Treball realitzat per:
Neus Rojas Domènech
Dirigit per:
Manuel Espino Infantes
Pablo Cerralbo
Màster en:
Enginyeria de Camins, Canals i Ports
Barcelona,
21 de Maig de 2017Departament d’Enginyeria Civil i Ambiental
TR
EB
A
LL
F
IN
A
L
D
E
M
À
ST
ER
PLA DE CONTINGÈNCIES PEL GOLF
DE SANT JORDI PER VESSAMENTS
D’HIDROCARBURS DES DE LA
PLATAFORMA PETROLÍFERA
CASABLANCA.
2
RESUM
Considerant el risc que podria suposar a les costes del mar balear un vessament d’hidrocarbur originat a la Plataforma Casablanca, en el present treball es busca estudiar quines serien les conseqüències d’un vessament d’aquest caire. D’aquesta manera, amb l’ajuda del Model GNOME, es busca avaluar quines són les zones de la costa que presenten més opcions de ser afectades així com la quantitat d’hidrocarbur amb la que haurien de treballar en cas d’afectació. Per altra banda, també es busca analitzar el temps que restaria entre l’origen del vessament i l’arribada d’aquest a la costa.
Amb això, es busca determinar quines són les zones de la costa que presenten un major risc d’afectació davant d’un succés d’aquest estil per tal de poder conèixer en quins punts s’hauria de realitzar una actuació amb més urgència, per tal de poder protegir-les de manera adequada i evitar problemes majors.
Per a fer aquest anàlisi, s’han usat dades de models numèrics contrastats per obtenir els forçaments hidrodinàmics i atmosfèrics. L’aproximació utilitzada s’ha basat en un anàlisi probabilístic a partir d’un conjunt de simulacions, cosa que ha permès establir patrons estacionals.
3
ABSTRACT
Considering the risk that could lead to the shores of the Balearic Sea caused by a spill in Casablanca platform, it is considered to study which would be the consequences of a spill of this nature. Thus, with the help of Model GNOME, it is pretended to assess which areas of the coast would have more options, taking into account the amount of oil that should work in the event of impact. On the other hand, it is needed to analyze the time remaining between the source of the spill and the arrival on the coast.
With this, we seek to determine which areas of the coast have a greater risk in front of an event of this kind in order to know at which points should make action more urgently in order to protect it properly and avoid greater problems.
To do this analysis, it has been used data from numerical models which provides hydrodynamic and atmospheric forcing. The approach used is based on a probabilistic analysis, taking into account a set of simulations, which have allowed to establish seasonal patterns.
4
AGRAÏMENTS
Agraeixo sincerament tant al meu tutor Manuel Espino com al meu cotutor Pablo Cerralbo per l’ajuda, el guiatge i el consell proporcionat tot aquest temps i també pel recolzament i els ànims donats en tot moment.
I també agrair el suport incondicional rebut per part de la meva família i la meva parella durant el transcurs d’aquest treball i també per la paciència que han mostrat durant aquest últim any.
5
ÍNDEX
ÍNDEX DE FIGURES ... 8 ÍNDEX DE TAULES ... 11 1. INTRODUCCIÓ... 12 2. ESTAT DE L’ART... 14 2.1 PLATAFORMA CASABLANCA ... 142.2 IMPACTES DERIVATS DELS VESSAMENTS D’HIDROCARBUR AL MAR... 16
2.3 TIPUS D’HIDROCARBURS ... 18
2.4 CRONOLOGIA DE VESSAMENTS ... 19
2.5 TRANSPORT HIDRODINÀMIC EN EL MAR. MODELS LAGRANGIANS. ... 20
3. OBJECTIUS ... 23
4. MATERIALS I MÈTODES ... 24
4.1 DESCRIPCIÓ DEL MODEL GNOME ... 24
4.2 DADES UTILITZADES ... 26
4.3 DETERMINACIÓ DELS PARÀMETRES ... 28
4.4 DETERMINACIÓ DEL NOMBRE DE SIMULACIONS ... 29
4.5 METODOLOGIA DE CÀLCUL ... 31
4.5.1 Quines àrees presenten una major probabilitat de ser afectades ... 31
4.5.2 Anàlisi quantitatiu de l’afectació a la costa ... 32
4.5.3 Quant temps es disposa en cada estació per planificar la resposta ... 33
5. CALIBRACIÓ ... 34
6
6.1 ANÀLISI DE SENSIBILITAT DE PRIMAVERA ... 38
6.2 ANÀLISI DE SENSIBILITAT D’HIVERN ... 40
7. RESULTATS ... 43
7.1 PROBABILITAT D’AFECTACIÓ DE LA COSTA ... 43
7.1.1 Costa de Barcelona ... 43
7.1.2 Costa de Tarragona i el Delta de l’Ebre ... 45
7.1.3 Mallorca i Menorca ... 46
7.1.4 Eivissa i Formentera ... 47
7.1.5 Illes Columbretes ... 49
7.2 ANÀLISI QUANTITATIU DE L’AFECTACIÓ A LA COSTA ... 50
7.2.1 Hivern ... 51
7.2.2 Primavera ... 53
7.2.3 Estiu ... 55
7.2.4 Tardor ... 57
7.2.5 Resum de l’anàlisi quantitatiu ... 59
7.3 TEMPS D’ARRIBADA A LA COSTA... 60
7.3.1 Hivern ... 60
7.3.2 Primavera ... 61
7.3.3 Estiu ... 62
7.3.4 Tardor ... 63
7.3.5 Resum del temps d’arribada a la costa ... 64
7 8.1 HIVERN ... 67 8.2 PRIMAVERA ... 69 8.3 ESTIU ... 72 8.4 TARDOR ... 74 9. CONCLUSIONS ... 77 10. BIBLIOGRAFIA ... 81
8
ÍNDEX DE FIGURES
Figura 1: Localització de les diferents àrees del Complex Industrial de Tarragona.[2]... 14
Figura 2: Localització de la Plataforma Casablanca i dels pous d’extracció de cru.[3] ... 16
Figura 3: Impactes generats per vessaments de hidrocarbur.[5] ... 17
Figura 4: Generador de mapes(esquerra) i línia de costa usada en les simulacions(dreta). ... 25
Figura 5: Mostra de les dades de corrents (esquerra) i de vents (dreta) usades en l’estudi. ... 27
Figura 6: Màscara usada per definir els punts que corresponen a la línia de costa. ... 30
Figura 7: Definició de les zones en les que es mostrarà la probabilitat d’afectació de la costa. 31 Figura 8: Cronologia de la simulació del vessament produït el 11/03/2002 a la Plataforma Actina. ... 35
Figura 9: Cronologia de la simulació del vessament produït el 23/10/2007 a la monoboia de descàrrega. ... 36
Figura 10: Cronologia de la simulació del vessament produït el 22/12/2010 a la Plataforma Casablanca. ... 36
Figura 11: Punts de control considerats en l’anàlisi de sensibilitat de Primavera. ... 38
Figura 12: Probabilitat d’arribada en els punts de control de Primavera. ... 39
Figura 13: Punts de control considerats per realitzar l’anàlisi de sensibilitat d’Hivern. ... 41
Figura 14: Probabilitat d’arribada en els punts de control d’Hivern. ... 41
Figura 15: Probabilitat d’arribada de hidrocarbur a la Costa de Barcelona considerant les diverses estacions de l’any. ... 44
Figura 16: Probabilitat d’arribada a la Costa de Tarragona i al Delta de l’Ebre durant les diverses estacions de l’any. ... 45
Figura 17: Probabilitat d’arribada a Mallorca i Menorca considerant les diferents estacions de l’any. ... 47
9 Figura 18: Probabilitat d’afectació a les Pitiüses durant les diverses estacions de l’any ... 48 Figura 19: Probabilitat d’afectació de les Illes Columbretes durant les diverses estacions de l’any. ... 49 Figura 20: Definició dels punts que presenten una major probabilitat de ser afectats,
classificats en funció de l’estació de l’any en les que s’analitzen. ... 50 Figura 21: Quantitat de hidrocarbur que pot arribar a la costa durant l’estació d’Hivern,
considerant tots els casos (esquerra) i considerant només quan arriba hidrocarbur (dreta). ... 51 Figura 22: Quantitat de hidrocarbur que pot arribar en els punts d’interès durant l’Hivern, considerant tots els casos (esquerra) i considerant només quan arriba hidrocarbur (dreta). ... 51 Figura 23: Quantitat d’hidrocarbur que pot arribar a la costa durant la Primavera, considerant tots els casos (esquerra) i considerant només quan arriba hidrocarbur (dreta). ... 53 Figura 24: Quantitat d’hidrocarbur que pot arribar als punts d’interès durant la Primavera, considerant tots els casos (esquerra) i considerant només quan arriba hidrocarbur (dreta). ... 53 Figura 25: Quantitat d’hidrocarbur que pot arribar a la costa durant l’Estiu, considerant tots els casos (esquerra) i considerant només quan arriba hidrocarbur (dreta). ... 55 Figura 26: Quantitat d’hidrocarbur que pot arribar als punts d’interès durant l’Estiu,
