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ALPNAP Vivere vicino a una grande via di transito nelle Alpi
ALPNAP
Vivere vicino a una grande via di transito nelle Alpi
inquinamento atmosferico, rumore e salute
ALPNAP
Team del projetto
ALPNAP Gruppo di Coordinamento del Progetto
D. Heimann, M. Clemente, X. Olny, J. Defrance, P. Suppan, S. Trini Castelli, P. Lercher,
U. Uhrner, D. Zardi, P. Seibert, F. Obleitner
Comitato Editoriale
D. Heimann, M. de Franceschi, S. Emeis, P. Lercher, P. Seibert
La riproduzione parziale o completa del contenuto è autorizzata soltanto con la seguente citazione della fonte:
Heimann D., de Franceschi M., Emeis S., Lercher P., Seibert P. (Eds.), 2007: Vivere vicino a
una grande via di transito nelle Alpi – inquinamento atmospherico, rumore e salute. ALPNAP
brochure. Università degli Studi di Trento, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale,
Trento, Italia, 20 pp.
Traduzione dall’inglese: M. de Franceschi con il contributo di G. Antonacci, I. Todeschini, D.
Anfossi, M. Clemente ed E. Elampe.
La foto di copertina è pubblicata con il permesso di ASFINAG.
Design della copertina: Grafikbüro L, [email protected]
Stampato in Italia da Grafiche Futura s.r.l.
Università degli Studi di Trento
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale
Trento, dicembre 2007
Prefazione
La presente pubblicazione è stata realizzata dal consorzio del progetto ALPNAP, un gruppo
di 11 partners provenienti da Austria, Francia, Germania e Italia. Il progetto triennale (20052007) è stato co-finanziato dal Fondo Europeo per lo Sviluppo Regionale (FESR) nell’ambito
del programma Interreg IIIB Spazio Alpino. Gli obiettivi di ALPNAP erano quelli di raccogliere
e descrivere i metodi scientifici e più aggiornati per l’osservazione e la previsione
dell’inquinamento atmosferico e acustico lungo i corridoi di transito Alpino e valutarne gli effetti sulla salute e sulla qualità della vita. Tali metodi possono essere utilizzati per stimare le
conseguenze indotte da nuove infrastrutture di trasporto (stradale e ferroviario) che si trovino
già nella fase di pianificazione o per progettare adeguate misure, sia amministrative che tecniche, per il contenimento dell’inquinamento atmosferico e acustico. I risultati del progetto
sono pubblicati in un “Rapporto Finale” (Comprehensive Report) ad uso degli esperti di ambiente e di trasporti nelle pubbliche amministrazioni.
La pubblicazione è diretta agli abitanti delle Alpi che sono interessati ai disturbi ambientali.
Nel testo si descrivono i processi di emissione dell’inquinamento atmosferico e del rumore,
nonché i fattori di trasporto degli inquinanti e di propagazione del rumore in funzione delle
condizioni meteorologiche. In particolare si mostrano le peculiarità dell’ambiente Alpino e le
differenze con le aree di pianura, sintetizzando infine le possibilità offerte dai moderni strumenti, sviluppati presso le università e i centri di ricerca, per prevedere le concentrazioni di
inquinanti o i livelli di rumore e il loro impatto con futuri scenari di traffico.
1
Le Alpi: uno spazio vitale, una risorsa ricreativa, un’area di transito
Le Alpi costituiscono una delle più importanti riserve naturali in Europa e, nel contempo, sono
uno spazio vitale per 13 milioni di persone che costituiscono circa il 2% della popolazione
2
Europea. Con una presenza di 68 abitanti per km la densità di popolazione è paragonabile
alla media europea. L’arco Alpino costituisce una barriera topografica lunga 950 km e larga
250 km che separa alcuni tra i maggiori centri economici e abitativi in Europa (Italia – Francia,
Italia – Germania, Slovenia – Repubblica Ceca). Le montagne costituiscono inoltre una barriera tra le aree residenziali intra-Alpine. A ciò si aggiunga il fatto che le bellezze naturali e le
strutture sportive e ricreative attraggono un grande numero di turisti.
Il traffico locale, il traffico che si origina o che termina all’interno delle aree turistiche Alpine e
il traffico di transito attraverso le Alpi contribuiscono tutti a creare un enorme flusso di veicoli.
Il libero scambio di merci all’interno dell’Unione Europea ha incrementato e continua ad incrementare la richiesta di trasporto di beni attraverso le Alpi. Ciò causa una crescita del traffico commerciale lungo i corridoi di transito Alpino: tra il 1980 e il 2005 il volume totale di transito è più che raddoppiato e attualmente ha raggiunto i 193 milioni di tonnellate.
L’aumento dei volumi di transito evidenzia come l’inquinamento e il rumore siano un problema
crescente nelle Alpi e come siano necessarie soluzioni in tempi brevi. Rispetto alle aree di
pianura, il carico ambientale nelle aree montane è molto più marcato.
Fig.1 Una bella vallata è attraversata dal corridorio autostradale del Brennero/Brenner. Il viadotto si estende sopra parte dell’abitato di Steinach/Tirol.
Fig. 2 Un lungo treno merci si inerpica lungo il tracciato verso il confine Italo-Austriaco trasportando containers e rimorchi, simboleggiando così il moderno trasporto intermodale.
2
Gli ecosistemi delle aree montane nelle Alpi sono molto sensibili, in particolare nelle regioni a
quote maggiori dove sono sottoposti anche a stress climatici. Le foreste Alpine hanno
un’importante funzione protettiva nei confronti di valanghe e frane. Per questi ed altri analoghi
motivi, in queste zone le conseguenze negative dell'inquinamento sono maggiori rispetto ad
aree non montane. Sia l’inquinamento che il rumore contrastano inoltre con le aspettative dei
turisti e mettono a repentaglio lo sviluppo delle aree ricreative.
La maggior parte dei centri abitati nelle Alpi si concentrano lungo le valli, specialmente in
quelle con le maggiori linee autostradali e ferroviarie. Questo implica che un numero consistente di abitanti vive in prossimità dei corridoi di transito Alpino ed è conseguentemente esposto agli effetti ambientali sfavorevoli provocati dal traffico di transito con conseguenze
negative sulla salute e sulla qualità della vita in generale.
Le politiche di trasporto sostenibile necessitano del supporto scientifico
All’aumentare dei volumi di trasporto ci si attende un aggravarsi dei conflitti tra interessi economici ed ecologici. Fino a quando non si prenderanno misure mirate, i limiti di legge per la
qualità dell’aria e il rumore verranno superati sempre più frequentemente e nuove infrastrutture potranno causare nuovi disturbi in aree incontaminate.
Il supporto di esperti in inquinamento atmosferico, rumore ed effetti sulla salute e
l’applicazione di strumenti scientifici sono indispensabili per fornire una solida base per decisioni politiche ed amministrative indirizzate ad ottenere un bilancio sostenibile di mobilità,
economia, conservazione della natura, protezione ambientale, salute pubblica e qualità della
vita.
Nuove infrastrutture modificheranno le emissioni e quindi l’impatto ambientale. Conseguenze
significative sono attese dai nuovi tunnel ferroviari in costruzione o in progetto. Lo stesso dicasi per le misure amministrative (ad es. il blocco del transito notturno) e per gli incentivi verso il cambiamento di modalità (“modal shift”) o la co-modalità (“co-modality”) nei trasporti
merci. Un aumento dei pedaggi e l’introduzione di un sistema di scambio di permessi di transito a livello Alpino sono altri strumenti che sono attualmente in discussione. Tali misure possono in parte migliorare la situazione, ma anche produrre effetti contraddittori come ad esempio introdurre nuove sorgenti di rumore cercando di ridurre l’inquinamento atmosferico.
