Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio
CONFRONTO E ANALISI DELLE DIFFERENZE TRA IL
MODELLO AEDT E IL MODELLO INM PER LA SIMULAZIONE
DEL RUMORE AEROPORTUALE
Relatore: Prof. Maurizio Bassanino Correlatore: Dott.ssa Silvana Angius
Tesi di Laurea Magistrale di: Chiara Della Ducata
Matr. 898468
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Sommario
INDICE DELLE FIGURE ... 7
INDICE DELLE TABELLE ... 13
RINGRAZIAMENTI ... 17
ABSTRACT ... 18
1. INTRODUZIONE ... 19
2. IL RUMORE AEROPORTUALE ... 22
2.1 Indicatori, limiti e zonizzazione ... 24
2.2 Le reti di monitoraggio del rumore aeroportuale... 27
2.2.1 Strumentazione e tecniche di misura ... 28
2.3 I principali modelli di calcolo per la simulazione del rumore aeroportuale: AEDT e INM ... 31
2.3.1 Il modello di calcolo ... 32
3. L’AEROPORTO DI BERGAMO-ORIO AL SERIO ... 41
3.1 Caratteristiche infrastrutturali dell’aeroporto ... 42
3.2 Interventi per migliorare il clima acustico nell’intorno aeroportuale ... 44
4. PREDISPOSIZIONE DEI FILE PER ANALIZZARE GLI EFFETTI DOVUTI ALL’USO DI AEDT INVECE DI INM ... 46
4.1 Creazione degli shapefile di griglie sovrapponibili e delle isolinee per effettuare le analisi ... 47
4
4.1.2 AEDT ... 52
4.2 Panoramica delle differenze analizzate e dei confronti effettuati... 54
5. VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DELLE IMPOSTAZIONI DI SISTEMA DI AEDT ... 56
5.1 Scenario meteorologico base ... 56
5.2 Scenario meteorologico S3 (invernale) ... 60
6. VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DEL BANK ANGLE E DEL NUOVO MODELLO DI ASSORBIMENTO ATMOSFERICO... 63
6.1 Valutazione degli effetti del bank angle a pari condizioni meteorologiche in AEDT ... 63
6.1.1 Identificazione del bug in AEDT... 64
6.1.2 Scenario meteorologico base ... 68
6.1.3 Scenario meteorologico S3 (invernale) ... 70
6.2 Valutazione degli effetti del nuovo modello di assorbimento atmosferico (SAE-ARP-5534) in AEDT... 73
6.2.1 Scenario meteorologico base ... 73
6.2.2 Scenario meteorologico S3 (invernale) ... 76
6.3 Valutazione degli effetti delle condizioni meteorologiche in presenza del bank angle in AEDT ... 78
7. VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI COMBINATI DI PIU’ FATTORI NEL PASSAGGIO ALL’USO DI AEDT ... 81
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7.1 Valutazione degli effetti del modello di assorbimento atmosferico e delle impostazioni di sistema in presenza di bank angle a parità di condizioni meteorologiche
... 81
7.1.1 Scenario meteorologico base ... 81
7.1.2 Scenario meteorologico S3 (invernale) ... 83
7.2 Caso reale (effetti delle differenze di sistema, del nuovo modello dell’assorbimento e del bank angle) ... 86
7.2.1 Scenario meteorologico base ... 87
7.2.2 Scenario meteorologico S3 (invernale) ... 89
8. CONFRONTO PUNTUALE TRA I VALORI SIMULATI E I DATI MISURATI IN CORRISPONDENZA DELLE STAZIONI DI MISURA ... 92
8.1 Descrizione delle stazioni di monitoraggio dell’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio ... 92
8.2 Calcolo dei valori di LVA misurati ... 94
8.3 AEDT ... 97 8.3.1 Settimana estiva (S2) ... 97 8.3.2 Settimana invernale (S3) ... 98 8.4 INM ... 99 8.4.1 Settimana estiva (S2) ... 100 8.4.2 Settimana invernale (S3) ... 100
8.5 Sintesi e confronto delle differenze tra i valori simulati da AEDT e INM e i dati misurati ... 101
6
8.6 Valutazione dell’aderenza al reale dei due modelli in prossimità degli atterraggi
tramite il caso dell’aeroporto di Linate. ... 106
9. VALUTAZIONE DELLA VARIAZIONE POPOLAZIONE ESPOSTA ... 109
10. CONCLUSIONI ... 115
Appendice 1: Il Contesto normativo relativo al rumore aeroportuale ... 118
Appendice 2: L’esecuzione delle simulazioni in INM... 124
Appendice 3: L’esecuzione delle simulazioni in AEDT ... 128
Appendice 4: Il calcolo dei valori di LVA in corrispondenza dei punti della rete di monitoraggio con AEDT e INM ... 133
Appendice 5 :Elaborazione delle curve di isolivello di LVA annuali con NMPlot ... 135
Appendice 6: Calcolo della popolazione esposta nelle tre zone dell’intorno aeroportuale ... 136
BIBLIOGRAFIA ... 138
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INDICE DELLE FIGURE
Figura 2.1 – Trend del numero di passeggeri trasportati nel mondo (asse sinistro) e in Italia (asse destro) dal 1970-2015 (Assaeroporti e CENSIS, “Il sistema aeroportuale italiano – Cardine e protagonista dello scenario socioeconomico del paese”, 2017). ... 22 Figura 2.2.1.1 – (A sinistra) Posizionamento del microfono per l’esecuzione di misure in parallelo per il controllo dell’efficienza della rete di monitoraggio dell’aeroporto di Brgamo-Orio al Serio. ... 29 Figura 2.2.1.2 – (A destra) Dettaglio della protezione antivento e antivolatili del microfono. .. 29 Figura 2.2.1.3 – Calibrazione della catena di misura. ... 30 Figura 2.3.1.1 – Caso di esposizione laterale di un recettore al rumore di un aeromobile. ... 37 Figura 2.3.1.2 – Il concetto di Line-of-Sight Blockage (Technical manual AEDT2d) ... 38 Figura 3.1.1 – Piste e rotte di atterraggio e decollo dell’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio. 43 Figura 4.2.1 – Rappresentazione del bank angle, estratta dal Technical Manual di AEDT2d. .. 55 Figura 5.1.1 – Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da INM e AEDT per la settimana di traffico S2 nelle relative condizioni meteorologiche, applicando il BA e usando il modello di assorbimento atmosferico di INM (SAE-ARP-866A). ... 58 Figura 5.1.2 - Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da INM e AEDT per la settimana S2 nelle relative condizioni meteorologiche, applicando il BA e usando il modello di assorbimento atmosferico di INM (SAE-ARP-866A) nell’area d’interesse. ... 59 Figura 5.1.3 – Curve di isolivello di LVA settimanali calcolate da AEDT e INM per la settimana S2 nelle relative condizioni meteorologiche, applicando il BA e usando il modello di assorbimento atmosferico di INM (SAE-ARP-866A)... 60 Figura 5.2.1 – Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da INM e AEDT per la settimana di traffico S2 nello scenario meteorologico invernale, applicando il BA e usando il modello di assorbimento atmosferico di INM (SAE-ARP-866A) ... 61
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Figura 5.2.2 - Curve di isolivello di LVA settimanali calcolate da INM e AEDT per la settimana S2 nello scenario meteorologico invernale, applicando il BA e usando il modello di assorbimento atmosferico di INM (SAE-ARP-866A)... 62 Figura 6.1.1.1 – Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali di INM con il BA e di AEDT per la settimana S2. ... 66 Figura 6.1.1.2 – Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali di INM senza il bank angle e di AEDT per la settimana S2. ... 67 Figura 6.1.2.1 – Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT per il traffico e le condizioni meteorologiche della settimana S2 con e senza BA. ... 69 Figura 6.1.2.2 – Confronto tra le curve di isolivello di LVA settimanali calcolati con AEDT per il traffico e le condizioni meteorologiche della settimana S2, in presenza del BA. ... 70 Figura 6.1.3.1 - Layout della differenza tra i valori di LVA calcolati da AEDT per il traffico della settimana S2, ma nelle condizioni meteorologiche invernali, con e senza BA. ... 71 Figura 6.1.3.2 – Valutazione degli effetti del BA sulle curve di isolivello di LVA settimanali relativo al traffico della settimana S2 in condizioni meteorologiche invernali (S3). ... 72 Figura 6.1.3.3 – Zoom della Figura 6.1.3.1 sui principali effetti del BA sulle curve di isolivello di LVA settimanali relativo al traffico della settimana S2 in condizioni meteorologiche invernali (S3). ... 73 Figura 6.2.1.1 – Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT usando il nuovo modello di assorbimento atmosferico ARP-5534) e quello precedente di INM (SAE-ARP-866A), con BA per il traffico della settimana S2, nelle relative condizioni meteorologiche. ... 75 Figura 6.2.1.2 – Curve di isolivello di LVA settimanali calcolati da AEDT usando il nuovo modello di assorbimento atmosferico (SAE-ARP-5534) e quello precedente di INM (SAE-ARP-866A), con BA per il traffico della settimana S2, nelle relative condizioni meteorologiche. ... 75
