO/SMS. Rua Moraes e Silva, 40 – 10° andar Ed. Ouro Negro – Maracanã – Rio de Janeiro CEP: 20271-030,
Tel.:(021)3876-8110 ou (021)9731-3083. [email protected].
dos efeitos físico-químicos da atmosfera como a turbulência, processos de deposição seca e úmida,
cinética das reações químicas, formação de nuvens e balanço de radiação na atmosfera.
No Brasil, a exemplo do que ocorre com a maioria dos países em desenvolvimento, a maior
parte das grandes instalações industriais como refinarias, pólos petroquímicos, centrais de geração
de energia e siderúrgicas, responsáveis pelas emissões de poluentes para a atmosfera, estão
concentradas em áreas urbanas. Juntamente com a industrialização nestas áreas, houve um rápido
crescimento da frota veicular, que aumentou significativamente a contribuição dessa fonte emissora
sobre a degradação da qualidade do ar, principalmente nas regiões metropolitanas do país. Os
centros urbanos concentram as principais vias de tráfego e os maiores fluxos de veículos, onde
ocorrem os grandes congestionamentos que contribuem ainda mais para o aumento da emissão de
poluentes. Segundo o Inventário de Fontes Emissoras de Poluentes Atmosféricos da Região
Metropolitana do Rio de Janeiro (FEEMA, 2004), verificou-se que as fontes móveis são
responsáveis por 77% do total de poluentes emitidos para a atmosfera, enquanto as fontes fixas
contribuem com 22%.
Sistemas de modelagem para realizar simulações de transporte de poluentes estão sendo
bastante explorados e avaliados. Os Modelos de Qualidade do Ar (MQAr) são ferramentas
computacionais que podem estabelecer o impacto das emissões gasosas de um empreendimento
sobre a qualidade do ar da atmosfera da região, através da estimativa da distribuição espacial da
concentração desses poluentes e posteriormente a comparação desses valores com os padrões de
qualidade do ar. Para a simulação desse impacto através da modelagem matemática dos processos
físico-químicos que ocorrem na atmosfera são necessárias informações a respeito dos padrões de
emissão, parâmetros meteorológicos, características topográficas e da categoria de uso do solo da
região de estudo.
Sax e Isakov (2003) apresentaram técnicas de análise de incerteza estabelecidas para
demonstrar um método geral para avaliar a variabilidade e incerteza em um sistema de modelos de
dispersão de poluentes gaussiano. Usando técnicas estatísticas de Monte Carlo, considerada uma
extensão da Teoria de Taylor que não requer necessariamente a existência de uma turbulência
estacionária e homogênea, foram propagadas as incertezas para os modelos ISCST3 e AERMOD.
As contribuições de variabilidade e incerteza de quatro componentes do modelo foram estimadas:
emissões, distribuição de espaço e tempo de emissões, parâmetros do modelo e meteorologia. O
AERMOD predisse uma maior gama de concentrações de poluente que o ISCST3 para fontes em
níveis mais baixos. Esta gama aumentou com o decréscimo da distância da fonte receptor.
Recentemente o AERMOD foi recomendado pela US-EPA como o modelo apropriado para o
licenciamento de atividades industriais em escala local. Segundo o EPA, este modelo deve ser
utilizado como substituto do modelo Industrial Source Complex 3 - ISC3 pois apresenta uma
melhoria nas parametrizações de camada limite, além de incorporar um novo algorítimo para o
efeito downwash (US-EPA, 2005).
Assim, motivados pela relevância e complexidade do estudo da poluição do ar e seus efeitos
sobre o meio ambiente, objetivamos neste trabalho, aplicar o modelo gaussiano de qualidade do ar
AMERICAN METEOROLOGY SOCIETY-ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY
REGULATORY MODEL – AERMOD (EPA, 1998a) para a simulação do transporte de poluentes
atmosféricos oriundos de fontes móveis na Bacia Aérea III da Região Metropolitana do Rio de
Janeiro (RMRJ).
METODOLOGIA
Para desenvolvimento da simulação da dispersão de poluentes, foi utilizado o modelo
gaussiano AERMOD, que fornece resultados de concentraçãode poluentes atmosféricos. Tal
modelo utiliza um processador de dados meteorológicos de superfície e altitude, denominado
AERMOD METEOROLOGICAL PREPROCESSOR - AERMET, que estima inúmeros parâmetros
da CLA. O modelo pode realizar o tratamento do transporte de poluentes sobre terrenos complexos
através do pré-processador de terreno, denominado AERMOD TERRAIN PREPROCESSOR AERMAP. Assim, a partir de arquivos do modelo de elevação digital (DEM), tal código permite a
geração de dados topográficos com a localização dos receptores. Além destes o modelo AERMOD
possui internamente a INTERFACE meteorológica, que utiliza os parâmetros da CLA e os dados de
observação meteorológica para gerar informações necessárias da distribuição vertical da atmosfera.