Passi verso un dialogo tra ricercatori e amministratori
Nel passato è mancata una cooperazione sistematica tra esperti a livello Alpino e il dialogo
tra ricercatori e amministrazioni non è stato particolarmente intenso. Il progetto ALPNAP
(“Monitoring and Minimisation of Traffic-Induced Noise and Air Pollution Along Major Alpine
Transport Routes”) per mezzo dei suoi partner provenienti da università e centri di ricerca è
stato predisposto per superare queste mancanze.
Gli obiettivi di ALPNAP erano quindi descrivere i processi tipici dell’ambiente Alpino che determinano la qualità dell’aria e il rumore all'interno delle valli, e raccogliere strumenti scientifici
innovativi e metodi di valutazione che consentano di misurare, stimare e prevedere
l’inquinamento atmosferico, il rumore e il loro impatto sulla salute. Tali strumenti e metodi
sono stati applicati ad aree appositamente selezionate e in condizioni tali da dimostrare le
loro potenzialità e chiarire la complessità dei processi coinvolti. Infine sono state elaborate
delle raccomandazioni per le autorità e i consulenti tecnici sulle modalità ottimali di definizione
degli impatti delle misure amministrative, degli incentivi e delle nuove infrastrutture, considerando in modo appropriato la complessità dei processi naturali nella regione Alpina.
Il valore aggiunto di ALPNAP è stato incrementato dalla cooperazione coordinata con il progetto MONITRAF (“Monitoring of Road-Traffic Related Effects and Common Measures”), co-
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stituito da una rete di amministrazioni regionali ambientali e di traffico nelle Alpi. Gli obiettivi di
MONITRAF riguardavano lo sviluppo di misure finalizzate alla riduzione degli effetti negativi
del traffico stradale migliorando nel contempo la qualità della vita nella regione Alpina.
Emissioni di inquinanti e rumore
Il termine emissione si riferisce al rilascio in atmosfera di inquinanti, aeriformi o sotto forma di
particolato, o di rumore da parte di sorgenti diverse. La maggior parte degli inquinanti è emessa da processi di combustione come il riscaldamento domestico, la produzione industriale, di dimensione variabile dalla piccola impresa alla grande centrale elettrica, e il funzionamento di tutti i tipi di trasporto motorizzato con l’esclusione delle linee ferroviarie elettrificate. Il
particolato ultrafine è rilasciato anche da processi di abrasione e di attrito, ad esempio durante le frenate, o è sollevato dalla superficie stradale grazie ai flussi d’aria indotti dai veicoli in
transito. Il rumore è emesso dai motori e dagli scarichi (rumore di propulsione dei veicoli motorizzati, delle motrici ferroviarie alimentate a gasolio e degli aerei), dall’interazione tra ruote /
gomme e le superfici delle rotaie / strade (rumore di rotolamento) o dal flusso d’aria intorno a
mezzi di trasporto molto veloci (rumore aerodinamico di treni ad alta velocità e aerei). Il rumore può anche essere emesso da processi industriali, costruzioni, agricoltura ed anche da diverse attività antropiche come tagliare l’erba; anche eventi sportivi e musicali generano rumore. Rumore è emesso inoltre da alcuni animali domestici, di allevamento e selvatici.
Il traffico stradale causa
l’emissione di inquinanti e di
rumore. Nelle aree montane,
in cui la guida in salita gioca
un ruolo importante, l’emissione è determinata da fattori addizionali rispetto alle
zone pianeggianti. Guidare
con motore a pieno regime
causa emissioni sostanzialmente maggiori rispetto a
quanto accade sulle strade
pianeggianti: l’emissione di
ossidi di azoto (NOx) lungo
un tratto stradale con il 5% Fig. 3 Una lunga carovana di mezzi pesanti attraversa il “Ponte Eurodi pendenza è il doppio ri- pa” in Austria in un pomeriggio di autunno. Il viadotto è parte del corrispetto ad una strada pia- doio di transito che collega la Germania meridionale con l’Italia settentrionale.
neggiante.
L’emissione di rumore da parte dei mezzi pesanti è incrementata non solo nei tratti in salita
ma anche in quelli in discesa per l’azione dei sistemi di freno motore. Il rumore di rotolamento
(causato dall'effetto del rotolamento del pneumatico sull'asfalto) dipende dalla superficie stradale: strade scabre o bagnate dalla pioggia sono più rumorose mentre strade più lisce o coperte di neve sono più silenziose. Il rumore di rotolamento dei treni dipende in larga parte
dallo stato delle superfici delle ruote e delle rotaie: vecchi vagoni merci con freni a ganasce
sulle ruote ne irruvidiscono la superficie ed emettono più rumore.
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Fig. 4 Tre motrici elettriche, due traenti e una spingente, sono necessarie per movimentare i vagoni di
questo treno merci sulla ripida salita verso il passo del Brennero/Brennerpass in prossimità dell’abitato di
St. Jodok/Tirol.
Viadotti (Fig. 3) e tunnel sono tipici delle strade montane. Questi hanno un effetto netto positivo sulle emissioni poiché riducono la distanza tra due destinazioni e contribuiscono ad evitare
tratti ripidi. Le emissioni rilasciate da ponti sopraelevati hanno la possibilità di essere maggiormente diluite prima di giungere alle aree abitate rispetto alle emissioni emesse in strade
limitrofe ai centri abitati. Dall’altro lato bisogna però considerare che gli scarichi rilasciati in un
tunnel devono uscirne attraverso gli ingressi e/o attraverso speciali condotti di aerazione. In
ogni caso le emissioni di inquinanti di un tunnel entrano in atmosfera in singoli punti ad alta
concentrazione.
Le linee ferroviarie delle Alpi sono quasi totalmente elettrificate, cosicché l’emissione di inquinanti lungo i tracciati non ha rilevanza. I treni restano tuttavia una fonte di rumore che in aree
montane può essere amplificato (Fig. 4).
In area Alpina anche la distribuzione spaziale delle fonti di emissione è influenzata dalla topografia. Le maggiori vie autostradali e ferroviarie si snodano lungo le valli in cui si trovano
anche i maggiori insediamenti. Ne consegue che la distanza tra la sorgente di inquinamento e
di rumore e le aree abitate è molto minore nelle Alpi che nelle zone pianeggianti.
Meteorologia Alpina
Montagne come le Alpi rappresentano un’autentica specificità della superficie terrestre. Esse
infatti si estendono all’interno dell’atmosfera e costituiscono così una barriera che esercita
attrito sulle circolazioni che sono causate dai sistemi di alta e bassa pressione. Tali correnti
sono costrette a sollevarsi o ad aggirare le montagne quando le incontrano. Nelle valli l’aria è
frequentemente incanalata e i venti seguono l’asse della valle. L’attrito con la superficie causa
il rimescolamento delle masse d’aria e quindi uno scambio tra l’aria vicina al suolo e quella a
quote maggiori. Il trasporto orizzontale operato dal vento medio e il rimescolamento turbolento sono un importante meccanismo di origine meteorologica per rimuovere gli inquinanti dalla
loro regione di origine e per ridurne la concentrazione.
