Puesta a Punto de una Metodología para Estudios de Dispersión de Olor con Resolución Temporal Subhoraria

sesion04 uriarte02   La problemática existente en la actualidad relacionada con episodios de contaminación odorífera hace necesario disponer de métodos para evaluar impactos de olor. Una manera de realizar dicha evaluación es empleando modelos de dispersión que permitan estimar concentraciones de olor teniendo en cuenta las emisiones, la meteorología y la topografía, entre otros datos.

   La modelización de la dispersión de contaminantes se basa normalmente en tiempos de promediado mínimos de 1 hora; sin embargo, algunos contaminantes como los olores requieren tiempos de promediado menores. Recientemente, el Grupo de Investigación Atmosférica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao puso a punto una metodología para realizar estudios de dispersión con resolución temporal subhoraria.

P. Uriarte*, V. Valdenebro, E. Sáez de Cámara, G. Gangoiti y M. Navazo.

Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU), Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao, Alameda Urquijo s/n, 48013 Bilbao.
*puriarte002@ikasle.ehu.eus

   Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.

   Editor académico: Carlos N Díaz.

   Calidad del contenido: Este artículo científico ha sido revisado por al menos dos revisores. Vea el comité científico aquí

   Cita: P. Uriarte, V. Valdenebro, E. Sáez de Cámara, G. Gangoiti y M. Navazo, 2015, Puesta a punto de una metodología para estudios de dispersión de olor con resolución temporal subhoraria, III Conferencia Internacional sobres gestión de Olores en el Medio Ambiente, Bilbao, España, www.olores.org

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   ISBN: 978-84-608-2262-2.

   Palabras claves: RAMS, CALMET, CALPUFF, impacto de olor, modelización de dispersión.

Resumen

   La problemática existente en la actualidad relacionada con episodios de contaminación odorífera hace necesario disponer de métodos para evaluar impactos de olor. Una manera de realizar dicha evaluación es empleando modelos de dispersión que permitan estimar concentraciones de olor teniendo en cuenta las emisiones, la meteorología y la topografía, entre otros datos. La modelización de la dispersión de contaminantes se basa normalmente en tiempos de promediado mínimos de 1 hora; sin embargo, algunos contaminantes como los olores requieren tiempos de promediado menores. Recientemente, el Grupo de Investigación Atmosférica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao puso a punto una metodología para realizar estudios de dispersión en la zona del Bajo Cadagua (próxima a Bilbao), aplicable a otras zonas de similares características. El modelo empleado inicialmente fue el de penacho gaussiano no estacionario CALPUFF en su versión 5.8 (versión oficialmente aprobada por la EPA), que permite una resolución temporal máxima de 1 hora, acoplado al modelo mesoescalar RAMS. Existe una versión posterior (versión 6), que presenta la posibilidad de trabajar con resolución temporal subhoraria. El objetivo del estudio que se presenta aquí es la puesta a punto de dicha metodología empleando la versión 6 del modelo CALPUFF para realizar simulaciones de dispersión con alta resolución espacio-temporal en zonas de topografía compleja. Los resultados preliminares muestran más y mayores picos de concentración de contaminantes promedio de 10 minutos que los estimados con menor resolución temporal. Esto podría ser importante para una adecuada estimación-interpretación de las molestias por olor.

1. Introducción

   La evaluación y regulación de la contaminación odorífera es una tarea compleja (Ranzato et al., 2012), siendo necesario desarrollar métodos específicos de evaluación de los impactos de olor, por ejemplo mediante el empleo de modelos de dispersión de contaminantes en la atmósfera. La modelización de la dispersión se basa normalmente en tiempos de promediado mínimos de una hora. Sin embargo, algunos contaminantes, como los olores, requieren tiempos de promediado menores, ya que la sensación de olor puede percibirse en segundos. El empleo de tiempos de promediado de una hora puede alisar los posibles picos de concentración que se den en periodos cortos de tiempo (Nicell, 2009).

   Recientemente, el Grupo de Investigación Atmosférica (GIA) de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao (ETSI) puso a punto una metodología para realizar estudios de dispersión en la zona del Bajo Cadagua (Valdenebro et al., 2013a; 2013b; 2014), aplicable a otras zonas de similares características. El área del estudio (figura 1) es una zona de topografía compleja, que condiciona los flujos atmosféricos bajo todo tipo de condiciones meteorológicas, pero especialmente bajo condiciones anticiclónicas en las que dominan los fenómenos mesoescalares de origen local (Millán et al., 1984), haciendo inadecuado el empleo generalizado de modelos de penacho gaussiano estacionario en la zona. El modelo empleado por el GIA fue el modelo de penacho gaussiano no estacionario CALPUFF (versión 5.8, oficialmente aprobada por la EPA) acoplado al modelo meteorológico de pronóstico mesoescalar RAMS (Pielke et al., 1992), en su versión 4.4. Este último ya había demostrado dar buenos resultados en la zona (Gangoiti et al., 2002; Valdenebro el al., 2011). La versión 5.8 del sistema CALPUFF admite una resolución temporal máxima de 1 hora. Existe una versión posterior (versión 6), que presenta algunas ventajas importantes, como la posibilidad de trabajar con resolución temporal subhoraria. El objetivo de este estudio es la puesta a punto de la metodología empleada por el GIA implementando la versión 6 de CALPUFF para realizar estudios de dispersión de contaminantes con alta resolución espacio-temporal. Esto permitiría, entre otras aplicaciones, una evaluación más precisa de episodios de contaminación odorífera.

