Circulation, transport and dispersion of hydrocarbon plumes in the North Brazilian equatorial broadband - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2018

Circulation, transport and dispersion of hydrocarbon plumes in the North Brazilian equatorial broadband

Circulation, transport et dispersion des panaches d'hydrocarbures dans le large bande équatoriale du nord du Brésil

Résumé

This Ph. D. thesis focuses on a study of hydrodynamics and oil/gas blowouts in deep water using the Regional Ocean Model System (ROMS) and GAS_DOCEAN models. The first objective was to analyze the potential impact of the Amazon and Pará Rivers on salinity, temperature and hydrodynamics in the Western Tropical North Atlantic between 60.5º-24ºW and 5ºS -16ºN. The ROMS was used to simulate the ocean hydrodynamics with 0.25º horizontal resolution and 32 vertical levels. In the ROMS model two experiments are carried out, one taking into account the discharge of freshwater from the rivers and the second, without releasing freshwater into the Atlantic ocean. The results of both simulations are compared determining the changes in temperature, salinity and surface currents produced by the influence of the rivers discharge. The Sea Surface Temperature difference between the simulations with river and no-river was about 2ºC. The Sea Surface Salinity difference was about 8 psu in the plume area confined to the littoral, with maximum from August to December and 4 psu in the area of the North Equatorial Countercurrent (NECC). The surface current velocities are stronger in the experiment with river and the strongest, close to the coast. The experiment with river causes a phase shift in the zonal currents anticipating the strongest velocities in the second semester of the year in 2 months, changing the seasonal cycle. The Mixed Layer Depth and Isothermal Layer Depth (ILD) in the experiment with river is 20 - 50 m shallower over the entire extension of the Amazon plume. The freshwater river discharge perform a fundamental role in the formation of Barrier Layer. The Oceanic Heat Content in the river experiments is smaller than the experiment without rivers, principally as a result of the shifts of the ILD. The second objective focuses on analyzing the behavior of oil/gas plumes from blowouts into deepwater. The simulations with the GAS_DOCEAN model were carried out in three points located at 50ºW, 5.25ºN, 44.5ºW, 0.5ºN and 42.75ºW, 1ºS . The time step was adjusted due to the particular oceanographic conditions at each point, in which, the initial velocity tends to zero and the coefficient 0.1 of the original equation was replaced by 0.0250 and 0.0375. All the plumes behaved as type 3. The seasonal current speed was small from the bottom to the surface, usually not exceeding 0.25 ms⁻¹; the maximum displacement of the plumes from its point of origin was not greater than 1 m. The mean plumes diameter on the surface varied between 54 and 79.7 m and the arrival time to the surface was from 7.25 to 8.05 hours.
Cette thèse de doctorat porte sur une étude de l'hydrodynamique et des éruptions de pétrole/gaz en eau profonde à l'aide des modèles Regional Ocean Model System (ROMS) et GAS_DOCEAN. Le premier objectif était d'analyser l'impact potentiel des fleuves Amazon et Pará sur la salinité, la température et l'hydrodynamique dans l'Atlantique Nord tropical occidental entre 60,5º-24ºW et 5ºS -16ºN. Le modèle ROMS a été utilisé pour simuler l'hydrodynamique de l'océan avec une résolution horizontale de 0,25º et 32 niveaux verticaux. Dans le modèle ROMS, deux expériences sont réalisées, l'une prenant en compte le déversement d'eau douce des rivières et la seconde, sans déversement d'eau douce dans l'océan Atlantique. Les résultats des deux simulations sont comparés pour déterminer les changements de température, de salinité et de courants de surface produits par l'influence de la décharge des rivières. La différence de température de surface de la mer entre les simulations avec et sans rivière était d'environ 2ºC. La différence de salinité de surface de la mer était d'environ 8 psu dans la zone du panache confinée au littoral, avec un maximum d'août à décembre, et de 4 psu dans la zone du contre-courant nord-équatorial (NECC). Les vitesses des courants de surface sont plus fortes dans l'expérience avec la rivière et les plus fortes près de la côte. L'expérience avec la rivière provoque un déphasage dans les courants zonaux anticipant les vitesses les plus fortes dans le second semestre de l'année en 2 mois, changeant le cycle saisonnier. La profondeur de la couche mixte et la profondeur de la couche isotherme (ILD) dans l'expérience avec le fleuve est de 20 à 50 m moins profonde sur toute l'extension du panache de l'Amazone. Le débit d'eau douce du fleuve joue un rôle fondamental dans la formation de la couche barrière. Le contenu thermique océanique dans les expériences avec rivière est plus faible que dans les expériences sans rivière, principalement en raison des décalages de l'ILD. Le deuxième objectif se concentre sur l'analyse du comportement des panaches de pétrole/gaz provenant d'éruptions en eaux profondes. Les simulations avec le modèle GAS_DOCEAN ont été effectuées en trois points situés à 50ºW, 5.25ºN, 44.5ºW, 0.5ºN et 42.75ºW, 1ºS . Le pas de temps a été ajusté en raison des conditions océanographiques particulières à chaque point, dans lequel, la vitesse initiale tend vers zéro et le coefficient 0,1 de l'équation originale a été remplacé par 0,0250 et 0,0375. Tous les panaches se sont comportés comme le type 3. La vitesse saisonnière du courant était faible entre le fond et la surface, ne dépassant généralement pas 0,25 ms-¹ ; le déplacement maximal des panaches par rapport à leur point d'origine n'était pas supérieur à 1 m. Le diamètre moyen des panaches à la surface variait entre 54 et 79,7 m et le temps d'arrivée à la surface était de 7,25 à 8,05 heures.
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Dates et versions

tel-03521480 , version 1 (11-01-2022)

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Identifiants

  • HAL Id : tel-03521480 , version 1

Lien texte intégral

Citer

H.L. Varona. Circulation, transport and dispersion of hydrocarbon plumes in the North Brazilian equatorial broadband. Physics [physics]. Universidade Federal de Pernambuco, 2018. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03521480⟩
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