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Figura 6.2.1.3 – Zoom delle curve di isolivello di LVA settimanali calcolati da AEDT usando il nuovo modello di assorbimento atmosferico ARP-5534) e quello precedente di INM (SAE-ARP-866A), con BA per il traffico della settimana S2, nelle relative condizioni meteorologiche. ... 76 Figura 6.2.2.1 - Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT usando il nuovo modello di assorbimento atmosferico ARP-5534) e quello precedente di INM (SAE-ARP-866A), con BA per il traffico della settimana S2, nello scenario meteorologico invernale. ... 77 Figura 6.2.2.2 – Curve di isolivello di LVA settimanali calcolati da AEDT usando il nuovo modello di assorbimento atmosferico (SAE-ARP-5534) e quello precedente di INM (SAE-ARP-866A), con BA per il traffico della settimana S2, nello scenario meteorologico invernale. ... 78 Figura 6.3.1- Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT, con il BA per il traffico della settimana S2, nelle relative condizioni meteorologiche e in quelle invernali. ... 79 Figura 6.3.2 – Valutazione degli effetti delle condizioni meteorologiche sulle curve di isolivello di LVA settimanali calcolate da AEDT per il traffico di S2, utilizzando il nuovo modello di assorbimento atmosferico e il BA. ... 80 Figura 7.1.1.1 –– Layout della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da INM (utilizzando SAE-ARP-866A) e AEDT (utilizzando SAE-ARP-5534) per il traffico di S2, considerando le relative condizioni meteorologiche e applicando il BA. ... 82 Figura 7.1.1.2 – Confronto tra le curve di isolivello di LVA calcolati da INM (utilizzando SAE-ARP-866A) e AEDT (utilizzando SAE-ARP-5534) per il traffico e le condizioni meteorologiche della settimana S2, considerando il bank angle (BA). ... 83 Figura 7.1.2.1 – Layout della differenza tra i valori di LVA calcolati da INM (utilizzando SAE-ARP-866A) e AEDT (utilizzando SAE-ARP-5534) per il traffico di S2, considerando le condizioni meteorologiche di S3 e applicando il BA. ... 84 Figura 7.1.2.2 – Confronto tra le curve di isolivello di LVA settimanali calcolati da INM (utilizzando SAE-ARP-866A) e AEDT (utilizzando SAE-ARP-5534) per il traffico di S2, nello scenario meteorologico invernale utilizzando il BA. ... 85
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Figura 7.1.2.3 – Zoom lato ovest delle curve di isolivello di LVA settimanali calcolati da INM (utilizzando SAE-ARP-866A) e AEDT (utilizzando SAE-ARP-5534) per il traffico di S2, nello scenario meteorologico invernale utilizzando il bank angle. ... 85 Figura 7.1.2.4 – Zoom lato est delle curve di isolivello di LVA settimanali calcolati da INM (utilizzando SAE-ARP-866A) e AEDT (utilizzando SAE-ARP-5534) per il traffico di S2, nello scenario meteorologico invernale utilizzando il bank angle. ... 86 Figura 7.2.1.1 - Layout della differenza tra i valori di LVA calcolati da INM senza il bank angle e da AEDT con il BA e per il traffico di S2 nelle relative condizioni meteorologiche, considerando i rispettivi modelli di assorbimento. ... 88 Figura 7.2.1.2 – Confronto tra le curve di isolivello di LVA settimanali calcolati da INM senza il BA e da AEDT con il bank angle per il traffico di S2 nel relativo scenario meteorologico, considerando i rispettivi modelli di assorbimento. ... 89 Figura 7.2.2.1 - Layout della differenza tra i valori di LVA calcolati da INM senza il bank angle e da AEDT con il BA per il traffico della S2 nello scenario meteorologico invernale, considerando i rispettivi modelli di assorbimento. ... 90 Figura 7.2.2.2 – Confronto tra le curve di isolivello di LVA settimanali calcolati da INM senza il BA e da AEDT con il bank angle per il traffico della S2 nello scenario meteorologico invernale, considerando i rispettivi modelli di assorbimento. ... 91 Figura 8.1.1– Posizione delle stazioni di monitoraggio di tipo “M” di Bergamo-Orio al Serio nel 2018. ... 93 Figura 8.3.1.1 - Layout delle differenze tra i valori di LVA stimati da AEDT (con il BA e il nuovo modello del meteo SAE-ARP-5534) e quelli derivati dalle centraline per S2. ... 98 Figura 8.3.2.1 - Layout delle differenze tra i valori di LVA stimati da AEDT (con il BA e il nuovo modello meteo SAE-ARP-5534) e quelli derivati dalle centraline per S3. ... 99 Figura 8.4.1.1 - Layout delle differenze tra i valori di LVA stimati da INM senza il BA e quelli derivati dalle centraline per S2. ... 100 Figura 8.4.2.1 - Layout delle differenze tra i valori di LVA stimati da INM senza il BA e quelli derivati dalle centraline per S3. ... 101
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Figura 8.5.1 – Layout con la localizzazione delle stazioni di monitoraggio rispetto alle curve isofoniche di LVA della S2 elaborate da AEDT con il BA e il suo nuovo modello di assorbimento e da INM senza il BA... 104 Figura 8.5.2 - – Layout con la localizzazione delle stazioni di monitoraggio rispetto alle curve isofoniche di LVA della S3 elaborate da AEDT con il BA e il suo nuovo modello di assorbimento e da INM senza il BA... 105 Figura 8.6.1 - Layout con la localizzazione delle stazione di monitoraggio rispetto alle curve isofoniche di LVA di S2 elaborate da AEDT con il BA e il suo nuovo modello di assorbimento e da INM senza il BA per l’aeroporto di Linate. ... 106 Figura 8.6.2 - Layout con la localizzazione delle stazione di monitoraggio rispetto alle curve isofoniche di LVA di S3 elaborate da AEDT con il BA e il suo nuovo modello di assorbimento e da INM senza il BA per l’aeroporto di Linate. ... 108 Figura 9.1 – Layout con le curve di isolivello di LVA e la popolazione esposta residente nelle tre fasce da esse delimitate, calcolate utilizzando AEDT (verde) e INM (magenta)... 110 Figura 9.2 – Layout della popolazione residente nelle fasce definite dalle curve isofoniche di LVA pari a 60, 65, 75 dB(A) stimate da AEDT per l’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio nel 2018. ... 111 Figura 9.3 – Layout della popolazione residente nelle fasce definite dalle curve isofoniche di LVA pari a 60, 65, 75 dB(A) stimate da INM per l’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio nel 2018. . 111 Figura A2- 1 – Impostazione coordinate della griglia in INM. ... 124 Figura A2- 2 – Impostazione della metrica da calcolare e del passo della griglia. ... 125 Figura A2- 3 – Griglia fissa e isolinee (60 e 70 dB(A) con passo 5 dB(A)) della settimana a maggior traffico (S2) del 2018 di Bergamo-Orio al Serio. ... 126 Figura A2- 4 – Zoom della figura A2-3. ... 126 Figura A2- 5 – Calcolo delle curve di isolivello di 60, 65 e 75 dB(A). ... 127 Figura A3- 1 – Risoluzione conflitti di importazione di uno studio INM in AEDT relativi all’aeroporto... 128
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Figura A3- 2 – Definizione dei parametri meteorologici relativi alla settimana S3. ... 129
Figura A3- 3 – Parametri della griglia di calcolo di AEDT. ... 129
Figura A3- 4 – Impostazione dei recettori per il calcolo dell’indicatore DNL. ... 130
Figura A3- 5 - Impostazione dei recettori per il calcolo dell’indicatore DNL... 131
Figura A3- 6 – Impostazioni delle opzioni di calcolo del DNL. ... 131
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INDICE DELLE TABELLE
Tabella 3.1 – Estratto dei dati di traffico aereo sui principali aeroporti per passeggeri e movimenti pubblicati da Assaeroporti. ... 41 Tabella 4.1.1.1 - Classi di qualità per la validazione dei dati di traffico effettuata da ARPA. ... 48 Tabella 4.1.1.2 – Estratto del file “case.dbf” con i dati meteorologici della S2. ... 50 Tabella 4.1.1.3 – Estratto del file “case.dbf” con i dati meteorologici della S3. ... 50 Tabella 5.1.1 – Estratto della tabella degli attributi con il calcolo della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da INM e AEDT per la settimana di traffico S2 nelle relative condizioni meteorologiche, applicando il BA e usando il modello di assorbimento atmosferico di INM (SAE-ARP-866A). ... 57 Tabella 5.2.1 - Estratto della tabella degli attributi con il calcolo della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da INM e AEDT per la settimana S2 nello scenario meteorologico invernale, applicando il BA e usando il modello di assorbimento atmosferico di INM (SAE-ARP-866A). ... 61 Tabella 6.1.1.1 – Estratto della tabella degli attributi con i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT per la settimana S2 con il BA. ... 64 Tabella 6.1.1.2 – Estratto della tabella degli attributi con i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT per la settimana S2 senza il BA. ... 64 Tabella 6.1.1.3 – Estratto della tabella degli attributi con i valori di LVA settimanali calcolati da INM per la settimana S2 con il BA. ... 65 Tabella 6.1.1.4 – Estratto della tabella degli attributi con i valori di LVA settimanali calcolati da INM per la settimana S2 senza il BA. ... 65 Tabella 6.1.1.5- Estratto della tabella degli attributi con la differenza tra i valori di LVA di INM con il BA e di AEDT per la settimana S2. ... 66 Tabella 6.1.2.1 - Estratto della tabella degli attributi con la differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT per il traffico e le condizioni meteorologiche della settimana S2 con e senza il BA. ... 68
