ESPERIENZE DELL ARPA VALLE D AOSTA NELLA VALUTAZIONE INTEGRATA DELLA QUALITA DELL ARIA Manuela Zublena, Giordano Pession Italia Agenzia Regionale per la Protezione dell Ambiente della Valle d Aosta Sezione Aria-Immissioni Sessione tematica Aria Le recenti direttive europee in materia di inquinamento atmosferico introducono il concetto di valutazione integrata, quale strumento per attuare una completa ed efficace gestione della qualità dell aria. Questo approccio è basato sull integrazione di diversi strumenti operativi: la rete di stazioni di monitoraggio, l inventario delle emissioni e la modellistica di dispersione di inquinanti in atmosfera. L ARPA Valle d Aosta ha avviato in quest ottica un percorso operativo comprendente lo sviluppo di nuovi strumenti ad integrazione della consolidata attività di gestione della Rete Regionale di controllo della qualità dell aria e di acquisizione dei diversi parametri misurati. Essi hanno riguardato in particolare la realizzazione della struttura dell inventario delle emissioni e il suo relativo popolamento, e l acquisizione e messa a punto di moduli di calcolo per la simulazione modellistica delle dinamiche dispersive degli inquinanti in atmosfera. Le attività hanno preso avvio nell ambito di un progetto di cooperazione transfrontaliera per la valutazione dell impatto sulla qualità dell aria nell area alpina detta Espace Mont Blanc causato da differenti scenari di traffico pesante attraverso il Tunnel del Monte Bianco, ipotizzati a seguito della sua riapertura. A partire da questa esperienza, la valutazione integrata è stata estesa all intero territorio della regione Valle d Aosta. Gli strumenti operativi L inventario delle emissioni Con questo termine, secondo quanto definito dal DM 2.5.91, si intende una serie organizzata di dati relativi alle quantità di inquinanti introdotti nell atmosfera da sorgenti naturali e da attività antropiche. L inventario fornisce una stima quantitativa dei flussi di inquinanti emessi in atmosfera dalle diverse sorgenti. Per la definizione della struttura dell Inventario è stata adottata come metodologia di riferimento quella elaborata dall European Environment Agency (EEA), CORINAIR 97. L archivio è stato costruito sulla base di una magliatura territoriale di 5 m di lato. L attribuzione ad ogni maglia delle sorgenti è avvenuta sulla base di archivi regionali georeferenziati concernenti le potenze termiche installate, i flussi di traffico sul reticolo viario regionale e l utilizzazione del suolo (Corine Land Cover con
successive rielaborazioni nel Piano Territoriale Paesistico della Valle d Aosta). Queste informazioni sono state ove necessario sono state integrate con acquisizione diretta di dati da parte dei tecnici dell ARPA, attraverso interviste sulla base di questionari appositamente predisposti. I dati complessivi di emissione risultanti da questa metodologia bottom-up sono stati confrontati e validati con dati statistici aggregati, acquisiti da regionali e statati, concernenti parametri complessivi quali consumi di carburanti per riscaldamento e autotrasporti. L inventario delle emissioni è gestito interamente dall ARPA e ciò consente di intervenire con continuità per apportare aggiornamenti in relazione a mutate condizioni e consistenza dei determinanti (infrastrutture territoriali, sorgenti specifiche). Fig. 1 Elementi per la costruzione dell inventario delle emissioni: copertura vegetativa della Valle d Aosta (bottom-up)
Figura 2 Elementi per la costruzione dell inventario delle emissioni: Grafo della rete viaria della Valle d Aosta, per la validazione dei dati di traffico su ogni singolo tronco (validazione top-down) Figura 3 Inventario delle emissioni: mappa regionale delle emissioni di NOx
Figura Inventario delle emissioni: sintesi delle emissioni annuali di NOx ton/anno 5 5 35 3 25 2 15 1 5 Ferrovia Foreste (decidue e conifere) Processi produttivi Combustione industria Riscaldamento Trasporti Stradali SO2 NOx CO COV PTS Il modello di dispersione di inquinanti in atmosfera E stato impiegato un modello di tipo lagrangiano a particelle (SPRAY) di dispersione degli inquinanti in atmosfera per la ricostruzione del campo tridimensionale delle concentrazioni degli inquinanti in atmosfera in base all orografia regionale, al campo anemologico tridimensionale e alle emissioni risultanti dal catasto. Le informazioni geografiche sono state tratte dalla Cartografia Regionale della Valle d Aosta. Le condizioni meteorologiche sono state simulate con riferimento a scenari tipo della meteorologia locale: alta pressione estiva, alta pressione invernale, con presenza di inversione termica, perturbazione estiva con precipitazioni, perturbazione invernale, venti occidentali di forte intensità, foehn. Per ognuno di questi è stato determinato la percentuale statistica di occorrenze in tutte le stazione della rete ARPA sulla base delle serie temporali dei dati meteo rilevati. Questi dati, attraverso il codice di calcolo MINERVE, permettono la ricostruzione dei campi anemologici tridimensionali. Un ulteriore codice di calcolo (SURFPRO) permette di modellizzare le turbolenze locali, tenendo conto delle caratteristiche del terreno e della diversa esposizione alla radiazione solare dei versanti vallivi. In tal modo è possibile una migliore riproduzione degli effetti indotti dalle complessità del terreno sulla dispersione. Essi sono particolarmente importanti in Valle d Aosta per la presenza delle più elevate cime alpine, a ridosso di vallate profonde.