considerant tots els casos (esquerra) i considerant només quan arriba hidrocarbur (dreta). ... 56 Figura 27: Quantitat de hidrocarbur que pot arribar a la costa durant la Tardor, considerant tots els casos (esquerra) i considerant només quan arriba hidrocarbur (dreta). ... 57 Figura 28: Quantitat d’hidrocarbur que pot arribar als punts d’interès durant la Tardor,
considerant tots els casos (esquerra) i considerant només quan arriba hidrocarbur (dreta). ... 58 Figura 29: Temps que tarda l’hidrocarbur en arribar a la costa durant l’Hivern, en tot el domini (esquerre) i en els punts d’interès (dreta). ... 60 Figura 30: Temps que tarda l’hidrocarbur a arribar a la costa durant la Primavera, en tot el domini (esquerre) i en els punts d’interès (dreta). ... 61 Figura 31: Temps que tarda l’hidrocarbur en arribar a la costa durant l’Estiu, en tot el domini (esquerre) i en els punts d’interès (dreta). ... 62
10 Figura 32: Temps que tarda l’hidrocarbur en arribar a la costa durant la Tardor, en tot el
domini (esquerre) i en els punts d’interès (dreta). ... 63
Figura 33: Punts considerats per tal de poder analitzar els vents i les corrents en cada una de les estacions de l’any. ... 66
Figura 34: Roses dels vents en els punts considerats durant l’Hivern. ... 67
Figura 35: Roses de corrents en els punts considerats durant l’Hivern. ... 68
Figura 36: Roses dels vents dels punts considerats durant la Primavera. ... 70
Figura 37: Roses de corrents en els punts considerats durant la Primavera. ... 71
Figura 38: Roses dels vents en els punts considerats durant l’Estiu. ... 72
Figura 39: Roses de corrents en els punts considerats durant l’Estiu. ... 73
Figura 40: Roses dels vents en els punts considerats durant la Tardor. ... 74
Figura 41: Roses de corrents en els punts considerats durant l’Hivern. ... 75
Figura 42: Direcció principal dels vents i corrents en els punts considerats durant l’Hivern. .... 76
Figura 43: Direcció principal dels vents i corrents en els punts considerats durant la Primavera. ... 77
Figura 44: Direcció principal dels vents i corrents en els punts considerats durant l’Estiu. ... 77
11
ÍNDEX DE TAULES
Taula 1: Classificació del cru en funció de la seva densitat i la seva gravetat API. ... 18 Taula 2: Gravetat API de l’hidrocarbur que s’extreu dels pous submarins des de la Plataforma Casablanca. ... 19 Taula 3: Coordenades que defineixen el domini de les dades de vents i corrents. ... 27 Taula 4: Error de la probabilitat d’arribada en % en cada un dels punts de control respecte el resultat obtingut considerant el nombre total de simulacions realitzades durant la Primavera. ... 40 Taula 5: Error de la probabilitat d’arribada en % en cada un dels punts de control respecte el resultat obtingut considerant el nombre total de simulacions realitzades durant l’Hivern. ... 42 Taula 6: Resum de la quantitat de hidrocarbur que arriba i de la probabilitat d’arribada en tot el domini en les diverses estacions de l’any. ... 59 Taula 7: Taula resum de la probabilitat d’arribada i de la quantitat de hidrocarbur que pot arribar en els punts d’interès en les diferents estacions de l’any. ... 59 Taula 8: Taula resum del temps d’arribada de l’hidrocarbur a la costa considerant tot el domini d’estudi en cada una de les diferents estacions de l’any. ... 64 Taula 9: Taula resum del temps mínim d’arribada de l’hidrocarbur en els punts d’interès en cada una de les estacions de l’any. ... 64
12
1.
INTRODUCCIÓ
El petroli i els seus derivats són productes de ús quotidià i constant. Per aquest motiu, constantment es realitzen prospeccions per tal de poder trobar noves fonts d’aquesta matèria prima. A més, l’extracció des de les plataformes petrolíferes és una operació diària. Un cop s’ha realitzat l’extracció, és necessari transportar-lo cap a les refineries i finalment, realitzar-ne el seu transport cap a l’usuari final. Aquest fet fa que, juntament amb les activitats d’extracció, el transport d’aquests productes sigui constant.
Per altra banda, cada vegada és més comú sentir a parlar de vessaments de hidrocarbur produïts al mar, ja sigui perquè algun vaixell encalla a la costa, perquè pateix un accident a alta mar, com en el cas del Prestige, per averies en canonades que transporten petroli o per alguna averia que es produeixen en alguna plataforma d’extracció, com el cas de BP al Golf de Mèxic. És per aquest motiu que resulta necessari realitzar un pla de contingència per aquelles zones de la costa que presenten un cert risc, com pot ser en el cas que hi ha hagi una plataforma d’extracció, un port o una refineria. D’aquesta manera es poden determinar les zones amb més risc d’afectació i es pot actuar en conseqüència en cas de vessament.
Si ens centrem en la costa Nord-Oest del Mediterrani, en els últims anys s’han produït alguns vessaments de hidrocarbur, alguns dels quals han tingut per origen la Plataforma de Casablanca, plataforma d’extracció de cru operada per la companyia Repsol situada a 45 km de les costes de Tarragona.
Tenint en compte l’abast que poden agafar aquests tipus de vessament, considerant també les afectacions i els impactes que d’aquests en deriven, ja siguin ambientals o econòmics, i tenint en compte la presència de zones d’interès natural en aquestes costes (com pot ser el Delta de l’Ebre), es considera oportú realitzar un estudi en el mar balear per analitzar quins serien els desperfectes que causaria un vessament originat a la Plataforma Casablanca.
Per tal de poder realitzar aquest estudi, s’usarà un model Lagrangià de partícules (model GNOME) per realitzar simulacions aleatòries de vessaments a la Plataforma Casablanca en diverses èpoques de l’any i, així, poder determinar la trajectòria de l’hidrocarbur en el suposat vessament utilitzant dades meteorològiques del Centre Europeu i oceàniques del servei de Copernicus.
Generalment, aquests estudis es solen realitzar amb direccions i velocitats de vent i corrents fixos per analitzar les zones que podrien ser afectades. Tot i això, en aquest cas s’usen sèries
13 històriques de dades per a realitzar l’estudi, cosa que permet realitzar un anàlisi de trajectòries.
D’aquesta manera, un cop vista la trajectòria de l’hidrocarbur, amb l’ajuda d’una malla regular, es podran definir quines són les àrees amb major risc d’afectació del mar balear en cas de vessament. Concretament, en aquest cas, es determinen diversos aspectes per tal de definir aquest risc: primer de tot es definiran les zones que presenten una certa probabilitat d’afectació, dins de les qual es consideraran de manera més detallada la que presenten una major probabilitat. Seguidament es determinarà quina és la quantitat de hidrocarbur que pot arribar tant a la costa com a les zones de major probabilitat d’afectació i, finalment, s’estudiarà el temps d’arribada per tal de conèixer de quin marge de temps és disposa per tal de poder actuar de manera adequada.
Per altra banda, s’analitzen les dades usades per tal de determinar el comportament de l’hidrocarbur i poder definir quins són els components que agafen un paper principal en el seu transport en el cas que ens ocupa.
14
2. ESTAT DE L’ART
2.1 PLATAFORMA CASABLANCA
El Complex Industrial de Tarragona, propietat de Repsol, conforma un conjunt de instal·lacions destinades a la producció d’una gran quantitat de productes derivats del petroli. Aquest complex abasta una superfície de 500 hectàrees (equivalent al casc urbà de Tarragona) dividies en l’àrea d’exploració, de refinament, l’àrea química i l’àrea de GLP (gasos liquats de petroli), per qüestions de logística i de gestió.[1]
L’àrea de refinament engloba totes les unitats destinades a processar el petroli cru i a destil·lar-lo per tal de poder obtenir diversos derivats. En aquesta àrea es processen un total de 9.5 milions de tones de matèria prima.