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Tabella 6.1.3.1 - Estratto della tabella degli attributi con la differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT per il traffico della settimana S2, ma nelle condizioni meteorologiche invernali, con e senza il BA. ... 71 Tabella 6.2.1.1 – Estratto della tabella degli attributi con il calcolo della differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT usando il nuovo modello di assorbimento atmosferico (SAE-ARP-5534) e quello precedente di INM (SAE-ARP-866A), con BA per il traffico della settimana S2, nelle relative condizioni meteorologiche. ... 74 Tabella 6.2.2.1 – Estratto della tabella degli attributi con il calcolo della differenza tra i valori di LVA settimanali per il traffico della settimana S2 ottenuti da AEDT usando il nuovo modello di assorbimento atmosferico (SAE-ARP-5534) e quello precedente di INM (SAE-ARP-866A), con BA nello scenario meteorologico invernale. ... 77 Tabella 6.3.1- Estratto della tabella degli attributi con la differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da AEDT applicando il BA per il traffico di S2 nelle relative condizioni meteorologiche e in quelle invernali. ... 79 Tabella 7.1.1.1 – Estratto della tabella degli attributi con la differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da INM (utilizzando SAE-ARP-866A) e AEDT (utilizzando SAE-ARP-5534) per il traffico di S2, considerando le relative condizioni meteorologiche e applicando il BA. ... 82 Tabella 7.1.2.1 – Estratto della tabella degli attributi con la differenza tra i valori di LVA settimanali calcolati da INM (utilizzando SAE-ARP-866A) e AEDT (utilizzando SAE-ARP-5534) per il traffico di S2, considerando le condizioni meteorologiche di S3 e applicando il BA. ... 84 Tabella 7.2.1.1 – Estratto della tabella degli attributi con la differenza tra i valori di LVA calcolati da INM senza il BA e da AEDT con il bank angle per il traffico della S2 nelle relative condizioni meteorologiche, considerando i relativi modelli di assorbimento atmosferico. ... 87 Tabella 7.2.2.1 - Estratto della tabella degli attributi con la differenza tra i valori di LVA calcolati da INM senza il BA e da AEDT con il bank angle per il traffico della S2 nello scenario meteorologico invernale, considerando i relativi modelli di assorbimento atmosferico. ... 90 Tabella 8.2.1-8.2.7 – Calcolo dei valori medi di LVA per ogni centralina per la settimana di maggior traffico S2. ... 95
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Tabella 8.2.8-8.2.14 - Calcolo dei valori medi di LVA per ogni centralina per la settimana di maggior traffico S3. ... 96 Tabella 8.2.15 – LVA settimanali medi per la settimana S2 e S3 per singola centralina. ... 97 Tabella 8.3.1.1 - Tabella degli attributi dello shapefile della differenza tra i valori di LVA stimati da AEDT (con il BA e il nuovo modello di assorbimento SAE-ARP-5534) e quelli derivati dalle misure per S2. ... 98 Tabella 8.3.2.1 - Tabella degli attributi dello shapefile della differenza tra i valori di LVA stimati da AEDT (con il BA e il nuovo modello di assorbimento SAE-ARP5534) e quelli derivati dalle misure per S3. ... 99 Tabella 8.4.1.1– Tabella degli attributi dello shapefile della differenza tra i valori di LVA stimati da INM senza il BA e quelli derivati dalle misure per S2. ... 100 Tabella 8.4.2.1– Tabella degli attributi dello shapefile della differenza tra i valori di LVA stimati da INM senza il BA e quelli derivati dalle misure per S3. ... 101 Tabella 8.5.1 - Differenze tra i valori di LVA settimanali di S2 dei modelli e delle centraline e scarto tra tali differenze in AEDT (con BA) e INM (senza BA). ... 102 Tabella 8.5.2 -Differenze tra i valori di LVA settimanali di S3 dei modelli e delle centraline e scarto tra tali differenze in AEDT (con BA) e INM (senza BA). ... 105 Tabella 8.6.1 – Confronto di valori di LVA di S2 di Linate calcolati in corrispondenza della centralina di San Donato Milanese da AEDT e da INM con il valore derivato dalle misure. .. 107 Tabella 8.6.2 - Confronto dei valori di LVA di S3 di Linate calcolati in corrispondenza della centralina di San Donato Milanese da AEDT e da INM con il valore derivato dalle misure. .. 108 Tabella 9.1 – Settimane a maggior traffico dell’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio e relativo numero di movimenti validi e totali nel 2018. ... 110 Tabella 9.2 – Numero di persone residenti nelle tre diverse fasce di rumore in base ai valori di LVA calcolati da AEDT. ... 112 Tabella 9.3 – Numero di persone residenti nelle tre diverse fasce di rumore in base ai valori di LVA calcolati da INM. ... 112
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Tabella 9.4 – Variazione del numero di residenti nelle tre fasce in base ai valori di LVA calcolati utilizzando AEDT invece di INM. ... 113
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RINGRAZIAMENTI
Ringrazio il mio relatore e la mia correlatrice per avermi dato la possibilità di svolgere la mia attività di tesi nell’ambito di un tirocinio in ARPA Lombardia, al fianco di colleghi come Roberta, Emanuele e Paola sempre disponibili e puntuali, nonostante imprevisti e difficoltà causate anche dall’emergenza che il nostro Paese sta attraversando, e in grado di creare sempre un clima positivo e produttivo.
Ringrazio i miei genitori per avermi sempre sostenuta e spronata ad andare avanti e a migliorare e soprattutto per avermi fatto vivere questa magnifica esperienza a Milano, una città che mi ha insegnato a non arrendermi mai davanti alle difficoltà, a lottare per quello in cui credo perché ognuno può davvero fare la differenza e a cercare sempre di vedere le cose anche da un altro punto di vista. In questa mia crescita ha giocato un ruolo importante anche il Politecnico stesso, che nonostante le numerose prove che ha fatto affrontare a noi studenti, sono convinta resterà nella memoria di ognuno di noi come quel “Poli”, sempre pronto a sorprenderci con qualcosa di nuovo e migliore, di cui siamo tanto orgogliosi.
Ringrazio infine tutti i miei amici, senza i quali quest’avventura non sarebbe stata il caleidoscopio di colori che si è rivelata, grazie per i preziosi consigli, le risate fino alle lacrime, senza neanche ricordarsene più il perché, gli abbracci, le cene, le feste e le passeggiate che ora ci mancano tanto; ma che sono certa, tutti insieme, riusciremo a riconquistarci. Grazie a Bianca, Pietro, Pierdomenico, Giulia, Sofia, Raffaele, Federica, Federico, Jiaqi, Rossana, Elena, Angela, Viola, Elisabetta, Chiara, Anna, Annamaria, Sara e Stefano per essere stati il raggio di Sole che ha fatto risplendere i colori anche nei momenti della mia vita in cui erano più sbiaditi.
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ABSTRACT
Il presente lavoro di tesi è stato svolto nell’ambito di un tirocinio presso l’unità di ARPA Lombardia che si occupa di monitoraggio e valutazione del rumore generato da infrastrutture di trasporto. Per il rumore aeroportuale l’Agenzia ha utilizzato fino al 2018 il modello Integrated Noise Model (INM) della FAA, rispondente ai contenuti del Doc. 29 della European Civil Aviation Conference, relativo alle “best practise” a livello internazionale.
In seguito alla sostituzione da parte della FAA di INM con il nuovo modello Aviation Environmental Design Tool (AEDT), ARPA ha deciso, prima di passare all’uso di AEDT, di effettuare un’analisi per distinguere gli effetti dovuti alle differenze tra i modelli da quelle legate all’effettiva evoluzione del traffico aereo.
In questo lavoro sono state approfondite sia singolarmente sia in modo combinato le differenze introdotte da AEDT, tramite due tipi di confronti. Nel primo sono stati confrontati i livelli di rumore calcolati con INM e AEDT nei nodi di un’apposita griglia di calcolo, implementata per l’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio, mentre nel secondo, il confronto è stato eseguito tra le curve di isolivello del rumore aeroportuale. Le principali differenze esaminate riguardano sia impostazioni di sistema, non modificabili, sia alcune opzioni che l’utente può selezionare. Gli effetti delle prime, dovute all’aggiornamento del database della flotta e al profilo di volo più dettagliato, devono essere valutati in modo congiunto.
La seconda differenza riguarda l’utilizzo dell’opzione bank angle (angolo di virata) per considerare l’inclinazione di un aeromobile durante tale fase e ha permesso di individuare un bug di AEDT.
