PIANO DI RISANAMENTO DELLA QUALITÀ DELL ARIA

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1 Provincia di Rimini PIANO DI RISANAMENTO DELLA QUALITÀ DELL ARIA Simulazione degli Scenari al 2010 relativi alle Azioni di Piano PM10 90,41 percentile [µg/m 3 ] Ottobre 2006

2 ARPA Emilia Romagna Sezione Provinciale di Rimini Direttore Mauro Stambazzi Servizio Sistemi Ambientali Resp. Dr. Stefano Renato De Donato Ecosistema Urbano Resp. Dr. Marco Zamagni A cura di Dr. Marco Zamagni (Resp. Progetto) Dr. Mauro Rossi

3 Introduzione Gli studi effettuati per la redazione del Quadro Conoscitivo (QC) hanno permesso di individuare le aree ed i relativi inquinanti che costituiscono criticità per il rispetto della buona qualità dell aria, relativamente allo stato attuale. La presente relazione riporta i risultati dello studio effettuato da ARPAER - Sez. RN relativamente alle simulazioni modellistiche sugli scenari emissivi previsti all anno Tali simulazioni sono state effettuate con lo stesso software utilizzato per la redazione del QC, vale a dire ADMS-Urban, utilizzando gli stessi parametri ricavati dal processo di calibrazione del modello e gli stessi dati meteorologici (relativi al periodo di riferimento meteorologico aprile 2003 marzo 2004) ma con gli scenari emissivi previsti al 2010 con e senza azioni di Piano di Risanamento della Qualità dell Aria (PRQA). Simulazioni relative alle Azioni previste dal Piano Rischi di superamento dei valori limite Il PRQA ha come obiettivo principale quello di individuare le azioni ed i programmi volti a soddisfare il rispetto dei valori limite imposti dalla legislazione vigente. Nella seguente tabella (già pubblicata nel Documento Preliminare (DP)), è riportato, in maniera schematica, il rischio di superamento dei Valori Limite per quanto riguarda il territorio riminese, allo scopo di evidenziare quali sono le criticità da affrontare e risolvere per effettuare una opportuna azione di risanamento della qualità dell aria. Tab.1 Rischio di superamento dei valori limite, relativamente alle Zone territoriali Previsioni al 2010 Senza Azioni di Piano Agglomerato Zona A Zona B NO 2 CO PM10 SO 2 C 6 H 6 O 3 Rischio Superamento Valori Limite Basso Medio Elevato di dei Lo scenario previsto al 2010 Senza Azioni di Piano (SA) (altrimenti chiamato do nothing ) è quello scenario, descritto nel Cap. 8 del QC, che per definizione risulta essere l evoluzione naturale degli andamenti delle emissioni, senza interventi mirati di risanamento. L analisi dei trend emissivi ha evidenziato le variazioni percentuali riportate nella Tab. 2 (già pubblicata nel documento relativo al QC, come Tab ). Scenario Senza Azioni di Piano (SA) Di seguito viene riportato sinteticamente il prospetto delle variazioni previste al 2010 per lo scenario SA, relativamente ad ogni macrosettore: 1

4 Macrosettore 1: Combustione Energia ed Industria della Trasformazione Settore Teleriscaldamento 1 Nuovo impianto di teleriscaldamento; Macrosettore 2: Combustione non industriale Settore Impianti Residenziali Valutazione consumo metano per riscaldamento considerando la popolazione estrapolata al 2010 e quanto riportato dalle previsioni di Piano PTCP per quanto riguarda l ubicazione delle nuove costruzioni; Macrosettori 3: Combustione nell industria, 4: Processi produttivi, 6: Uso di solventi Nessuna variazione considerata; Macrosettore 5: Estrazione, distribuzione combustibili fossili o geotermia Non sono stimati né aumenti né riduzioni; Macrosettore 7: Trasporto su strada Settore Autoveicoli Settore Veicoli Commerciali Leggeri Settore Veicoli Commerciali Pesanti, Autobus Settore Motocicli e Ciclomotori Settore Emissioni evaporative veicoli a benzina Settore Pneumatici e Uso freni Variazione quali-quantitativa del parco veicolare al 2010 estrapolando i dati ACI degli ultimi 5 anni; ipotesi di variazione di traffico su alcune aree provinciali dovute ad interventi sulla mobilità previsti in essere al 2010: Piattaforma Logistica, Trasporto Rapido Costiero TRC, costruzione della terza corsia per A14; Variante della SP di Morciano di Romagna; Macrosettore 8: Altre sorgenti mobili Non sono stimati né aumenti né riduzioni; Macrosettore 9: Trattamento e Smaltimento rifiuti Settore Incenerimento rifiuti Nessuna variazione prevista al 2010; Macrosettore 10: Agricoltura Settore Allevamenti animali Riduzione di emissione di ammoniaca dovute all applicazione delle BAT; Macrosettore 11: Altre sorgenti di emissione e Assorbimenti Non sono stimati né aumenti né riduzioni. 2

