Applicazione Applicazione di un modello gaussiano ibrido di un modello gaussiano ibrido
ad un sito industriale ad un sito industriale caratterizzato da orografia complessa.caratterizzato da orografia complessa.
Bruno Bove, Lucilla Ticconi, Lucia Mangiamele, Mario Scarciolla, Roberto Sozzi
Un particolare ringraziamentoall’ing. Anna Maria Crisci
L’applicazione di un modello di trasporto L’applicazione di un modello di trasporto e diffusione degli inquinanti in atmosfera e diffusione degli inquinanti in atmosfera è solo uno degli step dello studio è solo uno degli step dello studio sistemico sull’area in esame e richiede sistemico sull’area in esame e richiede l’utilizzo di metodi e strumenti integrati.l’utilizzo di metodi e strumenti integrati.
InquadramentoSocio-economico
Caratterizzazioneorografica
Qualità Qualità dell’Ariadell’Aria
DatiDatimeteorologicimeteorologici
Quadro delle Quadro delle EmissioniEmissioni
Approccio metodologico
per l’applicazione modellistica
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Dati: tipologia e strumenti
EmissioniEmissioni
Dati meteoDati meteo
Dati QADati QA
OrografiaOrografiaAltri strati informativi
Uso del Suolo
Digital Terrain Model
G I S
Rete AgrobiosRete AgrobiosRete del Servizio Idrografico - ARPABRete del Servizio Idrografico - ARPAB
Rete ARPABRete ARPABRete FeniceRete Fenice
DataBaseDataBaseAriaAria
InquadramentoSocio-economico
Caratterizzazioneorografica
Qualità dell’Aria
Datimeteorologici
Quadro delle Quadro delle EmissioniEmissioni
Approccio metodologico
per l’applicazione modellistica
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Anagrafica dell’azienda:- nome- ubicazione- tipologia produttiva (con riferimento a
codice CORINAIR)
Altri dati di interesse:- consumi dell’impianto di produzione di
calore per riscaldamento- descrizione sommaria del ciclo
produttivo
Caratterizzazione delle sorgenti: - descrizione geometrica del camino,- caratteristiche chimico-fisiche delle
emissioni.
DataBaseAria
Dati sulle sorgenti puntuali di emissione
InquadramentoSocio-economico
Caratterizzazioneorografica
Qualità dell’Aria
Datimeteorologici
Quadro delle Emissioni
Approccio metodologico
per l’applicazione modellistica
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Popolazione TotalePopolazione Totale superiore a superiore a 610.000 abitanti 610.000 abitanti (ISTAT 1995)(ISTAT 1995)
Numero Totale di ComuniNumero Totale di Comuni pari a pari a 131, di cui solo 11 con 131, di cui solo 11 con
popolazione superiore a 10.000 popolazione superiore a 10.000 abitantiabitanti
Superficie TotaleSuperficie Totale circa pari circa pari a 10.000 kmqa 10.000 kmq
Aree industriali
Superficie [ha] Addetti
Atella
34,72 458
Balvano
14,72 456
Baragiano
47,24 266
Melfi 517,94 9.600
Potenza 115,96 2.389
Satriano
12,6 234
Senise
30,54 319
Tito 181,33 2.366
Viggiano
93,21 1.402
Totale
1.048,26 17.490
L’area industriale di Melfi ha una L’area industriale di Melfi ha una estensione pari a ~ il 50% del estensione pari a ~ il 50% del
totale totale ed un numero di addetti ed un numero di addetti pari a ~ il 55% del totale.pari a ~ il 55% del totale.
FONTE: Consorzio ASIFONTE: Consorzio ASI
Aree industriali presenti:
9 nella provincia di Potenza
5 nella provincia di Matera
Aziende Addetti
Consorzio ASI (anno 2002)
44* 9.600
DPR 203/88 (anno 1997, in
corso di aggiornamento)
22+ 7.900
* E' il numero delle aziende in attività; se si considerano quelle in programma si contano 97 aziende.
+ In prima analisi, si può affermare che la crescita dell'apparato produttivo melfese dal 1997 ad oggi è stata del 20% circa.