Per quanto riguarda le emissioni, i dati dell inventario vengono modulati su scala giornaliera, settimanale, annuale, per tenere conto delle caratteristiche temporali del rilascio di inquinanti in atmosfera (vedi esempio in fig. 5). Figura 5 - Profilo annuale di modulazione del traffico distinto per mezzi pesanti e leggeri 2 1. 1.6 1. 1.2 1..6..2 1 2 3 5 6 7 9 1 11 auto (Bassa Valle) auto (Alta Valle) auto (Media Valle) commerciali (Bassa Valle) commerciali (Alta Valle) commerciali (Media Valle) Sono stati oggetto di modellizzazione gli ossidi di azoto, le polveri PM1, il benzene. E stata effettuata anche la simulazione di un episodio di ozono con l applicazione sperimentale del codice FARM. Confronto dei risultati da stime modellistiche con i dati di misura In figura 6 è riportato un esempio di confronto tra le concentrazioni di NOx misurate nell arco di quattro giorni in una stazione urbana di misura (Aosta Piazza Plouves) e quelle calcolate dal modello. Figura 6 Confronto tra andamenti temporali misurati e simulati della concentrazione di NOx in una stazione dell area urbana di Aosta (Piazza Plouves) 2 15 1 Plouves NOx Observed NOx Spray 5 1/6/ : 11/6/ : /6/ : 13/6/ : 1/6/ :
La concordanza tra le due serie di dati può anche essere valutata considerando i valori medi su base annuale in diverse tipologie di stazioni, come riportato in figura 7. Figura 7 Confronto tra i valori medi annuali della concentrazione di NOx calcolati e rilevati in cinque stazioni della Rete di monitoraggio NO X yearly averages comparison SPRAY Experimental Averages NOX (ug/m 3 ) 1 6 2 13 72 7 52 63 19 3 2 Plouves M.Fleury Morgex Etroubles LaThuile Stations Si osserva una significativa sottostima del modello nella stazione di Morgex, che si trova in diretta prossimità di un importante via di traffico. Particolarmente interessante è il confronto modelli/misure nella situazione considerata per l ozono (figura ). La concordanza tra gli andamenti delle due serie di dati è sorprendente. I valori orari assoluti sono in buon accordo in due stazioni (La Thuile e Aosta). Nella terza stazione (Etroubles), la differenza rilevata ha portato a verificare la funzionalità dello strumento di misura, e a rilevare e correggere una sottostima sistematica dovuta ad un errata impostazione del generatore di ozono.
Figura Confronto degli andamenti orari della concentrazione di ozono misurata e calcolata in tre stazioni nella giornata oggetto di modellizzazione O3 - LaThuile 7 6 5 [ppb] 3 2 1 2 2 2 hours O3 - Etroubles 7 6 5 3 2 1 2 2 [ppb] 2 hours O3 - Aosta 7 6 [ppb] 5 3 2 1 2 2 2 hours hours Computed Measured Per quanto riguarda PM1 e benzene, lo strumento modellistico mostra ampie sottostime, e necessita pertanto di ulteriori messe a punto.
Cosa aggiunge la valutazione modellistica alle misure strumentali puntuali Figura 9 mappe di concentrazione di NOx da stime modellistiche I dati modellistici permettono di estendere le stime di concentrazione degli agenti inquinanti all intero territorio di studio. Nelle immagini qui accanto (fig. 9) sono riportate le mappe di concentrazione stimata di NOx in una giornata estiva in condizione di alta pressione (1 agosto 2), in tre momenti: mattina, pomeriggio e sera. E evidente l effetto delle sorgenti, concentrate lungo il solco della valle principale e la dinamica di dispersione determinata dal regime delle brezze: le masse d aria risalgono il fianco sud (sinistra orografica) maggiormente soleggiato della valle (ore 17.), mentre alla sera le brezze di monte discendenti svuotano i bacini interni della regione verso sud-est.
A partire dalle simulazioni di mappe orarie si perviene alla costruzione delle mappe dei valori medi annuali. Esse permettono: 1) la valutazione delle concentrazione in relazione ai limiti normativi, espressi in termini di media annuale 2) la zonizzazione del territorio in relazione alle condizioni di qualità dell aria 3) la stima di indicatori di esposizione della popolazione (vedi esempio in figura 11). Il sistema integrato di gestione della qualità dell aria permette la predisposizione di valutazioni predittive in relazione a scenari emissivi conseguenti a scelte di governo del territorio. Figura 1 Mappe di concentrazione media annuale di NO2 TIR/giorno 2 TIR/giorno 1 TIR/giorno Valore limite la protezione della salute Livelli di per concentrazione di(dm 6/2): NO2 µg/m3 2xval.limite val.limite.5xval.limite.25xval.limite.1xval.limite
Questa potenzialità ha avuto una immediata e importante applicazione in relazione alla riapertura del Traforo del Monte Bianco al traffico pesante. In particolare sono stati ipotizzati tre scenari di traffico di mezzi pesanti (TGM di 1, 2 e TIR al giorno) e stimate le mappe delle concentrazioni medie annuali di NO2 (a partire da NOx). Esse sono riportate in figura 1. In figura 11 sono riportate infine le stime di esposizione della popolazione a NO2 in relazione ai tre scenari di traffico considerati. Figura 11 Popolazione della Valle d Aosta esposta a diverse classi di concentrazione media annuale di NO2 NO2 5% % 3% 2% 1 TIR 2 TIR TIR 1% % -.1 x Val.lim..1-.25 x Val.lim..25-.5 x Val.lim..5-1 x Val.lim. 1-2 x Val.lim.