CAPITOLO 6
Applicazione del modello integrato
Studio integrato di uno scenario
In questo capitolo si analizza uno scenario, con il modello semplificato, in cui si tiene conto della ricopertura vegetale della zona interessata dalla ricaduta al suolo degli idrocarburi.
Per semplicità si ipotizza che la zona sia ricoperta in modo uniforme dallo stesso tipo di vegetazione, che lo spessore di liquido sulla superficie delle foglie sia costante e che il rateo di fluido che evapora sia uniforme su tutta la zona.
Prendiamo ad esempio lo scenario 1 utilizzato nel Capitolo 5 per la validazione del modello semplificato:
20000 16000 12000 8000 4000 0 -10000 0 10000 Distance (m) 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 O il flu x (m /d ie ) Profilo radiale 1000 2000 3000 4000 5000 5000 -5000
Figura 33 - Mappa di contaminazione in superficie
I punti in cui è stato calcolato il flusso di infiltrazione e quindi le rispettive profondità raggiunte dall’olio dopo 30 giorni, sono:
distanza radiale (metri) flussi in superficie (m/die)
600 0.0341 1000 0.1151 1360 0.0876 1900 0.0473 3100 0.0160 4500 0.0067
I risultati della simulazione dell’infiltrazione hanno dato un andamento dei valori di profondità lungo il profilo radiale descritti nella figura; si riportano anche i range di errore commesso nella determinazione delle profondità.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Distanza radiale (m) P ro fo nd ità (m ) 1.5 giorni 30 giorni
Figura 34 - Profilo radiale delle profondità raggiunte dall'olio dopo 1,5 e 30 giorni dall'evento di rilascio
Ipotizziamo che l’intera area sia ricoperta da erba; la superficie interessata è di circa 13.000.000 di m2.
Secondo quanto detto nel capitolo 2, la ricopertura vegetale forma una vera e propria superficie omogenea che intercetta la precipitazione e ne diminuisce il flusso al suolo, in misura pari al flusso di olio che evapora dalla suddetta superficie.
In base al leaf area index dell’erba (0.92) si determina la superficie di evaporazione; tenendo conto che lo spessore medio di un film di olio su una superficie piana non assorbente è di 0.45 mm; con il modello descritto nel capitolo 2 si determina il flusso di olio evaporato.
• Composizione costante dell’olio in ricaduta sul suolo. Questo perché la pozza in superficie viene costantemente ricaricata dal flusso di ricaduta, quindi non c’è differenziazione dei flussi di evaporazione tra i composti più leggeri e quelli più pesanti.
• Spessore della pozza costante • Superficie della pozza costante
• Temperatura e velocità del vento costanti (si ricorda che la variazione di questi due parametri incide notevolmente sull’evaporazione)
La superficie si considera omogenea in quanto si ipotizza che durante l’evento di rilascio non ci sia evaporazione e che l’olio cominci a ricadere al suolo quando supera lo spessore medio di 0.45 mm.
I dati per la determinazione della superficie e del rateo di evaporazione sono riportati in tabella
INPUT
densità olio 740 kg/m3
spessore medio 0.00045 m superficie interessata dalla ricaduta 12630400 m2
LAI medio erba 0.92 Temperatura aria 25 °C
Velocità vento 5 m/s RISULTATI
Superficie fogliare 11619968 m2 Flusso evaporato 0.036708685 m/die
Dal confronto tra la superficie di intercettazione e il totale della superficie interessata dal flusso di ricaduta al suolo, si evince che la vegetazione intercetta il flusso per il 92%, mentre il rimanente 8% raggiunge comunque il suolo.
Nella tabella seguente sono mostrati i nuovi flussi di ricaduta al suolo epurati del rateo di intercettazione e di evaporazione
distanza radiale (metri) flussi in superficie senza ricopertura (m/die) Flussi in superficie con ricopertura (m/die) 600 0.0341 0.0027 1000 0.1151 0.0877 1360 0.0876 0.0580 1900 0.0473 0.0144 3100 0.0160 0.0013 4500 0.0067 0.0005
Ridisegnando la mappa di contaminazione si notano subito le differenze tra la zona non ricoperta e quella ricoperta dalla vegetazione (figura 35).
20000 16000 12000 8000 4000 0 -10000 0 10000 Distance (m) 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Suolo senza copertura vegetale
1000 2000 3000 4000 5000 5000 -5000
Oil flux (m/die)
20000 16000 12000 8000 4000 0 -10000
0 10000
Distance (m)
Suolo con copertura vegetale
1000 2000 3000 4000 5000 5000 -5000
Come si vede dalla figura, la ricopertura vegetale non solo riduce la zona di suolo interessata dalla contaminazione, ma riduce i flussi in superficie.
Se si calcolano ora le profondità raggiunte dall’olio con i nuovi valori di flussi in superficie otteniamo l’andamento della figura
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Distanza radiale (m) P ro fo nd ità (m ) 1.5 giorni 30 giorni
Figura 36 - Andamento delle profondità sul suolo con copertura vegetale
Anche le profondità raggiunte dall’olio subito dopo l’evento di rilascio ( 1.5 giorni) e a 30 giorni sono diminuite rispetto al suolo senza copertura vegetale. Le differenze sono visibili meglio nelle figure di confronto 37 e 38.