L’àrea de GLP, la qual abasta una superfície de 5.6 hectàrees, és la zona en la que es realitza el tractament d’aquests gasos. El gasos es reben mitjançant canonades per via marítima, el qual s’emmagatzema i, posteriorment, es subministra. En aquesta àrea es produeixen un total de
15 482.000 tones de GLP per a combustible domèstic, industrial i dirigit a l’automoció i és l’encarregada de subministrar butà i propà, entre altres, al nord-est de la península.
L’àrea química és on es realitza la transformació de les olefines obtingudes durant el refinat en diferents polímers, com poden ser polipropilens o metilmetacrialts. Aquesta àrea ocupa una superfície de 150 hectàrees.
Finalment, queda l’àrea de exploració que està composta pel Pantalà (que correspon a la terminal marítima del complex) i per la Plataforma Casablanca. El Pantalà conforma la terminal marítima on els vaixells disposen de 5 fronts d’atracament per a realitzar-ne la seva descàrrega de productes derivats del petroli i abasta una superfície de 9.000m2. A part, també consta d’una monoboia flotant situada a 3 kilòmetres de la costa de Tarragona on els vaixells realitzen la descàrrega de cru.[1]
De totes les àrees i instal·lacions que componen aquest complex industrial, la part que més interessa per a la realització del present estudi correspon a la Plataforma Casablanca, considerada dins de l’àrea d’exploració del complex (actualment és l’única plataforma petrolífera espanyola des de la que s’extreu petroli). La Plataforma Casablanca es troba situada a 45 kilòmetres de la costa de Tarragona, amb coordenades 40º44’N i 1º26’ E.
Es tracta d’una estructura de 170 metres d’altura i de 8000 tones de pes i la seva base es troba recolzada sobre el fons marí a 161 metres de profunditat mitjançant una estructura d’acer. La Plataforma s’eleva uns 75 metres sobre el nivell del mar i es va posar en funcionament a principis de l’any 1982.
Actualment, des d’aquesta plataforma s’extreuen un total de 8.000 barrils de cru diaris aproximadament, els quals suposen una ínfima part de cru que es consumeix diàriament a Espanya. Aquesta extracció es realitza a partir de l’explotació de 6 pous d’extracció: Rodaballo, Boqueron, Barracuda, Chipiron, Lubina i Montanzo. Aquests pous submarins estan connectats a la Plataforma i són explotats per control remot des d’aquesta.
Finalment, la plataforma està dotada d’un oleoducte per tal de poder transportar el cru extret des del mar cap a la terminal costanera i així poder-la distribuir pel complex.
16
2.2 IMPACTES DERIVATS DELS VESSAMENTS D’HIDROCARBUR AL MAR
Al produir-se un vessament de hidrocarbur al mar, es deriven diversos impactes, principalment impactes ambiental i econòmics, sobretot a les zones en que es produeix el vessament, i en alguns casos, pot suposar problemes de salut pública.Els impactes més intuïtius són els impactes econòmics que es produeixen. El major impacte el troben els pescadors que, degut a la contaminació de l’aigua no poden sortir a realitzar les seves tasques. D’això se’n deriva un impacte econòmic per totes les empreses que tracten amb mercaderies de proximitat. A part, també les localitats que es veuen afectades per la taca de l’hidrocarbur poden veure reduït el seus ingressos ja que una afectació notable pot provocar el tancament de platges comportant una reducció del turisme[4]. Finalment, dins dels impactes econòmics trobem la despesa econòmica que s’ha de realitzar per tal de poder recollir l’hidrocarbur.
Seguidament ens trobarem amb l’impacte ambiental que aquest vessament pot causar. L’impacte que causa de manera immediata és la creació d’una pel·lícula a la superfície del mar que impedeix la penetració de la llum solar, de manera que impedeix que algunes espècies realitzin la fotosíntesis [5]. Per altra banda, els animals marins poden incorporar els
17 hidrocarburs en el seu organisme, però com que aquests no els eliminen, aquest compost s’introdueix a la cadena tròfica. En el seu inici la quantitat no és tòxica però, pel fet de la bioacumulació, els depredadors poden acabar ingerint grans quantitats d’aquest compost nociu.
A més, en casos que el vessament produït sigui de hidrocarburs pesats o extra pesats, és a dir, per hidrocarburs d’alta viscositat, pot causar la asfíxia física d’alguns organismes vius al afectar funcions bàsiques com la respiració o l’alimentació.
En qualsevol cas, els impactes ambientals més notoris en relació a un vessament d’hidrocarbur són els que es poden visualitzar quan aquest arriba a la costa. El que és més visible és la contaminació dels sediments de les pròpies platges. En aquest cas, l’hidrocarbur pot ser reflotat degut a l’onatge i dipositat al fons marí. Per altra banda torbem la problemàtica que comporta en els ecosistemes que es troben a les platges. En alguns casos, si les aus es veuen afectades, solen romandre a la platja per tal de no ferir-se més, cosa que els pot comportar la mort per causes de inanició o pel fred.
Finalment, ens podem trobar amb els problemes de salut pública. Aquests problemes resideixen en el fet que els productes del vessament poden ser nocius per la pell humana i, evidentment, són nocius en cas de ingesta d’animals contaminats.
18
2.3 TIPUS D’HIDROCARBURS
En general, les característiques dels hidrocarburs que en faciliten la seva classificació són el color, la densitat i la viscositat, entre altres, característiques que depenen de la quantitat de cada un del elements químics, ja siguin orgànics o inorgànics, que componen l’hidrocarbur. D’aquesta manera, l’hidrocarbur es pot classificar en funció de la seva composició química, en funció de la seva densitat o en funció de la quantitat de sofre. En aquest cas, considerant la informació de la que es disposa s’ha considerat oportú classificar l’hidrocarbur extret des de la Plataforma Casablanca en base a la seva densitat.
La base d’aquesta classificació es troba en el fet de determinar si l’hidrocarbur en qüestió és més lleuger o més pesat que l’aigua, cosa que es determina a partir de la gravetat API (American Petroleum Institute) [6]. Per tal de determinar aquesta gravetat, s’usa la següent fórmula:
= 141.5− 131.5 (1)
On GE és la gravetat específica a 60ºF (15.56ºC). Es considera que a major gravetat API, l’hidrocarbur és menys dens i, per tant, és més lleuger que l’aigua.
A partir d’aquesta gravetat API el petroli es pot classificar en: extrapesat, pesat, mitjà, lleuger i superlleuger.
TIPUS DE CRU DENSITAT (g/cm3) GRAVETAT API
EXTRAPESAT > 1.0 < 10
PESAT 1.0 - 0.92 10.0 - 22.3
MITJÀ 0.92 – 0.87 22.3 – 31.1
LLEUGER 0.87 – 0.83 31.1 – 39
SUPERLLEUGER < 0.83 > 39
Taula 1: Classificació del cru en funció de la seva densitat i la seva gravetat API. [6]
Cal esmentar que existeixen diferències entre els petrolis lleugers i els pesats. Els lleugers són molt fluids i menys pesats que l’aigua, com es mostra a la Taula 1. A més, són més fàcils de ser evaporats i són incolors. Per contra, els pesats són viscosos i espessos, cosa que el proporciona una major facilitat per a solidificar.
19 En base a les prospeccions realitzades abans de l’explotació de la Plataforma Casablanca, s’han pogut determinar la gravetat API de l’hidrocarbur extret en cada una d’elles. En aquest cas es troben les següents:
Prospecció Gravetat API Tipus de cru
Montanzo 30.81 º Mitjà Montanzo - D 32 º Lleuger Lubina 33.33 º Lleuger Lubina -1 31.5º Lleuger Casablanca – 8 32.2 º Lleuger Casablanca – 11 35.3 º Lleuger Boqueron 38.7 º Lleuger Rodaballo 41.3 º Lleuger
Taula 2: Gravetat API de l’hidrocarbur que s’extreu dels pous submarins des de la Plataforma Casablanca. [7][8][3]
En base a les gravetats API mostrades a la Taula 2, es pot observar que, a excepció d’un dels casos, de la Plataforma Casablanca s’extreu petroli cru lleuger.