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A seguito di specifiche condizioni si sviluppano venti di caduta sul lato sottovento rispetto alle creste montane. Questi venti
sono conosciuti come “foehn” e possono
essere estremamente turbolenti e caratterizzati da raffiche. In condizioni di vento debole, come nel caso di aree ad alta pressione,
uno scambio orizzontale di masse d’aria ad
opera del vento medio così come un mescolamento turbolento indotto dalla rugosità
superficiale non sono possibili. Nelle giornate serene la radiazione solare riscalda il
suolo che a sua volta riscalda l’aria sovrastante. Quest’ultima tende a risalire sotto Fig. 5 Le Alpi causano specifici fenomeni meteoroforma di “bolle” (le cosiddette termiche) e logici come le “onde orografiche” che sono visibili
causa dei moti di compensazione discen- grazie alle caratteristiche nubi altocumulus lenticuladenti. Anche questo meccanismo induce un ris.
rimescolamento ed uno scambio verticale di masse d’aria e degli inquinanti in esse contenuti.
Un ulteriore effetto della presenza delle montagne è quello causato dall’inclinazione dei pendii
e dalla presenza delle creste montane sui bilanci radiativi e sul trasferimento di calore tra
atmosfera e terreno. In condizioni di cielo sereno e deboli flussi a grande scala ciò causa un
riscaldamento/raffreddamento differente tra gli strati d’aria prossimi ai pendii e l’aria che si
trova alla stessa quota in corrispondenza del centro valle. Tale riscaldamento/raffreddamento
differenziale è all’origine dei venti forzati termicamente che cambiano la propria direzione due
volte al giorno. L’aria che si raffredda in corrispondenza dei pendii è più densa (e quindi più
pesante) di quella che si trova al centro della valle, mentre il contrario accade per l’aria riscaldata in prossimità dei pendii che è meno densa (più leggera) di quella in centro valle. Tali
differenze di densità fanno sì che l’aria più densa discenda lungo il pendio mentre quella più
leggera lo risalga. Questo effetto non si realizza solamente nelle aree riscaldate/raffreddate
sui lati delle valli, ma anche – a scala maggiore – tra le zone montane e quelle pianeggianti
adiacenti.
up-slope
wind
in-valley
wind
down-slope
wind
out-valley
wind
Fig. 6a Nel primo pomeriggio di giornate serene si Fig. 6b Nelle ore notturne con cielo sereno venti
sviluppano venti che risalgono i pendii (magenta) e discendenti i pendii (blu chiaro) si affiancano a
circolazioni che penetrano nelle valli (rosso).
correnti che escono dalla valle (blu scuro).
Nelle Alpi i venti forzati termicamente (Fig. 6) sono quindi costituiti da due sistemi di circolazione spesso sovrapposti tra di loro, ovvero le correnti di pendio e i venti monti-pianura: (1) le
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circolazioni di pendio mostrano venti ascendenti durante il giorno e discendenti durante la
notte; (2) la circolazione monti-pianura è ritardata di alcune ore cosicché il vento che entra
nella valle si instaura nella tarda mattinata e persiste fino a tarda sera, mentre il vento che
esce dalla valle inizia nella tarda serata e continua sino alle prime ore del mattino.
Se venti deboli si combinano con poca o
nulla radiazione solare, il ricambio d’aria è
limitato o quasi soppresso. Questo è il caso
di aree ad alta pressione nelle ore notturne
o di aree in cui il cielo è coperto. In particolare, all'interno di bacini l’aria in prossimità del
suolo è confinata dalle catene montuose
circostanti e ristagna limitandone così un
ricambio orizzontale. La situazione può essere aggravata nel periodo invernale quanFig. 7 Bassostrati o nebbie si sono sviluppate nella
do l’aria che ristagna nei bacini ma anche valle indicando la presenza di un’inversione di temsui fondovalle si raffredda mentre la subsi- peratura. Al di sopra della nube stratiforme sono
denza degli strati superiori ne causa un ri- visibili sottili strati di foschia.
scaldamento. Ciò porta alla formazione di
uno strato di inversione in cui la temperatura dell’aria aumenta con la quota. Se l’aria è sufficientemente umida si formano nebbie o nubi persistenti del tipo “bassostrati” (Fig. 7) che inibiscono l’apporto energetico dei raggi solari. Queste inversioni agiscono sostanzialmente
come un “coperchio” al di sopra degli strati di atmosfera prossimi al suolo, sopprimendo gli
scambi verticali d’aria: gli inquinanti non possono essere trasportati lontano dalle sorgenti e le
concentrazioni tendono ad aumentare.
Incanalamento, foehn, ristagno, frequenti inversioni e circolazioni diurne forzate termicamente
determinano in larga parte il clima locale delle aree all’interno o in prossimità delle zone montane. Queste caratteristiche sono realmente delle specificità dell’ambiente montano e non
sono riscontrabili in zone di pianura.
Il trasporto degli inquinanti nell’ambiente Alpino
La misura più importante dell’inquinamento atmosferico è data dalla concentrazione di inquinanti pericolosi. Questi possono essere gas come il biossido di zolfo (SO2), il monossido di
carbonio (CO), il monossido di azoto (NO), il biossido di azoto (NO2), l’ozono (O3), ecc. o
particelle sospese (polvere, metalli pesanti come il piombo (Pb) o materiale abrasivo da freni,
attriti e gomme). Gli aerosol e le particelle ultra-fini sono classificate secondo il loro massimo
diametro espresso in micrometri (µm); ad es. PM10 indica particelle più piccole di 10 µm. La
concentrazione esprime la massa di inquinante in un dato volume di aria ed è quindi misurata
3
3
in milligrammi o microgrammi per metro cubo (mg/m o µg/m ).
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Fig. 8a L’inquinante emesso in aree di pianura può
disperdersi in tutto il semispazio che sovrasta la
superficie del terreno. Le tonalità di grigio del disegno indicano le concentrazioni medie per una distribuzione uniforme di direzioni del vento.
La concentrazione locale di una certa specie
di inquinante atmosferico dipende dal rapporto tra l’emissione di tale specie, ovvero
quanta massa di inquinante è rilasciata in un
volume d’aria, e la trasmissione netta, ovvero quanta massa di inquinante è trasportata
da o verso l’area ad opera del vento medio
(la cosiddetta avvezione) e dei moti turbolenti (la diffusione turbolenta). Il processo di
diffusione porta ad una continua diluizione e
decrescita delle concentrazioni poiché un
dato ammontare di inquinanti contamina un
volume d’aria sempre crescente. Se emissione e trasmissione sono in bilancio, la
concentrazione locale è costante. Per un
dato valore di emissione, il livello di concentrazione di equilibrio è basso se la velocità
del vento è moderata o intensa e/o lo scambio turbolento è efficiente (periodo estivo,
giornate serene, venti intensi, foehn). Il livello di concentrazione di equilibrio è invece
particolarmente alto per venti deboli e scarso mescolamento turbolento (periodo invernale, inversioni, notti serene).
Nelle aree montane delle Alpi si osservano
degli effetti aggiuntivi. Poiché il volume
d’aria è ridotto dalla presenza delle montagne, la stessa massa di inquinante è distribuita in un volume d’aria minore rispetto al
terreno pianeggiante (Fig. 8). Da ciò ne consegue che a parità di emissione la concentrazione nelle aree montane è maggiore
rispetto a quelle pianeggianti.
