La Qualità dell’Aria stimata:La Qualità dell’Aria stimata:applicazioni modellistiche ADMS per applicazioni modellistiche ADMS per

uno studio della diffusione degli uno studio della diffusione degli inquinanti atmosferici nel comune inquinanti atmosferici nel comune

di Ferrara e aree limitrofedi Ferrara e aree limitrofe

Seminario “Qualità dell’aria e dintorni: recenti indagini di Approfondimento in provincia di Ferrara” - 26 maggio 2008

Sabina Sabina BellodiBellodi, Enrica Canossa, Enrica CanossaEcosistema Urbano, Servizio Sistemi AmbientaliEcosistema Urbano, Servizio Sistemi AmbientaliARPA ARPA sezsez.provinciale di Ferrara.provinciale di Ferrara

Cosa è un modello per la Qualità dell’AriaCosa è un modello per la Qualità dell’Aria

E’ uno E’ uno strumento matematico/informaticostrumento matematico/informatico che cerca che cerca di ricostruire il più fedelmente possibile la di ricostruire il più fedelmente possibile la concentrazioneconcentrazione dei vari inquinanti in un dei vari inquinanti in un dominio dominio di di calcolo spaziocalcolo spazio--temporale di interesse, descrivendo i temporale di interesse, descrivendo i fenomeni fisico fenomeni fisico –– chimicichimici (trasporto, diffusione, (trasporto, diffusione, reazioni reazioni chimiche…deposizionichimiche…deposizioni) subiti dall’inquinante ) subiti dall’inquinante in atmosfera, tramite equazioni o relazioni funzionali in atmosfera, tramite equazioni o relazioni funzionali fra le grandezze fondamentali che descrivono tali fra le grandezze fondamentali che descrivono tali fenomenifenomeni

Possibili applicazione Possibili applicazione dei modelli di Qualità dell’Ariadei modelli di Qualità dell’Aria

valutazione di QA in zone senza misure (valutazionevalutazione di QA in zone senza misure (valutazionepreliminare, zonizzazione, relazioni annuali di QA...)preliminare, zonizzazione, relazioni annuali di QA...)

individuazione di zone idonee per la collocazione diindividuazione di zone idonee per la collocazione dicentralinecentraline

analisi di scenario (analisi di scenario (p.esp.es.: misure di riduzione delle .: misure di riduzione delle emissioni, rinnovo parco macchine, nuovo insediamento emissioni, rinnovo parco macchine, nuovo insediamento produttivo)produttivo)

valutazioni di impatto ambientale (valutazione degli valutazioni di impatto ambientale (valutazione degli impatti di soluzioni alternative)impatti di soluzioni alternative)

previsioni di QAprevisioni di QA

rilasci accidentali (gestione di emergenzerilasci accidentali (gestione di emergenze))

Riferimenti NormativiRiferimenti NormativiDM 60/2002DM 60/2002 ““RecepimentoRecepimento della direttiva 1999/30/CE del Consiglio del 22 della direttiva 1999/30/CE del Consiglio del 22 aprile 1999 concernente i valori limite di aprile 1999 concernente i valori limite di qualita'qualita' dell'aria ambiente per il dell'aria ambiente per il biossido di zolfo, il biossido di azoto, gli ossidi di azoto, lebiossido di zolfo, il biossido di azoto, gli ossidi di azoto, le particelle e il piombo e particelle e il piombo e della direttiva 2000/69/CE relativa ai valori limite di della direttiva 2000/69/CE relativa ai valori limite di qualita'qualita' dell'aria ambiente dell'aria ambiente per il benzene ed il monossido di per il benzene ed il monossido di carbonio.”carbonio.”Art.Art. 3 3 -- Valutazione dei livelliValutazione dei livelliAllegato X:Allegato X: Obiettivi per la qualità dei dati e relazione sui risultati delObiettivi per la qualità dei dati e relazione sui risultati della la valutazione della qualità dell’aria valutazione della qualità dell’aria

DM 261/02DM 261/02 “Regolamento recante le direttive tecniche per la valutazione Regolamento recante le direttive tecniche per la valutazione preliminare della qualità dell'aria ambiente, i criteri per l'elpreliminare della qualità dell'aria ambiente, i criteri per l'elaborazione del piano e aborazione del piano e dei programmi di cui agli articoli 8 e 9 del decreto legislativodei programmi di cui agli articoli 8 e 9 del decreto legislativo 4 agosto 1999, n. 4 agosto 1999, n. 351.”351.”Allegato 1:Allegato 1: Direttive tecniche concernente la valutazione preliminare della Direttive tecniche concernente la valutazione preliminare della qualità dell’aria: modelli, caratteristiche generali, procedure qualità dell’aria: modelli, caratteristiche generali, procedure di applicazione, di applicazione, incertezza.incertezza.

