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Rev. Téc. lng. Unl . Zulia. Vol. 21. N2 3, 157-1 62 , 1998
Prediction of trajectory and fate
of the Nissos Amorgos oil spill
José Rincón, Miguel Reyes and Sandra Viada*
Laboratorio de Simulación Computacional, Departamento de Energía Escuela de Ingeniería Mecánica, Facultad de fngeniería, Universidad d el Zulia Apartado 10482, Maracaibo. Venezuela. E -mail:[email protected] *Instituto para el Control y la Conservación de la Cuenca del Lago de Maracaibo. ICLAM Abstract
This paper presents tbe trajectory modeting res ults of the oil spill occurred in tbe Gulf ofVenezuela
as res ult of lile h ull damage of the tanker Nissos Amargos. The computational code "DROG3D" developed
at North Carolina University (USA) was u sed to described drogue trajectory, u n der the influen ce of the
tidal currents. The local tidal and current infonnation was obtaJned from another Finite Element based
code which solves the shallow water equations. The predi tion of the oil slick trajectory and its Visual
reports are in good agreement and the final 011 location was spotted williin the zone indicatecl by tbe
model.
Key words: Oil spill, predlction, trajectory, Nissos Amorgos, DROG3D,
Predicción de la trayectoria y destino final
del derrame petrolero del Nissos Amorgos
Resumen
Este trabajo presenta los resultados del modelaJe d e la trayectoria d e derrame de petróleo ocurrido
en el Golfo de Venezuela como consecuencia de la ruptu ra del casco del tanquero Nissos Amorgos. El
programa de computación usado fue el DROG3D desarrollado en la Universidad de Carolina del Norte
(EE.U U.). Este programa describe la trayectoria de una particula inerte , sometida a la a cción de las
corrientes. la información de las mareas y corrientes locales es obtenida a su vez d e otro programa,
basado en el método de elementos finitos y que resuelve las ecuaciones de la m ecánica de fluidos para
mareas litorales. Las predicciones de la trayectoria de la manch a y las observaciones visuales "in situ"
están en buena concordancia y la deposición final del crudo fue ubicada en la zona indicada por el modelo.
Palabras clave: Derrame de petróleo, predicción, trayectoria, Nissos Amorgos, DROG3D.
Introducción
E l día Viernes 28 de Febrero de 1997 a las
1 1 p.m., el tanquero NissosAmorgos encalló en el
canal de navegación en el Golfo de Venezuela y su
casco se r ompió derramando 25,460 barriles d e
crudo Bachaqu ero (I 1.9° API) en el sitio de vara­
dura ya lo largo d la trayectoria que siguió luego
de ser desencallado. La. mayor parte del crudo
(16,000 barriles aprOximadamente) fue liberado
en el sitio donde ocurrió la va radura ubicada a
una latitud de 11 2, 133' N Y una longitud de 71
35,66 1' W. El Im pacto ambiental de este a cciden­
te no h a podido todav:ía estimarse.
La detenninación de las corrien tes y ma­
reas imperantes en el Sistema Lago de Maracai­
bo-Golfo de Venezuela se hizo usando el progra­
m a tridim ens ional gUODDY5 (1 ], b asado en el
método de Elemento Finito (MEF). Este campo de
velocidades fue el utilizado para calcular la tra­
yectoria y des tino de la mancha de crudo.
Rev. T éc. Ing. Univ. Zulla. Vol. 21 , No. 3,1998
158
Rincón , Reyes y Viada
Un m odelo n umérico compu tacion al desa­
rrollado originalmente en la Universidad d e Caro­
lina d el Norte, y adaptado y modificado en el La­
boratorio de Sim ulación Computacional de la
Universidad del Zulla fue usado para simular el
transporte y el destino final de la manch a de pe­
tróleo en el Golfo de Venezuela. El modelo lagran­
giano de trayectoria de flotador s fu e usado para
predecir la dinámica de una mancha d e aceite so­
metida a la marea (básicamente a la comp onente
M2, pred ominante en el golfo [2 ]) y al viento (vien­
tos Alisios p redom inantes en la zona).
Este artículo presenla los resultad os de la
a plicación del programa DROG3D, desarrollad o
en la Universid ad de Car Hna del Norte por Blan­
ton y W m er [8] para la predicción de trayecto ­
rias de flo tadores, el cual fu e adap tado y u Ulizado
por los a utores de este trabaj o , para simular el
transporte , ruta y destino final del mencionado
derrame de crudo en el Golfo de Venezuela.