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Fig. 8b In una valle il volume d’aria è ridotto per la
presenza dei pendii. Le tonalità di grigio del disegno indicano qui le aumentate concentrazioni medie sempre per una distribuzione uniforme di direzioni del vento
Fig. 9 Aria fredda si è accumulata sul fondovalle
innevato. Le inversioni termiche associate intrappolano gli inquinanti che sono identificabili dal loro
colore bruno. L’aria è troppo secca per permettere la
formazione di nebbia durante il giorno.
Fig. 10 Sottili strati di aria inquinata sono visibili in
prossimità del fondovalle mentre tipiche nubi “altocumuli lenticolari” indicano la presenza di un intenso
flusso a grande scala che incrocia le Alpi in quota.
L’esistenza di inversioni termiche (quadno la temperatura aumenta con la quota, anziché diminuire) associata a venti deboli è critica e può indurre alti valori di concentrazione (Fig. 9 e
10). Nelle Alpi queste situazioni sono particolarmente frequenti in bacini e valli a sezione e
sviluppo ridotti. In entrambi i casi il flusso orizzontale è fortemente contrastato dalle montagne
circostanti cosicché i venti medi sono deboli e gli inquinanti non possono essere trasportati
lontano, mentre l’inversione termica impedisce il mescolamento turbolento verticale. Poiché
tali situazioni possono persistere per più giorni, gli inquinanti possono accumularsi in prossimità del suolo facendo aumentare di conseguenza i livelli di concentrazione.
Anche le circolazioni forzate termicamente hanno una specifica influenza sull’inquinamento in
aree montane. I venti che risalgono i pendii (Fig. 11a) trasportano gli inquinanti dal fondovalle
(dove si trovano la maggior parte delle emissioni) lungo il pendio e da qui al centro della valle.
Termiche addizionali che si originano dallo strato d’aria in prossimità del pendio a causa di
irregolarità del terreno (rocce, limitare di foreste) portano infine ad un’atmosfera ben miscelata all’interno della valle. Come conseguenza, la concentrazione media nella valle è bassa. Gli
insediamenti sul fondovalle generalmente beneficiano di questo effetto, mentre le aree abitate
lungo i pendii o su altopiani risentono dell’aria inquinata che viene trasportata dal fondovalle.
Fig. 11a Venti di pendio (rossi a sinistra) e termiche
(rosse a destra) portano durante il giorno a sviluppare uno spesso strato rimescolato. Questo riduce
le concentrazioni sul fondovalle ma trasporta gli
inquinanti lungo i pendii. Correnti di compensazione
sono indicate in blu.
Fig. 11b Durante la notte le emissioni sono confinate dalle inversioni sul fondovalle. Siti prossimi
alle pendici dei pendii beneficiano dei venti di
pendio (blu). Gli altopiani spesso sono al di sopra
degli strati di inversione e restano nello strato
residuo del giorno precedente.
Nel caso di correnti discendenti notturne (Fig. 11b), flussi di aria fresca scorrono lungo i pendii e se non incontrano ostacoli possono continuare il loro moto sul fondovalle. Naturalmente
tale flusso di aria può andare a sostituire localmente l'aria inquinata, motivo per cui è utile
tenere tali percorsi liberi da ostacoli, come ad es. gli edifici. Comunque la maggior parte delle
aree site in ampie valli Alpine non beneficia dei flussi di aria fresca che scorrono lungo i pendii. A causa del ridotto mescolamento verticale durante la notte e il ridotto spessore dello strato rimescolato, le concentrazioni sul fondovalle sono elevate. Zone abitate a quote più elevate
beneficiano di questi processi poiché le emissioni non sono trasportate dal fondovalle; nonostante questo la qualità dell’aria anche in queste aree può diminuire a causa degli inquinanti
sollevati a quote maggiori nel corso dei giorni precedenti.
Un accumulo di inquinanti può verificarsi se le condizioni meteorologiche con venti forzati
termicamente persistono per più giorni. Nella circolazione lungo l’asse della valle e in direzione trasversale gli inquinanti sono trasportati avanti e indietro mentre ulteriori emissioni inquinano l’aria nell’atmosfera della valle. Un ricambio d’aria a larga scala non è possibile e lo
spessore dello strato miscelato è spesso limitato da un’inversione in quota. Come conseguenza la concentrazione aumenta di giorno in giorno mentre può variare tra il giorno e la
notte.
9
Propagazione del rumore nelle Alpi
Il rumore, una volta generato presso una sorgente, si propaga nell’aria sotto forma di invisibili
onde sonore. L’intensità è data fisicamente dall’ampiezza delle oscillazioni di pressione associate alle onde sonore in movimento e può essere misurata mediante microfoni. L’ampiezza
del suono è espressa in termini di livelli sonori, una scala logaritmica in decibel (dB). Poiché il
rumore è generalmente costituito da un ampio spettro di frequenze mentre l’orecchio umano
ha una percezione diversa dell’intensità sonora al variare della frequenza, negli strumenti di
misura si sono introdotti opportuni filtri che operano una media pesata delle frequenze; il più
diffuso è la “curva di ponderazione A”, il cui corrispondente valore misurato è il “livello sonoro
ponderato A”, e si esprime in dB(A).
In pratica vengono definiti livelli di rumore a breve e lungo termine. Per singoli eventi (come
ad es. il passaggio di un treno) è interessante il massimo dei livelli A. Per la valutazione più
generale del rumore da traffico sono utilizzati livelli sonori a lungo termine (medie annuali). La
Direttiva Europea sul rumore ambientale prescrive l’utilizzo del livello giorno-sera-notte (dayevening-night o “den”). Questo è mediato su intervalli giornalieri tipici (giorno, sera e notte) in
cui ai contributi della sera e della notte vengono assegnati dei pesi maggiori rispetto al giorno
per tenere conto della sensibilità umana.
Nel caso di propagazione libera, i livelli sonori decrescono in funzione della distanza. Una
stima di massima ci dice che il livello sonoro del rumore emesso da una sorgente puntuale
(ad esempio una singola auto) diminuisce di 6 dB(A) al raddoppiare della distanza. Per una
sorgente lineare (ad es. un’autostrada con traffico intenso e continuo) il livello sonoro decresce solamente di 3 dB(A) al raddoppiarsi della distanza. Bisogna però tenere conto di diversi
fattori addizionali nel determinare i livelli sonori in ambiente.
Durante la propagazione, una parte dell’energia sonora è assorbita dall’aria. Ciò riguarda
principalmente le alte frequenze, motivo per cui i toni bassi dei concerti all’aperto possono
essere uditi a grande distanza mentre i toni alti sono fortemente attenuati. Il grado di attenuazione dipende dalla temperatura dell’aria e dalla sua umidità.
Il suono che si propaga da una sorgente vicino al suolo (ad es. una strada) verso un ricevitore
posto anch’esso vicino al suolo (ad es. una persona) è attenuato anche per l’interazione delle
onde sonore con il suolo stesso. Questo smorzamento dipende dalle proprietà acustiche del
suolo: è massimo in un terreno acusticamente “soffice” (neve fresca, erba) e sostanzialmente
inesistente in suoli acusticamente “rigidi” (cemento, superfici liquide).
Il maggior influsso meteorologico sulla propagazione del suono è causato dalla rifrazione
delle onde sonore. È il motivo per cui una sorgente di rumore distante (ad es. un’autostrada o
una linea ferroviaria) a volte è percepita molto intensamente, mentre altre volte è praticamente non udibile.