La scelta dei modelliLa scelta dei modelli

elementi da considerare: elementi da considerare:

•• scala spazialescala spaziale (microscala, locale, (microscala, locale, mesoscalamesoscala, regionale, , regionale, globale)globale)

•• scala temporalescala temporale ((shortshort--termterm//longlong--termterm) )

•• terrenoterreno piano/complesso, piano/complesso, dominiodominio urbano/rurale, urbano/rurale, siti costieri, valli, canyon urbani...siti costieri, valli, canyon urbani...

•• inquinanteinquinante inerte/reattivo, gas/aerosolinerte/reattivo, gas/aerosol

•• deposizionedeposizione sì/nosì/no

•• complessità dei complessità dei fenomeni meteofenomeni meteo, presenza di calme di , presenza di calme di vento, brezze...vento, brezze...

•• sorgenti emissivesorgenti emissive da considerare (puntuali, lineari, da considerare (puntuali, lineari, arealiareali))

•• tempitempi di calcolodi calcolo

•• tempi di predisposizione degli tempi di predisposizione degli inputinput

•• costicosti

La scelta dei modelli La scelta dei modelli -- problematicheproblematiche

Condizione necessaria per un utilizzo funzionale dei modelli di Condizione necessaria per un utilizzo funzionale dei modelli di dispersione, è l'acquisizione di dispersione, è l'acquisizione di dati di ingressodati di ingresso affidabili e completi. affidabili e completi.

E' quindi indispensabile la conoscenza del numero e delle E' quindi indispensabile la conoscenza del numero e delle caratteristiche delle caratteristiche delle stazioni meteorologichestazioni meteorologiche esistenti, dei dati di esistenti, dei dati di trafficotraffico e delle stime più affidabili sulle e delle stime più affidabili sulle emissioni emissioni dell’intero inventario.dell’intero inventario.

La scelta dell'area da esaminare deve tenere conto della disponiLa scelta dell'area da esaminare deve tenere conto della disponibilità di bilità di dati di ingresso. dati di ingresso.

Modelli Modelli GaussianiGaussiani

integrazione dell’equazione integrazione dell’equazione generale di trasporto e generale di trasporto e diffusione, in condizioni diffusione, in condizioni semplificate:semplificate:•• condizioni meteo stazionarie condizioni meteo stazionarie e omogeneee omogenee

•• velocità del vento non nulla velocità del vento non nulla (V al denominatore)(V al denominatore)

•• inquinante passivo, inerteinquinante passivo, inerte•• nessuna rimozionenessuna rimozione•• terreno piattoterreno piatto

il pennacchio il pennacchio ((plumeplume)) viene viene trasportato nella direzione del trasportato nella direzione del ventovento

),(,,

2

2

2

2

21

2),,(

turbolenzaxzyzy

fondof

C

emissioneQ

f

zy

zy

CeVQzyxC zy

σσ

σσ

σσπ

=

=

=

+⋅

=⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛+−

Modelli Modelli GaussianiGaussiani modificatimodificati

••innalzamento del pennacchio (altezza effettiva della sorgente)innalzamento del pennacchio (altezza effettiva della sorgente)

••inversioni in quotainversioni in quota

••calme di ventocalme di vento

••sorgenti lineari, sorgenti lineari, arealiareali, volumetriche (la linearità emissioni, volumetriche (la linearità emissioni--concentrazioni dell'equazione del concentrazioni dell'equazione del gaussianogaussiano consente di consente di sommare varie sorgenti sommare varie sorgenti ----> modelli per aree urbane)> modelli per aree urbane)

••siti costierisiti costieri

••terreno complesso (valli, colline, declivi...)terreno complesso (valli, colline, declivi...)