5 Tab.2 Scenario senza azioni all anno Variazioni percentuali della quantità di inquinanti emessi al 2010 rispetto allo stato attuale. Periodo di riferimento per lo Scenario Attuale NO x SO x PTS PM10 CO NMVOC NH 3 Att.le 2010 Att.le 2010 Att.le 2010 Att.le 2010 Att.le 2010 Att.le 2010 Att.le 2010 [t/a] [t/a] % [t/a] [t/a] % [t/a] [t/a] % [t/a] [t/a] % [t/a] [t/a] % [t/a] [t/a] % [t/a] [t/a] % 2004 M 1 8, / / / 0,002 0, ,002 0, ,44 3, ,10 0, / / / M ,1 101, , ,55 19,70 20, ,5 87,5 97,5 +11,4 / / / marzo 2005 M 3,4, ,7 11, M 5 / / / / / / / / / / / / / / / / / / 2004 M M / / / 2004 M ,76 1,76 0 1,9 1,9 0 1,37 1,37 0 3,50 3,50 0 3,76 3, ,4 13, M 10 / / / / / / ,9 57,9 0 / / / 0,61 0, , M 11 / / / / / / / / / / / / / / / / / / TOT , Nei valori riportati è stato escluso il contributo del Porto di Rimini. 3

6 Scenario con Azioni di Piano (AZ) Considerando le Azioni del Piano di Risanamento riportate nel DP, è stato costruito lo Scenario con Azioni di Piano, che è stato chiamato AZ. Per questo scenario è stato previsto: - 20% traffico su tutte le strade urbane ed extraurbane tranne SS16 e A14 (M 7); - 25% emissioni derivanti dal sistema produttivo (M 3,4,6). Simulazioni Sono state effettuate le simulazioni sui due diversi scenari, SA e AZ, e sono stati confrontati i risultati in output alle simulazioni. Le simulazioni sono state eseguite su aree rappresentative dell agglomerato (aree A1 e A2) delle Zone A e B (Area A3). Fig.1 Aree sottoposte a simulazione modellistica Come evidenziato nel Cap. 5 del documento relativo al QC, per effettuare le simulazioni è stato utilizzato il software ADMS-Urban (CERC, UK), un modello analitico stazionario avanzato di dispersione degli inquinanti di tipo gaussiano (con profilo verticale di concentrazione non-gaussiano in condizioni convettive). Per riuscire a descrivere correttamente i valori che vengono registrati dalle stazioni di qualità dell aria, occorre inserire nel modello una serie di valori di fondo, che hanno il compito di rappresentare le quantità di inquinanti presenti sul territorio in assenza delle sorgenti locali. Il fondo in sostanza simula sia le quantità di inquinanti derivanti da regioni esterne al dominio di calcolo, sia quelle originate da quei processi chimici non esplicitati nel modello. Per rendere il più possibile realistiche le simulazioni al 2010, è stato valutato il fondo ipotetico al Per fare questo sono stati consultati i risultati di alcune simulazioni effettuate dal SIM per mezzo del software NINFA. 4