La rifrazione si verifica in presenza di differenze di temperatura sulla verticale o di vento. Si
ha una rifrazione verso l’alto (Fig. 12a) solitamente durante il giorno quando l’aria in prossimità del suolo viene riscaldata. Ciò comporta una deflessione verso l’alto del suono, emesso
orizzontalmente. Ne consegue che l’ampiezza sonora vicino al suolo decresce rapidamente
all’aumentare della distanza dalla sorgente, molto più marcatamente rispetto ad un’atmosfera
priva di stratificazione termica.
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Fig. 12a Direzione di dispersione dei raggi sonori
durante il giorno quando la temperatura dell’aria
decresce con la quota e il suono è rifratto verso
l’alto. Nelle aree punteggiate in blu (“zone “acusticamente in ombra”) del fondovalle il rumore è marcatamente ridotto poiché i raggi sonori rifratti verso
l’alto non le possono raggiungere.
Fig. 12b Direzione di dispersione dei raggi sonori
durante la notte quando la temperatura dell’aria
aumenta con la quota in uno strato d’inversione (in
grigio) e il suono è rifratto verso il basso. Non
compaiono zone acusticamente in ombra e il suono è riflesso al suolo.
Per questi motivi l’udibilità di autostrade o ferrovie è limitata a qualche centinaio di metri. Al
contrario la rifrazione verso il basso (Fig. 12b) si ha solitamente durante la notte quando si
forma un’inversione. I raggi sonori emessi orizzontalmente sono ora deflessi verso il suolo
dove sono riflessi e nuovamente deflessi verso il suolo, ecc., cosicché il suono è intrappolato
in uno strato in prossimità del suolo. In queste condizioni il rumore è udibile a lunghe distanze. La rifrazione delle onde sonore si verifica anche ad opera del vento: verso l’alto con conseguente udibilità limitata nel caso in cui il suono si propaghi controvento; verso il basso con
conseguente udibilità a grandi distanze quando il suono si propaga a favore di vento. Generalmente la rifrazione indotta dalla stratificazione termica si sovrappone a quella dovuta al
vento. Entrambi gli effetti si possono amplificare vicendevolmente (ad es. propagazione del
suono a favore di vento con inversione termica) o annullarsi.
Nelle aree montane vanno considerate alcune peculiarità. Se il suono si propaga da
sorgenti ubicate nel fondovalle verso abitazioni poste su un pendio o un altopiano, le
onde sonore si propagano trasversalmente
attraverso l’atmosfera e non lungo il terreno.
Per questo motivo il suono non viene attenuato dall’effetto del terreno, il che può portare a livelli sonori relativamente alti in aree
a quota elevata e persino sulle sommità
delle montagne, dove il rumore del traffico è
ben udibile anche se la distanza reale è di
diversi chilometri. In alcuni casi le pareti
delle valli ben rappresentano un anfiteatro
naturale (Fig. 13) e gli abitanti che vivono in
queste situazioni possono “gioire” di tale
situazione sentendo il rumore di sorgenti
lontane sul fondovalle.
Fig. 13 La testa artificiale dotata di microfoni registra
l’effetto anfiteatro da una “loggia d’onore” sul lato
orientale della Wipptal con il viadotto dell’autostrada
verso il Brennero/Brenner sullo sfondo (in prossimità
di Steinach/Austria).
11
Influsso dell’inquinamento e del rumore sulla salute nelle Alpi
L’inquinamento e il rumore sono fattori ambientali negativi. Entrambi i disturbi non soltanto
debilitano la salute umana, ma anche peggiorano la qualità della vita. Quest’ultima è legata
sia a misure oggettive di inquinamento e di rumore che ad altri fattori come aspettative positive associate ad un certo ambiente, ad esempio un’area residenziale di pregio o un contesto
naturale di rilievo.
L’aria inquinata è una causa diretta o un'aggravante di malattie come l’asma, la bronchite,
l’enfisema, patologie polmonari e cardiache e allergie respiratorie. Anche la percezione
dell’inquinamento atmosferico può indirettamente indurre effetti negativi sulla salute. Si stima
infatti che circa il 90% degli effetti avversi sulla salute osservati sia causato da vie biofisiche
dirette (ad es. attraverso la respirazione), mentre circa il 10% è attribuito ad una catena indiretta. Per il rumore le cose sono molto diverse: esso può causare direttamente patologie cardiovascolari, ma queste costituiscono solamente il 25% circa degli effetti sulla salute correlati
al rumore. Il restante 75% si assume sia causato indirettamente e da luogo principalmente a
disturbi del sonno, fastidio e stress che a loro volta aumentano la suscettibilità verso altre
patologie.
La complessità delle relazioni che legano inquinamento e rumore da un lato e il loro impatto
sulla salute e il benessere dall’altro, richiedono scale semplici che aggreghino i diversi influssi
e possano servire come criterio per decisioni politiche o tecniche; queste scale sono chiamate
indicatori o indici. Gli indici di inquinamento atmosferico (API) combinano alcune classi di
concentrazione dei diversi inquinanti in accordo con la loro gravità, mentre possono essere
assegnati pesi diversi alle diverse specie chimiche a seconda dei loro specifici effetti. Lo
stesso è possibile per gli indici di inquinamento acustico (NPI) in cui vengono pesate diverse
sorgenti (ad es. strade e ferrovie). Non è facile trovare indici di rumore universali, poiché alcuni effetti sono meglio correlati con livelli di rumore sul lungo periodo, mentre altri effetti dipendono maggiormente dai livelli massimi o dal numero di superamenti di appropriate soglie
di rumore e tutto ciò è comunque ancora oggetto di ricerca. È anche possibile combinare indici di inquinamento e di rumore in un unico indice di esposizione (EI) che descrive l’effetto
derivante dalla sovrapposizione degli effetti dell’inquinamento e del rumore.
Inoltre è conveniente definire
degli indici di salute in cui gli 80 %
indicatori ambientali sono 60 %
incrociati con i fattori di ri- 40 %
schio. Questi ultimi sono dati 20 %
da parametri demografici
0%
che dipendono dal numero di
30
40
50
60
70
80 dB(A)
persone, dalla distribuzione
per genere ed età, ecc. La Fig. 14 Esempio di una funzione esposizione-risposta che mostra la
funzione
esposizione- porzione di popolazione “molto infastidita” in funzione dei livelli sonori
risposta è un indice che e- di lungo termine per il rumore di una strada principale (in rosso),
un’autostrada (in blu) e una ferrovia (in verde).
sprime l’impatto sulla salute
(risposta) come prodotto dell’esposizione o della dose di inquinamento e/o rumore ricevuta e
del rischio relativo (Fig. 14). Quest’ultimo dipende da una dettagliata analisi territoriale della
zona di impatto. Le dosi calcolate sono integrate sulla durata dell’esposizione che copre la
durata media della vita e il tempo speso nell’area d’interesse. Con le funzioni esposizionerisposta è possibile valutare il numero di ricoveri ospedalieri addizionali che ci si può attendere per effetto di un incremento di inquinamento. Anche gli “anni di vita persi” (Years Of Life
12
Lost – YOLL) sono un parametro comune di una funzione esposizione-risposta e descrivono
la riduzione dell’attesa di vita rispetto ad un incremento nei livelli di inquinamento.
Con il termine monetizzazione viene indicato un altro metodo di quantificazione degli impatti.
Esso esprime le conseguenze del peggioramento delle condizioni di salute in termini di valori
economici. Questo è il prerequisito per calcolare i “costi esterni” dell’inquinamento o del rumore, ovvero i costi che derivano da attività umane che non sono direttamente coperti secondo il
“principio dell’esecutore”, ma che sono ripartiti sulla comunità e spesso pagati dalle generazioni successive.
