Water Quality Analysis Water Quality Analysis Simulation Program Simulation Program

(WASP). (WASP).

Andrea VesconiAndrea Vesconi

713271713271

Ing. Ambientale MilanoIng. Ambientale Milano

Scopo e finalità del Scopo e finalità del programmaprogramma• Wasp è un modello dinamico, in grado di Wasp è un modello dinamico, in grado di

simulare trasporto e trasformazioni di sostanze simulare trasporto e trasformazioni di sostanze inquinanti in fiumi, laghi, estuari ed acque inquinanti in fiumi, laghi, estuari ed acque costiere, mediante l’analisi di quattro classi di costiere, mediante l’analisi di quattro classi di problemi specifici:problemi specifici:

• Fenomeni idrodinamici del corpo idricoFenomeni idrodinamici del corpo idrico• Trasporto di massa conservativoTrasporto di massa conservativo

• Cinematica dell’ossigeno disciolto e dei Cinematica dell’ossigeno disciolto e dei nutrientinutrienti

• Dinamica degli inquinanti tossici ( inclusi Dinamica degli inquinanti tossici ( inclusi metalli pesanti e sedimenti )metalli pesanti e sedimenti )

CarattteristicheCarattteristiche

• Il modello è governato dalle equazioni di Il modello è governato dalle equazioni di avvezione, dispersione e reazione per le variabili avvezione, dispersione e reazione per le variabili di qualità dell’acqua.di qualità dell’acqua.

Il modulo del WASP fornisce l’avvezione e la Il modulo del WASP fornisce l’avvezione e la soluzione della dispersione mentre i moduli di soluzione della dispersione mentre i moduli di TOXI e di EUTRO forniscono le soluzioni di TOXI e di EUTRO forniscono le soluzioni di reazione di ossigeno, di sostanze nutrienti e di reazione di ossigeno, di sostanze nutrienti e di alghe disciolte.alghe disciolte.

Per il salto temporale viene usato il metodo Per il salto temporale viene usato il metodo esplicito ad un passo di Euleroesplicito ad un passo di Eulero

I termini di avvezione nelle equazioni governanti I termini di avvezione nelle equazioni governanti sono risolti con la differenza UPWIND nello spazio. sono risolti con la differenza UPWIND nello spazio. Le variabili di qualità dell’acqua possono essere Le variabili di qualità dell’acqua possono essere attivate e disattivate secondo i requisiti ricercati.attivate e disattivate secondo i requisiti ricercati.

Ente Autore SitoEnte Autore Sito

• Sito web Sito web http://www.epa.gov/athens/wwqtsc/http://www.epa.gov/athens/wwqtsc/

• AutoreAutore

WASP Development teamWASP Development team

• EnteEnte

United States Environmental Protection United States Environmental Protection Agency (Epa)Agency (Epa)

DatiDati1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1.1. Controllo SimulazioneControllo Simulazione

2.2. Passo temporalePasso temporale

3.3. Stampa intervalloStampa intervallo

4.4. Proprietà SegmentoProprietà Segmento

( geometria, parametri, ( geometria, parametri, concentrazioni concentrazioni iniziali,frazione iniziali,frazione disciolta)disciolta)

5.5. Proprietà SistemaProprietà Sistema

6.6. Cambio ParametriCambio Parametri

7.7. CostantiCostanti

8.8. CarichiCarichi

9.9. Kinetic time functionsKinetic time functions

10.10. Dispersive exchangesDispersive exchanges

11.11. Advective flowsAdvective flows

12.12. BounderiesBounderies

Cosa posso fare nella Cosa posso fare nella finestra…finestra…Proprietà del segmento:Proprietà del segmento: Geometria Geometria Parametri vari ( quantità Parametri vari ( quantità carbonio organico carbonio organico disciolto,disciolto, ecc )ecc )Concentrazioni inizialiConcentrazioni iniziali degli agenti inquinanti, degli agenti inquinanti, di sabbie e di altridi sabbie e di altri elementi elementi presentipresentiFrazioni disciolte : la Frazioni disciolte : la frazionefrazione disciolta di solidi DEVEdisciolta di solidi DEVE essereessere impostata su 0.impostata su 0.

Cosa posso fare nella Cosa posso fare nella finestra…finestra…

• Proprietà sistema:Proprietà sistema:

- Spuntare per simulare o saltare lo - Spuntare per simulare o saltare lo stato di variabilistato di variabili

- Spuntare per evidenziare determinati - Spuntare per evidenziare determinati particolati trasportati ( silt, sabbia, particolati trasportati ( silt, sabbia, ecc )ecc )

- Densità del particolato e massima - Densità del particolato e massima concentrazione ammessa.concentrazione ammessa.