2.4 CRONOLOGIA DE VESSAMENTS
Per tal de poder tenir una visió dels vessaments d’hidrocarbur que s’han produït en els últims anys a la costa de Tarragona, es fa un recull de vessaments del que es coneix el punt de inici, la quantitat de hidrocarbur vessada i, en alguns casos també es coneixen els punts afectats. Aquests vessaments es presenten de manera cronològica i són els següents[9]:
• 27/07/2001: es produeix un vessament d’aproximadament 30 barrils de hidrocarbur (4
tones) causat per un buc a la monoboia de descàrrega situada a la costa de Tarragona. Aquest vessament va causar afectacions a les platges de Salou, Vilaseca i Cambrils.
• 11/03/2002: a causa d’un escapament a la Plataforma Actina (plataforma de perforació
propera a la Plataforma Casablanca) es produeix un vessament de 4800 litres de cru al mar (30 barrils). En aquest cas no es van produir afectacions a la costa però la taca de cru es va situar propera a les costes de Salou i Cambrils.
• 12/02/2004: degut a una averia a la Plataforma Casablanca es produeix un vessament de
20
• 31/07/2006: degut al trencament d’una canonada entre el port de Tarragona i la Pobla de
Mafumet es produeix un vessament d’entre 5000 i 20000 litres de hidrocarbur (entre 32 i 126 barrils).
• 05/01/2007: Es produeix un vessament de 30.000 litres de hidrocarbur a la monoboia de
descàrrega amb origen en un buc, el qual no va comportar afectacions a la costa.[10][11]
• 23/10/2007: Durant les operacions de descarrega d’un buc a la monoboia situada davant
del Port de Tarragona, produeix un vessament d’aproximadament 1500 litres de hidrocarbur. En aquest cas, es van produir afectacions a la platja de La Pineda (Vila-Seca).[12][13]
• 09/09/2008: L’enfonsament d’una gavarra al Port de Tarragona provoca un vessament de
25 tones de hidrocarbur (uns 185 barrils).[14][15]
• 15/05/2009: Durant les prospeccions realitzades als pous de Lubina i Montanzo, situats a
la zona d’extracció de cru de la Plataforma Casablanca es produeix un vessament de 130.000 litres de hidrocarbur (uns 820 barrils).
• 22/12/2010: Una fallada en el sistema de bombament de la Plataforma Casablanca
provoca un vessaments de 180.000 litres de hidrocarbur al mar. En aquest cas no es van produir afectacions a la costa tot i que la taca es va situar a 24 km de la mateixa i, finalment, es va allunyar mar endins per l’acció de vents de Mestral. [16][17]
• 09/01/2011: Es produeix un vessament de 100 litres de fuel des del Pantalà de Tarragona.
Dies previs s’havia produït un vessament al mateix lloc de 15.000 litres. En cap dels dos casos es van produir afectacions a la costa.[18]
2.5 TRANSPORT HIDRODINÀMIC EN EL MAR. MODELS LAGRANGIANS.
Quan es produeix un vessament de hidrocarbur al mar, al ser aquest menys dens que l’aigua (exceptuant els hidrocarburs extra pesats), es crea una taca superficial. Per aquest motiu, el transport al qual es veuen sotmesos aquests vessaments correspon al transport superficial originat, en aquest cas, per l’acció del vent i de les corrents i també per la difusió que pateix l’hidrocarbur.En qualsevol dels casos, aquest transport superficial es regeix per l’equació de convecció-difusió, obtinguda a partir de l’equació de conservació de la massa del contaminant, la llei de difusió i la variació de la concentració del contaminant[19]. D’aquesta manera, l’equació resultant és la següent.
21 + + = + (2)
On C és la concentració del contaminant, U i V són les components de la velocitat del fluid i Dm és el coeficient de difusió molecular uniforme.
Com ja s’ha comentat, el transport és originat per diversos actors. El primer de tots correspon a l’acció del vent sobre la superfície del mar. Aquest genera una tensió sobre l’aigua que provoca l’arrossegament de la capa més superficial per transferència de momentum. La força d’aquesta tensió i, per tant, la quantitat d’aigua desplaçada dependrà de la intensitat del vent i també de la seva duració. Aquesta tensió es relaciona amb la velocitat del vent a 10 metres d’altura (W10) de la següent manera:
= !∗ #∗ $%& (3)
On ρa és la densitat de l’aire i CD és el coeficient d’arrossegament en superfície. Aquesta expressió també es fot formular de la següent manera:
= '∗ (!)*+!∗ ', (4)
On ρw és la densitat de l’aigua de mar, faigua és el coeficient d’arrossegament de l’aigua i Uw0 és la velocitat de la capa superficial de l’aigua. Si es combinen aquestes dues expressions i es considera que els dos coeficients d’arrossegament coincideixen, s’obté la següent relació:
'&
---. = / #
(!)*+!∗ / !
'∗ $---. ⇒ %& ---. ≅ 0.03 ∗ $'& ---. (5) %&
D’aquesta manera s’observa la relació entre el vent i la deriva de la taca de hidrocarbur a la superfície del mar[19]. No obstant, s’ha de tenir en compte que les partícules a la superfície del mar no segueixen la mateixa direcció que el vent, sinó que pateixen una lleugera desviació respecte aquest. A l’hemisferi nord, degut a l’efecte de Coriolis, aquesta desviació es produeix cap a la dreta en relació a la direcció d’actuació del vent[20].
A banda d’aquesta corrent superficial generada per l’acció del vent, en el transport superficial també hi és present l’acció de les corrents generades a partir de les diferències de salinitat i temperatura en el mar, així com les corrents generades per les marees, conegudes com a corrents de marea. Cal esmentar que aquesta última component en el mar Mediterrani no és apreciable ja que les marees són menyspreables.
22 Finalment ens trobem amb la difusió que pateix l’hidrocarbur quan aquest és transportat per la superfície del mar. Aquesta es defineix com el moviment de partícules des d’una regió d’alta concentració cap a una altra de menys concentració i la seva velocitat depèn de la mida de les partícules i de la temperatura. Aquesta difusió es regeix per segona la Llei de Fick, que presenta la següent expressió:
= ∗ (6)
D’aquesta manera, es pot analitzar com varia la concentració del contaminant amb el temps, un cop es coneix el coeficient de difusió, D.
Per tal de poder analitzar el tranport de les partícules en superfície, es poden usar els Models Lagrangians de Partícules. La metodologia lagrangiana es basen en la descripció material de les propietats de les partícules, és a dir, es basa en l’anàlisi del comportament de les partícules que represeten elements d’un fluid. En aquest cas concret, a l’analitzar el tranport d’un contaminant, aquesta tipologia de models permet definir quina és la posició en cada instant de temps de les diferents partícules en les que es defineix el fluid i, per tant, permet determinar la trajectòria que aquestes segueixen al llarg del temps[21].
23
3. OBJECTIUS
Aquest treball té per objectiu principal definir un pla de contingències per la costa catalana i balear, és a dir, es vol determinar quines són les zones d’aquestes costes que presenten una major risc d’afectació davant d’un vessament a la Plataforma de Casablanca. Per tal de definir aquestes zones més vulnerables, es plantegen un seguit de objectius, els quals es basen en contestar un conjunt de preguntes. Les qüestions que s’han considerat són les següents: 1. Quines àrees presenten una major probabilitat de ser afectades en cas de vessament. ES
determina, amb l’ajuda d’un model Lagrangià, quina és la probabilitat que alguna partícula arribi a la costa, és a dir, es determina la probabilitat d’afectació en funció del nombre de simulacions en que alguna partícula de hidrocarbur toca terra respecte el total de simulacions realitzades.
2. Quant hidrocarbur pot arribar a la costa. Es definirà una distribució de probabilitats per determinar la quantitat que arriba de manera general en el domini afectat en cada una de les estacions. A part, es seguirà el mateix procediment per aquells punts que presenten un cert interès, ja sigui per tenir una major afectació o per ser espais d’interès natural.
3. Quant temps es disposa en cada estació per planificar la resposta. Es definirà una distribució de probabilitats per determinar el temps que tarden les partícules en arribar a la costa de manera general en cada una de les estacions. A part, com ja es planteja en el punt anterior, aquest procediment es realitzarà focalitzant l’anàlisi en aquells punt que presenten un cert interès.