7 NINFA (Network dell Italia del Nord per le previsioni di smog Fotochimico e Aerosol): si basa sulla versione regionale del modello euleriano di trasporto chimico Chimere, abbinata al modello meteorologico LAMI (Figura 1). Il dominio è visualizzato in Figura 2 e coprendo l intero Nord Italia consente al modello di tenere conto delle circolazioni nella Pianura Padana, che influenzano pesantemente il trasporto e la dispersione degli inquinanti. da ArpaER-SIM In particolare, con il software NINFA sono state effettuate la simulazione del caso base, con catasto relativo all anno 2000, e la simulazione al 2020 che contiene il catasto emissivo ipotizzato a tale data senza alcun tipo di azione locale mirata ad un risanamento. (Tale scenario emissivo viene altrimenti chiamato scenario CLE Current Legislation Emission ). In entrambi i casi è stata utilizzata la stessa meteorologia, vale a dire il file meteorologico prodotto da LAMA per il periodo aprile 2003 marzo Sono stati richiesti i risultati delle simulazioni NINFA caso base (catasto 2000) e caso 2020 sulle coordinate di Rimini e si è valutata la differenza percentuale delle concentrazioni medie di inquinante su questo intervallo. Come è stato detto, ai fini del nostro lavoro è necessario avere il fondo all anno Pertanto, allo scopo di valutare la variazione percentuale al 2010 rispetto al caso base, sono state effettuate le seguenti ipotesi (Fig. 2): Ipotesi F1) andamento lineare delle variazioni. Al 2010 si ipotizza una variazione pari al 50% di quella prevista al 2020; Ipotesi F2) andamento non lineare delle variazioni. Al 2010 si ipotizza una variazione pari all 80% di quella prevista al Le variazioni previste al 2010, in entrambi i casi F1 e F2, sono state applicate al fondo utilizzato nella simulazione ADMS, calibrata sulle Stazioni di Monitoraggio della Qualità dell Aria di Rimini (Cap. 5 documento QC). 5

8 Fig.2 Visualizzazione grafica delle due ipotesi di fondo al F1 fondo ottenuto supponendo un andamento lineare delle variazioni percentuali, F2 fondo ottenuto supponendo una variazione dell 80% nei primi 10 anni Nella Tab. 3 sono riportate le variazioni percentuali dei valori medi annuali, rispetto al caso base, previste al 2010 secondo le due ipotesi. Tab. 3 Variazioni del fondo al 2010, considerando le due ipotesi, F1 e F2. % Caso Base % F % F % CLE 2020 PM O NOx, SOx (40 45) Per quanto riguarda l ozono, il modello NINFA prevede un leggero aumento del valore medio ma una diminuzione degli episodi di massimo, con miglioramento dal punto di vista dei superamenti. Il procedimento di adattamento del fondo di Rimini viene comunque calibrato per i valori medi annuali. Gli scenari studiati sono riassunti nella Tab. 4; sono stati effettuati studi sui diversi fondi per le diverse aree di studio. Tab. 4 Tabella delle simulazioni effettuate. Azioni SA AZ Fondo F1 F2 A1, A2, A1, A2, A3 A3 A1, A2, A1, A2, A3 A3 In seguito si riportano le mappe di simulazione per gli inquinanti studiati. Le mappe sono organizzate secondo la seguente gerarchia: Area, Fondo, Inquinante (PM10; NO 2 ), Azione. Infine vengono confrontate le mappe del numero di superamenti giornalieri di 50 [µg/m 3 ] per PM10. 6