La terza novità è relativa all’introduzione di un nuovo metodo per calcolare l’attenuazione delle onde sonore per assorbimento atmosferico oltre a quello utilizzato da INM.
Dal confronto tra valori simulati e rilevati nelle stazioni di monitoraggio, le curve isofoniche elaborate da AEDT risultano più aderenti alla realtà, presentando restringimenti fino a 260 m in corrispondenza delle virate e allargamenti fino a 460 m nella direzione degli atterraggi.
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1. INTRODUZIONE
Il presente lavoro di tesi è stato svolto nell’ambito di un tirocinio presso l’unità organizzativa della Direzione Generale di ARPA Lombardia che si occupa del monitoraggio e della valutazione del rumore generato dalle infrastrutture di trasporto. Per l’espletamento di alcune delle sue attività istituzionali, ARPA utilizza modelli di calcolo per la stima dei livelli di rumore generato dalle diverse infrastrutture. Per il rumore aeroportuale l’Agenzia ha utilizzato dal 2003 al 2018 il codice di calcolo Integrated Noise Model (INM) della Federal Aviation Administration (FAA), in quanto rispondente ai contenuti del Documento 291 della European Civil Aviation Conference (ECAC), che contiene le “best practise” riconosciute a livello internazionale. INM era inoltre citato nella Raccomandazione della Commissione Europea del 6 agosto 2003 relativa ai metodi comuni (ad interim) ai sensi della Direttiva 2002/49/CE.
La Direttiva della Commissione 2015/996/CE (vigente in effetti dal 2019) ha poi stabilito i metodi comuni per la determinazione del rumore a norma della Direttiva 2002/49/CE, presentando in allegato i risultati del progetto CNOSSOS redatto dal Joint Research Centre (JRC), che per la parte relativa al rumore aeroportuale trae spunto e aggiorna quanto definito dall’ultima versione del Documento 29 ECAC. Il nuovo codice di calcolo della FAA, Aviation Environmental Design Tool (AEDT), pubblicato nel 2015 (https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/apl/research/models/inm_m odel/ , data di ultima consultazione 21/03/2020), che dovrebbe meglio rispondere ai contenuti della suddetta direttiva, è stato oggetto di studio da parte di ARPA a partire dal 2018, per l’utilizzo della versione 2d di AEDT in sostituzione di INM7.0d, sul quale non vengono più effettuati aggiornamenti da parte degli sviluppatori.
Poiché il modello di calcolo viene utilizzato in diversi ambiti, sia a fini predittivi per valutare le ricadute acustiche di possibili scenari di gestione dei voli, sia per calcolare l’impronta acustica degli aeroporti in condizioni reali, si è ritenuto necessario lo studio
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delle differenze rispetto a INM durante la fase di transizione, così da poter fornire una spiegazione chiara e trasparente dei risultati agli stakeholder (istituzioni, cittadini, ecc.). Nel presente lavoro sono state approfondite sia singolarmente sia in modo combinato le principali differenze introdotte dal nuovo modello, tramite due tipologie di confronti. Nella prima sono stati confrontati i livelli di rumore calcolati con INM e con AEDT nei nodi di un’apposita griglia di calcolo comune, implementata per l’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio, mentre nella seconda, le curve di isolivello del rumore aeroportuale. Le principali differenze esaminate riguardano sia impostazioni di sistema, non modificabili, sia alcune opzioni che l’utente può selezionare (FAA, AEDT & Legacy Tools Comparisons).
In primo luogo, AEDT presenta delle diverse impostazioni di sistema, dovute all’aggiornamento del database della flotta, utilizzato per il calcolo della performance degli aeromobili e al calcolo più dettagliato del profilo di volo. Gli effetti di queste differenze non essendo analizzabili separatamente, sono quindi stati valutati in modo congiunto.
La seconda differenza esaminata riguarda l’utilizzo dell’opzione dell’angolo di virata (bank angle) per considerare l’inclinazione di un aeromobile durante tale fase. Questa opzione, già presente in INM ma non utilizzata da ARPA in precedenza, ha permesso di individuare anche un bug di AEDT ad esso relativo.
La terza novità riguarda l’introduzione del nuovo metodo per modellizzare l’assorbimento atmosferico SAE2-ARP3-5534 oltre a quello precedentemente utilizzato da INM (SAE-ARP-866A). Si è dunque potuto effettuare sia un confronto tra i risultati forniti da AEDT usando i due metodi nelle medesime condizioni metereologiche sia al variare di tali condizioni.
2 SAE: Society of Automotive Engineers 3 ARP: Aerospace Recommended Practise
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I valori simulati dai modelli sono inoltre stati confrontati con i dati misurati dalle centraline della rete di monitoraggio del rumore aeroportuale per valutare l’aderenza dei risultati modellistici a quanto effettivamente rilevato.
Infine, è importante comprendere come cambi, nel caso specifico, la valutazione della popolazione esposta, in seguito alle suddette differenze tra AEDT e INM nelle stime dei livelli di rumore. Solo così si può infatti valutare correttamente l’effettivo impatto del rumore aeroportuale sulle persone residenti nel territorio circostante, tenendo però presente che tali considerazioni sono necessariamente legate alle specifiche caratteristiche di tale territorio, come la sua densità di popolazione e destinazione d’uso.
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2. IL RUMORE AEROPORTUALE
Negli ultimi 25 anni il trasporto aereo ha subito un notevole incremento dovuto principalmente alla liberalizzazione delle rotte e degli scali, che ha portato a una maggiore concorrenza. La conseguente riduzione dei costi ha quindi reso il trasporto aereo accessibile anche a un’utenza alla quale prima era precluso. A partire dal 1970 si è verificata una crescita sostanzialmente costante del traffico aereo a livello mondiale, tendenza confermata anche in Italia, come mostrato rispettivamente dalla curva rossa e blu riportate in Figura 2.1.
Figura 2.1 – Trend del numero di passeggeri trasportati nel mondo (asse sinistro) e in Italia (asse destro) dal 1970-2015 (Assaeroporti e CENSIS, “Il sistema aeroportuale italiano – Cardine e protagonista dello scenario socioeconomico del paese”, 2017).
È infatti ormai noto che ogni elemento di discontinuità, sia di tipo politico (come gli attentati dell’11 settembre 2001) sia economico (come la recessione innescata dai mutui subprime del 2008) produce una stagnazione del traffico aereo limitata nel tempo
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(Assaeroporti, “Il sistema aeroportuale italiano – Cardine e protagonista dello scenario socioeconomico del paese”). Per questo motivo l’International Air Transport Association (IATA) ha stimato nel 2018 che i passeggeri passeranno da 4,4 miliardi nel 2018 (IATA, “World Air Traffic Statistics 2019”) a 8,2 miliardi nel 2038 (IATA, Press Release no:62). Una tendenza analoga è prevista anche per le merci. Per far fronte al sostanziale raddoppio del traffico è quindi necessario adeguare le strutture di gestione aeronautica e non, mirando però a uno sviluppo sostenibile che tenga conto anche dell’impatto dell’aviazione sulla popolazione. Il rumore prodotto dagli aerei in fase di decollo e atterraggio rappresenta infatti una fonte importante di disturbo per la popolazione che risiede nelle vicinanze degli aeroporti, soprattutto nelle aree caratterizzate da un buon clima acustico. In particolare, le caratteristiche morfologiche e orografiche e la forte urbanizzazione del territorio italiano fanno sì che queste infrastrutture siano localizzate spesso in aree limitrofe a centri urbani. Secondo il “Rapporto ambientale sull’aviazione europea” del 2019 della European Environment Agency, i cittadini europei che nel 2017 risiedevano all’interno delle curve isofoniche di Lden (descritto nel paragrafo 2.1 Indicatori, limiti e zonizzazione) superiori a 55 dB(A) erano 2,58 milioni, cioè il 14% in più rispetto al 2014 e il 12% in più rispetto al 2005. Tra il 2014 e il 2017 si è quindi avuto un aumento in percentuale del numero di esposti maggiore di quello avuto in più di un decennio (dal 2005 al 2017). Questo fenomeno è dovuto al fatto che dal 2014 il rinnovo della flotta e i progressi tecnologici sono riusciti a compensare meno efficacemente gli effetti dell’aumento del traffico aereo, come si evince dall’energia acustica media per volo, che dal 2005 al 2017 si è ridotta del 14%, ma solo dell’1% dal 2014 al 2017. L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) raccomanda di ridurre l’esposizione prolungata della popolazione a valori di Lden al di sotto di 45 dB(A) per tutelarla dal deterioramento cognitivo e da un maggior rischio di ischemia cardiaca. Per quanto riguarda i disturbi del sonno l’OMS raccomanda di mantenere i valori di Lnight al di sotto di 40 dB(A) (WHO, “Environmental Noise Guidelines for the European Region”, 2018). Di conseguenza, la normativa che regolamenta il rumore aeroportuale si trova a dover combinare diverse esigenze spesso conflittuali. Se da una parte vige la necessità di consentire sempre più uno sviluppo del traffico aereo, dall’altra aumenta l’esigenza di tutela della popolazione residente sotto le rotte di atterraggio e decollo degli aerei. Il
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contesto normativo relativo alla regolamentazione del rumore generato dalle attività aeroportuali consiste in numerose norme a livello comunitario, nazionale e regionale, illustrate nell’Appendice 1. Si descrivono di seguito gli indicatori e i limiti, le reti di monitoraggio e i principali modelli di calcolo relativi al rumore aeroportuale.