24
4.
MATERIALS I MÈTODES
4.1 DESCRIPCIÓ DEL MODEL GNOME
El GNOME (General NOAA Oil Modeling Enviroment) és un model de trajectòries que simula el moviment de vessaments d’hidrocarbur degut a l’acció del vents, corrents i marees, considerant la dispersió de l’hidrocarbur[22]. En tots els casos, el model permet determinar la trajectòria més plausible de l’hidrocarbur i la incertesa associada a aquesta trajectòria. Ens trobem davant d’un model Lagrangià.
En termes generals, el GNOME es pot utilitzar per:
• Predir com els vents, corrents i altres processos poden transportar el vessament per l’aigua.
• Veure com la incertesa afecta la trajectòria descrita amb els vents i corrents considerades.
• Analitzar els canvis químics i físics (procés conegut com a “weathering”) durant el temps que l’hidrocarbur es troba a la superfície de l’aigua.
De totes maneres, el GNOME presenta els següents 3 modes del model:
• Standar Mode: es tracta del mode més automatitzat. En aquest cas s’usen els anomenats
Location Files, arxius de dades de localització prèviament desenvolupades que inclouen un mapa de la zona d’estudi i els patrons dominants. Aquest mode no es prou flexible per ser usat en la resposta d’un vessament, però és útil per crear-se una bona imatge en relació a la trajectòria de vessament en llocs específics. Per altra banda, aquest mode és útil per aprendre a fer servir el model.
Aquest mode permet exportar els resultats com a imatge o vídeo, així com guardar el model per a usos futurs.
• GIS Output Mode: en aquest cas, es segueixen utilitzant els Location Files per construir el
model però, en aquest cas, els resultats es poden exportar en format GIS(Geographic Information System), concretament permet extreure la trajectòria del vessament en arxius ASCII que es poden llegir amb diferents programes GIS. Aquest mode s’usa majoritàriament per l’anàlisi de vessaments en cas d’emergència.
• Diagnostic Mode: en aquest cas, es poden seguir usant els Location Files per ajudar a
25 construcció del model. En aquest últim cas, el GNOME requereix informació sobre la línia de costa i també informació meteorològica i hidrodinàmica. Amb aquest mode, les capacitats del programa són més amplies:
o Permet modificar tots els paràmetres del model.
o Permet adaptar el model per representar dades a temps real. o Permet crear Location Files propis.
o Permet definir els coeficients per establir la incertesa usada en el Minimum Regret, permet considerar els casos menys probables.
Aquest mode es va dissenyar per poder proporcionar suport als equips de resposta a vessaments[22].
Tenint en compte els diferents modes que presenta el GNOME i considerant l’objectiu principal d’aquest treball, es decideix usar el Diagnositc Mode per tal de determinar les zones amb més risc d’afectació de la costa. Cal comentar que en aquest cas no s’usen Location Files, sinó que la informació de la línia de la costa i les dades de vents i corrents s’introdueixen a part.
En relació a la línia de costa, aquesta s’obté a patir d’un generador de mapes que proporciona la NOAA. A la Figura 4 es mostra tant el generador de mapes com la línia de costa usada per dur a terme les simulacions.
Pel que fa a les dades de vents i corrents usades en la realització del treball, aquestes es descriuen de manera detallada en el següent apartat.
Figura 4: Generador de mapes(esquerra) i línia de costa usada en les simulacions(dreta). Plataforma Casablanca
26 Per tal de poder simular els vessaments, és necessari determinar la tipologia de hidrocarbur que s’usarà per a les simulacions. A l’hora de determinar l’hidrocarbur usat per a les simulacions, s’ha de escollir un dels hidrocarburs considerats pel GNOME ja que no permet introduir un hidrocarbur propi. Els que es troben en el programa usat són els següents:
• Molt lleugers: Jet Fuel, Gasoline
• Lleugers: Diesel, Fuel Oil #4
• Intermedis: Medium crude
• Pesats: Fuel Oil #6
En qualsevol cas, s’escollirà l’hidrocarbur del GNOME que es consideri més semblant al que s’extreu des de la Plataforma Casablanca.
Per acabar s’haurà de definir la duració del vessament, el tems de simulació, la quantitat de hidrocarbur vessada, el lloc en el que es produeix el vessament, la difusió de l’hidrocarbur i el temps de reflotament. Aquests paràmetres es defineixen més endavant.
A l’hora de guardar els resultats de les simulacions, es considera que el més adequat en aquest cas és fer-ho mitjançant arxius NetCDF. D’aquesta manera es pot extreure la següent informació de cada una de les simulacions realitzades:
• Posició de cada una de les partícules definida per la seva longitud i la seva latitud, en cada un dels instants de temps de la simulació.
• Edat de la partícula quan aquesta arriba a la costa, cosa que es pot traduir en el temps que tarda cada partícula en arribar a la costa.
4.2 DADES UTILITZADES
Com ja s’ha comentat en l’apartat anterior, per tal de poder usar el GNOME amb el Diagnostic Mode, és necessari introduir informació de vent i corrents de la zona d’estudi. En aquest cas, tenint en compte que es volen realitzar un gran nombre de simulacions, es considera necessari tenir una sèrie històrica de dades. D’aquesta manera es podrà realitzar un anàlisi de trajectòries de manera més acurada que en el cas que només es consideressin dades i vents característics de la zona d’estudi. Cal esmentar que això és possible gràcies a la facilitat de càlcul que proporcionen els models de numèrics actuals.
27 En aquest cas, les dades considerades són les següents:
• DADES DE CORRENTS [23]: Per obtenir aquestes dades es recorre al servei europeu COPERNICUS, concretament a CMEMS (Copernicus Marine Enviroment Monitoring Serice). Dins d’aquest servei es considera el paquet de dades que corresponen a Atlantic-Iberian
Biscay Irish-Ocean Phisics Reanalysi ,que resulten d’un model hidrodinàmic, proporcionant
les corrents superficials. En aquest cas, el període de temps cobert per les dades va des del 1/2/2002 fins al 27/12/2014, amb una resolució temporal horària (es tenen dades de cada hora). En aquest cas, la resolució espacial de les dades és de 1/12º (aproximadament 8km). Les variables considerades de les que es troben disponibles són les components U (Eastward velocity) i V (Northward velocity) de la velocitat superficial de les corrents.
• DADES DE VENTS[24]: En aquest cas, es recorre al Centre Europeu de Prediccions Meteorològiques a Mitjà Termini (ECMWF), concretament es fan servir les dades d’anàlisi de ERA-Interim Daily, que són resultat d’un model global de reanàlisi atmosfèric. En aquest cas, el període de temps cobert per les dades va del 1/1/1979 fins el 31/7/2016. Del paquet de variables georeferenciades disponibles, es consideren només la velocitat U i V del vent a 10 metres d’altura, amb una resolució horària de 6 hores (concretament es tenen dades a les 00:00, 06:00, 12:00 i a les 18:00 hores). Per altra banda, es considera una resolució espacial de 1/8º (uns 15 km aproximadament) ja que és la més propera a la que tenen les dades de corrents.
El domini considerat per a obtenir les dades, s’ha fet coincidir en els dos casos i és el següent:
Nord Oest Sud Est
45º -1º 37º 5º
Taula 3: Coordenades que defineixen el domini de les dades de vents i corrents. Figura 5: Mostra de les dades de corrents (esquerra) i de vents (dreta) usades en l’estudi.
28 Per tal de poder tenir dades simultànies de corrents i vents, s’agafen les dades compreses entre els anys 2003 i 2013, ambdós inclosos. D’aquesta manera es tenen 10 anys complets de dades simultànies, els quals es consideren suficients per a l’objectiu plantejat.
4.3 DETERMINACIÓ DELS PARÀMETRES
Un cop es coneix el funcionament del programa a utilitzar i un cop es tenen les dades, es busca determinar la configuració que s’introduirà al GNOME per tal de poder realitzar les simulacions.
