Corso di MODELLISTICA e SIMULAZIONE a a 2012

Corso di MODELLISTICA e SIMULAZIONE a. a. 2012 -2013 Presentazione di un modello ambientale: CALINE 4 Corso di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio – Luca Colaianni 772388

CALINE 4 : A Dispersion Model For Predicting Air Pollutant Concentrations Near Roadways CALINE = CAlifornia LINE source dispersion model È un modello gaussiano che studia l’inquinamento atmosferico, in particolare la dispersione di inquinanti provenienti da sorgenti lineari => strade e autostrade È stato implementato dal Caltrans (CALifornia department of TRANSportation) tra 1984 e 1989; l ’ultima versione (2. 1) risale al 2011 È usato dal Caltrans per valutare l’impatto del monossido di carbonio (CO) vicino alle arterie stradali www. dot. ca. gov : sito del Caltrans www. dot. ca. gov/hq/env/air/software/caline 4/calinesw. htm Caline 4 - Luca Colaianni 2

Caratteristiche del modello CALINE 4: L’equazione gaussiana utilizzata da Caline 4 è questa: Le principali novità del modello Caline 4 rispetto alla versione Caline 3 (che risale al Il modello di dispersione si basa sulla 1980) sono : Ciascun elemento in cui è ripartito il suddivisione di ogni tratto stradale (‘’link’’) tratto stradale è schematizzato in • La elementi di di diversa lunghezza, possibilità considerare altri inquinanti, come il materiale come una sorgente lineare fittizia di determinata tenendo della di direzione particolato (PM) econto il diossido azoto (NO 2) emissione perpendicolare alla del vento e della posizione, rispetto alla Questa equazione era giàognuna utilizzata precedente, il CALINE 3, che è direzione del vento; per di dal modello • La del possibilità di utilizzare software strada, punto ‘’recettore’’ inilcui si vuoletramite una utilizzato dall’ U. S. EPAsimulato (United un States Environmental interfaccia grafica user-friendly (o GUI = graphical Protection Agency) come queste sorgenti viene stimare concentrazione base user perlai interface) modelli CAL 3 QHC eed CAL 3 QHCR, che valutano semplice efficace, chiamata CL 4, la dispersione di inquinanti processo di dispersione gaussiana da sorgenti lineariè la seguente: la cui icona delle sostanze inquinanti Il Caline 4 infatti è accettato dall’EPA solamente per l’analisi della dispersione di monossido di carbonio, mentre utilizza i modelli CAL 3 QHCR e AERMOD per la • L’assenza di processi di installazione del software valutazione di altri inquinanti http: //www. epa. gov/ttn/scram/dispersion_prefrec. htm Caline 4 - Luca Colaianni 3

Dati necessari per il funzionamento di CALINE 4: Requisiti di sistema e software per l’utilizzo di CALINE 4 Come altri modelli di dispersione atmosferica, il CALINE 4 richiede in input le caratteristiche del traffico (volumi, velocità, etc) e i fattori di emissione, relativi alla • Sistema operativo Microsoft Windows strada o autostrada che si vuole monitorare. • Microsoft NET Framework 2. 0 o superiore (Caline 4 non è stato testato su Il Caltrans utilizza il modello di NET 4. 0 o superiore, maemissione funziona)EMFAC per tali parametri www. dot. ca. gov/hq/env/air/pages/emfac. htm • Software per l’apertura del file. zip che contiene l’eseguibile e tutti i file necessari, scaricabile all’indirizzo Per quanto riguarda altri parametri, storicamente i modelli della serie CALINE (il www. dot. ca. gov/hq/env/air/software/caline 4/CL 4%20 v 2. 1. zip primo risale al 1972) richiedono un contributo di input minimo da parte dell’utente, dato • che. Software non necessitano sulla variazionedel spaziale e temporale editor di informazioni testo per la visualizzazione file Help e readme edella per direzione vento, dei sulla o sulla diffusività. la del gestione filevelocità di inputdel e divento output • Software per visualizzazione dei file suoi. pdf (il manuale e ilma report Il CALINE 4 richiede inla input più parametri predecessori, viene comunque scaricabili all’indirizzo www. dot. ca. gov/hq/env/air/pages/calinemn. htm) considerato dagli addetti ai lavori un modello semplice da implementare, dato che spesso alcuni dati opzionali possono essere omessi, ed altri possono essere impostati come case values’’ cioèhardware con valoriminimi relativi alle peggiori situazioni verificabili. Non’’worst sono previsti requisiti Caline 4 - Luca Colaianni 4

Giudizio sulla semplicità di utilizzo Come già detto, la maggiore di CALINE 4 versioni precedenti, che Per quanto riguarda il modellonovità ambientale in sé, rispetto Caline 4 alle è comunemente ne rende un decisamente semplice ed intuitivo l’utilizzo, è la presenza considerato programma più semplice da utilizzare, dato che dell’interfaccia grafica GUI 1) simula una situazione di inquinamento da fonti lineari 2) richiede un minimo contributo di input Finestra di comando di input di CALINE 3 Finestra grafica di input di CALINE 4 3) produce un output facilmente leggibile Caline 4 - Luca Colaianni 5

Giudizio sulla semplicità di utilizzo In Vediamo particolare in particolare la situazione • relativa U è la velocità del vento al primo file di esempio • incluso BRG il suo nelangolo pacchetto. zip, che • considera CLAS la classe undi stabilità unico atmosferica recettore (in questosituato caso 6/F= stabile) (receptor) lungo una strada • suburbana ZO coeff di (link) rugositàedelsoggetto terreno ad • inquinamento SIGHT la deviazione standard di BRG di monossido di • carbonio VS e VD velocità (CO) di deposizione • AMB la concentrazione naturale di CO lato si può osservare geometria • AVPHL il volume trafficolaorario • della EFL lesituazione emissioni simulata orarie e i valori deldella sito ezona delladistrada • delle WL lavariabili larghezza inquinamento • HL l’altezza della strada Caline 4 - Luca Colaianni 6

Parametri Condizioni della di simulazione tipo di inquinante file di input tipo di simulazione Sono relative al ‘’worst case’’ e quindi diverse da quelle viste nel grafico precedente impostati dal file di input Caline 4 - Luca Colaianni 7

Caratteristiche Geometria deldel tratto stradale Sono il volume di traffico orario, misurato in vehicles per hour (vph), e il fattore di emissione di monossido di In questo caso c’è solo un ‘’link’’ cioè un singolo tratto carbonio, misurato in grammi per stradale (che si estende per 10000 m in lunghezza), ma miglio si può simulare l’inquinamento prodotto da molteplici arterie di scorrimento Caline 4 - Luca Colaianni 8

Posizione dei recettori Il grafico mostra la posizione nel piano xy dell’unico recettore, situato a 30 metri perpendicolarmente alla strada (e alto 1, 80 m) Caline 4 - Luca Colaianni 9

Risultati della simulazione L’output di Caline 3 appariva all’interno del medesimo prompt dei Una finestra di output riassume le caratteristiche della situazione inserita in comandi dell’input: input, e i risultati della simulazione, in particolare la concentrazione di inquinante (in questo caso monossido di carbonio CO) prevista presso il recettore. Caline 4 - Luca Colaianni 10

Risultati della simulazione In Caline 4 i risultati compaiono nella terzultima sezione della finestra grafica, dopo aver cliccato ‘’Run Caline 4’’ dalla sezione ‘Job parameters’ Caline 4 - Luca Colaianni 11