Si definisce come indice di valutazione del rumore aeroportuale per determinare le curve di isolivello, il livello di valutazione del rumore aeroportuale (LVA), che è calcolato come riportato nell’Allegato A del D.M. 31/10/1997:
𝐿𝑉𝐴= 10 𝐿𝑜𝑔 [1 𝑁 ∑ 10 𝐿𝑉𝐴𝑗⁄10 𝑁 𝑗=1 ] 𝑑𝐵(𝐴) In cui:
• N è il numero dei giorni del periodo di osservazione
• 𝐿𝑉𝐴𝑗 è il valore giornaliero del livello di valutazione del rumore aeroportuale. Il periodo di osservazione (N) è pari ai 21 giorni delle 3 settimane di maggior traffico aereo del singolo aeroporto, cioè con il maggior numero di movimenti (decolli e atterraggi), scelte nei seguenti periodi:
• 1 febbraio - 31 maggio • 1 giugno - 30 settembre • 1 ottobre - 31gennaio
Il valore di 𝐿𝑉𝐴𝑗 si determina applicando la relazione seguente e considerando tutte le operazioni (incluse quelle di manutenzione a terra):
𝐿𝑉𝐴𝑗 = 10 𝐿𝑜𝑔 (17 24 10
𝐿𝑉𝐴,𝑑⁄10 + 7 24 10
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Dove 𝐿𝑉𝐴,𝑑 e 𝐿𝑉𝐴,𝑛 si riferiscono rispettivamente al periodo diurno (6.00-23.00) e notturno (23.00-6.00) calcolati come segue:
𝐿𝑉𝐴,𝑑 = [10 𝐿𝑜𝑔 (1 𝑇𝑑 ∑ 10 𝑆𝐸𝐿𝑖⁄10 𝑁𝑑 𝑖=1 )] 𝑑𝐵(𝐴) 𝐿𝑉𝐴,𝑛 = [10 𝐿𝑜𝑔 (1 𝑇𝑛 ∑ 10𝑆𝐸𝐿𝑘⁄10 𝑁𝑛 𝑘=1 ) + 10 ] 𝑑𝐵(𝐴) In cui:
• 𝑇𝑑 e 𝑇𝑛 sono rispettivamente la durata del periodo diurno e notturno, cioè 61.200 s e 25.200 s
• 𝑁𝑑 e 𝑁𝑛 sono rispettivamente il numero di voli diurni e notturni
• 𝑆𝐸𝐿𝑖(Sound Exposure Level) è il livello sonoro dell’evento i-esimo associato al singolo movimento, normalizzato a un secondo e calcolato come segue:
𝑆𝐸𝐿𝑖 = 10 𝐿𝑜𝑔 [1 𝑇0 ∫ 𝑝𝐴,𝑖 2 (𝑡) 𝑝02 𝑑𝑡 𝑡2 𝑡1 ] = (𝐿𝐴𝑒𝑞,𝑇𝑖 + 10 𝐿𝑜𝑔 𝑇𝑖 𝑇0 ) 𝑑𝐵(𝐴) Dove: • 𝑇0= 1 𝑠 è il tempo di riferimento.
• 𝑡1 e 𝑡2 costituiscono gli istanti iniziale e finale della misura, che definiscono la durata dell’evento 𝑇𝑖 = 𝑡2 − 𝑡1 in cui il livello dei valori efficaci della pressione sonora in curva di ponderazione “A” (𝐿𝐴) supera la soglia 𝐿𝐴𝐹𝑚𝑎𝑥− 10 𝑑𝐵(𝐴), cioè il valore di 𝐿𝐴 massimo con la costante di tempo “Fast” (𝐿𝐴𝐹) diminuito di 10 dB(A).
• 𝑝𝐴,𝑖(𝑡) è il valore istantaneo della pressione sonora dell’evento i-esimo ponderata “A”.
• 𝑝0 = 20 𝜇𝑃𝑎 è la pressione sonora di riferimento.
• 𝐿𝐴𝑒𝑞,𝑇𝑖 è il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderata “A”, che è “il valore del livello di pressione sonora ponderata “A” di un suono costante che, nel corso di un periodo specificato Ti, ha la medesima pressione quadratica media
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del suono considerato, il cui livello varia in funzione del tempo” (D.M. 16/03/1998, Allegato A)
Il D.M. 31/10/1997 prevede inoltre che le commissioni aeroportuali, istituite per ciascuno scalo, definiscano i confini delle aree di rispetto dell’intorno aeroportuale. All’interno delle zone così definite valgono i seguenti limiti di LVA e prescrizioni di destinazione d’uso:
• Zona A: LVA < 65 dB(A) (non sono previste limitazioni d’uso)
• Zona B: 65 dB(A) < LVA < 75 dB(A) (sono consentite, previa adozione di adeguate misure di isolamento acustico, attività agricole e allevamenti di bestiame, attività industriali, commerciali, di ufficio, terziario)
• Zona C: LVA > 75 dB(A) (sono permesse esclusivamente le attività legate all’uso e ai servizi delle infrastrutture aeroportuali)
All’esterno dell’intorno aeroportuale l’indice LVA deve essere inferiore a 60 dB(A) e deve essere rispettato anche il limite di immissione assoluto che è il valore massimo di rumore, misurato in prossimità dei recettori, che può essere immesso in ambiente esterno da una o più sorgenti sonore, compresa l’infrastruttura aeroportuale (come prescritto dal D.P.C.M. 14/11/1997).
Con il D.lgs.194/2005 sono stati recepiti dalla direttiva 2002/49/CE i nuovi descrittori acustici (Lden, Lday, Levening, Lnight) che costituiscono gli indicatori per le mappature acustiche delle principali infrastrutture del traffico (strade, ferrovie e aeroporti), a carico degli enti gestori e degli agglomerati con più di 100.000 abitanti.
In ciascun giorno dell’anno i tre periodi sono definiti come segue: • Periodo diurno: dalle 06:00 alle 20:00 (14 ore)
• Periodo serale: dalle 20:00 alle 22:00 (2 ore) • Periodo notturno: dalle 22:00 alle 06:00 (8 ore)
L’indicatore Lden , il livello continuo equivalente a lungo termine (1 anno) ponderato “A”, è calcolato come riportato di seguito:
27 𝐿𝑑𝑒𝑛 = 10 𝐿𝑜𝑔 [ (14 ∗ 10𝐿𝑑𝑎𝑦10 + 2 ∗ 10 𝐿𝑒𝑣𝑒𝑛𝑖𝑛𝑔+5 10 + 8 ∗ 10 𝐿𝑛𝑖𝑔ℎ𝑡+10 10 ) 24 ] 𝑑𝐵(𝐴)
Dove Lday, Levening, Lnight sono i livelli continui equivalenti a lungo termine ponderati “A”, determinati sull’insieme dei periodi di rispettiva competenza sull’intero anno solare.
Ai sensi del D.M. 20/05/1999 tutti gli aeroporti civili devono essere dotati di una rete di monitoraggio del rumore aeroportuale, che deve essere in grado di:
• monitorare le singole operazioni di decollo e atterraggio per valutare il rispetto delle procedure antirumore
• registrare in continuo i dati di ogni singolo evento ed effettuare il calcolo degli indici di inquinamento da rumore
• recepire e gestire le eventuali lamentele da parte dei cittadini.
Per adempiere a tali compiti un sistema di monitoraggio deve essere costituito da: • un numero di stazioni di rilevamento idonee al monitoraggio dei livelli di rumore
nell’intorno aeroportuale
• stazioni microclimatiche per correlare i dati meteoclimatici agli eventi sonori • un centro di elaborazione dati in grado di: calcolare l’indice LVA, eseguire una
correlazione automatica tra i parametri del rumore e i dati del velivolo che lo ha provocato (tramite l’acquisizione delle informazioni dall’Ente Nazionale di Assistenza al Volo (ENAV) o in assenza di questi ultimi tramite i sistemi informatici del gestore aeroportuale), segnalare un’eventuale violazione delle procedure antirumore per ogni tipologia di velivolo e fornire infine le curve di isolivello relative all’intorno aeroportuale.
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Ogni stazione di monitoraggio deve avere un’autonomia di almeno 24 ore in assenza di alimentazione elettrica grazie a una batteria tampone, essere in grado di effettuare una taratura automatica del microfono a intervalli regolari e di trasmettere all’elaboratore centrale report dei seguenti dati:
• ubicazione della postazione di riferimento • data e ora dell’evento
• durata, SEL e LAFmax dell’evento
Le stazioni di monitoraggio devono essere posizionate nell’intorno aeroportuale il più vicino possibile alle proiezioni al suolo delle rotte di atterraggio e decollo dei velivoli. È necessario effettuare un’analisi del livello di rumore di origine aeronautica e del livello residuo per individuare correttamente i singoli eventi. La stazione di monitoraggio è correttamente ubicata se la differenza tra il valore LAFmax dell'evento ed il livello sonoro equivalente del rumore residuo, calcolato nei 10 minuti di massimo rumore, è superiore a 20 dB(A).
