Ecomondo 2013 Applicazione di un modello lagrangiano a particelle per la dispersione degli odori per superare i limiti di CALPUFF.

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1 Ecomondo 2013 Applicazione di un modello lagrangiano a particelle per la dispersione degli odori per superare i limiti di CALPUFF Alice Mantovani

2 Applicazione di un modello lagrangiano a particelle per la dispersione degli odori per superare i limiti di CALPUFF obiettivo: CONFRONTO CALPUFF (TRC solutions) Gaussiano non stazionario a puff SPRAY5 (Arianet, Aria technologie) Lagrangiano a particelle

3 Modelli di dispersione degli odori modelli PIÙ DIFFUSI per valutare impatto odorigeno gaussiani stazionari = ADMS, AERMOD (non consigliati dalle Linee Guida) gaussiani non stazionari = CALPUFF modelli CONSIGLIATI DA LINEE GUIDA Regione Lombardia, all. 1 (BURL 2012, n.ix/3018) non stazionari a puff o a segmenti= CALPUFF lagrangiani (a puff o a particelle)= SPRAY euleriani

4 Modelli di dispersione degli odori: REQUISITI richiesti dalle Linee Guida Lombardia REQUISITI studi modellistici (da Linee Guida Lomb.): simulazione di CALPUF SPRAY METEOROLOGIA non stazionaria OROGRAFIA complessa EMISSIONI variabili nel tempo, convogliate e diffuse, puntuali/areali/ volumetriche PLUME RISE del pennacchio per effetto della velocità e della temperatura del flusso RISOLUZIONE SPAZIALE: passo di calcolo distanza tra ricettore e impianto 98 PERCENTILE per stimare l impatto olfattivo

5 Obiettivo: confronto CALPUFF Gaussiano non stazionario a puff SPRAY5 Lagrangiano a particelle

6 Esempio di separazione di parti di pennacchio in presenza di shear verticale (Monte Etna). Il plume segue almeno tre diverse traiettorie in funzione della direzione del vento con la quota, questo fenomeno potrebbe essere ben riprodotto con Spray mentre Calpuff seguirebbe con i suoi puff una sola di esse

7 Validazione dei modelli CALPUFF (Earth Tech Inc.) SPRAY5 (Arianet, Ariatechnologie) modelli testati dagli sviluppatori: risultati sono stati confrontati con soluzioni analitiche dataset di riferimento (da campagne con traccianti) modelli di lunga storia

8 Validazione dei modelli: CALPUFF OSMOTECH (2011): validazione con odour field inspection odore di biofiltro, biofiltro, nessun odore FIELD INSPECTION CALPUFF

9 Validazione dei modelli: CALPUFF OSMOTECH (2012): validazione con analisi chimica dei traccianti olfattometri da campo

10 Validazione dei modelli: SPRAY Test di validazione effettuati da ARIANET ARIANET: validazione con esperimenti in laboratorio (galleria del vento) confronto con misure da reti di monitoraggio dell inquinamento atmosferico locale e regionale

11 Obiettivo del lavoro: valutare accuratezza e sensibilità dei modelli alla scala di dispersione degli odori (da scala locale a microscala) REQUISITI studi modellistici (da Linee Guida Lomb.): simulazione di CALPUF SPRAY METEOROLOGIA non stazionaria OROGRAFIA complessa EMISSIONI variabili nel tempo, convogliate e diffuse, puntuali/areali/ volumetriche PLUME RISE del pennacchio per effetto della velocità e della temperatura del flusso RISOLUZIONE SPAZIALE: passo di calcolo distanza tra ricettore e impianto un periodo di un anno con passo orario, per calcolare 98 PERCENTILE per stimare l impatto olfattivo

12 Obiettivo del lavoro: valutare accuratezza e sensibilità dei modelli alla scala di dispersione degli odori (da scala locale a microscala) CALPUFF: raccomandato da US EPA per studi su long range (> 50 km) per studi su scala locale (<50 km), l applicabilità va valutata caso per caso dall autorità competente SPRAY: ha maggiore flessibilità, permette di studiare da scala locale a microscala

13 Obiettivo del lavoro: vincoli di Calpuff vs potenzialità di Spray 3 vincoli di Calpuff: 1)dimensione celle di calcolo nella simulazione di casi con orografia complessa 2)calcolo del vento e delle concentrazioni a varie quote 3)simulazione della turbolenza e della dispersione in presenza di ostacoli (barriere, terrapieni, edifici)

14 vincoli di Calpuff vs potenzialità di Spray 1) dimensione celle di calcolo nella simulazione di casi con orografia complessa Studi modellistici standard : dbase orografico con passo 90m (USGS) passo computazionale 100m CRITICITA : Se distanza tra sorgenti odorigene e ricettori < 100m necessità di simulare con passo computazionale <100m

15 vincoli di Calpuff vs potenzialità di Spray 1)dimensione celle di calcolo, orografia complessa CALPUF e SPRAY possono simulare con passo di calcolo <100m? CALPUFF (-) vincolo su modello meteo: lavora con celle di dimensione di risoluzione orografia NO passo <100m (+) modello dispersione può calcolare concentrazioni su celle di dimensione <100m (griglia annidata) (-) MA modello dispersione si basa su meteo calcolata con risoluzione 100m SPRAY (+) NO vincolo su meteo (+) NO vincoli su modello dispersione (+) modello dispersione si basa su meteo calc. con passo < 100m

16 vincoli di Calpuff vs potenzialità di Spray 2) calcolo del vento e delle concentrazioni a varie quote Studi modellistici standard : modello meteo calcola profilo verticale del vento modello dispersione calcola concentrazioni al suolo CRITICITA : necessità di simulare concentrazione a varie quote, oltre che al suolo