Valutazioni per la mitigazione e la pianificazione
Da diversi decenni la ricerca internazionale si è indirizzata verso lo sviluppo di migliori strumenti per la misura dell’inquinamento atmosferico e del rumore, procedure modellistiche e
tecniche numeriche per prevedere i livelli di concentrazione e sonori e metodi per determinare
l’impatto ambientale sulla salute e il benessere. Negli ultimi anni questa ricerca ha fatto sostanziali progressi: nuove tecnologie sensoristiche e la rapida crescita delle performance dei
computer hanno permesso nuove possibilità nelle metodoloogie di osservazione e previsione.
In particolare oggi è possibile descrivere i complessi moti atmosferici in area montana con
maggiore accuratezza. Questo a sua volta è un prerequisito per una previsione affidabile delle concentrazioni di inquinanti e dei livelli sonori poiché entrambe sono fortemente determinate dalle condizioni atmosferiche, sia per il trasporto dei traccianti, sia per la propagazione del
suono. Queste previsioni richiedono inoltre informazioni precise sulla distribuzione spaziotemporale delle emissioni, cioè il rilascio di composti chimici dannosi e la generazione di rumore in funzione dei flussi di traffico (numero di veicoli all’ora), della composizione del parco
veicoli (ad es. auto e mezzi pesanti) e delle condizioni delle strade e delle ferrovie. Infine si
sono realizzati diversi studi completi sugli effetti dell’inquinamento atmosferico e del rumore
sulla salute umana e sul grado di disturbo.
Metodi di monitoraggio e osservazione
La misura delle problematiche ambientali viene realizzata in due modi:
1. Il monitoraggio continuo mira ad una sorveglianza dello stato dell’ambiente in postazioni
fisse. Da queste misure è possibile ricavare statistiche quali valori medi giornalieri o annuali, valori estremi o il numero di superamenti dei limiti di legge.
2. Le osservazioni temporanee sono realizzate per indagini specifiche nel corso di campagne pianificate o come risposta a precise richieste. Spesso si estendono solamente ad
alcuni giorni o settimane. È possibile utilizzare piattaforme di misura mobili (auto, furgoni
o anche velivoli) per coprire non solamente alcuni punti ma per ottenere informazioni su
di un’area o un volume maggiori. Con le misure temporanee è possibile osservare la situazione con maggiore dettaglio, ad es. con l’osservazione contemporanea di un gran
numero di specie chimiche differenti mediante una fitta rete di strumenti, o campionare in
simultanea parametri meteorologici, di inquinamento e di rumore.
Il flusso di traffico e la tipologia dei veicoli in transito sono monitorati di routine in diverse sezioni delle autostrade Alpine e di altre maggiori vie di comunicazione. Il conteggio dei flussi di
traffico non è utilizzato primariamente per questioni ambientali ma per un controllo generale
del traffico. Oltre alle postazioni fisse, il traffico è rilevato sporadicamente lungo diverse strade nel corso di programmi specifici, a volte in concomitanza con questionari relativi ai tragitti
compiuti.
13
Misure meteorologiche
I parametri meteorologici di base (pressione atmosferica, temperatura e umidità, velocità e
direzione del vento) sono solitamente misurati presso stazioni automatiche o manuali con
cadenza oraria. La distanza media tra le singole stazioni è di circa 50 km che è di fatto troppo
elevata per poter tenere in conto la complessità dei fenomeni meteorologici che si realizzano
nell’area Alpina. La maggior parte delle stazioni meteorologiche è situata sui fondovalle, ad
es. presso gli aeroporti. Solamente un numero limitato di esse è posizionato sulla sommità
dei monti. I profili verticali di temperatura, umidità e pressione atmosferica sono misurati solitamente per mezzo di radiosonde: attualmente soltanto una decina di stazioni di radiosondaggio sono presenti intorno alle Alpi, mentre una soltanto è sita nelle Alpi (Innsbruck/Austria). Presso queste stazioni i sondaggi sono effettuati normalmente soltanto una
o due volte al giorno.
Poiché vi è una generale carenza di informazioni meteorologiche esaustive che possano dare
conto della complessità tridimensionale dei sistemi di circolazione nelle Alpi, di volta in volta si
rende necessario realizzare dei periodi di osservazione intensivi con campagne di monitorag-
(a)
(b)
(c)
(d)
Fig. 15 (a) Stazione meteorologica automatica con palo da 2 m per la misura di temperatura (al centro),
vento (a destra) e radiazione (sinistra); (b) Stazione meteorologica automatica con palo da 10 m; (c) Pallone frenato con sonda meteorologica poco prima dell’ascesa; (d) Sodar Doppler.
14
gio coordinate. In tali attività sperimentali è possibile utilizzare strumentazione molto sofisticata. Si può distinguere tra due tipologie base di strumenti:
1. misure “in-situ”
2. misure di “remote-sensing” o “in remoto”.
I sistemi in-situ misurano lo stato dell’atmosfera nel punto in cui si trova il sensore. Sono normalmente utilizzati per misurare parametri meteorologici in prossimità del suolo (Fig. 15a) e
possono essere montati su un palo per misurare profili verticali (Fig. 15b). Solitamente i pali
installati temporaneamente non superano la decina di metri di quota, motivo per cui per ottenere dati da quote superiori è possibile installare i sensori su di un pallone frenato che può
essere sollevato ed abbassato di qualche centinaio di metri (Fig. 15c). Misure in-situ possono
essere effettuate anche mediante velivoli appositamente equipaggiati che costituiscono un
metodo flessibile anche se molto costoso di ottenere informazioni in tre dimensioni. Un metodo meno costoso per misurare profili “verticali” sfrutta sensori installati su automezzi che si
muovono lungo strade che costeggiano i fianchi delle valli per ottenere dati a diverse quote
rispetto al fondovalle.
Strumenti di remote-sensing sono installati al suolo ma sono in grado di misurare profili verticali utilizzando tecniche Radar, Lidar o Sodar (Fig. 15d), ovvero onde elettromagnetiche, ottiche (laser) o acustiche per ricevere informazioni continue sulla colonna d’aria che sovrasta il
sensore.
Misure di inquinamento atmosferico
Il monitoraggio sul lungo periodo dell’inquinamento atmosferico è attualmente uno standard
nei paesi Europei. Osservazioni continue sono condotte in aree urbane e rurali in prossimità
di autostrade o in aree critiche a causa di emissioni industriali. Le stazioni misurano principalmente quei composti chimici che sono regolamentati
dalla normativa vigente per i quali sono definiti dei valori
limite (medie di lungo o breve periodo) e/o il numero di
superamenti del limite in uno specifico intervallo di tempo. Sono solitamente monitorati, anche se non da tutte
le stazioni, i seguenti composti : monossido di carbonio
(CO), biossido di azoto (NO2), biossido di zolfo (SO2),
ozono (O3), composti organici volatili (VOC) e particolato con diametro ≤ 10 µm (PM10).
In aggiunta alla rete di monitoraggio permanente, vengono effettuati monitoraggi temporanei sia di routine
(ovvero misure consecutive in aree selezionate) sia in
occasioni particolari (ad es. nel corso di episodi di forte
inquinamento o nell’ambito di progetti di ricerca).