2.2.1 Strumentazione e tecniche di misura
La strumentazione e le modalità di misura per la caratterizzazione acustica dell’intorno aeroportuale sono descritte nell’Allegato B del D.M. 31/10/1997.
Il sistema di misura del rumore aeroportuale può essere assistito oppure non assistito. Il primo, impiegato nelle attività di verifica, è specifico per l’uso di strumentazione mobile, in cui si utilizza un fonometro di classe I, che misuri almeno il SEL e memorizzi in forma numerica il LAF. Gli eventi vengono individuati dall’operatore direttamente, oppure eventualmente anche a posteriori, a partire da una registrazione in continuo. Il secondo sistema è specifico per le misure fisse di monitoraggio ed è dotato di microfonica da esterni e di un sistema automatico di taratura e di individuazione dei profili dei sorvoli. Per distinguere in modo ottimale gli eventi aeronautici da quelli dovuti ad altre sorgenti vengono fissate sperimentalmente per ogni stazione di misura una soglia minima di LAF e una durata che identifichino gli eventi aeronautici.
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Le catene fonometriche del sistema di monitoraggio dell’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio sono costituite da:
• Microfono a condensatore prepolarizzato a campo libero (a elettrete) orientato verso l’alto e collocato ad almeno 3 metri dal piano campagna, in modo che non si frappongano ostacoli lungo la linea di vista tra il microfono e le rotte di sorvolo aereo (Figura 2.2.1.1). Lo strumento deve essere anche dotato di una cuffia antivento (Figura 2.2.1.2 ).
• Preamplificatore che, oltre ad elevare il livello del segnale proveniente dal microfono, opera come adattatore di impedenza.
• Cavo di prolunga con attenuazione trascurabile.
• Fonometro integratore-analizzatore di spettro, per la determinazione del livello equivalente di pressione sonora e per l’analisi in frequenza.
Figura 2.2.1.1 – (A sinistra) Posizionamento del microfono per l’esecuzione di misure in parallelo per il controllo dell’efficienza della rete di monitoraggio dell’aeroporto di Brgamo-Orio al Serio.
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Ogni misura deve esser corredata dalle relative condizioni meteorologiche (in assenza di precipitazioni atmosferiche nebbia e/o neve), caratterizzate dai valori di temperatura, pressione, umidità e velocità del vento che deve comunque essere inferiore a 5 m/s (D.M. 16/03/1998 “Tecniche di rilevamento e di misurazione dell’inquinamento acustico”, Allegato B).
La verifica del corretto funzionamento della strumentazione viene effettuato per mezzo di un calibratore acustico di classe 1 (Figura 2.2.1.3), prima e dopo ogni campagna di misura assistita, oppure, per il sistema non assistito, tramite l’invio al microfono (ad esempio ogni 24 ore) di un opportuno segnale oppure con calibratore, dopo ogni intervento tecnico. Il calibratore genera un segnale alla frequenza di 1 kHz con un livello di pressione sonora di 94 dB(A) o di 114 dB(A).
Figura 2.2.1.3 – Calibrazione della catena di misura.
La misura fonometrica è ritenuta valida se le due calibrazioni differiscono al più di 0,5 dB(A). La strumentazione e i sistemi di misura devono essere inoltre provvisti di un certificato di taratura aggiornato almeno ogni due anni, fornito da un laboratorio accreditato.
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Visto che le stazioni di misura in cui è rilevato il rumore aeroportuale possono essere collocate solo in un numero limitato di punti, le ARPA e i gestori aeroportuali tendono a ricorrere a modelli di calcolo per poter dare una stima il più possibile rappresentativa dell’esposizione al rumore dell’intorno aeroportuale. Tali modelli permettono sia di valutare la situazione attuale sia di analizzare scenari futuri. Nel primo caso, questo permette di monitorare l’andamento della popolazione esposta al rumore in seguito all’evoluzione dell’aeroporto e di evidenziare le zone in cui potrebbero essere necessari interventi per migliorare il clima acustico o piani di risanamento in caso di mancato rispetto dei limiti previsti dalla zonizzazione aeroportuale. In particolare, il ricorso a tali modelli è fondamentale per ARPA Lombardia, che è tenuta al calcolo periodico delle curve di isolivello di LVA ai sensi della L.R.13/2001, curve utili anche alla realizzazione di una zonizzazione aeroportuale efficace.
Questi strumenti sono inoltre utilizzati per orientare la Commissione Aeroportuale, nel valutare l’impatto di nuove misure antirumore, di una modifica strutturale delle piste, di una nuova composizione della flotta o in generale di un diverso flusso di traffico aereo. Il codice di calcolo specifico per la sorgente aeroportuale storicamente più utilizzato è INM della FAA, che non è stato più aggiornato da maggio 2015, in seguito alla sua sostituzione con AEDT. Quest’ultimo modellizza la performance degli aeromobili nello spazio e nel tempo, stimando oltre al rumore anche il consumo di carburante e le emissioni in atmosfera. AEDT è stato infatti sviluppato per sostituire altri due modelli oltre a INM: Emissions and Dispersion Modeling System (EDMS) e Noise Integrated Routing System (NIRS) e presenta un’architettura completamente diversa da INM, avendo al suo interno già un sistema di database (AEDT & Legacy Tools Comparisons, 2016).
ARPA Lombardia nel 2018 ha deciso di sostituire l’utilizzo di INM (7.0d) con AEDT (2d) per uniformarsi alla Direttiva 996/2015/CE. Nella transizione da un modello all’altro, è stato necessario analizzare in dettaglio le differenze introdotte dall’uso di AEDT, al fine di distinguere, nella valutazione dei risultati ottenuti, i cambiamenti dovuti
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alle differenze tra i modelli da quelli “reali”, legati invece all’evoluzione del traffico aereo, anche per chiarezza e trasparenza nei confronti degli stakeholder (istituzioni, cittadini, ecc.).
Il primo cambiamento rilevante introdotto da AEDT è la sostituzione della griglia ricorsiva, che richiedeva preventivamente le dimensioni dell’area di interesse, con quella dinamica, che estende automaticamente l’area di calcolo fino ai livelli più bassi richiesti per le curve di isolivello. AEDT mantiene però anche la possibilità di effettuare simulazioni a griglia fissa.
AEDT presenta inoltre delle diverse impostazioni di sistema, dovute all’aggiornamento del database della flotta, utilizzato per il calcolo della performance degli aeromobili e al calcolo più dettagliato del profilo di volo.
Nel passare al nuovo software ARPA ha deciso di utilizzare anche l’opzione del bank
angle per considerare l’inclinazione di un aeromobile in fase di virata, non utilizzata in
precedenza anche se era già stata introdotta nell’ultima versione di INM.
L’ultima novità è inerente all’introduzione del nuovo metodo per modellizzare l’attenuazione delle onde sonore per assorbimento atmosferico, SAE-ARP-5534 oltre a quelli precedentemente utilizzati da INM (SAE-ARP-866A e SAE-AIR4-1845).
2.3.1 Il modello di calcolo
AEDT si basa sugli stessi algoritmi di INM, al netto delle suddette differenze, sfruttando però database aggiornati relativi sia al rumore sia alle performance di volo. Il modello di calcolo di AEDT deriva dalle raccomandazioni di due documenti: il Doc. 29 di ECAC (la cui versione più aggiornata è la quarta, pubblicata nel 2016) e il metodo SAE-AIR-1845 (pubblicato nel 1995 e contenente le procedure di calcolo del rumore generato dai velivoli nelle aree in prossimità degli aeroporti). Per le fasi di volo al di sopra di 10.000 piedi è impiegato anche il modello europeo BADA (Base of Aircraft Data).
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Il database:
Il database di AEDT è organizzato in due macrostrutture:
• “Airport” con le informazioni geografiche di oltre 30.000 aeroporti e le relative codifiche FAA, ICAO e IATA
• “Fleet” contenente i dati sulle performance, emissioni atmosferiche e di rumore di circa 4.600 combinazioni di aeromobili-motore.
Per quanto riguarda il dataset relativo al rumore, il modello presenta 17 metriche e permette all’utente di definirne altre. Quelle più comunemente usate in Italia sono relative a livelli di rumore pesati -A e di tipo “exposure-based”, che rappresentano cioè l’esposizione al rumore relativo a un certo evento. Questo tipo di metrica è usato per calcolare indici di rumore mediati sul lungo periodo con l’applicazione di costanti di tempo e opportuni fattori di peso (in base alla fascia oraria in cui si verifica l’operazione5), come l’indice LVA o Lden. Per calcolare le metriche di rumore, AEDT utilizza le informazioni contenute nei seguenti dataset: curve di Noise-Power-Distance (NPD) e dati di spettro sonoro (AEDT2d Technical Manual).
