MODELLISTICA MATEMATICA DI SIMULAZIONE DEI SISTEMI AMBIENTALI: UN IMPORTANTE STRUMENTO DI PREVENZIONE E TUTELA DELLA SALUTE

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Sibilla Cirillo
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1 LA GESTIONE DEL TERRITORIO ATTRAVERSO L INTEGRAZIONE DELLE INFORMAZIONI SANITARIE ED AMBIENTALI CON L UTILIZZO DELLA METODOLOGIA G.I.S. MODELLISTICA MATEMATICA DI SIMULAZIONE DEI SISTEMI AMBIENTALI: UN IMPORTANTE STRUMENTO DI PREVENZIONE E TUTELA DELLA SALUTE ARPAV dott. Paolo Parati dott. Silvia Pillon Camposampiero, 27 settembre 2012

2 Agenzia Regionale per la Prevenzione e Protezione Ambientale del Veneto Istituita nel 1996 (LR n. 32). operativa dal OBIETTIVI PRIMARI: protezione, attraverso i controlli e monitoraggi ambientali prevenzione, attraverso la ricerca, la formazione, l informazione e l educazione ambientale. ORGANIZZAZIONE: Direzione Centrale 7 Dipartimenti Provinciali Dipartimento regionale laboratori Dipartimento regionale sicurezza del territorio Circa 1000 dipendenti.

TUTELA DELLA LAGUNA - PIANO DIRETTORE 2000 Coinvolgimento dell Agenzia per l Ambiente dal

sanitarie ed ambientali per la gestione del territorio scolante nel bacino della laguna di

acque del bacino idrografico immediatamente sversante nella Laguna di Venezia - Piano

3 TUTELA DELLA LAGUNA - PIANO DIRETTORE 2000 Coinvolgimento dell Agenzia per l Ambiente dal 1999: Sistema di monitoraggio e controllo del bacino scolante, SIMAGE, suoli ed agroambiente, meteorologia. Regione ULSS 15: coinvolgimento di ARPAV nel progetto pilota "Integrazione delle informazioni sanitarie ed ambientali per la gestione del territorio scolante nel bacino della laguna di Venezia Regione del Veneto: Piano per la prevenzione dell'inquinamento e il risanamento delle acque del bacino idrografico immediatamente sversante nella Laguna di Venezia - Piano Direttore 2000 Approccio multidisciplinare e sistemico al tema della tutela lagunare Ruolo centrale dei monitoraggi ambientali, dello sviluppo delle conoscenze e dei sistemi informativi.

4 IL BACINO SCOLANTE NELLA LAGUNA DI VENEZIA Perimetrazione del Bacino Scolante DCR n. 23 del 7 maggio 2003 Superficie scolante ~ 2000 km 2 Numero bacini idrografici 15 Uso del suolo (regione Veneto, 2007) agricolo 73% urbano 13% Abitanti (residenti e fluttuanti) ~ carico trattato dai depuratori AE ~

5 STATO DELL AMBIENTE: PRECIPITAZIONI Le precipitazioni annue sul bacino variano da 600 a oltre 1300 mm, con tendenza stazionaria ( ). Precipitazioni del 2008 Precipitazioni del 2009

6 STATO DELL AMBIENTE: CARICHI SCARICATI IN LAGUNA Precipitazione media mm Azoto N t/anno Fosforo P t/anno I carichi di azoto sono intorno alle 5000 t/anno, ancora superiori all obiettivo del Piano Direttore 2000 (3000 t/a). I carichi di fosforo sono intorno alle 300 t/anno, pari all obiettivo del Piano Carichi di azoto dal 2001 al 2010 verso precipitazione carico = precipitazione/0,1837 R² = 0, Azoto t/anno AZOTO Bacini principali Bacini secondari, Area Industriale, dep. Campalto e Fusina Precipitazione annua La notevole variabilità dei carichi, soprattutto di azoto, è fortemente legata alla dinamica delle precipitazioni FOSFORO Bacini principali FOSFORO Bacini secondari, area industriale, dep. Campalto e Fusina Precipitazione media annua CARICHI MASSIMI D.M. 09/02/99 FOSFORO

STATO DELL AMBIENTE: QUALITA DEI CORSI D ACQUA numero stazioni Indice LIM 2010 (41 stazioni) - livello Sufficiente 50% - livello Buono in 40% - livello Scadente in 10% 40 35 Livello di

7 STATO DELL AMBIENTE: QUALITA DEI CORSI D ACQUA numero stazioni Indice LIM 2010 (41 stazioni) - livello Sufficiente 50% - livello Buono in 40% - livello Scadente in 10% Livello di Inquinamento da Macrodescrittori (D.Lgs. 152/99) anno Microinquinanti: circa il 10% delle stazioni con pesticidi oltre i limiti del D.M. 260/2010

8 STATO DELL AMBIENTE: ACQUE SOTTERRANEE Stato chimico: 80% delle stazioni in stato buono, 20% in stato scadente (alta pianura orientale). Superamenti causati da nitrati, pesticidi e VOC. Stato quantitativo: 90% delle stazioni con trend positivo o stazionario; 10% con trend negativo.

