MODELOS DE STREET- CANYON PARA LA FORMULACIÓN DE PLANES URBANOS

Transcripción

1 MODELOS DE STREET- CANYON PARA LA FORMULACIÓN DE PLANES URBANOS Fernando Martín y José Luís Santiago División de Contaminación Atmosférica. CIEMAT fernando.martin@ciemat.es jl.santiago@ciemat.es 1

2 GUIÓN Introducción Utilidad de los modelos de street canyon Efecto del tráfico y su reordenación. Efecto de la vegetación urbana. Conclusiones 2

3 Introducción Uno de los principales problemas de calidad del aire los encontramos en las calles de las ciudades. Altos niveles de óxidos de nitrógeno y partículas. Fuente MARM-IDAEA-CSIC 3

4 Introducción Contaminación a escala de calles es la suma de una serie de contribuciones a diferentes escalas espaciales. En las ciudades, tenemos hot-spots. Puntos de medida Areas urbanas 40 Trafico, fuentes locales PM10 [µg/m³] Fondo urbano Fondo regional Fondo natural/hemisférico Areas rurales Incremento hot spot Incremento urbano Contribución urbana total 4

5 Introducción El análisis de la contaminación a escala de calles puede hacerse también con herramientas de modelización Julian day 186. Year: Hour: 16 UTC. (ppb)

6 Introducción Efectos en calles: Formación de vórtices y canalizaciones dentro de los calles. Acumulación de contaminantes en determinadas zonas. A esta escala, sólo son significativas las reacciones químicas rápidas debido a la poca distancia existente entre los emisores y los receptores 6

7 Introducción Modelos de street canyon son modelos matemáticos que tratan de simular las circulaciones de aire y la dispersión de contaminantes en una calle considerada como un cañón urbano. Ventajas: Alto nivel de detalle y resultados razonablemente buenos. Inconvenientes: Salvo excepciones, complejos y coste computacional alto. 2-D sección vertical 3-D 7

8 Utilidad de los modelos SC Los modelos de street-canyon son útiles para abordar problemas de hot spots urbanos. Representatividad de estaciones de medida de la calidad del aire en calles. Evaluación de la calidad del aire en hot-spots urbanos. Permiten extrapolar las mediciones de las estaciones de calidad del aire urbano a las calles de su alrededor. Ayuda al diseño y evaluación de planes de mejora de calidad del aire en calles 8

9 Efecto del tráfico y su reordenación. El tráfico es el principal responsable de la contaminación atmosférica en las calles. Si queremos reducir la contaminación, hay que actuar sobre el tráfico. Con modelos SC podemos estimar la contribución de cada calle a la contaminación. Esto permite dar ideas sobre que calles hay que actuar y en que medida. 9

10 Efecto del tráfico y su reordenación. Plaza de la Cruz (Pamplona, Spain) 10

11 Metodología Se simula un período largo (meses-años). Debido al alto coste computacional, no se puede simular un período largo de forma continua. Se simulan escenarios con distintas direcciones de viento (16 sectores: N, NNE, NE, ) con un trazador pasivo emitido por el tráfico para cada calle. Efecto del tráfico y su reordenación. A cada hora le hemos asignado un valor de dirección de viento igual al más frecuente durante ese periodo y una velocidad igual al valor medio horario. 11

12 Efecto del tráfico y su reordenación. Consideraciones: Contaminantes (trazadores) con poca reactividad. Efectos térmicos despreciables frente a efectos dinámicos. Las emisiones en cada calle y cada hora son proporcionales a la intensidad de tráfico. Las concentración de contaminantes en cada hora depende de las emisiones y las condiciones atmosféricas de cada hora. 12

13 Efecto del tráfico y su reordenación. E1 E2 E3 E4 Periodo simulado: Enero- Febrero Escenarios meteorológicos. Sólo periodos diurnos LT Altura de edificios = 15m. 4 trazadores pasivos, uno para cada tipo de calle. Malla de cálculo: celdas aprox. Resolución máxima: 2 m horizontal 1.5 m vertical. 13

14 Efecto del tráfico y su reordenación. Comparación con datos experimentales (Periodo enero-febrero 2007) Series temporales de concentraciones horarias Estación de Pza de la Cruz NOx r=0.54. Si V > 0.7m/s, r=0.74. PM10 r=0.67. Si V > 0.7m/s, r= ,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 PM10 Concentración normalizada con concentración media en la estación Modelled Measurement 0,00 07/01/01 07/01/15 07/02/01 07/02/15 07/02/28 14

15 Efecto del tráfico y su reordenación. Comparación con datos experimentales (Periodo enero-febrero 2007) Datos de captadores pasivos en tres puntos. Quincenas. r=0.84 r=

16 Efecto del tráfico y su reordenación. Contribución de cada calle a la concentración total Viento ESE (112,5º) Total E1 Avenida de Baja Navarra E2 Avenida de Zaragoza E3 Alrededores de la Plaza de la Cruz 90 E1 80 E4 Avenida de Galicia E E3 E