Profondità a 1.5 giorni 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Distanza (m) P ro fo nd it à (m ) con vegetazione senza vegetazione Figura 37 Profondità a 30 giorni 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Distanza (m) P ro fo nd it à (m ) con vegetazione senza vegetazione Figura 38
Come si vede si ha una riduzione della penetrazione dell’olio nel terreno di circa il 40% sia alla fine dell’evento di rilascio (1.5 giorni) che dopo un mese dal rilascio stesso.
Un altro confronto possibile è quello sui valori di concentrazione dell’olio nel terreno, da riferire ai limiti stabiliti dal recente D.M. 471/99 attuativo dell'articolo 17 del D. L.vo 22/97.
Consideriamo il fronte d’olio che si forma dopo una settimana dall’evento di rilascio.
La quantità di olio che si è accumulata nel terreno fino a quel momento si distribuisce lungo il profilo verticale, portando ad una diminuzione della quantità d’olio negli strati meno profondi e ad un accumulo nella zona più profonda, fino a toccare il massimo di concentrazione alla profondità raggiunta in questo lasso di tempo (nel nostro caso una settimana).
Se ci riferiamo ai valori massimi di flusso al suolo (cioè nella zona in cui il flusso al suolo è circa 1 m/die), l’andamento delle concentrazioni in funzione della profondità è del tipo mostrato in figura 39:
Figura 39 - Andamento della concentrazione ad 1 settimana dal rilascio
Come possiamo vedere valori di concentrazione nel terreno sono particolarmente elevati, confrontati con i limiti del D.M. 471/99, che riportiamo nella tabella:
Composti zone uso verde pubblico, privato e residenziale (in mg/kg)
zone ad uso commerciale ed industriale (in mg/kg)
Idrocarburi leggeri C<12 10 250
Idrocarburi pesanti C>12 50 750
Confrontiamo i valori di concentrazione nella stessa zona, ma con copertura vegetale; si ottengono gli andamenti della figura 40.
concentrazioni dopo 1 settimana 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Concentrazione (mg/kg) P ro fo nd it à (m )
suolo senza vegetazione suolo con vegetazione
Figura 40
I valori di concentrazione continuano ad essere molto elevati, ma è da notare la differente profondità raggiunta dall’olio dopo una settimana.
Queste informazioni risultano essere fondamentali nella valutazione di impatto di un evento di blow-out.
Sensibilità del modello
Il modello risulta particolarmente sensibile alle variazioni di alcuni parametri. Per quanto riguarda l’evaporazione bisogna tener conto della sensibilità del modello di trasferimento di massa alle variazioni di temperatura dell’aria e di velocità del vento.
Consideriamo tre diverse temperature (la minima invernale, la massima estiva, e la temperatura media alle nostre latitudini) e tre diverse velocità del vento e vediamo come varia li flusso di evaporazione dalla superficie fogliare.
prove temperatura °C velocità vento m/s
1 0 0.5
2 15 2
3 30 10
Le prove sono state eseguite facendo variare la temperatura a velocità del vento costante (2m/s) e facendo variare la velocità del vento a temperatura costante (15 °C).
I risultati sono riportati nelle seguenti tabelle.
T = 15 °C v = 2 m/s
velocità vento m/s flusso m/die temperatura °C flusso m/die
0.5 0.003765 0 0.005173
2 0.011413 15 0.011413
10 0.041359 30 0.023236
Come possiamo vedere le condizioni atmosferiche condizionano pesantemente il flusso di evaporazione.
Il flusso calcolato nell’applicazione allo scenario teneva conto di una temperatura di 25 °C e di una velocità del vento di 5 m/s, condizioni medie alle nostre latitudini.
Per quanto riguarda il modello di infiltrazione, è stata valutata la sensibilità alle variazioni di porosità, parametro che caratterizza i diversi tipi di terreno.
La prova è stata condotta su un valore di flusso al suolo di 0.02 m/die, simulando tre tipologie di terreno a diversi valori di porosità:
Tipo di terreno Porosità
argilloso 0.45
sabbioso 0.3
roccioso 0.1
I risultati sono visibili nelle figure 41 e 42.
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0 5 10 15 20 25 30 35 Tempo (die) S at ur az io ne
argilla sabbia roccia
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 0 5 10 15 20 25 30 35 Tempo (die) P ro fo nd ità (m )
argilla sabbia roccia
Figura 42 - Andamento delle profondità nei vari fronti
Le due figure mostrano le differenze degli andamenti di saturazione e profondità a seconda del tipo di suolo.
Come si vede un suolo meno poroso (è il caso di un suolo roccioso) è meno saturo; tende, cioè, a non trattenere il liquido, che si ridistribuisce lungo il profilo raggiungendo profondità più elevate rispetto ad un suolo di tipo argilloso o sabbioso.