I valori di NPD, relativi a ogni combinazione aeromobile-motore-tipo di operazione, sono i livelli di rumore (disponibili per le metriche “exposure-based” ponderate -A) per determinati valori di spinta alle seguenti dieci distanze aeromobile-recettore: 200, 400, 630, 1.000, 2.000, 4.000, 6.300, 10.000, 16.000, 25.000 ft).
I dati spettrali consistono in un dataset di livelli di pressione acustica in funzione della frequenza in bande di terzi di ottava (da 50 Hz a 10 kHz). Tali dati di spettro sono corretti alla distanza di riferimento di 1.000 ft tramite il coefficiente di assorbimento atmosferico del metodo SAE-AIR-1845 e sono utilizzati da AEDT per calcolare successivamente la correzione dovuta all’assorbimento atmosferico e alla presenza di ostacoli/terreno tra il velivolo e il recettore (Line of sight blockage).
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Il profilo tridimensionale di volo:
Per simulare l'impatto acustico indotto da un aeromobile è indispensabile conoscerne il profilo tridimensionale di volo, che è quell’insieme di punti individuati dalle seguenti informazioni: la distanza (d) riferita all’origine del sistema di riferimento6, la quota del velivolo (z), la velocità del velivolo in assenza di vento e la spinta netta del motore (corretta) o qualunque parametro alternativo che permetta di accedere alla curva NPD. I punti che compongono il profilo possono essere inseriti direttamente nel modello o calcolati a partire da una procedura standard. In tal caso il software calcola almeno un punto del profilo di volo per ogni step della procedura. Le procedure di volo tipiche presenti nel modello sono costituite dalla sequenza di fasi di volo descritta di seguito:
• TakeOff: l’aeromobile accelera in pista fino al punto di rotazione. Il modello calcola la lunghezza del segmento percorso a terra in funzione delle condizioni meteorologiche e delle configurazioni di peso, di spinta e aerodinamiche dell’aeromobile.
• Climb: l’aeromobile prende quota a velocità costante. Si determina un angolo di salita che è ancora funzione delle condizioni meteorologiche e delle suddette configurazioni.
• Accelerate: l’aeromobile, pur continuando la salita, livella lievemente per accelerare, tipicamente ritraendo le estensioni aerodinamiche. Definita la velocità finale e quella verticale il modello elabora attraverso una procedura iterativa il gradiente di salita e la lunghezza del segmento di accelerazione.
• Descent: è la fase di discesa verso la pista. Il gradiente è fissato dall’utente. Il profilo tridimensionale di volo è quindi ottenuto combinando la proiezione orizzontale della rotta (fornita dall’utente, per esempio con un set ordinato di coordinate x, y) con il profilo di volo verticale calcolato dal modello. In presenza di un vertice sul piano orizzontale (x, y), il modello calcolala per interpolazione rispetto ai due punti più vicini
6 Esso cambia in funzione dell'operazione aerea: per un decollo l'origine è il punto della pista in cui inizia
la fase di rullaggio (cioè lo spostamento dell’aeromobile con le ruote a terra; per un atterraggio è il punto in cui il carrello tocca la pista (i valori di x sono negativi in questo caso). Per ogni tipologia di operazione x cresce.
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nel profilo: la quota altimetrica (z), la velocità e la spinta. Il risultato è un set ordinato di punti (x, y, z) con associati i valori di velocità e spinta.
La spinta dipende dalla tipologia di fase della procedura e dalle condizioni ambientali di temperatura e di vento a prua. Nel caso di una virata, il modello dà la possibilità di considerare come ulteriore fattore correttivo il bank angle. Quest’ultimo maggiora la spinta in caso di atterraggio; mentre riduce l’angolo di salita e la velocità, senza modificare la spinta e l’accelerazione in caso di decollo per garantire l’equilibrio tra le forze agenti.
Il calcolo delle metriche di rumore:
Le metriche di rumore sono calcolate da AEDT in corrispondenza di recettori che possono essere disposti in:
• una griglia a passo regolare (caratterizzata da: vertice in basso a sinistra, passo e numero di nodi nelle due direzioni)
• singoli punti
• una griglia dinamica
La griglia dinamica, introdotta in AEDT in sostituzione di quella ricorsiva di INM, permette di partire da una griglia 2x2 di piccole dimensioni e di estendere il calcolo verso l’esterno fino a comprendere la curva isofonica voluta dall’analista. È dunque invertita la logica della griglia ricorsiva di INM che suddivide una griglia definita all’inizio dall’utente proporzionalmente alla variabilità del rumore aeroportuale.
AEDT richiede inoltre dei dati medi di condizioni meteorologiche e del terreno (questi ultimi utilizzabili solo nelle versioni successive alla “2d”, in cui si assume invece il terreno orizzontale, a una quota pari a quella dell’aeroporto).
Una volta ottenuta la traiettoria tridimensionale di volo, AEDT la suddivide in una serie di segmenti rettilinei con spinta e velocità costanti in cui sono eliminati quelli distanti meno di 10 ft (3 m), se la spinta e la velocità sono le stesse. Per ciascun segmento del profilo di volo è determinato il Closest Point Approach (CPA) al recettore con la relativa
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distanza obliqua e la spinta. Il software procede quindi a individuare il livello di rumore per la metrica in analisi attraverso le curve di NPD
Nota la potenza del CPA e la distanza obliqua tra osservatore e PCPA 7 si può individuare il livello acustico ad essi corrispondente sulle curve NPD per interpolazione o estrapolazione.
Ad esempio, per interpolare il livello acustico in un punto a distanza d (diversa dalle dieci definite, ovvero 200 … 25.000 ft) e per una potenza di motore P, limitata dalle curve NPD con potenza P1 e P2, si calcola prima il livello acustico in decibel corrispondente alla potenza P1 e a una distanza d:
𝐿𝑃1,𝑑 = 𝐿𝑃1,𝑑1+(𝐿𝑃1,𝑑2−𝐿𝑃1,𝑑1))∗(𝑙𝑜𝑔10[𝑑]−𝑙𝑜𝑔10[𝑑1])
(𝑙𝑜𝑔10[𝑑2]−𝑙𝑜𝑔10[𝑑1]) dB(A) Dove:
• P1, P2, d1, d2 sono rispettivamente valori di potenza e distanza per i quali sono disponibili i livelli sonori nel database NPD,
• LPi,dj livello acustico alla potenza Pi e alla distanza dj [dB],
Poi si calcola il livello acustico corrispondente alla potenza P2 e a una distanza d: 𝐿𝑃2,𝑑 = 𝐿𝑃2,𝑑1+(𝐿𝑃2,𝑑2−𝐿𝑃2,𝑑1))∗(𝑙𝑜𝑔10[𝑑]−𝑙𝑜𝑔10[𝑑1])
(𝑙𝑜𝑔10[𝑑2]−𝑙𝑜𝑔10[𝑑1]) 𝑑𝐵(𝐴)
Il livello sonoro interpolato alla potenza P e distanza d è infine dato da: 𝐿𝑃,𝑑 = 𝐿𝑃1,𝑑+
(𝐿𝑃2,𝑑−𝐿𝑃1,𝑑)∗(𝑃−𝑃1)
(𝑃2−𝑃1) 𝑑𝐵(𝐴)
I fattori correttivi del livello sonoro:
Al valore di Lp,d vengono poi applicati una serie di fattori correttivi, che nel caso di metriche “exposure-based” sono:
1. Assorbimento Atmosferico (AAADJ): il database spettrale di AEDT permette di tener conto nella simulazione dell'assorbimento atmosferico, dovuto agli effetti di temperatura, umidità relativa (metodo SAE-ARP-866A) e pressione (SAE-ARP-5534), analizzati in dettaglio nel paragrafo 6.2.
2. Impedenza acustica (AIADJ): è il prodotto tra la densità dell'aria e la velocità del suono ed è quindi funzione della temperatura, della pressione atmosferica e,
7 PCPA (Perpendicular Closest Point of Approach): la proiezione del CPA sull’estensione del segmento do
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indirettamente, della quota. Permette di considerare l'effetto della propagazione delle onde sonore in un mezzo acustico.
3. Frazione acustica per le metriche di esposizione (NFADJ): il dato interpolato o estrapolato dai dati NPD rappresenta il livello di esposizione sonora associato a un profilo di volo assunto di lunghezza infinta. Tuttavia, le rotte aeree sono descritte dal modello come un insieme di segmenti di lunghezza finita, ciascuno dei quali contribuisce in modo diverso alla metrica totale calcolata al recettore. Vi è quindi un algoritmo che calcola la frazione di esposizione sonora relativa ai singoli segmenti.
4. Durata (DURADJ): è un fattore correttivo che considera le accelerazioni e decelerazioni dell’aeromobile rispetto alla velocità di 160 knots, valore a cui sono riferite le curve NPD.