Considerando la rappresentatività dei dati derivanti Considerando la rappresentatività dei dati derivanti dall’archivio relativo alle autorizzazioni regionali rilasciate ai dall’archivio relativo alle autorizzazioni regionali rilasciate ai sensi del DPR 203/88, possiamo assumere lo stesso archivio sensi del DPR 203/88, possiamo assumere lo stesso archivio quale fonte significativa di informazioni inerenti le emissioni quale fonte significativa di informazioni inerenti le emissioni da sorgenti industriali nell’area industriale di San Nicola di da sorgenti industriali nell’area industriale di San Nicola di Melfi.Melfi.
L’area di studio: Zona industriale di San Nicola
(Vulture –Melfese)
InquadramentoSocio-economico
Caratterizzazioneorografica
Qualità dell’Aria
Datimeteorologici
Quadro delle Emissioni
Approccio metodologico
per l’applicazione modellistica
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Orografia mista:Orografia mista: pianeggiante ad nord e sud-est,pianeggiante ad nord e sud-est,
complessa ad ovest e sudcomplessa ad ovest e sud
Aree industriali presenti:Aree industriali presenti: 9 nella provincia di Potenza9 nella provincia di Potenza5 nella provincia di Matera5 nella provincia di Matera
L’area di studio: Zona industriale di San Nicola
(Vulture –Melfese)
L’area in esame comprende 8 L’area in esame comprende 8 comuni con una popolazione pari comuni con una popolazione pari
a ~ l’11% del totalea ~ l’11% del totale
Area in espansione Area in espansione demografica rispetto al trend demografica rispetto al trend
regionaleregionale
Dominio: 30 km x 30 kmDominio: 30 km x 30 km(estensione pari ad 1/10 della (estensione pari ad 1/10 della
superficie regionale)superficie regionale)
La rete di monitoraggio La rete di monitoraggio dell’area è costituita da:dell’area è costituita da:7 centraline di qualità 7 centraline di qualità
dell’ariadell’aria (a gestione pubblica (a gestione pubblica e privata)e privata)
2 centraline meteo2 centraline meteo (è in (è in programmazione programmazione
l’installazione di ulteriori 2 l’installazione di ulteriori 2 stazioni meteo).stazioni meteo).
Preponderanza di zone utilizzate Preponderanza di zone utilizzate (Fonte INEA) per (Fonte INEA) per
- Seminativi in aree non irrigue;Seminativi in aree non irrigue;- Zone boscate Zone boscate - Colture erbacee a pieno campo;Colture erbacee a pieno campo;- Oliveti;Oliveti;- Vigneti.Vigneti.
L’area di studio: Zona industriale di San Nicola
(Vulture –Melfese)
CTDM PLUS Complex Terrain Dispersion Model Plus
Algorithms for Unstable Situations
E’ un codice EPA con soluzione gaussiana dell’equazione di E’ un codice EPA con soluzione gaussiana dell’equazione di diffusione per emissioni stazionarie da sorgenti puntuali.diffusione per emissioni stazionarie da sorgenti puntuali.
Permette di trattare situazioni stabili ed instabili in presenza Permette di trattare situazioni stabili ed instabili in presenza di terreno complesso.di terreno complesso.
E’ un sistema modellistico è costituito dal modello di trasporto e E’ un sistema modellistico è costituito dal modello di trasporto e diffusione, il pre-processore orografico e il pre-processore diffusione, il pre-processore orografico e il pre-processore meteorologico.meteorologico.
La trattazione della dispersione in presenza di ostacoli in La trattazione della dispersione in presenza di ostacoli in condizioni stabili e neutre si basa sul concetto della Dividing condizioni stabili e neutre si basa sul concetto della Dividing Streamline. Streamline.