A localização escolhida para este estudo foi a RMRJ, mais especificamente a Bacia Aérea III,
por ser a área de maior número de veículos automotores do Estado do Rio de Janeiro. As
informações topográficas utilizadas possuem resolução de 90 metros. A avaliação foi desenvolvida
para os meses de junho, julho e agosto de 2003, por ser o período de inverno onde a atmosfera
apresenta um condicionamento estaticamente estável, conseqüentemente, prejudicando ainda mais a
dispersão dos poluentes.
Os dados meteorológicos de superfície foram obtidos através do código Metar, e os dados de
altitude através dos dados de sondagem, provenientes da estação meteorológica de superfície e
altitude instaladas na Base Aérea do Galeão (SBGL). As simulações foram desenvolvidas
considerando as emissões de monóxido de carbono (CO) originado da combustão incompleta de
combustíveis automotivos. As estimativas dos valores das concentrações máximas horárias e para o
período de oito horas são comparadas aos padrões da resolução CONAMA 03/90, que apresentam
padrão primário e secundário de 40000 µg/m3, para o tempo de amostragem de uma hora e 10000
µg/m3 para o tempo de amostragem de oito horas.
Foram utilizados neste estudo dados de 27 trechos de logradouros, vias e estradas (Loureiro,
2005) como mostra a Tabela 1, que representam as fontes com maior poder de emissão da Bacia
Aérea III. Utilizamos a opção do AERMOD de modelagem da fonte linha como uma fonte área,
sendo que a informação referente a largura dos trechos não estavam disponíveis no trabalho de
Loureiro (2005). Dessa forma, utilizamos a ferramenta Google Earth para a estimativa deste
parâmetro, o que pode acarretar na subestimativa ou superestimativa dessa informação.
Tabela 1 – Parâmetros das fontes móveis. Fonte: modificada de (LOUREIRO, 2005)
Nome da Fonte Emissora
TRECHO-88A
TRECHO-90
TRECHO-89
TRECHO-228A
TRECHO-88
TRECHO-28A
TRECHO-79
TRECHO-87
TRECHO-87B
TRECHO-08
TRECHO-87A
TRECHO-91
TRECH0-85
TRECHO-09
TRECHO-81
TRECHO-80
TRECHO-28
TRECHO-143
TRECHO-173
TRECHO-102
TRECHO-19
TRECHO-207
TRECHO-204
TRECHO-296
TRECHO-203
TRECHO-132
TRECHO-83
Latitude 1
22 51 16
22 53 41
22 53 41
22 47 43
22 52 0
22 52 6
22 48 45
22 49 15
22 51 09
22 38 14
22 50 06
22 51 10
22 49 17
22 40 27
22 52 13
22 50 50
22 53 13
22 54 41
22 53 09
22 48 19
22 49 27
22 53 01
22 53 09
22 54 38
22 52 21
22 54 54
22 51 48
Longitude
1
Latitude 2
43 29 33 22 52 1
43 41 34 22 51 10
43 41 34 22 52 3
43 17 0 22 42 35
43 25 22 22 51 16
43 11 58 22 52 31
43 17 33 22 50 52
43 18 57 22 50 6
43 23 21 22 51 59
43 17 01 22 40 25
43 21 41 22 51 10
43 47 02 22 51 50
43 18 56 22 48 55
43 17 05 22 42 05
43 14 53 22 53 18
43 14 50 22 52 14
43 13 08 22 52 06
43 12 30 22 54 03
43 17 28 22 52 20
43 22 01 22 51 41
43 13 49 22 48 07
43 20 32 22 54 59
43 17 28 22 53 49
43 12 39 22 56 29
43 15 52 22 52 15
43 13 04 22 54 16
43 14 15 22 53 11
Longitude
2
43 36 28
43 47 2
43 36 28
43 17 21
43 29 31
43 07 26
43 14 59
43 21 41
43 25 23
43 17 07
43 23 18
43 48 27
43 17 28
43 17 21
43 13 56
43 14 52
43 11 59
43 10 35
43 15 53
43 18 28
43 12 24
43 21 43
43 18 08
43 15 04
43 14 53
43 10 25
43 13 40
Diametro
(m)
42
42
42
12
42
24
42
42
42
12
42
42
42
12
42
42
24
48
18
15
12
0
18
15
18
12
18
Altura da
Fonte(m)
T (ºC)
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Nivel do
solo (m)
60
7
40
12
50
55
20
40
60
40
50
30
30
15
30
50
20
40
50
55
20
80
35
80
50
45
30
CO
(mg/s)
CO (g/sm**2)
442928
387667
341449
301802
268456
251288
218203
183186
141636
128239
126074
100695
96611.3
96568.4
96106.3
95675.4
91081.8
82338.4
78547.4
77820.6
74531.5
64228
61264.4
58853.4
56940.8
52987.9
52488.7
0.000714099
0.000819359
0.000930054
0.000611785
0.001236344
0.000919126
0.000653419
0.00077125
0.002318921
0.001059074
0.001485627
0.002431189
0.000865809
0.000589985
0.000950133
0.001289739
0.000712841
0.00069279
0.000970994
0.000241324
0.001270085
0.000966241
0.001927111
0.00043806
0.002582888
0.000565482