Primer de tot és necessari definir el tipus de hidrocarbur que s’utilitzarà per a realitzar les simulacions. Com ja s’ha comentat, el GNOME té predeterminats un conjunt de hidrocarburs (apartat 4.1) i s’ha d’escollir el més adequat en cada cas. En el cas que ens ocupa, l’hidrocarbur extret a la Plataforma Casablanca correspon a un cru lleuger. No obstant, el GNOME no mostra cap hidrocarbur d’aquesta tipologia (hi ha hidrocarburs lleugers però aquest són refinats). Per aquest motiu es considera que la millor opció és agafar el «medium crude» considerat pel GNOME ja que sí que es tracta de petroli cru, tot i que no es correspongui amb la densitat del cru que es voldria considerar. Tenint en compte aquesta diferència, es considera augmenta la difusió del hidrocarbur a 50 m2/s per tal de assimilar el cru usat al real. A part, s’ha de tenir en compte que aquest tipus de hidrocarbur pateix una evaporació compresa entre el 45% i el 50% durant les simulacions (“weathering” considerat pel propi model).
Per altra banda, es defineix el temps de reflotament (temps que l’hidrocarbur es manté a la costa abans de reincorporar-se a la superfície de l’aigua). En aquest cas, el temps de reflotament considerat és de 200 hores ja que es considera determinar les zones que són més susceptibles de ser afectades en una primera instància i en les que s’ha d’actuar més ràpidament, de manera que es busca evitar aquest reflotament.
Seguidament és necessari determinar quina serà la quantitat inicial del vessament. Considerant els vessaments exposat en l’apartat 2.4 i centrant-nos en aquells que s’han produït a la plataforma Casablanca, es considera oportú utilitzar una quantitat de 1000 barrils. Per altra banda, aquests 1000 barrils es representaran a través de 1000 partícules en les simulacions realitzades.
Per definir el temps que dura el vessament, no es té informació dels vessaments observats, però es considera, en tots els casos, una duració de 12 hores. Per altra banda, per tal de poder observar correctament la trajectòria del hidrocarbur vessat es considera un temps de simulació
29 de 20 dies. Aquest temps de simulació es determina simulacions realitzades en fase de proves, en les que es va veure que aquest temps era suficient per tenir afectacions a la costa i poder assolir l’objectiu principal plantejat.
Per acabar, per tal de poder obtenir uns bons resultats, les posicions de les partícules es guarden cada 0,5 hores en cada una de les simulacions.
Una vegada s’han determinat els paràmetres anteriors, es busca determinar si aquests són adequats per a la simulació del vessaments. Per fer-ho, tal i com s’explicarà més endavant, es simulen alguns dels vessaments coneguts (mostrats a l’apartat 2.4) i es calibren, és a dir, s’analitza si el comportament observat en aquestes es correspon amb la trajectòria observada durant el vessament real. Per a tal efecte, es tindran en compte aquells vessaments dels que es coneix la localització en la que es produeixen.
4.4 DETERMINACIÓ DEL NOMBRE DE SIMULACIONS
Per tal de poder realitzar correctament el pla de contingència, és necessari disposar de suficient informació de manera que els resultats que s’obtinguin siguin prou representatius de les condicions atmosfèriques i oceàniques es qualsevol època de l’any. Per tal de poder obtenir aquesta informació necessària, es realitzen un seguit de simulacions aleatòries amb dia d’inici aleatori, dins del període de temps del que es tenen dades. A partir d’aquestes, es busca determinar quin és el nombre de simulacions necessàries en períodes de temps aleatoris en cada una de les estacions de l’any. En aquest cas, les estacions s’han considerat de la següent manera:
• Hivern: Gener, Febrer i Març.
• Primavera: Abril, Maig i Juny.
• Estiu: Juliol, Agost i Setembre.
• Tardor: Octubre, Novembre i Desembre.
En simulacions fetes en fases de prova, s’observa que durant les estacions de Primavera i Estiu l’hidrocarbur té tendència a anar cap a la costa catalana, mentre que en les dues estacions restants l’hidrocarbur es mou en direcció a les Illes Balears. Amb aquesta diferenciació entre estacions, es busca determinar el nombre de simulacions que seran necessàries per a cada un dels grups d’estacions.
30 Per tal de poder determinar el nombre de simulacions aleatòries necessàries, en cada cas es realitza un anàlisi de sensibilitat. Se’n realitza un per l’estació de Primavera i un altre per l’estació d’Hivern. El nombre de simulacions resultants en cada un d’ells és el que es farà servir per les pròpies estacions estudiades i per l’estació que presenta la mateixa tendència en el transport de l’hidrocarbur.
Per portar a terme l’anàlisi de sensibilitat, es realitzen un total de 800 simulacions amb inici aleatori en el temps per a l’estació de Primavera i Hivern. Una vegada s’han realitzat, es determina la probabilitat d’arribada d’hidrocarbur a la costa tenint en compte 10-50-100-150-200-300-400-500-600-700-800 simulacions. Aquesta probabilitat d’arribada es calcula segons la fórmula següent[25]:
45676898 7 :;744867:7 = <º :;>?@><748? AB> 74486>< 79 CB< :> @5< 459
<º :;>?@><748? 5 79? ?8DB97 ? ∗ 100 (7)
Un cop determinada la probabilitat d’arribada a la costa, s’analitza a partir de quin nombre de simulacions aquesta probabilitat és prou estable i quin és l’error que es comet entre aquest valor i el corresponent al obtingut amb les 800 simulacions. Els resultats d’aquests anàlisis de sensibilitat es mostren amb detall a l’apartat 6.
Per tal de poder determinar si en una simulació es produeix afectació a la costa, és necessari definir una malla regular que abasti tot el domini. Per a tal efecte, es genera una mascara amb Matlab, la qual es mostra a la Figura 6, a partir d’una malla regular de 500 metres de resolució i la línia de costa considerada. Amb aquesta màscara es defineixen els elements de la malla que corresponen a la línia de costa considerada (elements groc-verd) per poder determinar si aquests són o no afectats.
31 Un cop es té la probabilitat d’arribades en cada un dels punts del domini, se’n escullen 12 (6 punts per a l’anàlisi de sensibilitat de Primavera i 6 punts per al d’Hivern) de manera que es pugui tenir una imatge clara del domini a estudiar. Aquests punts es mostren en l’apartat de resultats.
4.5 METODOLOGIA DE CÀLCUL
4.5.1 Quines àrees presenten una major probabilitat de ser afectades
En aquest apartat s’exposa la metodologia seguida per tal de respondre el primer dels objectius plantejats per poder definir quines zones de la costa presenten un major risc d’afectació. Concretament s’explica com determinar quines zones de la costa tenen més probabilitats de ser afectades en cas de vessament des de la Plataforma Casablanca, sempre diferenciant les estacions de l’any.
Per tal de poder obtenir aquesta probabilitat d’afectació, es segueix el mateix procediment que el que s’ha utilitzat en l’anàlisi de sensibilitat, és a dir, es calcula la probabilitat d’arribada en cada un dels punts considerant la Fórmula (7) però, en aquest cas, els resultats es mostren en tot el domini i no es focalitzen en punts concrets. Per altra banda, tenint en compte que el domini d’estudi es força ampli, per tal de poder mostrar els resultats de manera més nítida, aquest es mostraran per zones, les quals queden definides en la Figura 7.
32 Els resultats obtinguts es mostren a l’apartat 7.1. Cal comentar que, tenint en compte la divisió que es fa del domini d’estudi i que cada un d’aquests s’analitza en cada una de les estacions de l’any, es considera que el més apropiat és presentar els resultats agrupats per dominis. D’aquesta manera serà més senzilla la comparació d’afectació en les diferents estacions. 4.5.2 Anàlisi quantitatiu de l’afectació a la costa
En aquest cas, es busca determinar quina és la quantitat de hidrocarbur que pot arribar a la costa. Per a realitzar-ho, es consideren els punts del domini que presenten alguna probabilitat d’afectació a la costa obtinguts en el primer objectiu. Un cop determinats els punts que poden ser afectats, s’extreu la quantitat de hidrocarbur que arriba en aquests punts en cada una de les simulacions realitzades.
És interessant conèixer la quantitat de hidrocarbur que pot arribar a la costa ja que, a l’hora de afrontar les actuacions necessàries per tal d’eliminar l’hidrocarbur, el nombre de recursos dels que s’haurà de disposar dependrà d’aquesta quantitat.
En aquest cas, els resultats es mostren en forma de distribució de probabilitat[25], de manera que es podrà analitzar quina és la probabilitat que arribi una certa quantitat de hidrocarbur. Cal esmentar que no s’analitzarà la quantitat en valor absolut, sinó que es considera adient mostrar els resultats com el percentatge de hidrocarbur que arriba a la costa respecte la quantitat inicial del vessament.