sesion04 uriarte01Fig. 1. Área de estudio. En escala de grises se muestra la topografía. Se ha señalado la situación de una planta de coque (P) y de una selección de estaciones meteorológicas de superficie y un radar perfilador de viento (1. RPV) situados en la zona. Todas las estaciones se han empleado para validar la meteorología. Las estaciones señaladas en rojo han sido además asimiladas en el modelo CALMET en algunas de las configuraciones empleadas en la puesta a punto.

2. Metodología

   La figura 2 muestra un esquema del sistema de modelización empleado por el GIA, el cual se ha actualizado en este trabajo realizando modificaciones necesarias para implementar en él la versión 6 de CALPUFF.

   Para validar las distintas fases de la puesta a punto de la metodología se ha seleccionado un episodio que había sido previamente analizado por el GIA empleando la versión 5.8 de CALPUFF. En él se analizó el potencial impacto de las emisiones de benceno procedentes de una planta de coque situada en el valle del Cadagua sobre el barrio de Zorroza (ver situación en figura 1), durante un periodo de 10 días (del 17 al 26 de octubre de 2010) bajo condiciones anticiclónicas, coincidiendo con el patrón de “estancamiento o re-entrada” descrito por Millán et al. (1987), siendo éste uno de los patrones más desfavorables para la dispersión de contaminantes en la zona. El detalle de las configuraciones empleadas por el GIA en las simulaciones con RAMS y CALMET (bases de datos empleadas, mallas, inicialización, etc.) se encuentran en Valdenebro et al. (2013a; 2014). Ahora, para el escenario de emisión en superficie y RAMS-ECMWF, se han realizado varias simulaciones empleando diferentes resoluciones temporales de los datos de entrada y en la escala temporal de CALMET-CALPUFF. Los resultados se han comparado entre sí, así como con los obtenidos con la versión 5.8. Además, las salidas de las simulaciones meteorológicas se han validado comparándolas tanto gráfica como estadísticamente con los datos registrados en una selección de estaciones de superficie y un radar perfilador de viento situados en la zona (ver figura 1). Se ha comparado también la concentración de benceno simulada con la registrada en Zorroza.

sesion04 uriarte02 Fig. 2. Esquema del sistema de modelización RAMS-CALMET-CALPUFF puesto a punto por el GIA. Se muestran los principales módulos del sistema, así como los distintos preprocesadores y postprocesadores empleados y el flujo de información entre ellos: en azul se representan los modelos meteorológicos y de dispersión, en amarillo distintos datos de entrada al sistema CALMET-CALPUFF, en rosa los preprocesadores, en verde los postprocesadores y en naranja las salidas del sistema, que se representarán y validarán posteriormente (bloques en gris). Con línea discontinua roja se señalan bloques que han requerido modificaciones en este trabajo. No se muestran los datos de entrada a RAMS, ni sus preprocesadores, por no haber requerido modificaciones para el objeto de este trabajo.

3. Resultados y discusión

   La figura 3 muestra las series temporales de velocidad y dirección de viento y de concentración de benceno registradas y simuladas en Zorroza con resolución temporal horaria y subhoraria, ejecutando CALMET en modo híbrido alimentándolo con datos de RAMS, de observaciones en superficie y en altura. Las variaciones observadas en velocidad y dirección de viento en las simulaciones con resolución subhoraria se deben en gran medida a la resolución subhoraria de los datos de superficie, y tienen como consecuencia la aparición de más y mayores picos de concentración. Esto podría ser importante para una adecuada estimación de las molestias por olor. Debe señalarse que la gran incertidumbre existente en las emisiones (caracterización de la fuente y ratio de emisión) no ha permitido reproducir concentraciones cercanas a las observadas en ninguno de los casos, como ocurría en los estudios anteriores.