Concetto di Dividing StreamLine
Nella modellazione stazionaria della dispersione di inquinanti in Nella modellazione stazionaria della dispersione di inquinanti in orografia complessa e situazioni stabili, elemento prioritario è il orografia complessa e situazioni stabili, elemento prioritario è il concetto della concetto della Dividing Streamline HcDividing Streamline Hc. Essa divide il plume in:. Essa divide il plume in:
un flusso al di sotto di Hc che un flusso al di sotto di Hc che non possiede energia cinetica non possiede energia cinetica sufficiente a salire sopra la sufficiente a salire sopra la montagna e tenderà a muoversi montagna e tenderà a muoversi attorno ad essaattorno ad essa
un flusso al di sopra di Hc un flusso al di sopra di Hc che può scavalcare la che può scavalcare la montagnamontagna
è la parte di plume che sale è la parte di plume che sale lungo la montagna lungo la montagna subendo una convergenza subendo una convergenza verticale delle linee di verticale delle linee di flusso (sz diminuisce) ed flusso (sz diminuisce) ed una divergenza orizzontale una divergenza orizzontale (sy aumenta)(sy aumenta)
è la parte di plume che è la parte di plume che permane orizzontale e si permane orizzontale e si muove attorno muove attorno all’ostacolo all’ostacolo tridimensionale.tridimensionale.
Sistema Sistema ModellisticoModellistico
InquadramentoSocio-economico
Caratterizzazioneorografica
Qualità dell’Aria
DatiDatimeteorologicimeteorologici
Quadro delle Emissioni
Approccio metodologico
per l’applicazione modellistica
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Pre-processore Meteorologico ARPA_PBLO
BIE
TTIV
OB
IETTIV
IIA
PP
LIC
AB
ILIT
AA
PP
LIC
AB
ILIT
A’’
Dotarsi di uno strumento che consenta:Dotarsi di uno strumento che consenta:1.1. Supporto ai modellisti;Supporto ai modellisti;2.2. Approccio semplificato;Approccio semplificato;3.3. Elaborazione immediata di dati derivanti da Elaborazione immediata di dati derivanti da
misure mediante strumentazione tradizionalemisure mediante strumentazione tradizionale
Il pre-processore è predisposto per produrre file Il pre-processore è predisposto per produrre file meteorologici ai seguenti modelli:meteorologici ai seguenti modelli:
1.1. ISC3ISC32.2. MOCAR_3MOCAR_33.3. MOCAR_4 MOCAR_4 4.4. CTDM PlusCTDM Plus
Fase di Calibrazione
INPUTINPUT
Form
ato
Form
ato u
niv
oco
un
ivoco
AnnoAnno
MeseMese
GiornoGiorno
OraOra
Velocità vento Velocità vento [m/s][m/s]
Direzione vento Direzione vento [°][°]
Temperatura Temperatura aria [°C]aria [°C]
Radiazione Radiazione globale [W/mq]globale [W/mq]
OUTPUTOUTPUT
Form
ato
dip
en
den
teFo
rmato
dip
en
den
te d
a m
od
ello
sele
zion
ato
da m
od
ello
sele
zion
ato
AnnoAnno
MeseMese
GiornoGiorno
OraOra
Temperatura aria [°C]Temperatura aria [°C]
Velocità vento [m/s]Velocità vento [m/s]
Direzione vento [°]Direzione vento [°]
Radiazione globale [W/mq]Radiazione globale [W/mq]
Radiazione netta [W/mq]Radiazione netta [W/mq]
Flusso di calore sensibile [W/mq]Flusso di calore sensibile [W/mq]
Velocità di frizione [m/s]Velocità di frizione [m/s]
Temperatura di scala [K]Temperatura di scala [K]
Inverso della L di Monin-Obukhov [mInverso della L di Monin-Obukhov [m-1-1]]
Altezza di rimescolamento [m]Altezza di rimescolamento [m]
Velocità convettiva di scala [m/s]Velocità convettiva di scala [m/s]
Pre-processore Meteorologico ARPA_PBL
Ipotesi principali di lavoro
Sorgenti puntuali: 4 camini industrialiSorgenti puntuali: 4 camini industriali
Run orari in condizioni di stabilità atmosfericaRun orari in condizioni di stabilità atmosferica
Analisi di sensibilità sulla componente orografica.Analisi di sensibilità sulla componente orografica. Variabilità considerata:Variabilità considerata:
1.1. Orografia Piana,Orografia Piana,2.2. Orografia Semplificata,Orografia Semplificata,3.3. Orografia Complessa.Orografia Complessa.
