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Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali a.a. 2007-2008 Dispense del Corso Laurea in Ingegneria Gestionale Laurea Specialistica in Ingegneria delle.

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Presentazione sul tema: "Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali a.a. 2007-2008 Dispense del Corso Laurea in Ingegneria Gestionale Laurea Specialistica in Ingegneria delle."— Transcript della presentazione:

1 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali a.a Dispense del Corso Laurea in Ingegneria Gestionale Laurea Specialistica in Ingegneria delle Telecomunicazioni (ind. Sistemi di Telerilevamento) Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica (ind. Gestione e Automazione dei Servizi) Chiara Mocenni Qualità dellaria: modelli

2 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali I processi fisici: diffusione e trasporto zDispersione della massa: si assume che in un volumetto infinitesimo dxdydz nellintervallo temporale dt lincremento della massa inquinante e quindi la sua concentrazione media C(x,y,z,t) eguagli lapporto netto derivante dagli ingressi esterni e dalleventuale contributo di una sorgente inquinante S o di un fattore di rimozione R.

3 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Equazione della diffusione

4 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zA causa delle turbolenze e dei fenomeni vorticosi il moto è sempre vario, ma se facciamo riferimento alla media in un periodo di tempo T di durata maggiore della scala temporale delle fluttuazioni turbolente e minore della scala delle variazioni di velocità medie del vento, si può distinguere una componente media v ed una componente fluttuante v sovrapposta al moto e a media nulla.

5 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zEssendo C influenzata dalla velocità del vento risulta che anche C è composta da una componente media C e da una fluttuante C. zLa prima componente rappresenta il trasporto e la seconda la diffusione.

6 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali I modelli di dispersione zData una emissione di una certa sostanza in atmosfera (boundary layer) il modello di dispersione calcola le concentrazioni di questa sostanza nei punti dello spazio circostante. zLo scopo di una simulazione modellistica può essere quello di un confronto delle concentrazioni calcolate con quelle di riferimento della normativa di legge oppure di verificare limpatto di una variazione dello scenario emissivo (ad es. modifiche di un impianto di generazione o flussi di traffico).

7 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Criteri per la scelta del modello zScala spaziale zScala temporale zDominio zInquinante zMeteorologia zSorgenti emissive zRegime

8 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Modelli deterministici zModelli euleriani (STEM, CAMX) di chimica e trasporto, sorgenti puntuali o diffuse, risoluzione orizzontale max 1 Km in orizzontale zSistema di coordinate fisse zSi basano sulla risoluzione di una equazione differenziale di diffusione ricavata dal bilancio di massa

9 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zSi distinguono: yModelli analitici (andamento al suolo della concentrazione sottovento ad una sorgente continua puntiforme)

10 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali

11 yModelli a box (il dominio è suddiviso in una o più celle allinterno delle quali linquinante è considerato perfettamente miscelato) yModelli a griglia (il dominio è suddiviso in un grigliato tridimensionale, metodo risolutivo: differenze finite).

12 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zModelli fotochimici (modelli a griglia): oltre a simulare fenomeni di trasporto e diffusione tengono conto di reazioni chimiche in fase gassosa e delle deposizioni secche. zFinalizzati alla ricostruzione dellinquinamento secondario: Ozono troposferico, Particolato, deposizioni acide zModelli euleriani tridimensionali a griglia zSono in grado di ricostruire i seguenti processi: yEmissioni da sorgenti areali e puntuali yTrasporto e diffusione turbolenta yTrasformazioni chimiche (fase gas e fase aerosol) ydeposizione secca e umida zInquinanti considerati: yNO X, O 3, VOC, HNO 3, SO 2, H 2 SO 4, NH 3, PPM

13 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Input dei modelli fotochimici: zParametri meteorologici; zParametri geofisici; zParametri emissivi; zParametri chimici; zParametri sperimentali.

14 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali CALGRID (CALifornia GRIDded model) zSistema di riferimento mobile che segue gli spostamenti delle masse daria di cui si vuole riprodurre il comportamento.

15 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zIl box si muove in accordo con il vento presente nel bacino di studio. Ciò permette di simulare il movimento di una colonna daria allinterno del dominio la cui concentrazione di specie inquinanti è dovuta alle emissioni incontrate lungo il percorso, a processi di trasformazione chimica e di deposizione.

16 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zModelli lagrangiani a particelle (SPRAY), sorgenti puntuali o diffuse dominio di calcolo 25x25 Km 2, risoluzione orizzontale max 100 m zModello lagrangiano a particelle per terreno complesso zLa dispersione degli inquinanti viene ricostruita schematizzando l'emissione attraverso un insieme di unità piccolissime di dimensioni di massa nota zOgni particella segue una diversa realizzazione (evoluzione) del flusso turbolento

17 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Modelli a traiettorie zServono per modellare fenomeni che avvengono su scale spaziali dellordine delle centinaia di migliaia di chilometri. Esempi sono lacidificazione e leutrofizzazione di ambienti naturali, il trasporto di metalli pesanti.

18 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Modelli stocastici zControllo in tempo reale e previsione dei livelli di attenzione e di allarme. zNon prevedono le concentrazioni degli inquinanti in base a leggi fisiche e a relazioni causa-effetto, ma sulla base dei dati misurati nel passato. Sono quindi in grado di prevedere le concentrazioni nei soli punti in cui si sono misurati i dati.

19 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Esempi zAPC-2: Atmosferic Pollution Control zWINAST: identificazione di modelli ARX

20 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zCALPUFF: riproduce il trasporto, la trasformazione e la deposizione di inquinanti in condizioni meteorologiche variabili non omogenee e non stazionarie. Può simulare e missioni puntuali e areali. zCALMET (integra CALPUFF e CALGRID)

21 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zCALMET permette di ricostruire il campo di vento e il campo di temperatura. Permette inoltre di calcolare i parametri di turbolenza.

22 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali zCALGRID: applicazione per la riproduzione di un fenomeno di inquinamento fotochimico nel 1998 in Lombardia.


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