Características físicas del
sistema lago de Maracaibo-Golfo
de Venezuela
La predicción de trayectoria de derrames
usando programas de com puta ción ha sido usa­
da intensam ente en los ú ltimos accidentes d e
este tipo, por los grupos encargados de aliviar es­
tas contingencias. Ejemplos de es te tipo de pro­
gramas son: el GULFSLIK 1 desarrollado por Lehr
y Cekirge [3] y utilizado para simular el transpor­
te y destino de los d errames de crudo en el Golfo
Pérsico durante la ocu pación de Ku wait por las
tropas iraquíes ; el modelo OSSM [4] de la Agencia
Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estado
Unidos (NOAA) utilizado por Galt et al [5 ] en el
der rame de Nowruz al n orte del Golfo Pérsico en
1983: el SL1KFORCAST usado por Krogh [6] en el
derrame de Hasbah en el Golfo Pérsico en 1980; y
el OILPOL desarrollado por Al-Rabeh et al. [7] Y
usado en el derrame de Al-Ahmadi durante la
guerra del Golfo.
El sistema Lago-Golfo está localizado en la
esquina nor-occidental de Venezuela entre las la­
titudes 9° y 12° N Y longitudes 70° y 73° W como
se muestra en la Figura l. Con siste de un cuerpo
oceánico d e agua llamado Golfo de Venezuela, el
cual es tá conectado a través de un estu ario par­
cialm ente mezclado con stituido por la Bahía El
Tablazo y el es trecho d e Maracaibo, a l Lago de
Maracaibo.
El Golfo de Venezuela es una región rectan­
gular con 180 Km. de lon gitud y 75 Km. de ancho
aproximadamenle. Su profundida d promedio es
de 30 m ts. y está delimitado en s u parte más s ep­
tentrional por una línea que s e extiende entre la
Península de la Guajira y la Peninsula de Para­
guaná. En su parte sur el Golfo de Venezuela s e
comun ica con la bahía de El Tablazo a través de
12°r---------~~--------~~------~~~~--------.,
11 °
10°
72°
71°
70°
Figura l. Sistema Lago de Maracaibo-Golfo de Ven ezuela.
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69°
Derrame Niss05 Amorgas
159
tres bocas (San Carlos- Zapara. Cañon era y Ca­
ñonerila). La b oca San Carlos-Zapara es la mas
amplia. con 1.5 Km. de anchura y a través de la
cual p asa u n canal de navegación . continua men ·
te dragado a una profundidad de 13 .5 m ts. [1].
Los Vi n tos pr edominan tes en todo el sistem a s on
los vienlos alis ios los cuales soplan en la direc­
ción Nor-E s te.
Análisis de la trayectoria y destino del
derrame
La trayectoria del derrame se determinó
u sando el modelo DROG3D [8]. el cual modela la
mancba com o un flotador represen tativo del cen­
tro de m asa de la m isma. Este tipo de modelo es
m uy útil para respuestas tácticas en tiempo r eal
y p ara el diseño de p lanes de contingencia. ya que
p ermite predecir el lugar y el momento en el que
estará la mancha en su recorrido. Para calcular
la trayectoria delllotador el m odelo resuelve las
s igu ientes ecu aciones diferenciales ordinarias:
dx
=u
(1)
dy = v
(2)
-
dt
di
dz
-
dt
=w
(3)
donde x. y y z son las coordenadas del flotador;
ti, v y w son las com ponent es cartesianas de la
velocidad d el agua y t es el tiempo. Estas ecu acio­
nes son resueltas u sando el método de Runge­
Kutta de 5to ord en [9], pero la información del
campo de velocidades del fluido que arrastra la
partícu la es obtenld a de otro modelo que simula
la hidrodinámica de aguas poco profundas.
La hidrodinám ica del Sistema Lago-Golfo
correspondiente al periodo seco (no lluviOSO) y a
la magnitud d e los vientos imperantes en el mo­
mento del derrame. fue obtenida usando el pro­
grama g UODDY basado en e l MEF. que pennite
la solu ción tridimensional de las ecuaciones de la
mecánica d e los fluidos aplicadas a las m areas li­
torales.
La forma tridimen sional d e las ecuacion es
que gobiernan la hidrodinámica de aguas p oco
proflmdas son las siguientes :
Continuidad
\7 V
=O
(4)
Momeniu m Horizontal
(5)
d onde v es el vector velocidad. ~ es la elevación de
la sup erficie Ubre, 9 es la gr avedad, f es el vector
de Coriolis . \7xy es el operador gradiente horizon­
tal y N es la Viscosidad vertical. La forma vertical­
menle p romediada de las ecuaciones (2 ) y (3). son
combinadas para obtener la ecu ación tridimen ­
sional de la on da para aguas poco profundas [101.
L e.
(6)
donde: H es la profundidad total (H = h + ~) ; h es la
profi.mdidad batim étrica; 1/J y r son func iones
asociad as a los esfuerzos en la superficie y el fon­
do.
Así. el proced.im.iento d e cálculo consiste en
r esolver la ecuación (6) para obten er ~ luego la
ecuación (5) para obtener Vy por ultimo se usa la
ecuación (4) para obtener la componente vertical
de la velocidad w . El dominio es dividido en ele­
m entos p rismáticos triangulares lineales de 6 no­
dos. Mas detalles del modelo pueden ser obteni­
dos d e Linch et al [l1 ]. El programa proporciona
información de velocidades y mare s e n todos los
puntos nodales.