Come nel caso delle misure meteorologiche, anche qui
si possono utilizzare strumenti “in-situ” e di “remote
sensing”. Sistemi di misura in-situ sono commercialmente disponibili per una svariata serie di composti
chimici e possono essere installati in containers, mezzi Fig. 16 Il mezzo mobile di misura della
mobili (Fig. 16) o velivoli. Sistemi di remote-sensing qualità dell’aria dell’Agenzia per la Provengono utilizzati per determinare la concentrazione tezione dell’Ambiente della Provincia
Autonoma di Bolzano – Autonome
degli inquinanti ad una certa distanza.
Provinz Bozen.
15
Misure di rumore
Misure di lungo termine di rumore come spesso richieste dalla legge in prossimità degli aeroporti non sono comunemente adottate lungo le vie di transito. Per questo motivo le misure di
rumore sono realizzate nel corso di specifiche campagne di monitoraggio che possono andare dal singolo campionamento alle osservazioni continue per una settimana o più.
Gli strumenti standard misurano i livelli di pressione sonora pesati secondo la curva A e li
possono archiviare ad intervalli di 1 secondo. Strumenti più avanzati presentano analizzatori
integrati che forniscono la distribuzione spettrale del rumore, ovvero il contributo delle principali bande di ottava o 1/3 di ottava
all’interno delle frequenze udibili (20 Hz –
16 kHz). I misuratori di livelli di rumore utilizzano microfoni molto sensibili che sono
normalmente protetti dal vento e, seguendo
gli standard, posizionati ad un’altezza di 1.5
m o 4 m dal suolo.
Per le misure binaurali (stereo) si utilizzano
microfoni installati nella posizione delle orecchie su teste artificiali (Fig. 17), il che
consente anche di determinare la direzione
di provenienza del rumore. Questo tipo di
Fig. 17 Un microfono binaurale (a sinistra) e monomisure è utilizzato principalmente in studi di aurale (a destra) “ascoltano” il rumore da traffico in
impatto del rumore poiché è possibile misu- un’area ricreativa della Val Maurienne in Francia.
rare il rumore così come è percepito Entrambe i sensori sono protetti dal vento.
dall’udito umano.
Simulazioni e previsioni
L’impatto sull’inquinamento e sul rumore di infrastrutture progettate (ad es. nuove autostrade
o linee ferroviarie), di misure amministrative (ad es. limiti di velocità, divieto di transito notturno per i mezzi pesanti), dello spostamento modale (da strada a rotaia) o di futuri scenari di
traffico (ad es. per l’apertura di nuovi tunnel ferroviari, crescita economica o cambiamenti nel
turismo), così come le loro conseguenze, non possono essere determinati sulla base di monitoraggi o osservazioni. È necessario applicare strumenti di simulazione e procedure di previsione.
Fondamentalmente, i principali processi atmosferici che governano lo sviluppo di venti forzati
dall’orografia e dalla stratificazione termica, il trasporto, la dispersione, la reazione chimica e
la deposizione di inquinanti atmosferici, così come la propagazione, l'assorbimento, la riflessione, la rifrazione e la diffrazione delle onde sonore, sono largamente conosciuti e possono
essere descritti da formule matematiche, fisiche e chimiche. La soluzione di tali equazioni
fornisce principalmente l’evoluzione temporale e/o la distribuzione spaziale delle concentrazioni di inquinanti e dei livelli di rumore in determinate condizioni al contorno. Modelli di emissione vengono utilizzati in via preliminare per convertire i dati di traffico in emissioni. Successivamente la valutazione dell’impatto si basa su relazioni esposizione-effetto che descrivono
gli effetti sulla salute in conseguenza dell’inquinamento o del rumore.
16
Fig. 18 Effetto della risoluzione spaziale: il grafico mostra l’elevazione del terreno delle Alpi occidentali
con una risoluzione spaziale di 4 km (a sinistra). Nel sottodominio evidenziato (riquadro rosso) la risoluzione spaziale è portata ad 1 km (a destra) rendendo visibili molti più dettagli dell’orografia.
In tal modo è possibile simulare per mezzo di “modelli” o “sistemi modellistici” i processi antropici o naturali responsabili delle problematiche legate al traffico. Bisogna però tenere sempre in conto che i “modelli” sono una semplificazione della realtà: mentre i processi naturali
dipendono dall’interazione di miriadi di singole molecole, anche i computer più potenti non
sono in grado di calcolare tutte queste interazioni. È oltremodo necessario aggregare e approssimare i processi fisici per questioni computazionali, ma ciò può essere all’origine di inaccuratezze: la maggior parte dei modelli è caratterizzato da una certa “risoluzione” spaziale,
ovvero una lunghezza scala che determina l’estensione delle più piccole peculiarità orografiche e dei processi che possono essere rappresentati nella simulazione (Fig. 18).
Nel corso degli ultimi decenni sono stati sviluppati presso le università e i centri di ricerca
potenti modelli fisico-matematici che sono stati validati (ovvero verificati nella loro correttezza)
tramite confronto dei loro risultati sia con dati misurati routinariamente che nel corso di apposite campagne di validazione. Quando un modello mostra la propria capacità nel riprodurre
con sufficiente accuratezza un caso reale ben documentato, allora può essere utilizzato come
strumento previsionale per la simulazione di scenari futuri con sufficiente affidabilità.
Poiché soluzioni molto accurate richiedono uno sforzo computazionale molto elevato, sono
stati derivati anche modelli semplificati per applicazioni di routine. Tali modelli sono spesso
richiamati dalle regolamentazioni nazionali o internazionali e sono utilizzati dagli amministratori o dagli studi tecnici nelle procedure di approvazione durante la fase di pianificazione di
nuove infrastrutture, per valutare se gli interventi violeranno i limiti di inquinamento o rumore
imposti dalla legge. Lo svantaggio di tali modelli risiede nel fatto che sono stati sviluppati principalmente per terreni pianeggianti e quindi trascurano la complessità associata all’orografia
Alpina, ed in particolare le relazioni esistenti tra topografia e meteorologia. Come conseguenza di un errato utilizzo dei modelli si possono avere stime poco affidabili.
Modelli avanzati sono oggigiorno pronti per l’uso ma non possono sostituire immediatamente i
modelli standard indicati dalle regolamentazioni. Ciononostante possono essere utilizzati come strumenti supplementari per
−
investigare situazioni complesse in cui i metodi standard possono fallire,
−
definire le condizioni peggiori, ovvero quelle situazioni in cui ci si attende un elevato inquinamento che richiede contromisure adeguate,
17
−
l’ottimizzazione di misure di abbattimento in situazioni geografiche specifiche,
− la valutazione di scenari di traffico futuri.
In pratica l’utilizzo di modelli spesso risente dei seguenti problemi:
−
−
dati dettagliati di input spesso non sono disponibili con una sufficiente qualità, perché
non vengono raccolti in certe aree o perché non sono resi disponibili dai proprietari,
motivi economici richiedono un compromesso tra impegno computazionale e accuratezza.
Tuttavia l’applicazione di modelli avanzati fornisce spesso risultati migliori rispetto a quelli
ottenibili tramite l'adozione di metodi ingegneristici o semplici stime.