••aree urbane, canyon urbaniaree urbane, canyon urbani

••trasformazioni chimiche semplicitrasformazioni chimiche semplici

••DeposizioniDeposizioni

••effetto “scia” (effetto “scia” (wakewake) (dovuta al camino o ad edifici)) (dovuta al camino o ad edifici)

Modello ADMS URBAN Modello ADMS URBAN –– versione 2.2versione 2.2

Modello stazionario Modello stazionario ––gaussianogaussiano modificato di dispersione modificato di dispersione degli inquinanti rilasciati nelle aree urbane da sorgenti:degli inquinanti rilasciati nelle aree urbane da sorgenti:

•• IndustrialiIndustriali•• DomesticheDomestiche•• TrafficoTraffico

CERC (Cambridge CERC (Cambridge EnvironmentalEnvironmental ResearchResearch ConsultantsConsultants LtdLtd) ) –– UKUK

Caratteristiche del Modello ADMS URBANCaratteristiche del Modello ADMS URBAN

Versatilità delle applicazioni:Versatilità delle applicazioni:• • Preprocessore meteo:Preprocessore meteo: ADMS è dotato di un preprocessore meteo che ADMS è dotato di un preprocessore meteo che calcola i parametri dello strato limite sulla base di dati meteocalcola i parametri dello strato limite sulla base di dati meteorologici di input;rologici di input;

• • Modello avanzato di dispersioneModello avanzato di dispersione con un profilo gaussiano in condizioni con un profilo gaussiano in condizioni

stabili e neutre ed un profilo verticale non gaussiano della constabili e neutre ed un profilo verticale non gaussiano della concentrazione in centrazione in condizioni instabili;condizioni instabili;

• • Profilo verticale non Profilo verticale non gaussianogaussiano delle concentrazionidelle concentrazioni• • Collegamento direttoCollegamento diretto all’inventario all’inventario delle emissionidelle emissioni• • Gamma completa diGamma completa di tipi di sorgentitipi di sorgenti che permette di analizzare fino a 1500 che permette di analizzare fino a 1500

sorgenti puntuali, lineari, di area e di volume;sorgenti puntuali, lineari, di area e di volume;

• • Reazioni chimicheReazioni chimiche con NOx, O3, VOCcon NOx, O3, VOC

• • Terreno complessoTerreno complesso, , street canyon, edificistreet canyon, edifici

• • Integrazione con sistemi GISIntegrazione con sistemi GIS ((ArcviewArcview, , MapinfoMapinfo, , SpatialSpatial A.)A.)

• • Interfaccia di facile utilizzo Interfaccia di facile utilizzo

Caratteristiche del Modello ADMS URBANCaratteristiche del Modello ADMS URBAN

Applicazione del modello ADMS URBAN a FerraraApplicazione del modello ADMS URBAN a Ferrara

SORGENTISORGENTI

Applicazione del modello ADMS URBAN a FerraraApplicazione del modello ADMS URBAN a Ferrara

DATI RICHIESTI DAI VARI TIPI DI SORGENTEDATI RICHIESTI DAI VARI TIPI DI SORGENTE

Applicazione del modello ADMS URBAN a FerraraApplicazione del modello ADMS URBAN a FerraraSCHEDA SOURCE SCHEDA SOURCE –– Dominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 KmDominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 Km

SORGENTI INDUSTRIALI SORGENTI INDUSTRIALI –– trattate tutte come sorgenti POINTtrattate tutte come sorgenti POINT

File File facfac contenente i contenente i fattori di emissione variabilifattori di emissione variabili per le sorgenti industriali per le sorgenti industriali per la modulazione giornaliera e mensile delle emissioni dei sinper la modulazione giornaliera e mensile delle emissioni dei singoli caminigoli camini

PARAMETRI:h e diametro camino (m), velocità fumi (m/s), PARAMETRI:h e diametro camino (m), velocità fumi (m/s), temptemp.fumi (.fumi (°C°C), emissioni (g/s), ), emissioni (g/s), georefgeoref. (. (ArcViewArcView))

Applicazione del modello ADMS URBAN a FerraraApplicazione del modello ADMS URBAN a Ferrara