0.001277984
LARGURA
MÉDIA
52
45
40
52
30
35
57
48
16
30
25
15
43
54
39
29
45
34
26
37
17
16
19
25
13
20
15
COMPRIMENTO
11928.1
10514.1
9178.2
9486.8
7237.9
7811.4
5858.6
4948.3
3817.4
4036.2
3394.5
2761.2
2595
3031.1
2593.6
2558
2839.4
3495.6
3111.3
8715.5
3451.9
4154.5
1673.2
5374
1695.8
4685.2
2738.1
RESULTADOS
A figura 1 ilustra o resultado obtido pelo modelo para a concentração de CO utilizando todas
as fontes linhas citadas na tabela 1. Através desta podemos notar alguns focos de elevada
concentração de poluição, principalmente sobre o Centro do Rio de Janeiro onde temos uma grande
quantidade de emissão veicular. Também é possível perceber que nem todos esses focos estão
localizados exatamente no mesmo ponto onde estão localizadas as fontes de maior emissão.
Observado este fato, e tendo o conhecimento dos padrões da resolução CONAMA 03/90, foram
destacados na tabela 2 os valores das cinco maiores estimativas de concentração média horária e de
8 horas. Os resultados da simulação indicaram violação dos padrões de qualidade do ar.
Percebe-se que tanto pra condição horária quanto pra condição de 8 horas, as concentrações
máximas atingidas se encontraram no mesmo ponto, que está localizado na Avenida Presidente
Vargas nas vizinhanças da Praça Onze. No total, para o tempo de amostragem de uma hora, foram
encontradas 33 violações, todas no mesmo ponto. Já para o tempo de amostragem de oito horas
foram encontradas 74 violações em quatro pontos distintos. São eles: Avenida Presidente Vargas
(altura da Praça Onze), Rodovia Washington Luís (Início da BR-040 Rio-Magé), Avenida Leopoldo
Bulhões (próximo ao viaduto da Linha Amarela) e Final da Avenida Brasil (próximo ao trevo que
inicia a Rio-Santos).
Figura 1 – Resultado da simulação da concentração média de 1 hora para o poluente CO
Tabela 2: Cinco maiores concentrações encontradas (µg/m3).
1 Hora
8 Horas
Concentração
AMMDDHH
Latitude
Longitude
Concentração
AMMDDHH
Latitude
Longitude
54751
3062510
22º54’24’’
43º11’41’’
30795
3082208
22º54’24’’
43º11’41’’
54437
3060307
22º54’24’’
43º11’41’’
30075
3070708
22º54’24’’
43º11’41’’
54340
3070901
22º54’24’’
43º11’41’’
28024
3080508
22º54’24’’
43º11’41’’
54094
3061706
22º54’24’’
43º11’41’’
28011
3082108
22º54’24’’
43º11’41’’
53914
3080906
22º54’24’’
43º11’41’’
27633
3070908
22º54’24’’
43º11’41’’
CONCLUSÕES
Através da análise dos dados de concentração estimados em relação aos padrões da resolução
CONAMA 03/90, conclui-se que houve uma quantidade significativa de violações para este
período.
Os pontos onde ocorreram violações estão localizados em áreas de intenso tráfego, onde há
uma grande emissão de poluentes. A região onde ocorreram os maiores níveis de concentração e a
maioria das violações está situada no centro do Rio de Janeiro, onde existe uma intensa frota
veicular e grande ocorrência de congestionamento o que acarreta numa intensificação dos níveis de
emissão. As demais localidades onde ocorreram violações também estão situadas em áreas de
grande tráfego com algumas ocorrências de congestionamento, que apesar de ocorrerem em menor
quantidade que no centro do Rio de Janeiro também intensificam os níveis de emissão.
As altas concentrações foram favorecidas pelo condicionamento estaticamente estável da
atmosfera durante o período de simulação. Porém, estas violações não podem ser unicamente
atribuídas aos fenômenos meteorológicos e o controle destas emissões deve respeitar os padrões de
qualidade do ar.
Para um trabalho futuro, pretende-se comparar estes dados simulados pelo modelo com dados
reais das estações de monitoramento da FEEMA, além de uma análise criteriosa das condições
meteorológicas para as situações de maior concentração onde ocorreram violações.
AGRADECIMENTOS
Os autores desse trabalho gostariam de agradecer a FAPERJ, CAPES e ao CNPq pelo
financiamento da pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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