Cosa posso fare nella Cosa posso fare nella finestra…finestra…

• Controllo parametri:Controllo parametri:

- Attivare parametri per la simulazione- Attivare parametri per la simulazione

- Eguagliare le unità- Eguagliare le unità

di misura dei vari di misura dei vari

parametriparametri

Cosa posso fare nella Cosa posso fare nella finestra…finestra…• Costanti:Costanti:

- Proprietà naturali ed Proprietà naturali ed

elementi che persistono elementi che persistono

nel temponel tempo

• Carichi diretti:Carichi diretti:

- Immissioni di carichi inquinanti da fonti - Immissioni di carichi inquinanti da fonti esterne ( es. scarichi industriali )esterne ( es. scarichi industriali )

Cosa posso fare nella Cosa posso fare nella finestra…finestra…• Kinetic time function: inserire Kinetic time function: inserire

proprietà naturali che variano nel proprietà naturali che variano nel tempotempo

• Dispersive exchangesDispersive exchanges• Advective flows: movimento di acqua Advective flows: movimento di acqua

e soldi lungo i segmenti analizzatie soldi lungo i segmenti analizzati• Boundaries: i BCs devono essere Boundaries: i BCs devono essere

specificati sia per il segmento di inizio specificati sia per il segmento di inizio simulazione che di finesimulazione che di fine

Commenti: Punti di forzaCommenti: Punti di forza

• Il modello Wasp è sicuramente un modello molto dinamico e Il modello Wasp è sicuramente un modello molto dinamico e flessibile capace di simulare uni,bi o tridimensionalmente.flessibile capace di simulare uni,bi o tridimensionalmente.

• Grazie al post-processore (MOVEM) è possibile analizzare Grazie al post-processore (MOVEM) è possibile analizzare nuovamente i dati elaborati per via grafica.nuovamente i dati elaborati per via grafica.

• La struttura di volume di controllo garantisce la conservazione La struttura di volume di controllo garantisce la conservazione della massa. Wasp fornisce la struttura di calcolo di trasporto e della massa. Wasp fornisce la struttura di calcolo di trasporto e può essere incorporata con Eutro per simulare l’eutrofizzazione, le può essere incorporata con Eutro per simulare l’eutrofizzazione, le sostanze nutrienti e l’ossigeno disciolto. Essa può essere integrata sostanze nutrienti e l’ossigeno disciolto. Essa può essere integrata anche con TOXI per un’analisi tossica dovuta a metalli e/o anche con TOXI per un’analisi tossica dovuta a metalli e/o sedimentisedimenti

• L’uso del modello richiede conoscenze basilari, esso si presenta L’uso del modello richiede conoscenze basilari, esso si presenta intuitivo e di facile utilizzo: l’inserimento di dati per analisi è resa intuitivo e di facile utilizzo: l’inserimento di dati per analisi è resa molto semplice ( copia-incolla ), il pre-processore fornisce le molto semplice ( copia-incolla ), il pre-processore fornisce le descrizioni dettagliate di tutti i parametri di modello e costanti descrizioni dettagliate di tutti i parametri di modello e costanti cinetiche.cinetiche.

Commenti: Punti deboliCommenti: Punti deboli

• Il modello richiede però l’inserimento del modello Il modello richiede però l’inserimento del modello idrodinamico esterno per ottenere i file di flusso idrodinamico esterno per ottenere i file di flusso per risolvere l’avvezione. Le dimensioni dei file per risolvere l’avvezione. Le dimensioni dei file possono essere particolarmente grandi ( per possono essere particolarmente grandi ( per simulazione di lunga durata diversi gigabytes )simulazione di lunga durata diversi gigabytes )

• L’utente deve specificare coefficiente e L’utente deve specificare coefficiente e temperatura della dispersione temperatura della dispersione

• Calcolo del flusso sedimentario troppo Calcolo del flusso sedimentario troppo semplificatosemplificato

• Non c’è presenza nel modello della componente Non c’è presenza nel modello della componente algare e dei periphyton.algare e dei periphyton.

• I processi di trasporto dei sedimenti non sono I processi di trasporto dei sedimenti non sono collegati con gli sforzi di taglio. collegati con gli sforzi di taglio.

ApplicazioniApplicazioni

Questo modello è stato largamente utilizzato Questo modello è stato largamente utilizzato soprattutto in campo statunitense:soprattutto in campo statunitense:

• Eutrofizzazione della Tampa Bay, Neuse Eutrofizzazione della Tampa Bay, Neuse River, Great Lakes e l’estuario del Potomac.River, Great Lakes e l’estuario del Potomac.

• Analisi del carico di fosforo nel lago Analisi del carico di fosforo nel lago OkeechobeeOkeechobee

• Analisi dell’inquinante PCB del Great Lakes Analisi dell’inquinante PCB del Great Lakes • Analisi dell’inquinante“Kepone” (meglio Analisi dell’inquinante“Kepone” (meglio

conosciuto come “chlordecon”) dell’estuario conosciuto come “chlordecon”) dell’estuario del James Riverdel James River