Applicazione
di un modello gaussiano ibrido
ad un sito industriale
caratterizzato da orografia complessa.
Bruno Bove, Lucilla Ticconi, Lucia Mangiamele, Mario Scarciolla, Roberto Sozzi
Un particolare ringraziamento
all’ing. Anna Maria Crisci
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
L’applicazione di un modello di trasporto e
diffusione degli inquinanti in atmosfera è solo
uno degli step dello studio sistemico sull’area
in esame e richiede l’utilizzo di metodi e
strumenti integrati.
Inquadramento
Socio-economico
Quadro delle
Emissioni
Caratterizzazione
orografica
Approccio
metodologico
per
l’applicazione
modellistica
Dati
meteorologici
Qualità
dell’Aria
Dati: tipologia e strumenti
Emissioni
DataBase
Aria
Digital Terrain Model
Orografia
Uso del Suolo
Altri strati informativi
GIS
Dati meteo
Dati QA
Rete Agrobios
Rete del Servizio Idrografico - ARPAB
Rete ARPAB
Rete Fenice
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Inquadramento
Socio-economico
Quadro delle
Emissioni
Caratterizzazione
orografica
Approccio
metodologico
per
l’applicazione
modellistica
Dati
meteorologici
Qualità
dell’Aria
Dati sulle sorgenti puntuali di emissione
Anagrafica dell’azienda:
- nome
- ubicazione
- tipologia produttiva (con riferimento a
codice CORINAIR)
DataBase
Aria
Caratterizzazione delle sorgenti:
- descrizione geometrica del camino,
- caratteristiche chimico-fisiche delle emissioni.
Altri dati di interesse:
- consumi dell’impianto di produzione di calore
per riscaldamento
- descrizione sommaria del ciclo produttivo
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Inquadramento
Socio-economico
Quadro delle
Emissioni
Caratterizzazione
orografica
Approccio
metodologico
per
l’applicazione
modellistica
Dati
meteorologici
Qualità
dell’Aria
Popolazione Totale superiore a
610.000 abitanti (ISTAT 1995)
Numero Totale di Comuni pari a 131,
di cui solo 11 con popolazione
superiore a 10.000 abitanti
Superficie Totale circa pari
a 10.000 kmq
Aree industriali presenti:
9 nella provincia di Potenza
5 nella provincia di Matera
Aree
industriali
Superficie [ha]
Addetti
Atella
34,72
458
Balvano
14,72
456
Baragiano
47,24
266
Melfi
517,94
Potenza
115,96
2.389
Satriano
12,6
234
30,54
319
181,33
2.366
93,21
1.402
1.048,26
17.490
Senise
Tito
Viggiano
Totale
9.600
FONTE: Consorzio ASI
L’area industriale di Melfi ha una
estensione pari a ~ il 50% del totale
ed un numero di addetti
pari a ~ il 55% del totale.
Aziende
Consorzio ASI
(anno 2002)
DPR 203/88
(anno 1997, in corso
di aggiornamento)
Addetti
44*
9.600
22+
7.900
L’area di studio: Zona
industriale di San Nicola
(Vulture –Melfese)
* 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 dall’archivio
relativo alle autorizzazioni regionali rilasciate ai sensi del DPR
203/88, possiamo assumere lo stesso archivio quale fonte
significativa di informazioni inerenti le emissioni da sorgenti
industriali nell’area industriale di San Nicola di Melfi.
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Inquadramento
Socio-economico
Quadro delle
Emissioni
Caratterizzazione
orografica
Approccio
metodologico
per
l’applicazione
modellistica
Dati
meteorologici
Qualità
dell’Aria
Aree industriali presenti:
9 nella provincia di Potenza
5 nella provincia di Matera
Orografia mista:
pianeggiante ad nord e sud-est,
complessa ad ovest e sud
L’area di studio: Zona
industriale di San Nicola
(Vulture –Melfese)
Dominio: 30 km x 30 km
(estensione pari ad 1/10 della
superficie regionale)
L’area in esame comprende 8 comuni
con una popolazione pari a ~ l’11%
del totale
Area in espansione demografica
rispetto al trend regionale
La rete di monitoraggio dell’area è
costituita da:
7 centraline di qualità dell’aria (a
gestione pubblica e privata)
2 centraline meteo (è in
programmazione l’installazione di
ulteriori 2 stazioni meteo).
L’area di studio: Zona
industriale di San Nicola
(Vulture –Melfese)
Preponderanza di zone utilizzate (Fonte
INEA) per
-
Seminativi in aree non irrigue;
Zone boscate
Colture erbacee a pieno campo;
Oliveti;
Vigneti.
CTDM PLUS
Complex Terrain Dispersion Model Plus
Algorithms for Unstable Situations
E’ un codice EPA con soluzione gaussiana dell’equazione di diffusione per
emissioni stazionarie da sorgenti puntuali.
Permette di trattare situazioni stabili ed instabili in presenza di terreno
complesso.
E’ un sistema modellistico è costituito dal modello di trasporto e diffusione, il
pre-processore orografico e il pre-processore meteorologico.
La trattazione della dispersione in presenza di ostacoli in condizioni stabili e
neutre si basa sul concetto della Dividing Streamline.