9 A1-F1-PM10 Media Annuale SA AZ 90,41 P Tutti i grafici sono riferiti a valori espressi come [µg/m 3 ]. 7

10 A1-F1-NO 2 Media Annuale SA AZ 99,79 P 8

11 A1-F2-PM10 Media Annuale SA AZ 90,41 P 9

12 A1-F2-NO 2 Media Annuale SA AZ 99,79 P 10

13 A1-F1-PM10 N Sup. [50 µg/m 3 ] SA AZ A1-F2-PM10 N Sup. [50 µg/m 3 ] SA AZ 11

14 A2-F1-PM10 Media Annuale SA AZ 90,41 P 12

15 A2-F1-NO 2 Media Annuale SA AZ 99,79 P 13

16 A2-F2-PM10 Media Annuale SA AZ 90,41 P 14

17 A2-F2-NO 2 Media Annuale SA AZ 99,79 P 15

18 A2-F1-PM10 N Sup. [50 µg/m 3 ] SA AZ A1-F2-PM10 N Sup. [50 µg/m 3 ] SA AZ 16

19 A3-F1-PM10 Media Annuale SA AZ 90,41 P 17

20 A3-F1-NO 2 Media Annuale SA AZ 99,79 P 18

21 A3-F2-PM10 Media Annuale SA AZ 90,41 P 19

22 A3-F2-NO 2 Media Annuale SA AZ 99,79 P 20

23 A3-F1-PM10 N Sup. [50 µg/m 3 ] SA AZ A3-F2-PM10 N Sup. [50 µg/m 3 ] SA AZ 21

24 Analisi dei dati sperimentali rilevati sul territorio di Rimini Uno degli scopi di questo lavoro era indagare qual è la concentrazione minima che deve essere sottratta al PM10 normalmente rilevato dalle Stazioni Provinciali (SP) della Rete Regionale della Qualità dell Aria (RRQA), affinché si potesse rientrare nei limiti previsti dalla legge (DM 60/02 Fase 1) 2, vale a dire: concentrazione media annua pari a 40 µg/m 3 e numero di superamenti annui del valore medio giornaliero di concentrazione pari a 50 µg/m 3 inferiore a 35. L analisi dei dati di PM10 registrati dalle SP nell anno 2005 ha fornito i seguenti risultati: Tab. 5 PM10: valori registrati nell anno 2005 dalle SP della RRQA. Stazioni fisse Flaminia Marecchia Valori Limite Media annuale N Sup. annuali Dalla Tab. 5 si può notare che, per rientrare nei valori previsti dalla legge al 2005 (35 superamenti) per ogni stazione, occorrerebbe diminuire di una percentuale efficace i valori di Flaminia, essendo questa, fra le stazioni fisse, quella che ha presentato il maggior numero di superamenti. Per ottenere un numero di superamenti inferiore a 35 occorrerebbe ridurre i valori giornalieri di Flaminia di una quantità superiore al 20%. Riducendo del 21% si otterrebbero i valori di Tab. 6. Tab. 6 PM10: valori che si sarebbero registrati nell anno 2005 dalle SP della RRQA se fosse possibile ripulire l aria del 21% delle polveri in essa contenute. Stazioni fisse Flaminia Marecchia Valori Limite Media annuale N Sup. annuali Questa analisi ci permette di riflettere sulle grandezze approssimative sulle quali occorre agire per un efficace risanamento. Purtroppo non è possibile asserire che una riduzione delle emissioni locali del 20% circa corrisponda ad una diminuzione della stessa percentuale nelle concentrazioni di inquinante monitorate. Questo fatto è dovuto fondamentalmente a due motivi. In primo luogo occorre considerare il fatto che le polveri sono sia di origine primaria sia di origine secondaria; in secondo luogo occorre tenere conto della non linearità delle complesse relazioni (sia fisiche che chimiche) 3 che legano le emissioni (quantità di sostanze rilasciate in atmosfera da una sorgente in un dato periodo 2 Per il PM10 non è stata valutata la Fase 2 in quanto il DM60/02 per questa fase contiene valori limite indicativi al 2010 da rivedere con un successivo decreto sulla base di una normativa comunitaria prevista ma non ancora a tutt oggi legiferata. La Fase 2 avrebbe previsto un valore limite annuale di 20 µg/m 3 e un valore limite giornaliero di 50 µg/m 3 da non superare più di 7 volte l anno. Secondo queste modalità il percentile da considerare non sarebbe più il 90,41 bensì il 98,08. 3 Trasporto turbolento, coagulazione, rimozione secca e umida (per particelle con diametro aerodinamico superiore a 2 µm); creazione e rimozione di nuove particelle per reazione chimica di diversi precursori presenti in atmosfera. 22