A diferència de com es mostren els resultats del primer objectiu, en aquest cas es mostren per cada una de les estacions de l’any. Tot i això, els resultats s’obtenen en una primera instància per a tot el domini d’estudi. De totes maneres, per tal de poder oferir una mica de detall dels resultats obtinguts, es determinen per a cada estació quins són els punts que presenten una major probabilitat d’afectació i s’analitza amb detall la quantitat de hidrocarbur que pot arribar en aquests.
Per altra banda, considerant que en un punt del domini poden arribar 0, 1 o més partícules en una sola simulació, es considera fer dos anàlisis per estudiar la quantitat d’hidrocarbur. El primer anàlisi considera totes les opcions, és a dir, la distribució de probabilitats es realitza considerant els casos en que arriba cap o alguna partícula de hidrocarbur en els punts del domini. En el segon, només es considera quan arriba alguna partícula de hidrocarbur, de manera que es pot analitzar amb més detall quina és la quantitat d’hidrocarbur que pot arribar a la costa. Aquests dos anàlisis es realitzen tant pel domini global com pels punts concrets.
33 4.5.3 Quant temps es disposa en cada estació per planificar la resposta
En aquest cas es defineix com es determina quin és el temps d’arribada de l’hidrocarbur a la costa, és a dir, quin és el temps del que es disposa per tal de poder protegir la costa en cas que es produís un vessament a la Plataforma de Casablanca.
De la mateixa manera que en l’apartat anterior, en aquest cas es consideren aquells punts del domini que presenten una certa probabilitat d’afectació, obtinguts en el primer objectiu plantejat. Tenint això en compte, de les simulacions realitzades s’extreu quin és el temps d’arribada a la costa de cada una de les partícules.
En aquest cas, els resultats es mostren per a cada una de les estacions de l’any. Per tal de mostrar-los, es defineix una funció de distribució[25] en la que es podrà veure quina és la probabilitat que l’hidrocarbur arribi en un cert temps a la costa. En aquest cas, tal i com s’ha plantejat amb la quantitat d’hidrocarbur, es realitzaran dos anàlisis: en el primer es considera tot el domini, de manera que tindrem una visió global del temps d’arribada en tot el domini, i, en el segon, només es consideren aquells punts que presenten una major probabilitat d’afectació. Cal esmentar que aquests punts coincideixen amb els analitzats en l’apartat anterior.
34
5.
CALIBRACIÓ
Per tal de comprovar que els paràmetres determinats en l’apartat 4.3 són adequats per dur a terme les simulacions amb el model GNOME, es realitzen un seguit de simulacions de vessaments coneguts. D’aquesta manera es busca analitzar si les trajectòries que descriu el model en aquestes simulacions proporcionen una resposta similar a la que es va observar en el moment en el que es van produir i, per tant, poder determinar si la configuració triada del model és adequada.
D’aquests vessaments coneguts, les variables de les que es té constància són: el punt de vessament, la quantitat de hidrocarbur vessada i les zones d’afectació. Per a tal efecte, els casos reals en els que ens basarem corresponen a alguns dels presentats a l’apartat 2.4, els quals es troben dins del període de temps del que es tenen dades, i són els següents:
• Vessament de 30 barrils de la Plataforma de perforació Actinia ,situada 48 km de la costa molt popera a la plataforma Casablanca, produït el 11/03/2002. En aquest cas, la taca es va dissoldre al mar i no va arribar a la costa , tot i que aquesta es va veure des de la costa de Cambrils i Salou.
• Vessament de 10 barrils produït per un petroler a la monoboia de descarrega (situada a uns 3km de la costa de Tarragona) del port de Tarragona el 23/10/2007. En aquest cas, es van produir afectacions a la platja de la Pineda.
• Vessament de 1132 barrils produït per una fallada a la Plataforma Casablanca el
22/12/2010. En aquest cas, no es van produir afectacions a la costa. Tot i això es coneix
que la taca es va aproximar a la costa catalana fins quedar a uns 24 km de la costa de Tarragona i, finalment, va canviar de rumb cap al Sud, situant-se aquest mar endins, sense arribar a afectar la costa balear.
Per tal de poder mostrar quina és la trajectòria en cada una de les simulacions realitzades, en cada un dels casos analitzats es mostrarà una cronologia del vessament, de manera que es pugui observar la trajectòria de l’hidrocarbur al llarg del temps.
En el primer vessament esmentat produït el 11/03/2002, mostrat a la Figura 8, considerant que el vessament es troba a la plataforma Casablanca, s’observa com inicialment l’hidrocarbur comença una trajectòria en direcció Nord. Seguidament, aquesta es comença a dispersar de manera que agafa major proximitat a la costa fins arribar al tercer dia de simulació.
35 Posteriorment, l’hidrocarbur canvia de rumb de manera que s’allunya de la costa catalana situant-se mar endins.
Tenint en compte que durant la simulació no es produeix afectació a la costa i considerant el fet que inicialment aquesta es mou en aquesta direcció, sembla que la representació d’aquest vessament s’assimila al fet que en el vessament real no es van produir afectacions i que la taca es va poder veure des de la costa catalana.
En relació al segon vessament, produït el 23/10/2007, aquest es produeix a la monoboia de descarrega situada a uns 3 km de la costa de Tarragona. Es pot veure, a la Figura 9, com queda afectada la platja de la Pineda, just davant d’on es produeix el vessament coincidint amb el cas real. Per altra banda, es veuen afectacions al Delta de l’Ebre que no es van observar en el cas real. Aquesta discrepància es podria donar a una ràpida actuació a l’hora de contenir i retirar l’hidrocarbur vessat.
Figura 8: Cronologia de la simulació del vessament produït el 11/03/2002 a la Plataforma Actina.
Plataforma Casablanca
DIA 1 DIA 2
DIA 3 DIA 4 DIA 5
Salou
36 Figura 9: Cronologia de la simulació del vessament produït el 23/10/2007 a la monoboia de descàrrega.
Monoboia de descàrrega
DIA 1 DIA 2
DIA 3 DIA 4 DIA 5
Plataforma Casablanca
Figura 10: Cronologia de la simulació del vessament produït el 22/12/2010 a la Plataforma Casablanca.
DIA 3 DIA 4
DIA 2
DIA 5 DIA 1
37 En el tercer cas, el que es va produir el 22/12/2010, mostrat a la Figura 10, és difícil determinar si la simulació s’ajusta correctament a la realitat ja que ni en la realitat ni en el model es produeixen afectacions a la costa. De totes maneres, s’observa el fet que inicialment sembla que es traslladi cap a la costa de Tarragona (tot i que no s’apropa tant com a la realitat) i, posteriorment, degut al canvi en la direcció del vent la taca es trasllada en direcció a les Balears sense arribar a afectar-les. Això permet determinar que la trajectòria vista a la simulació es correspon amb el que es va observar a la realitat, donant així per bona aquesta calibració.
Per tant, un cop realitzades les simulacions dels vessaments coneguts dins del nostre període d’estudi i un cop vist que les trajectòries en tots tres casos concorden amb la realitat, es conclou que la configuració establida al model GNOME és adequada per realitzar aquest estudi i, per tant, respondre els objectius plantejats en apartats anteriors.
38
6.
ANÀLISI DE SENSIBILITAT
Com ja s’ha comentat, per tal de definir el nombre de simulacions necessàries per realitzar l’estudi que ens ocupa, es realitzen dos anàlisis de sensibilitat segons la metodologia exposada a l’apartat 4.4.
Es recorda que per tal de realitzar l’anàlisi de sensibilitat, s’agafa l’estació corresponent a l’Hivern per analitzar el nombre de simulacions per realitzar l’estudi d’afectació a la costa balears i l’estació corresponent a la Primavera per realitzar-ho a la costa catalana. Aquestes dues estacions s’escullen en base a unes simulacions realitzades en fase de proves, en les quals es veia un comportament diferent entre les estacions d’Hivern i Tardor i les estacions de Primavera i Estiu.
En tots dos casos es consideren les dades esmentades anteriorment en l’apartat 4.2 i comprenen els anys des del 2003 fins al 2013, anys dels que es tenen dades de l’any complet tant de vent com de corrents. Es realitzen un total de 800 simulacions aleatòries per cada una de les estacions esmentades per a poder fer aquet anàlisi.