Sostanza rilasciata: Inquinante primario - NOx Sostanza rilasciata: Inquinante primario - NOx
DiametroDiametro[m][m]
Altezza Altezza [m][m]
VelocitàVelocità[m/s][m/s]
TemperaturaTemperatura[°C][°C]
PortataPortata[mc/h][mc/h]
Rateo Rateo NOxNOx[g/s][g/s]
Sorgente 1Sorgente 11,41,4 5050 1010 170170 69.00069.000 2,42,4
1,21,2 5050 1717 170170 56.00056.000 2,42,4
Sorgente 2Sorgente 233 3030 1818 114114 457.800457.800 22,022,0
33 3030 1818 114114 457.800457.800 22,022,0
Caratterizzazione delle sorgenti
Caratterizzazione Geografica Caratterizzazione Geografica
Caratterizzazione Geometrica e Chimico-Fisica Caratterizzazione Geometrica e Chimico-Fisica
DTMDTM
Profilo NE-SOProfilo NE-SOOrigine nella sorgenteOrigine nella sorgente
OrografiaOrografiaComplessComplessaa
OrografiaOrografiaSemplificatSemplificataa
OrografiaOrografiaRealeReale
0
45
90
135
180
225
270
315
0% 4% 8% 12%
<=1
>1 - 5
>5 - 10
>10
In tensità de l vento [m /s]
0
45
90
135
180
225
270
315
0% 4% 8% 12%
<=1
>1 - 5
>5 - 10
>10
In tensità de l vento [m /s]
0
45
90
135
180
225
270
315
0% 4% 8% 12%
<=1
>1 - 5
>5 - 10
>10
In tensità de l vento [m /s]
CONCLUSIONI
In condizioni stabili, l’analisi della rosa dei venti consente In condizioni stabili, l’analisi della rosa dei venti consente una prima individuazione dell’area a maggiore impatto. Nel una prima individuazione dell’area a maggiore impatto. Nel contesto territoriale descritto, inoltre, l’intensità del vento contesto territoriale descritto, inoltre, l’intensità del vento gioca un ruolo preponderante nella determinazione delle gioca un ruolo preponderante nella determinazione delle concentrazioni a terra.concentrazioni a terra.
L’ipotesi di assenza di orografia in territori complessi L’ipotesi di assenza di orografia in territori complessi determina una sottostima dell’area interessata dalla determina una sottostima dell’area interessata dalla ricaduta di inquinanti.ricaduta di inquinanti.
Rispetto agli obiettivi a breve e medio termine fissati a Rispetto agli obiettivi a breve e medio termine fissati a Luglio in sede MED (Predisposizione del data input ed Luglio in sede MED (Predisposizione del data input ed Applicazione del CTDM Plus) possiamo ritenere che lo stato Applicazione del CTDM Plus) possiamo ritenere che lo stato dell’arte sia confortante e soddisfacente.dell’arte sia confortante e soddisfacente.
ASPETTI RILEVANTI DELL’APPLICAZIONE PRESENTATAASPETTI RILEVANTI DELL’APPLICAZIONE PRESENTATA
Predisposizione del data input inerente l’intero sistema Predisposizione del data input inerente l’intero sistema produttivo dell’area del Vulture - Melfese;produttivo dell’area del Vulture - Melfese;
Applicazione del CTDM Plus (in condizioni instabili);Applicazione del CTDM Plus (in condizioni instabili);
Confronto dei risultati con le misure e quindi validazione del Confronto dei risultati con le misure e quindi validazione del modello;modello;
Redazione delle mappe di impatto;Redazione delle mappe di impatto;
Impiego del data input realizzato per alimentare modelli Impiego del data input realizzato per alimentare modelli gaussiani, con e senza orografia, finalizzando l’analisi alla gaussiani, con e senza orografia, finalizzando l’analisi alla scelta di modelli efficaci ed user friendly (Libreria di modelli scelta di modelli efficaci ed user friendly (Libreria di modelli applicabili in contesti emissivi, meteorologici ed orografici applicabili in contesti emissivi, meteorologici ed orografici anche profondamente differenti).anche profondamente differenti).
CONCLUSIONI
PROSPETTIVE A MEDIO E LUNGO TERMINEPROSPETTIVE A MEDIO E LUNGO TERMINE