Modelli di emissione
I modelli di emissione sono utilizzati per calcolare le emissioni (ovvero la massa di inquinanti rilasciata nell’intervallo di tempo o i
livelli di potenza sonora) lungo una strada o
una linea ferroviaria partendo dai dati di traffico (numero di veicoli/treni per intervallo di
tempo, composizione dei veicoli/tipi di treno,
distribuzione delle velocità, pendenze, condizioni del manto stradale o della sede ferroviaria). I dati di traffico possono essere osservati, stimati o previsti. La qualità dei dati
di emissione dipende ovviamente dalla qualità dei dati di traffico. Il traffico e le altre fonti
di emissioni, come ad es. il riscaldamento
domestico e le industrie, sono catalogati
dalle Agenzie per l’Ambiente nei cosiddetti
“inventari delle emissioni”.
Modelli meteorologici
I modelli meteorologici sono utilizzati per
calcolare la distribuzione spaziale di tutti i
parametri che controllano sia il trasporto e la
dispersione degli inquinanti che la propagazione delle onde sonore in tre dimensioni. I
campi dettagliati dei parametri meteorologici
in aree montane sono determinati simulando
tutti i processi che sono influenzati dai fattori
topografici (elevazione del terreno, uso del
suolo, proprietà aerodinamiche e termodinamiche del suolo), dai fattori astronomici
(ora dell’alba e del tramonto, inclinazione
solare), e da fattori meteorologici a larga
scala (ad es. correnti in quota). In particolare
i modelli devono essere in grado di riprodurFig. 19 Esempio di simulazioni meteorologiche “inre i sistemi di circolazione indotti dalle mon- nestate” del campo di vento con 1 km di risoluzione
tagne (correnti di pendio, circolazioni monte- (in alto) e in un sottodominio (riquadro rosso) con
pianura, incanalamento, foehn) e la forma- 100 m di risoluzione (in basso).
18
zione di inversioni. I modelli meteorologici tipicamente utilizzati nelle Alpi hanno una risoluzione orizzontale compresa tra qualche centinaio di metri e una decina di chilometri. I modelli
con una risoluzione meno raffinata non possono simulare le circolazioni nelle valli più strette,
ma possono coprire un’ampia porzione delle Alpi. Tecniche di “annidamento” (inserimento di
modelli con risoluzione via via maggiore) permettono di coprire un’area ampia con un focus
più dettagliato su di una certa porzione (Fig. 19).
Modelli di inquinamento
I modelli di inquinamento
atmosferico calcolano il trasporto, la dispersione, la
deposizione e le trasformazioni chimiche degli inquinanti per una data emissione
e un dato campo meteorologico. Le informazioni sulle
emissioni e la meteorologia
sono spesso ricavate dai
risultati dei relativi modelli
descritti in precedenza, cui si
aggiungono i dati topografici.
I modelli di inquinamento
forniscono la distribuzione
spaziale delle concentrazioni Fig 20 Esempio di simulazione della concentrazione media annuale di
in aria e/o la massa di inqui- NO2 in una vasta area delle Alpi orientali.
nanti che si depositano sulla superficie o sulla vegetazione (deposizione secca e umida, sedimentazione). Per quanto riguarda la risoluzione spaziale dei modelli di inquinamento si applicano le stesse considerazioni fatte con riferimento ai modelli meteorologici (Fig. 20).
Modelli di rumore
A seconda della complessità, i modelli di
rumore simulano parzialmente o completamente gli effetti di propagazione del suono
tra la sorgente e il ricettore (ad es. in aree
abitate) per specifici livelli di emissione e
condizioni meteorologiche. Come nel caso
dei modelli di inquinamento, i dati d’ingresso
possono essere ottenuti dai modelli di emissione o meteorologici. In aggiunta è necessario descrivere accuratamente la topografia
dell’area (morfologia e caratteristiche del
terreno, edifici). I modelli di rumore forniscono i livelli di rumore in posizioni di ricezione
selezionate o su di un’area estesa (mappe Fig. 21 Esempio di mappe di rumore. I colori rappresentano i livelli di rumore simulati sulle facciate
di rumore, Fig. 21).
degli edifici della Val Maurienne in Francia. Tonalità
dal verde al rosso indicano livelli crescenti.
19
Modelli di impatto
I modelli di impatto considerano dati di inquinamento
e/o rumore che sono stati misurati o simulati e calcolano l’impatto sulla salute umana, il livello di disturbo, il
potenziale incremento dei ricoveri ospedalieri, il decremento delle aspettative di vita o i costi esterni indotti
dalla problematica ambientale. I modelli di impatto sono
basati su funzioni esposizione-risposta e richiedono in
particolare informazioni demografiche (densità di popolazione, distribuzione di età, tempi di permanenza indoor e outdoor, ecc.).
Con l’aiuto di Sistemi Informativi Territoriali (SIT o Geographical Information Systems – GIS) è possibile combinare mappe di densità di popolazione e parametri di
impatto sulla salute in una rappresentazione cartografica (Fig. 22).
Fig 22 “Anni di vita persi – Years of life
lost” (crescenti dal giallo al rosso) per
effetto dell’inquinamento atmosferico in
una
sezione
della
valle
dell’Adige/Etschtal.
Photo credits:
J. Defrance (17), M. de Franceschi (16), Alexander Gohm (7, 10, 15b), D. Heimann (1, 2, 3, 4,
5, 19), P. Lercher (13), K. Schäfer (15d, 21), J. Vergeiner (9, 15a,c)
20
ALPNAP Partecipanti
(1)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Physik der Atmosphäre, Oberpfaffenhofen, 82234 Weßling, Germania (Partner Capofila).
http://www.dlr.de/pa
(2)
Agenzia Regionale per la Protezione Ambientale del Piemonte (ARPA del Piemonte), corso Unione Sovietica, 216, 10134 Torino, Italia.
http://www.arpa.piemonte.it/
(3)
Centre d’Etudes Techniques de l’Equipement de Lyon (CETE de Lyon), 46, rue
Saint-Théobald BP 128, 38081 L’Isle d’Abeau Cedex, Francia.
http://www.cete-lyon.equipement.gouv.fr
(4)
Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), Département Acoustique et
Eclairage, 24, rue Joseph Fourier, 38400 Saint-Martin-d’Hères, Francia.
http://www.cstb.fr
(5)
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH (FZK), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Bereich Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), Kreuzeckbahnstr. 19,
82467 Garmisch-Partenkirchen, Germania.
http://www.fzk.de
(6)
Istituto di Scienze dell'Atmosfera e del Clima – CNR (ISAC-CNR), corso, Fiume 4,
10133 Torino, Italia.
http://www.isac.cnr.it
(7)
Medizinische Universität Innsbruck (MUI), Department für Hygiene, Mikrobiologie
und Sozialmedizin - Sektion für Sozialmedizin, Sonnenburgstr. 16, 6020 Innsbruck,
Austria.
http://www.i-med.ac.at/sozialmedizin
(8)
Technische Universität Graz (TU Graz), Institut für Verbrennungskraftmaschinen und
Thermodynamik, Inffeldgasse 21a, 8010 Graz, Austria.
http://fvkma.tu-graz.ac.at
(9)
Università degli Studi di Trento, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale,
Gruppo di Fisica dell' Atmosfera, Via Mesiano 77, 38100 Trento, Italia.
http://apg.ing.unitn.it
(10)
Universität für Bodenkultur Wien (BOKU), Department Wasser-Atmosphäre-Umwelt,
Institut für Meteorologie, Peter Jordan Str. 82, 1190 Wien, Austria.
http://www.wau.boku.ac.at/met.html
(11)
Universität Innsbruck, Institut für Meteorologie und Geophysik, Innrain 52, 6020
Innsbruck, Austria.
http://www2.uibk.ac.at/meteo
Fly UP