   La influencia de la resolución temporal en las concentraciones de olor simuladas se ha confirmado con una modelización posterior (figura 4), realizada una vez puesta a punto la metodología. En ella se han simulado los impactos de olor en Zorroza procedentes de las emisiones de una planta de tratamiento de residuos (PTR) situada en la zona, fuente de quejas por olor. La localización de dicha fuente, así como sus características y los escenarios de emisión considerados fueron descritos en Navazo et al. (2012). Se presentan resultados para el escenario de emisión superficial.

sesion04 uriarte03Fig. 3. Series temporales de (a) velocidad de viento, (b) dirección de viento y (c) concentración de benceno procedente de la planta de coque simuladas en Zorroza, con resolución temporal de 1 hora y de 10 minutos, con la versión 6 de CALPUFF. Se muestran también las observaciones de velocidad y dirección de viento con resolución de 10 minutos y de concentración de benceno con resolución de 1 hora.
sesion04 uriarte04Fig. 4. Serie temporal de concentración de olor procedente de la PTR simulada en Zorroza (escenario de emisión superficial). Se han señalado entre barras verticales los periodos en los que se registraron quejas ciudadanas por “olor PTR”. El panel inferior muestra una ampliación de la zona encuadrada en gris, con objeto de poder visualizar las superaciones de 1 unidad de olor. Se han indicado las diferencias más relevantes (picos dentro de círculos azules) y, adicionalmente, incrementos de concentración que podrían llegar a niveles causantes de molestias por olor si empleara una resolución temporal menor (picos dentro de círculos naranjas).

4. Conclusiones

   Este trabajo muestra la puesta a punto de una metodología para realizar estudios de dispersión de contaminantes con alta resolución temporal. El empleo de resolución subhoraria ha mostrado más y mayores picos de concentración de contaminantes, lo que podría ser relevante en la evaluación de impactos de olor.

Agradecimientos

   Al Gobierno Vasco por suministrar los datos meteorológicos, de calidad del aire y el registro de quejas ciudadanas. Este proyecto ha sido financiado por la Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco y por la Universidad del País Vasco UPV/EHU (GIA 13/03).

Referencias

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- Millán, M. M., Alonso, L., Legarreta, J. A., Albizu, M. V., Ureta, I. y Egusquiaguirre, C. 1984. A fumigation episode in an industrialized estuary: Bilbao, November 1981. Atmospheric Environment. 18, 563-572.

- Millán, M. M., Otamendi, E., Alonso, L. A. y Ureta, I. 1987. Experimental characterization of atmospheric diffusion in complex terrain with land-sea interactions. Air Pollution Control Association, Pittsburgh, PA., U.S.A. JAPCA, 37, 807-811.

- Navazo M., Alonso L., Gangoiti G., Durana M. N., García J. A., Gómez, M. C., Ilardia, J. L., Sáez de Cámara E., Uria I., Albizuri A. y Marina L. 2012: Evaluación de la calidad del aire y asignación de fuentes de compuestos orgánicos en el Bajo Kadagua. Informe Técnico para la Agencia Vasca de Medio Ambiente, 248 pp.

- Nicell, J.A. 2009. Assessment and regulation of odour impacts. Atmospheric Environment. 43, 196-206.

Pielke, R. A., Cotton, W. R., Walko, R. L., Tremback, C. J., Lyons, W. A., Grasso, D., Nicholls, M.E., Moran, M. D., Wesley, D. A., Lee, T. L. y Copeland, J. H. 1992. A comprehensive meteorological modeling system: RAMS. Meteorology and Atmospheric Physics. 49, 69-91.

- Ranzato, L., Barausse, A., Mantovani, A., Pittarello, A., Benzo, M. y Palmeri, L. 2012. A comparison of methods for the assessment of odor impacts on air quality: Field inspection (VDI 3940) and the air dispersión model CALPUFF. Atmospheric Environment. 61, 570-579.

- Valdenebro, V., Gangoiti, G., Albizuri, A., Alonso, L., Navazo, M., García, J. A., Iza, J. y Millán, M. M. 2011. Build-up and decay of two ozone episodes through northern Iberia and southern France- An inter-regional transport analysis. Atmospheric Environment. 45, 1591-1603.

- Valdenebro, V., Sáez de Cámara, E., Gangoiti, G., Alonso, L., García, J. A., Ilardia, J. L. y González, N. 2013a. Evaluations of benzene impacts of a coke plant in a complex-topography urban area with the RAMS-CALMET-CALPUFF modelling system. En: Longhurst JWS, Brebbia CA (eds) Air Pollution 2013. 21 st International Conference on Modelling, Monitoring and Management of Air Pollution, Siena, June 2013. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 174. WIT Press, Southampton. 39-51.

- Valdenebro V., Sáez de Cámara E., Gangoiti G., Alonso L., García J.A., Ilardia J.L y González N. 2013b. Estimating hourly benzene concentrations in a highly-complex topographical environment in northern Spain using RAMS and the CALPUFF modeling system. En: European Geosciences Union General Assembly 2013. Geophysical Research Abstracts, vol 15, EGU 2013-12318, 2013.

- Valdenebro V, Sáez de Cámara E, Gangoiti G, Alonso L, García JA, Ilardia JL, González N. y Arraibi E. 2014. The use of a mesoscale modeling system together with surface and upper observational data to estimate hourly benzene impacts in a mountainous coastal area. En: Air Pollution Modelling and its Applications XXIII. Springer. Switzerland. 535-538.

 

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