25 di tempo) con le immissioni (concentrazione di una sostanza in un dato luogo in un preciso momento, cioè i valori effettivamente rilevati dagli strumenti della RRQA). Per definizione le particelle primarie sono quelle direttamente originate da una sorgente inquinante; quelle secondarie sono particelle originate in atmosfera a partire da diverse specie chimiche, chiamate precursori. I precursori delle polveri sono principalmente gli idrocarburi, gli ossidi di azoto, l ammoniaca e gli ossidi di zolfo. La componente fine del PM10 è costituita prevalentemente da particelle secondarie. Le polveri inoltre sono costantemente soggette a modificazioni di dimensione a seconda delle condizioni chimiche e fisiche atmosferiche e nuove particelle di polvere vengono costantemente distrutte e prodotte da reazioni fra gas. Alla luce di quanto detto occorre quindi sottolineare il fatto che molte delle particelle che vengono rilevate dalle SP riminesi della RRQA sono state emesse/prodotte al di fuori del nostro territorio in quanto presenti nelle masse d aria in transito, proprio in virtù del fatto che il PM10 ha domini di genesi ben più ampi del nostro territorio provinciale. I tempi di vita degli spostamenti delle particelle di polvere sono funzione della loro dimensione (e quindi della loro massa), essendo le polveri più fini capaci di spostarsi per regioni territoriali più ampie. È stato valutato che, sotto certe condizioni meteorologiche, una particella 4 d aria possa attraversare tutta la pianura padana in tempi dell ordine di una decina di ore 5. In generale è ragionevole immaginare che le azioni locali possano ridurre direttamente solo la componente primaria di PM10, originata dalle sorgenti presenti sul nostro territorio. Per quanto riguarda la componente secondaria, la limitazione dei precursori, come azione concertata con i territori circostanti, può essere importante per la riduzione del valore di fondo comune ai diversi territori. Le proporzioni relative di particolato primario e secondario che originano le PM10 variano di giorno in giorno a seconda delle condizioni meteorologiche e del sito di prelievo; in generale è possibile asserire che il particolato secondario oscilla prevalentemente fra il % del PM10 totale dell ambiente urbano e fra il 70-80% di quello rurale. Risultati delle simulazioni Dalle simulazioni effettuate sul territorio di Rimini è possibile effettuare alcune considerazioni. PM10 I valori di PM10 sul nostro territorio sembrano dominati dalle condizioni di fondo. Ciononostante, con l applicazione delle azioni, le simulazioni indicano un sostanziale miglioramento del valore medio annuale su vaste aree cittadine. Nel caso in cui il fondo reale al 2010 si avvicini al fondo ipotizzato F2, ci si può aspettare anche una diminuzione del numero di superamenti del valore medio giornaliero fino a raggiungere valori prossimi ai 35 superamenti consentiti, in alcune aree territoriali. Occorre comunque sottolineare che, in generale, il numero di superamenti del valore limite giornaliero è strettamente legato all anno meteorologico considerato, molto di più del valore medio annuale. 4 In questo caso il termine particella sta ad identificare un volume di controllo di dimensioni piccole ma sufficienti per poterlo caratterizzare termodinamicamente. 5 Quaderno Tecnico Arpa-SMR N 10/2002 Inquinamento da polveri in Emilia-Romagna. Analisi a fini previsionali e comparazione con la situazione meteorologica a larga scala M. Deserti et Al. 23

26 Nella Fig. 3 sono riportati gli andamenti medi annuali registrati dalla stazione di fondo regionale Jolanda di Savoia (JDS) rispetto e dalla stazione Marecchia. Si rammenta che i dati JDS si sono rivelati i migliori per descrivere il fondo durante il processo di calibrazione del modello su Rimini (Cap. 5 documento QC). Fig. 3 Andamento delle medie annuali per le stazioni JDS e Marecchia È possibile descrivere la situazione del PM10 urbano secondo un grafico proposto da Martin Lutz 6 (2002) e rielaborato da Stefano Caserini e Giovanni Lonati del Politecnico di Milano (Fig.4): 1) Inquinamento da PM10 in area urbana 2) La meteorologia cambia il fondo regionale 3) Il cambio delle emissioni locali cambiano gli hot spots 4) Un blocco del traffico abbatte molti hot spots ma non risolve interamente il problema Fig. 4 Rappresentazione dell inquinamento da PM10 urbano (S. Caserini, G. Lonati, 2005). 6 Martin Lutz Senate Department for Urban Development, Berlin Directorate IX, Environment Policy 24