Concetto di Dividing StreamLine
Nella modellazione stazionaria della dispersione di inquinanti in orografia
complessa e situazioni stabili, elemento prioritario è il concetto della Dividing
Streamline Hc. Essa divide il plume in:
un flusso al di sotto di Hc che non
possiede energia cinetica sufficiente a
salire sopra la montagna e tenderà a
muoversi attorno ad essa
un flusso al di sopra di Hc che
può scavalcare la montagna
è la parte di plume che
permane orizzontale e si
muove attorno all’ostacolo
tridimensionale.
è la parte di plume che sale
lungo la montagna subendo
una convergenza verticale delle
linee di flusso (sz diminuisce)
ed una divergenza orizzontale
(sy aumenta)
Sistema Modellistico
Metodologia di approccio all’applicazione modellistica
Inquadramento
Socio-economico
Quadro delle
Emissioni
Caratterizzazione
orografica
Approccio
metodologico
per
l’applicazione
modellistica
Dati
meteorologici
Qualità
dell’Aria
APPLICABILITA’
OBIETTIVI
Pre-processore Meteorologico ARPA_PBL
Dotarsi di uno strumento che consenta:
1. Supporto ai modellisti;
2. Approccio semplificato;
3. Elaborazione immediata di dati derivanti da misure
mediante strumentazione tradizionale
Il pre-processore è predisposto per produrre file
meteorologici ai seguenti modelli:
1. ISC3
2. MOCAR_3
3. MOCAR_4
Fase di Calibrazione
4. CTDM Plus
Pre-processore Meteorologico ARPA_PBL
OUTPUT
INPUT
Anno
Anno
Mese
Mese
Formato univoco
Ora
Velocità vento
[m/s]
Direzione vento
[°]
Temperatura aria
[°C]
Radiazione
globale [W/mq]
Formato dipendente
da modello selezionato
Giorno
Giorno
Ora
Temperatura aria [°C]
Velocità vento [m/s]
Direzione vento [°]
Radiazione globale [W/mq]
Radiazione netta [W/mq]
Flusso di calore sensibile [W/mq]
Velocità di frizione [m/s]
Temperatura di scala [K]
Inverso della L di Monin-Obukhov [m-1]
Altezza di rimescolamento [m]
Velocità convettiva di scala [m/s]
Ipotesi principali di lavoro
 Sorgenti puntuali: 4 camini industriali
 Run orari in condizioni di stabilità atmosferica
 Sostanza rilasciata: Inquinante primario - NOx
 Analisi di sensibilità sulla componente orografica.
Variabilità considerata:
1. Orografia Piana,
2. Orografia Semplificata,
3. Orografia Complessa.
Caratterizzazione delle sorgenti
Caratterizzazione Geografica
DTM
Caratterizzazione Geometrica e Chimico-Fisica
Sorgente 1
Sorgente 2
Diametro
[m]
Altezza
[m]
Velocità
[m/s]
Temperatura
[°C]
Portata
[mc/h]
Rateo
NOx
[g/s]
1,4
50
10
170
69.000
2,4
1,2
50
17
170
56.000
2,4
3
30
18
114
457.800
22,0
3
30
18
114
457.800
22,0
Profilo NE-SO
Origine nella sorgente
Orografia
Semplificata
Orografia
Complessa
Orografia
Reale
0
315
45
270
90
0%
4%
8%
12%
Intensità del vento [m/s]
<=1
>1 - 5
>5 - 10
>10
225
135
180
0
315
45
270
90
0%
4%
8%
12%
Intensità del vento [m/s]
<=1
>1 - 5
>5 - 10
>10
225
135
180
0
315
45
270
90
0%
4%
8%
12%
Intensità del vento [m/s]
<=1
>1 - 5
>5 - 10
>10
225
135
180
CONCLUSIONI
ASPETTI RILEVANTI DELL’APPLICAZIONE PRESENTATA
 In condizioni stabili, l’analisi della rosa dei venti consente una prima
individuazione dell’area a maggiore impatto. Nel contesto territoriale
descritto, inoltre, l’intensità del vento gioca un ruolo preponderante
nella determinazione delle concentrazioni a terra.
 L’ipotesi di assenza di orografia in territori complessi determina una
sottostima dell’area interessata dalla ricaduta di inquinanti.
 Rispetto agli obiettivi a breve e medio termine fissati a Luglio in
sede MED (Predisposizione del data input ed Applicazione del CTDM
Plus) possiamo ritenere che lo stato dell’arte sia confortante e
soddisfacente.
CONCLUSIONI
PROSPETTIVE A MEDIO E LUNGO TERMINE
 Predisposizione del data input inerente l’intero sistema produttivo
dell’area del Vulture - Melfese;
 Applicazione del CTDM Plus (in condizioni instabili);
 Confronto dei risultati con le misure e quindi validazione del
modello;
 Redazione delle mappe di impatto;
 Impiego del data input realizzato per alimentare modelli gaussiani,
con e senza orografia, finalizzando l’analisi alla scelta di modelli
efficaci ed user friendly (Libreria di modelli applicabili in contesti
emissivi, meteorologici ed orografici anche profondamente
differenti).