MODELLI MATEMATICI DEI SISTEMI AMBIENTALI Nella descrizione dello STATO DELL AMBIENTE il monitoraggio diretto ha evidenti LIMITI SPAZIO TEMPORALI MODELLI MATEMATICI: descrivono lo STATO e L

9 MODELLI MATEMATICI DEI SISTEMI AMBIENTALI Nella descrizione dello STATO DELL AMBIENTE il monitoraggio diretto ha evidenti LIMITI SPAZIO TEMPORALI MODELLI MATEMATICI: descrivono lo STATO e L EVOLUZIONE dei sistemi ambientali tramite algoritmi matematici implementati in programmi per computer. Costituiscono SUPPORTO ESSENZIALE soprattutto in funzione PREVISIONALE e per l ANALISI di SCENARI (cosa succede se. ) Struttura concettuale del modello di ecosistema, visto come sistema dinamico PER GLI SCOPI DEL PROGETTO SONO STATI IMPLEMENTATI: Modello di simulazione delle aste fluviali Modello di simulazione degli acquiferi sotterranei Viene presentato anche il modello di simulazione della dispersione degli inquinanti in atmosfera, già implementato da ARPAV (osservatorio regionale aria)

MODELLO DI SISTEMA FLUVIALE: QUAL2K - modello monodimensionale, di stato stazionario - Implementato su 5 aste (dese-zero, tergola-serraglio, muson vecchio,

10 MODELLO DI SISTEMA FLUVIALE: QUAL2K - modello monodimensionale, di stato stazionario - Implementato su 5 aste (dese-zero, tergola-serraglio, muson vecchio, marzenego, lusore) del bacino scolante in Laguna che interessano il territorio della ULSS 15 - simula per tratti, sia inquinanti conservativi che non conservativi.

MODELLO IDROGEOLOGICO: MODFLOW-2000 - modello tridimensionale, di tipo

- distribuito dalla US Geological Survey e diffuso a livello mondiale -

della ULSS15 - integrato con MODPATH per la simulazione del trasporto

11 MODELLO IDROGEOLOGICO: MODFLOW modello tridimensionale, di tipo dinamico - adatto alla modellazione degli acquiferi alluvionali porosi - distribuito dalla US Geological Survey e diffuso a livello mondiale - Implementato per la porzione di pianura veneta centrata sul territorio della ULSS15 - integrato con MODPATH per la simulazione del trasporto di inquinanti di tipo advettivo e con MT3D-MS per il trasporto dispersivo.

12 LA MODELLISTICA DI QUALITÀ DELL ARIA

LA VALUTAZIONE DELL IMPATTO SANITARIO PER LA MATRICE ARIA Fonti di pressione (stima e/o misura delle emissioni) concentrazioni deposizioni Stima degli impatti sulla salute e sull ambiente - puntuali

13 LA VALUTAZIONE DELL IMPATTO SANITARIO PER LA MATRICE ARIA Fonti di pressione (stima e/o misura delle emissioni) concentrazioni deposizioni Stima degli impatti sulla salute e sull ambiente - puntuali (camini industriali) - diffuse (riscaldamento civile e commerciale; impianti industriali e artigianali; superfici agricole; porti e aeroporti; ) - lineari (traffico) confronto con i limiti normativi apporto dell atmosfera alle altre matrici (acqua, suolo) quantificazione della dose di esposizione (daily intake) sia per inalazione che per ingestione quantificazione del rischio cancerogenico e/o tossicologico

14 INDIVIDUAZIONE DELLE FONTI DI PRESSIONE per cella (500x500 m 2 ) e per camino

15 INDIVIDUAZIONE DELLE FONTI DI PRESSIONE per cella (500x500 m 2 ) e per camino

16 Chiariamo un punto fondamentale: le emissioni di inquinanti (ton/anno)!!!!!! NON SONO!!!!!!! le concentrazioni di inquinanti (mg/m 3 ) non c è una relazione lineare semplice tra quanto viene emesso in atmosfera dalle fonti inquinanti (causa) e quanto viene misurato dalle stazioni di monitoraggio (effetto) sul territorio