27 NO 2 Con l applicazione delle azioni, le simulazioni evidenziano un miglioramento del valore medio con entrambe le ipotesi di fondo. Il numero di superamenti del valore medio orario non presenta criticità neppure per lo scenario al 2010 senza azioni (e neppure per lo scenario attuale 7 ). I dati rilevati sul territorio provinciale nell anno 2005 dalla RRQA sono stati: Tab. 7 NO 2 : valori sperimentali rilevati dalle SP della RRQA. NO 2 Media annuale VL N Sup del valore 200 µg/m3 della media oraria Marecchia 37 0 Flaminia Abete 33 0 Riccione 41 0 VL 18 Come si può notare dalla Tab. 7 il valore medio di biossido di azoto è superiore al limite e presenta criticità soprattutto per la Stazione di Flamina. Gli ossidi di azoto sono inquinanti molto importanti non solo per gli effetti diretti sull ambiente, sulla vegetazione e sulla salute umana, ma anche perché sono fra i più importanti precursori dell inquinamento da smog fotochimico. Come evidenziato dalla Tab. 1, l ozono presenta un medio rischio di superamento su tutto il territorio provinciale, indipendentemente dalla Zona di appartenenza secondo il criterio di zonizzazione. A completamento del seguente studio si presentano le mappe di scenari che prevedono lo spegnimento di alcune sorgenti di traffico per valutare il loro peso rispetto ai valori stimati di concentrazione degli inquinanti critici. Vengono proposti gli scenari di tipo AZ, per il solo dominio A1, sia con il fondo ipotetico F1 che con il fondo ipotetico F2. Le mappe sono organizzate in sequenza, partendo dal caso completo, poi via via eliminando le sorgenti più importanti (A14 e SS16), fino all eliminazione di tutto il traffico e infine ripristinando solamente le sorgenti più importanti. Si ricorda che negli scenari AZ le uniche sorgenti del Macrosettore 7 che rimangono inalterate rispetto allo scenario SA sono A14 e SS16. Si inserisce inoltre anche la mappa dell uso del suolo relativamente al dominio A1, dove con il colore rosso sono evidenziate le aree produttive sulle quali sono stati disaggregati i dati relativi alla componente diffusa dei Macrosettori 3,4,6, per il confronto con lo scenario senza traffico. Infine vengono riportate le mappe relative al 98,08 percentile dei valori medi giornalieri annuali del PM10 (DM60/02; 2010-fase 2), sempre relativamente allo scenario AZ, per i casi con e senza traffico. 7 Mappe relative allo scenario attuale (catasto e meteorologia 2003/04) non riportate in questo documento. 25

28 AZ - TQ A1-F1-PM10 AZ - no A14 90,41 P AZ - no A14, no SS16 AZ - no Traffico Tutti i grafici sono riferiti a valori espressi come [µg/m 3 ]. 26

29 A1-F1-PM10 90,41 P AZ - solo A14 AZ - solo A14 e SS16 Media Annuale AZ - TQ AZ - no A14 27

30 AZ - no A14, no SS16 A2-F1-PM10 AZ - no Traffico Media Annuale AZ - solo A14 AZ - solo A14 e SS16 28

31 AZ - TQ A1-F2-PM10 AZ - no A14 90,41 P AZ - no A14, no SS16 AZ - no Traffico 29

32 A1-F2-PM10 90,41 P AZ - solo A14 AZ - solo A14 e SS16 Media Annuale AZ - TQ AZ - no A14 30

33 AZ - no A14, no SS16 A1-F1-PM10 AZ - no Traffico Media Annuale AZ - solo A14 AZ - solo A14 e SS16 31

34 Fig. 5 Rappresentazione dell uso del suolo nel dominio A1 A1-F2-PM10 AZ 98,08 P AZ No Traffico 32