6.1 ANÀLISI DE SENSIBILITAT DE PRIMAVERA
Un cop realitzades les 820 simulacions amb inici aleatori per poder realitzar l’anàlisi de sensibilitat, s’agafen 6 punts de control, mostrats a la Figura 11, compresos dins del domini afectat en aquestes simulacions, de manera que s’agafaran com a referència per definir el nombre de simulacions necessàries.
39 En aquests punts de control es calcula quina és la probabilitat que arribi alguna partícula de petroli, segons la Fórmula (7), considerant els diversos conjunts de simulacions. Els resultats obtinguts es mostren a la Figura 12.
Analitzant els resultats, es pot veure que en alguns punts s’assoleix una certa estabilitat en els resultats, sobretot en el punt 4, corresponent al Delta de l’Ebre. Per aquest motiu, un cop s’observa certa estabilitat en el resultat, es busca el nombre de simulacions que presenta un resultat similar al que s’obté amb totes les simulacions. En aquest cas, sembla que el nombre de simulacions que s’ajusta més al resultat final corresponen a 400 i 600. Per tant, es decideix analitzar amb més detall les diferències entre aquests resultats i els obtinguts amb les 820 simulacions.
No obstant, es veu que l’escenari de Peñíscola, corresponent al punt 6, és el que presenta una major variabilitat en els resultats. Per aquest motiu, els resultats s’analitzen considerant aquest escenari, però també es realitzen sense considerar-lo per evitar grans desviacions degut a aquest punt. Les diferències en tant per cent entre les simulacions es mostren a la Taula 4.
40 400 simulacions (amb Peñíscola) 400 simulacions (sense Peñíscola) 600 simulacions (amb Peñíscola) 600 simulacions (sense Peñíscola) Barcelona 5,38 5,38 5,13 5,13 Tarragona 1,74 1,74 7,3 7,3 Golf Tarragona 4,43 4,43 0,57 0,57 Delta Ebre 0,73 0,73 1,32 1,32 Illes Columbretes 4,72 4,72 4,72 4,72 Peñíscola 16,5 - 10,27 - Mitjana 5,58 3,40 4,89 3,81 Desviació 5,65 2,04 3,64 2,80
Taula 4: Error de la probabilitat d’arribada en % en cada un dels punts de control respecte el resultat obtingut considerant el nombre total de simulacions realitzades durant la Primavera.
Com ja s’ha comentat, el punt de Peñíscola presenta una gran variabilitat en els resultats, tenint en tots els casos un error superior al 10%, mentre que la resta de punts en tots els casos es mantenen per sota d’aquest valor. No obstant, es pot veure que considerant Peñíscola, els millors resultats s’obtenen amb 600 simulacions.
Tot i això, al no considerar Peñíscola, que presenta uns resultats discrepants amb la resta d’escenaris, els millors resultats s’obtenen amb 400 simulacions. Per altra banda, considerant aquesta opció es pot veure com en tots els punts l’error comès és inferior al 5.4%, error prou acceptable. Arribats a aquest punt, es decideix que s’usaran 400 simulacions per les estacions de Primavera i Estiu, ja que es redueix el temps de computació, tot i que presenta pitjors resultats per algun escenari.
6.2 ANÀLISI DE SENSIBILITAT D’HIVERN
Com ja s’ha fet en l’anàlisi de sensibilitat anterior, un cop realitzades les 804 simulacions per poder realitzar l’anàlisi de sensibilitat, s’agafen 6 nous punts de control, mostrats a la Figura 13, compresos dins del domini afectat en aquest cas, de manera que s’agafaran com a referència per definir el nombre necessari de simulacions.
41 A partir de les simulacions realitzades i considerant els punts de control es determina quina és la probabilitat d’arribada en aquests punts, mitjançant la Fórmula (7), per tal de poder determinar quin és el número de simulacions que seran necessàries per extreure els resultats esmentats anteriorment. La probabilitat d’arribada en aquests punts es mostra a la Figura 14.
Figura 13: Punts de control considerats per realitzar l’anàlisi de sensibilitat d’Hivern.
42 Analitzant els resultats, en aquest cas es pot veure com els resultats presenten una major estabilitat i en més punts que en el cas anterior. Com ja s’ha fet en l’anàlisi anterior, es busca el nombre de simulacions que s’ajusta més al resultat final considerant l’error entre probabilitat d’arribada, un cop s’observa certa estabilitat en la gràfica. En aquest cas, els conjunts de simulacions que més s’ajusta al resultat final a priori semblen 400, 500 i 600. Per tant, es decideix analitzar amb més detall les diferències entre els resultats d’aquestes i els resultats considerant totes les simulacions realitzades. Les diferències en tant per cent entre les simulacions es mostren a la Taula 5.
400 simulacions 500 simulacions 600 simulacions
Andratx 4.475 6.067 1.822 Cap Falcó 19.406 8.261 0.832 Formentor 8.649 8.649 1.405 Portixol 8.114 8.114 15.771 Portmany 19.111 1.244 14.148 Pous 10.268 3.371 0.500 Mitjana 11.671 5.951 5.746 Desviació 6.176 3.037 7.170
Taula 5: Error de la probabilitat d’arribada en % en cada un dels punts de control respecte el resultat obtingut considerant el nombre total de simulacions realitzades durant l’Hivern.
En aquest cas, es pot observar com al considerar el conjunt de 400 simulacions la mitjana de l’error és del 11%, cosa que es pot considerar força elevada. Per altra banda, s’observa que en els punts de control de Portmany, Pous i Cap Falcó l’error és massa elevat, per la qual cosa aquesta opció es desestima.
Per altra banda, si es comparen els resultats obtinguts amb 500 i 600 simulacions, es pot veure que l’error mig és molt semblant. Tot i això, es veu que la desviació estàndard és molt menor en el cas de 500 simulacions. A més, en el conjunt de 600 simulacions es tornen a observar dos punts de control amb un error bastant elevat. es pot veure com en el conjunt de 500 simulacions l’error en tots els casos és inferior al 10%, tot i que en la majoria de punts l’error és més elevat que en el conjunt de 600 simulacions. Per aquest aquesta major semblança en l’error i considerant el menor cost computacional, es conclou que seran necessàries 500 simulacions per tal de poder obtenir uns resultats prou curosos al analitzar les estacions de Hivern i Tardor.
43
7. RESULTATS
A continuació es mostren els resultats obtinguts a partir de les simulacions realitzades, seguint les metodologies exposades en l’apartat 4.5.
7.1 PROBABILITAT D’AFECTACIÓ DE LA COSTA
Primer de tot es determinarà quina és la probabilitat d’afectació de la costa, com s’ha estipulat en l’apartat 4.5.1. Es recorda que en aquest cas es mostraran els resultats diferenciant les diferents zones de la costa, com es mosta a la Figura 7, tenint en compte les diverses estacions de l’any.
7.1.1 Costa de Barcelona
Com es pot observar a la Figura 15, la Costa de Barcelona pot patir afectació en qualsevol de les estacions de l’any. De totes maneres, es poden diferenciar dos comportaments diferents considerant les estacions.
Per una banda s’observa que durant les estacions d’Hivern i Tardor, tot i que es pot produir una certa afectació, aquesta es produeix només en un 5% dels casos aproximadament. Per altra banda, durant les estacions de Primavera i Estiu, es pot veure que la probabilitat d’arribada és molt superior, podent superar aquesta el 30%. A més, en aquest cas s’observa una afectació desigual al llarg de la Costa de Barcelona. Es pot veure com la major afectació es produeix al sud podent arribar aquesta al voltant del 30%. A mesura que ens dirigim cap al nord, aquesta va disminuint lleugerament, passant pel 15% al Delta del Llobregat i reduint-se fins al 5% al arribar al Port de Barcelona. No obstant, s’observen petites diferències entre les estacions de Primavera i Estiu, sent l’Estiu l’estació en la que hi ha una major probabilitat d’afectació a la Costa de Barcelona.
Per acabar, cal esmentar el fet que durant l’Hivern i la Tardor, el tram d’afectació a la Costa de Barcelona és menor que el tram afectat durant les dues estacions restants.
44
Figura 15: Probabilitat d’arribada de hidrocarbur a la Costa de Barcelona considerant les diverses estacions de l’any.
45 7.1.2 Costa de Tarragona i el Delta de l’Ebre
Salou