17 PERCHÉ NON C È UNA RELAZIONE LINEARE SEMPLICE TRA EMISSIONI (CAUSA) E CONCENTRAZIONI (EFFETTO)? tra emissioni ( misurate a bocca di camino ) e concentrazioni ( misurate in strada ) ci sono da considerare: - le caratteristiche geometriche e di esercizio della sorgente (altezza, diametro, temperatura, etc ) - le reazioni chimico-fisiche con altre specie inquinanti (reazioni secondarie); - i fattori meteorologici (vento, temperatura, pioggia, etc) che regolano la diffusione, dispersione e l innesco catalitico delle reazioni secondarie; - gli elementi topografici quali ostacoli naturali o manufatti che determinano l accumulo degli inquinanti; - le condizioni al contorno cioè lo stato di qualità dell aria dovuto a ciò che sta ai margini dell area di indagine;

18 MODELLISTICA DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICI Modelli fluodinamici (street canyon; 1m -1km) Modelli di dispersione e/o qualità dell aria (si basano sull equazione di continuità della massa) 10m - 30 km 10m-200km km Gaussiani Lagrangiani Euleriani Modelli a recettore (CMB,PMF) (statistici) Modelli di rischio industriale (DEnse GAs DISpersion model, SLAB, AFTOX, ALOHA)

19 PM 10 - AN EXAMPLE OF REGIONAL POLLUTION Urban areas 70 TRAFFIC, LOCAL SOURCES PM [µg/m³] URBAN BACKGROUND REGIONAL BACKGROUND NATURAL/PLANETARY BACKGROUND Rural Short range transport Mediumlong range transport Source: Lenschow et al., 2001

20 I MODELLI DI QUALITÀ DELL ARIA A scala locale : modelli a pennacchio (Gaussiani Lagrangiani) A scala regionale: modelli a griglia (euleriani)

21 GLI INQUINANTI ATMOSFERICI gas aerosols primari secondari I modelli di qualità aria non sono idonei al trattamento dei vapori e/o gas pesanti modelli di rischio industriale Data la diversa natura e reattività degli inquinanti, i fenomeni di trasporto, dispersione e rimozione avvengono su scale spaziali e temporali molto diverse. Le costanti di dispersione ed il trasporto sono parametrizzati in base ai dati meteo (misure) e alle variabili micrometeorologiche (stime) e agiscono indipendentemente su tutti gli inquinanti. I meccanismi di rimozione (trasformazione e deposizione) sono parametrizzati (stimati) specificatamente per ogni inquinante e con una metodologia che differenzia gas e aerosol.

22 TIPICO DIAGRAMMA DI FLUSSO DEI MODELLI PER LA QUALITÀ DELL ARIA Emissioni Meteorologia Topografia Uso del Suolo Scenari Modello fisico-chimico Concentrazioni Deposizioni Campagna di misura

23 come abbiamo visto, i modelli a scala locale risolvono solo una o un gruppo di sorgenti Come quantificare l impatto sulla qualità dell aria? Qual è la soglia di significatività di un impatto? -Incremento significativo/trascurabile rispetto ai valori di fondo -Incremento del rischio di superamento di una criticità esistente -Confronto con i limiti normativi (stima del contributo al raggiungimento del limite di lungo e di breve periodo) -Impatto relativo: confronto con altre sorgenti E essenziale definire gli obiettivi della simulazione e la metodologia di valutazione dell impatto prima di effettuare la simulazione Un criterio più volte adottato dalla Commissione VIA è di considerare significativi impatti superiori al 5% del valore limite

24 ESEMPIO DI APPLICAZIONE MODELLISTICA A SCALA LOCALE Camino ipotetico: nuovo inceneritore RSU alt camino: 60 m diam: 2 m vel fumi: 12 m/s temp: 130 C

25 ESEMPIO DI OUTPUT

26 ESEMPIO DI OUTPUT

27 ESEMPIO DI OUTPUT

28 ESEMPIO DI OUTPUT

29 ESEMPIO DI OUTPUT

migrazione dei microinquinanti in acqua,

30 TRASFERIMENTO AD ALTRE MATRICI Gli output di deposizione dei modelli di qualità dell aria possono fornire input a modelli/algoritmi per stimare la migrazione dei microinquinanti in acqua, suolo, sedimenti e di conseguenza nella catena alimentare.

31 STIMA DELLE DEPOSIZIONI Progetto SIMAGE

32 STIMA DELLE DEPOSIZIONI

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