17 Efecto del tráfico y su reordenación. Se adoptó un VL supuesto = 2 veces concentración media estimada en estación Plaza de la Cruz. Propuesta de redistribución de tráfico (se mantiene constante el Nº total de coches): Reducción 30% en calles 2 y 3 De esos vehículos pasan 75% a calle 1 y 25% a calle 4. Efectos: Reducción importante de concentración y superaciones en estaciones 1 y 2. Ligero incremento de superaciones en estación 3. Punto 1 Punto 2 2 Antes Después Antes Después Antes 1 3 Concentración Normalizada Media E1 E2 E3 E4 Superaciones VL supuesto Punto 3 Después

18 Procedimiento Hay un hot spot Imperativo eliminarlo o reducirlo Qué hacer?: Delimitar espacial y temporalmente el hot-spot. Condiciones atmosféricas. Determinar la causa. Qué calles son las responsables?. Dónde puedo actuar con mayor eficacia?. Qué medida se puede tomar en la práctica?. Comprobar previamente el efecto de esas medidas (en zona afectada y aledañas). Adoptar esas medidas. Hacer un seguimiento del impacto de las medidas (en zona afectada y aledañas). En rojo, se marca donde los modelos SC pueden ayudar 18

19 Efecto de la vegetación urbana Vegetación es un elemento: Mejora el aspecto de las ciudades. Mejora del confort climático y bienestar: Altera los flujos de calor entre la superficie de la calle y el aire, altera el flujo de radiación solar (sombras), aislamiento térmico, Afecta al viento, temperatura y humedad. Elemento mitigador de la contaminación atmosférica, aunque no se sabe cuantificar en que medida. 19

20 Efecto de la vegetación urbana 20

21 Efecto de la vegetación urbana Altura irregular de los edificios: Hmax = 90m; Hmin=6m; Hprom=18-24m Dimensiones de la zona estudiada: 700 m x 800 m 21

22 Efecto de la vegetación urbana Malla: Poligonal con hexaedros perpendiculares a las paredes. 2 Mallas probadas ( y celdas ) Resolución cerca edificios: 1 m - 3 m 22

23 Efecto de la vegetación urbana Datos de intensidad media diaria de vehículos (tomado de web Ayuntamiento de Madrid) Suposición: En cada simulación la relación de coches entre una calle y otra es la misma (i.e. a cada hora del día esta relación es similar) 23

24 Efecto de la vegetación urbana Emisión de 29 trazadores uno por cada calle. (1 ecuación por trazador) Altura emisión: 0-2 m Anchura de la fuente dependiente del número de carriles de la calle. 24

25 Efecto de la vegetación urbana 25

26 Efecto de la vegetación urbana 26

27 Efecto de la vegetación urbana Efectos dinámicos (velocidad y dirección de viento) Frenado del viento: Efectos de depósito Sumidero en ecuación de transporte S c = av C d 27

28 Efecto de la vegetación urbana 28

29 Sin vegetación Vegetación (Posición) Vegetación (sin depósito) Vegetación (vdep=10cm/s) 29

30 Sin vegetación Vegetación (Posición) Vegetación (sin depósito) Vegetación (vdep=10cm/s) 30

31 Sin vegetación(10m) Vegetación (Posición) Vegetación (sin depósito)(10m) Vegetación (vdep=10cm/s) (10m) 31

32 Conclusiones (1) Se ha mostrado la utilidad de los modelos de street-canyon para analizar y reducir los hot spots urbanos. Reproducen razonablemente bien la evolución de las concentraciones en estaciones de tráfico Representan bastante bien la distribución espacial de concentraciones en calles, lo que ayuda a determinar la extensión del hot spot urbano. Se ha mostrado un ejemplo de uso de los modelos de SC para plantear y examinar estrategias de reducción o reordenación del tráfico urbano y su impacto en la mejora de la calidad del aire. Los modelos de SC también pueden ser útiles para evaluar la calidad del aire en ciudades y estudiar la representatividad de las estaciones de medida. 32

33 Conclusiones (2) La vegetación urbana puede jugar un papel importante en la dispersión de contaminantes en calles. Hay muchas incertidumbres que resolver debidos efectos contrapuestos. Vegetación urbana obstaculiza la dispersión Vegetación urbana es un sumidero de contaminación Ajustar los parámetros de la vegetación urbana para una correcta modelización. Continuar estudio para más zonas, para todas las direcciones de viento, con distintas parametrizaciones de vegetación urbana, y comparar con los datos experimentales. CIEMAT ha propuesto un proyecto para tratar este tema. La calidad del aire de las ciudades será mejor cuanto menores sean las emisiones de tráfico. 33

34 Gracias por su atención Parte del trabajo sobre reordenación de tráfico ha sido realizado en colaboración con la Universidad de Navarra (A. Parra y J.M. Santamaría) 34