17 vincoli di Calpuff vs potenzialità di Spray 2) calcolo del vento e delle concentrazioni a varie quote CALPUF e SPRAY possono calcolare concentrazione a varie quote? CALPUF: (-) vincolo su modello meteo: un solo valore delle variabili meteo è calcolato tra 0-20m (1 livello verticale verticale vincolato a 20m!) (+) modello dispersione può calcolare concentrazioni a varie quota tra 0-20 (-) MA modello dispersione si basa su meteo calcolata con risoluzione del modello meteo (1 solo valore di variabili meteo tra 0-20m) SPRAY: (+) ok : NO vincolo su 1 livello meteo (può essere < 20m) (+) ok (+) modello dispersione si basa su meteo calc. con 1 livello < 20m

18 vincoli di Calpuff vs potenzialità di Spray 3) simulazione della turbolenza e della dispersione in presenza di ostacoli (barriere, terrapieni, edifici) Studi modellistici standard : non ci sono ostacoli di dimensioni rilevanti tra le sorgenti e i ricettori CRITICITA : necessità di simulare effetto di ostacoli sulla concentrazione

19 vincoli di Calpuff vs potenzialità di Spray 3) presenza di ostacoli (barriere, terrapieni, edifici) CALPUF e SPRAY possono possono calcolare concentrazione attorno a ostacoli? CALPUF: (-) vincolo su modello meteo: non può rappresentare effetto di ostacoli di dimensione inferiore al passo calcolo (100m se includo orografia) (-) modello dispersione non può calcolare concentrazioni attorno a ostacoli microspray: (+) ok modello meteo (+) ok modello dispersione

20 vincoli di Calpuff vs potenzialità di Spray 3) presenza di ostacoli (barriere, terrapieni, edifici) CALPUFF microspray OSTACOLI NON SIMULATI OSTACOLI SIMULATI

21 Obiettivo del lavoro: valutare accuratezza e sensibilità dei modelli alla scala di dispersione degli odori (da scala locale a microscala) 2 simulazioni per confrontare i modelli CALPUFF e SPRAY: 1) Orografia complessa su SCALA LOCALE (passo spaziale di calcolo m) 2) Effetto scia degli edifici su MICROSCALA (passo spaziale di calcolo 1-20 m)

22 Obiettivo del lavoro: valutare accuratezza e sensibilità dei modelli alla scala di dispersione degli odori (da scala locale a microscala) 1) SIMULAZIONE: Orografia complessa su SCALA LOCALE (passo spaziale di calcolo m) emissione puntuale (camino alto 15m) simulazione di una giornata CALPUFF+SPRAY Obiettivo=confrontare la sensibilità dei due modelli calcolo delle concentrazioni di odore utilizzando vari passi di calcolo (verifica del vincolo 1 di calpuf) a diverse quote dal suolo (verifica del vincolo 2 di calpuf)

23 1) SIMULAZIONE: Orografia complessa su SCALA LOCALE CALPUFF Celle 100m modello meteo calcolo a livelli= m modello di dispersione calcolo a m SPRAY Celle 100m, 20m, 5m modello meteo calcolo a livelli= m modello di dispersione calcolo conc. a m

24 1) SIMULAZIONE: Orografia complessa su SCALA LOCALE Calpuff vs Spray

25 1) SIMULAZIONE: Orografia complessa su SCALA LOCALE Calpuff vs Spray

26 Spray: sezioni a varie quote

27 1) Orografia complessa su SCALA LOCALE concentrazione di odore : profilo verticale in un ricettore a 70 m dalla sorgente

28 1) Orografia complessa su SCALA LOCALE concentrazione di odore : profilo verticale in un ricettore a 180 m dalla sorgente

29 Obiettivo del lavoro: valutare accuratezza e sensibilità dei modelli alla scala di dispersione degli odori (da scala locale a microscala) 2) SIMULAZIONE: effetto scia degli edifici su MICROSCALA emissione puntuale (camino alto 30m) Orografia complessa + ostacoli SPRAY Celle 3 m calcolo su 90 livelli con passo 1m= 0-90 m

30 2) SIMULAZIONE: effetto scia degli edifici su MICROSCALA

31 2) SIMULAZIONE: effetto scia degli edifici su MICROSCALA ricostruzione 3d dell orografia R2 E_f R3a E1-E2- E3-E4 E5 E8 R1a

32 2) SIMULAZIONE: effetto scia degli edifici su MICROSCALA concentrazione media oraria di odore (oue/m3) Vento: 6 m/s Vento: 0.5 m/s

33 microspray: Simulazione della dispersione da camini non verticali

34 microspray: Simulazione della dispersione da camini non verticali

35 microspray: simulazione dell effetto di confinamento dell inquinante in presenza di una buca nel terreno (discarica, trincea, ecc.)

36 µspray: effetto di confnamento dell inquinante in presenza di una barriera (muro di cinta, barriera fonoassorbente, ecc.)

37 Obiettivo del lavoro: valutare accuratezza e sensibilità dei modelli alla scala di dispersione degli odori (da scala locale a microscala) in alcuni casi di studio, il modello CALPUFF non è molto sensibile nel determinare le concentrazioni di inquinante ai diversi ricettori è più opportuno applicare SPRAY in casi con spiccata orografia (in cui il database orografico standard con passo di 90 m ha una risoluzione insufficiente per descrivere i rilievi) ostacoli molto piccoli e fitti (es. aree industriali o urbane)

38 Grazie per l attenzione info@osmotech.it «E la dose che fa il veleno» - Paracelso -

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40 Calpuff Spray