Toda es ta información es alimentada al p ro­
grama DROG3D y u n trazador virtual fue libera­
do en la localización geográfica del derrame . a
u na profundidad de 50 cm. La hora del lanza­
miento del flo tador se hizo ponien do en fase la in­
formación disp onlble en el m areógrafo de Male­
cón (un punto cer cano al sitio del derrame) y las
predicciones d el modelo h idrodinámico.
La sim ulación reveló que du rante las pri­
meras 2 4 horas el derrame se movió dirigido por
la m area principalmen te. pero luego fue ron los
fuertes vientos los que det erminaron que se mo­
viera hacia la orilla Occ.idental y bañara toda la
costa en d irección n oroeste. La Figura 2 p resenta
las prediccion es obtenidas por el m od lo compa-
Rev. Téc.. Ing. Univ. Zulia. Vol. 21. No. 3 . 199 8
Rincón, Reyes y Via da
160
Golfo qe Venezuela
Balneario
Caimare Chico
Canal de
Na~egaci6n
: Mancha Detectada:
I
a los 9 dias
,I
,
:
,
/
:
------" --­Mañ'cha-DeteCtada -. - -:¡ --------.. -- e - - - - - - - - - - - - - ­
•
a: las 24 Hrs
',1
Predicci ó ~
a los 9di$
..
:
. :.
,
Predlcclon .
- - - - - - - ­ - ­ - - ­ - ~ ­ - - - - ­ - -a tas"24i1rs-- ­ - ­ - ­
Trayectoria :
Calculada :
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:
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:San cariaS;
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" L~gar del derrame
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Isla de Zapara
:
:
I
,
------------:-------------r---­1------------------. Bahia:
10 Km
del ..
' .-------+~'
/ Tablazo:
Figura 2. Comparación de las predicciones y los reportes visu ales de la posición de la mancha.
---­-_.... _.-
4
•......
_
_._._ _.----,
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o = Sin petróleo
1 = Muy baja
2 = Baja
3 = Moderada
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= Alta
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Distancia desde Calmare Chico (+ hacia San Carlos; • hacia Cai'lo Sagua)
Figura 3. 1 Q SCAT. Zona Intenuarial de Activa Afectación Sup erficial. 15 al 17/ 03 / 97.
radas con los reportes visuales de las manchas
de petróleo a 2 4 horas y 216 horas.
El volu m en estimado de crudo recogido en
la costa en los primeros días fue de 991 b aniles.
lo cual inmediatamente obligó a preguntarse
dón de estaba el resto del petróleo, confiando en
las prediccion es del modelo el crudo fue rastrea­
do y localizado en la s zonas intermareal y de rom­
pientes de la costa. procediéndose a cuantificar
la cantidad de crudo mezclado con la arena me­
diante la técnica de SCAT [12] cuyos resultados
son presentados en las Figur a s 3. 4 Y 5 donde se
puede notar que la zona con mayor concentra­
ción o zon a caliente" está localizada en el sitio
donde el modelo predice el primer impacto del de­
rrame sobre la costa Le. a 14 Km. del balneario
Caimare Chico . Tomando en cuen ta qu e parte del
crudo se disuelve en el agua y que otra fracción se
e apora. el balance de masa indica qu e p ráctica­
mente todo el crudo procedente del derrame fue a
parar a las costas Nor-Occidentales del Golfo en
M
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16 1
Derrame Nissos Amorgos
o = Sin petróleo
1 = Muy baja
2 = Baja
3 = Moderada
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Diatancia desde Calmare Chico (+ a San Carlos, • a Caño Sagua)
Figura 4. 2º SCAT. Zona Intermareal de Activa Afectación Superficial. 22 / 03/ 9 7 .
o = Sin petróleo 1 = Muy baja 2 = Baja
3 = Moderada
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Figura 5. 3º SCAT. Zona Intennareal de Ac tiva Afectación Superficial. 28/ 03 / 9 7 .
las inmediaciones del balnealio Caimare Chico,
afectando principalmente la población d e alme­
jas, chipi-chipis. el fi toplancton yen menor grado
inmediato a peces y aves. El crudo se encuentra
"entrampado" en localizaciones dis persa s baj o la
arena y actualmente s e trabaja en su remoción .
respuesta táctica del derrame, s u ubicación ,
cuan tificación y recolección. La comparación en ­
tre la t rayectoria predicha y las observacion es vi­
sua les de la mancha muestran q u e el programa
DROG3D produce resultados razonablemente
precisos en la predicción de trayectorias de de­
rrames.
Conclusiones
Se llevó a cabo la simulación del recorrido
seguido por el derrame pet rolero del tanquero
Nissos Amorgos. usando el m odelo Iagrangiano
de trayectoria de flotadores DROG3D . Las pre­
dicciones fueron usadas para dar soporte a la
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