5. Attenuazione laterale (LAADJ): quantifica la differenza esistente tra il rumore indotto dall'aeromobile immediatamente al di sotto della traiettoria seguita e quello indotto in un'ubicazione posta lateralmente rispetto alla traiettoria, nell'istante di minima distanza tra la sorgente e il recettore. Essa prende in considerazione gli effetti di riflessione al suolo, di rifrazione (dovuta alle condizioni atmosferiche) e di schermo dell'aeromobile stesso. È calcolata come funzione della distanza (lseg) tra l’osservatore e la proiezione al suolo della traiettoria aerea, dell'angolo di elevazione (β) tra SLRseg (distanza minima tra osservatore e traiettoria) e il piano orizzontale in cui giace l'osservatore (Figura 2.3.1.1).
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6. Line-of-sight Blockage (LOSADJ): quantifica l'attenuazione dovuta alla presenza di ostacoli tra il recettore e la sorgente dovuti alla conformazione del terreno. Si basa sul calcolo della differenza tra il cammino di propagazione diretto (C) e quello effettivo (A+B), come illustrato in Figura 2.3.1.2, che è pari a:
𝛿0 = (𝐴 + 𝐵) − 𝐶
Figura 2.3.1.2 – Il concetto di Line-of-Sight Blockage (Technical manual AEDT2d)
Da δ0 AEDT ricava il numero di Fresnel (N0), valore adimensionale necessario per il calcolo dell’effetto barriera, che rappresenta l'attenuazione acustica al recettore dovuta al line-of-sight blockage in bande in terzi di ottava.
Il modello confronta infine i valori di LOSADJ e LAADJ e applica al livello acustico il fattore di correzione maggiore tra i due.
La simulazione a griglia regolare:
Viene di seguito descritto il processo iterativo a griglia regolare, che è stato utilizzato per effettuare i confronti del presente lavoro di tesi. La simulazione operata restituisce due tipi di risultato: livelli di rumore in punti di osservazione e curve di livelli di rumore. Per le grandezze di esposizione al rumore, il sound exposure ratio8 di un solo segmento di percorso di volo di un’operazione in un punto della griglia (Eseg) si computa a partire dal
8Sound exposure ratio (-) = 𝐸 𝐸0= 10
𝐿𝐸⁄10 dove LE è il sound exposure level (dB(A)), E è il sound exposure
(Pa2s) e E
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valore LP,d interpolato o estrapolato dalle curve NPD, correggendolo tramite i fattori precedentemente illustrati (ADJs), come segue:
𝐸𝑠𝑒𝑔 = 10
𝐿𝑃,𝑑+𝐴𝐷𝐽𝑠
10
Tale contributo viene pesato in funzione delle operazioni diurne, serali e notturne che seguono quel segmento di tratta, ottenendo il weighted sound exposure ratio relativo al singolo segmento di percorso di volo e operazione:
𝐸𝑤𝑡,𝑠𝑒𝑔 = [𝑊𝑑𝑎𝑦∗ 𝑁𝑑𝑎𝑦+ 𝑊𝑒𝑣𝑒 ∗ 𝑁𝑒𝑣𝑒+ 𝑊𝑛𝑔𝑡 ∗ 𝑁𝑛𝑔𝑡] ∗ 𝐸𝑠𝑒𝑔 In cui:
• Nday, Neve, Nngt: numero di operazioni del volo che avvengono in ciascuno dei tre periodi, diurno (07.00-19.00), serale (19.00-22.00)9, notturno (22.00-07.00), • Wday, Weve, Wngt: fattori di peso (penalità) diurno, serale, notturno, che possono
essere standard o definiti dall'utente (nel caso in esame 1, 1 e 10).
AEDT calcola il weighted sound exposure ratio prodotto dall’intero percorso di volo seguito dall’operazione di volo, sommando il contributo di tutti i singoli segmenti (nseg) che lo costituiscono:
𝐸𝑤𝑡,𝑓𝑙𝑡 = ∑ 𝐸𝑤𝑡,𝑠𝑒𝑔𝑖 𝑛𝑠𝑒𝑔
𝑖=1
Il modello ricava il weighted sound exposure ratio, nel punto d'osservazione esaminato, dovuto alla somma di tutte le operazioni di volo dello studio (nfl):
𝐸𝑤𝑡,𝑎𝑟𝑝𝑡 = ∑ 𝐸𝑤𝑡,𝑓𝑙𝑡𝑘
𝑛𝑓𝑙
𝑘=1
e reitera per i punti griglia successivi.
9 Nel presente lavoro i dati di input sono preparati in modo che N
eve risulti nullo, come illustrato nel
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Si calcola poi la mean-square sound-pressure ratio dividendo per la costante di tempo NT che nel caso degli indici DNL (Day-Night average sound Level) e LVA vale 84.600:
𝑃 = 𝐸𝑤𝑡,𝑎𝑟𝑝𝑡 𝑁𝑇
Si richiede infine che AEDT calcoli l’indicatore DNL in dB(A) con il seguente passaggio: 𝐷𝑁𝐿 = 10 ∗ Log10𝑃 𝑑𝐵(𝐴)
Il valore di DNL coincide in realtà con quello di LVA anche se la fascia diurna del DNL è 07:00-22:00 e non 06:00-23:00, poiché le operazioni di volo date in input al modello sono smistate preventivamente tra diurne e notturne, considerando le fasce orarie relative all’indice LVA (come illustrato successivamente nel paragrafo 4.1.1),
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3. L’AEROPORTO DI BERGAMO-ORIO AL SERIO
Si è deciso di utilizzare l’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio perché tra i quattro aeroporti lombardi presentava le differenze più rilevanti nelle elaborazioni eseguite con INM e con AEDT, anche in conseguenza di rotte di decollo con virate più marcate in prossimità della pista.
L’aeroporto “il Caravaggio” di Bergamo-Orio al Serio, gestito da SACBO SpA, fa parte del sistema aereoportuale milanese, insieme agli aeroporti di Linate e di Malpensa, ed è uno dei maggiori scali italiani per quantità di merci e di passeggeri trasportati. In Tabella 3.1 è riportato un estratto dei dati di traffico del 2019 (confrontati con il 2018) pubblicati da Assaeroporti, l’Associazione Italiana Gestori Aeroporti. L’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio nel 2019, con quasi 14 milioni di passeggeri ha consolidato il terzo posto a livello italiano, occupato dal 2015 sopravanzando Milano Linate, seguendo Roma Fiumicino (43.532.573 passeggeri) e Milano Malpensa (28.846.299 passeggeri). Il numero di passeggeri ha registrato una crescita del 7,1% rispetto al 2018, confermando la tendenza positiva in atto dal 2002.
Tabella 3.1 – Estratto dei dati di traffico aereo sui principali aeroporti per passeggeri e movimenti pubblicati da Assaeroporti.
Anche per quanto riguarda il numero di movimenti (95.377 nel 2019) l’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio è risultato il terzo (con un incremento del 6,5% rispetto al 2018),
Aeroporto Movimenti % Passeggeri % Cargo (tons) % Roma Fiumicino 309.783 0,7 43.532.573 1,3 194.526,81 ‐5,5 Milano Malpensa 234.054 20,3 28.846.299 16,7 558.481,48 ‐2,5 Bergamo 95.377 6,5 13.857.257 7,1 118.964,00 ‐3,3 Venezia 95.232 0,2 11.561.594 3,4 63.970,20 ‐6,0
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sopravanzando Milano Linate10 e Venezia. Nel 2018 Bergamo-Orio al Serio era invece risultato quinto per via della sua percentuale di occupazione dei posti a bordo, detta load
factor, tra le più alte in Italia, dovuta anche alla forte presenza delle compagnie low cost.
Nell’ambito del trasporto merci, l’aeroporto ha mantenuto la sua importanza strategica delle attività courier, ma ha mostrato una progressiva diminuzione (-3,3%), in atto dal 2018, a causa della decisione dell’azienda leader della logistica DHL di trasferire gradualmente le sue attività alla nuova Cargo City di Milano Malpensa.
Inoltre, SACBO SpA, ha avviato la prima fase dei lavori di ampliamento dell’aerostazione che, nel giro di due anni, porteranno la superficie totale a 70.000 m2 (rispetto all’attuale superficie di 45.800 m2) con la riqualificazione dell’area extra-Schengen, che sarà servita da un numero doppio di gate d’imbarco, creando un percorso dedicato ai passeggeri in transito. È inoltre prevista la realizzazione di tre torri e di sei nuovi gate di imbarco in area Schengen e l’adeguamento dell’area per il controllo dei bagagli da stiva.
L’aeroporto di Bergamo-Orio al Serio è collocato su terreni demaniali e su aree private di proprietà di SACBO SpA nei territori comunali di Bergamo, Orio al Serio, Seriate e Grassobbio e presenta le seguenti caratteristiche dichiarate sul corrispondente sito internet (https://www.milanbergamoairport.it/it/infrastrutture-areoportuali/, data di ultima consultazione 12/03/2020):
• Qualifica: Aeroporto civile e privato • Codice IATA: BGY
• Codice ICAO: LIME • Altezza s.l.m: 238 metri • Agibilità: 24 ore
10 Lo scalo di Milano Linate è stato chiuso dal 27 luglio al 25 ottobre, con conseguente trasferimento a