Dominio Dominio INPUTINPUT15X12km15X12km

Dominio Dominio OUTPUT OUTPUT 13X10km13X10km

Sorgenti Sorgenti Industriali PM10Industriali PM10

InceneritoriInceneritori

Nelle sorgenti Nelle sorgenti industriali POINT sono industriali POINT sono compresi gli compresi gli inceneritori Canal inceneritori Canal Bianco e Bianco e ConchettaConchetta, le , le caldaie di Canal caldaie di Canal Bianco e le centrali di Bianco e le centrali di produzione di energiaproduzione di energia

SCHEDA SOURCE SCHEDA SOURCE –– Dominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 KmDominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 Km

SORGENTI INDUSTRIALI SORGENTI INDUSTRIALI –– trattate tutte come sorgenti POINTtrattate tutte come sorgenti POINT

Applicazione del modello ADMS URBAN a FerraraApplicazione del modello ADMS URBAN a Ferrara

Dominio Dominio INPUTINPUT15X12km15X12km

Dominio Dominio OUTPUTOUTPUT13X10km13X10km

Sorgenti Sorgenti Industriali NOXIndustriali NOX

InceneritoriInceneritori

Nelle sorgenti Nelle sorgenti industriali POINT sono industriali POINT sono compresi gli compresi gli inceneritori Canal inceneritori Canal Bianco e Bianco e ConchettaConchetta, le , le caldaie di Canal caldaie di Canal Bianco e le centrali di Bianco e le centrali di produzione di energiaproduzione di energia

SCHEDA SOURCE SCHEDA SOURCE -- Dominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 KmDominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 Km

SORGENTI INDUSTRIALI SORGENTI INDUSTRIALI –– trattate tutte come sorgenti POINTtrattate tutte come sorgenti POINT

Applicazione del modello ADMS URBAN a FerraraApplicazione del modello ADMS URBAN a Ferrara

SCHEDA SOURCE SCHEDA SOURCE

SORGENTI INDUSTRIALI : quali dati???SORGENTI INDUSTRIALI : quali dati???

••Emissioni Polo ChimicoEmissioni Polo ChimicoCatasto emissioni reali Catasto emissioni reali –– aggiornamento anno 2005, realizzato dal Comune aggiornamento anno 2005, realizzato dal Comune di Ferrara in collaborazione del Polo Chimicodi Ferrara in collaborazione del Polo Chimico••Emissioni Extra Polo ChimicoEmissioni Extra Polo ChimicoCatasto emissioni anno 2005: dato SME e controlli in continuo ovCatasto emissioni anno 2005: dato SME e controlli in continuo ove e presenti, applicazioni di fattori di riduzione autorizzato/misurpresenti, applicazioni di fattori di riduzione autorizzato/misurato per le ato per le altre emissioni altre emissioni

fonte EU-ETS - Emission Trading

Applicazione del modello ADMS URBAN a FerraraApplicazione del modello ADMS URBAN a Ferrara

SCHEDA SOURCE SCHEDA SOURCE -- Dominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 KmDominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 Km

SORGENTE GRAFO STRADALE SORGENTE GRAFO STRADALE –– ROAD ROAD –– SORGENTI LINEARISORGENTI LINEARI

File File facfac contenente i contenente i fattori di emissione variabilifattori di emissione variabili per le sorgenti lineari per per le sorgenti lineari per la modulazione giornaliera e mensile delle emissioni degli archila modulazione giornaliera e mensile delle emissioni degli archi stradalistradali

PARAMETRI: h da suolo (m), larghezza (m), h canyon (m), velocitàPARAMETRI: h da suolo (m), larghezza (m), h canyon (m), velocità (m/s), emissioni (t/a), (m/s), emissioni (t/a), georefgeoref. Archi (. Archi (ArcViewArcView))

Applicazione del modello ADMS URBAN a FerraraApplicazione del modello ADMS URBAN a Ferrara

Dominio Dominio INPUTINPUT

Dominio Dominio OUTPUTOUTPUT

Grafo stradale Grafo stradale emissioni NOX (t/a)emissioni NOX (t/a)

SCHEDA SOURCE SCHEDA SOURCE -- Dominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 KmDominio INPUT = 15 X 12 km, OUTPUT = 13 X 10 Km

SORGENTE GRAFO STRADALE SORGENTE GRAFO STRADALE –– ROAD ROAD –– SORGENTI LINEARISORGENTI LINEARI