Modelos de dispersión en terrenos complejos (II)

Para ello se utilizan estadísticas del viento geostrófico (datos sobre la capa superior de la atmósfera obtenidos con radiosondas).
En el caso de que sea necesario conocer con más detalle los sistemas térmicos del viento, se utilizarán los denominados modelos de pronóstico. Según la escala y la pendiente del área del modelo, puede que sea conveniente utilizar un modelo hidrostático o incluso un modelo no hidrostático de mayor complejidad (VDI 1981). Este tipo de modelos exigen un ordenador de gran potencia y una gran experiencia en su aplicación.

Por lo general, no sirven para determinar concentraciones basadas en medias anuales, pero pueden realizarse estudios del caso más desfavorable considerando sólo una dirección del viento y parámetros de velocidad de viento y estratificación obtenidos con los valores más altos de concentración a ras de suelo. Si estos valores del caso más desfavorable son inferiores a los establecidos por las normas sobre la calidad atmosférica, no será necesario realizar estudios más detallados.
En las Figuras 55.2, 55.3 y 55.4 se indica la manera de representar el transporte y la dispersión de contaminantes en relación con la influencia del terreno y los parámetros climatológicos del viento teniendo en cuenta las frecuencias de viento superficial y geostrófico.

Figura Concentraciones medias anuales de contaminantes en una región hipotética calculadas a partir de la distribución de frecuencias geostróficas para campos de viento heterogéneos.

Figura Distribución de frecuencias superficiales determinada a partir de la distribución de frecuencias geostróficas

Figura Estructura topográfica de una región modelo

Modelos de dispersión en terrenos complejos (I)

Cuando se tienen que determinar las concentraciones de contaminantes en un terreno estructurado, a veces es necesario incluir los efectos topográficos en los modelos de dispersión de los contaminantes. Estos efectos son, por ejemplo, el transporte según la topografía o los sistemas de vientos térmicos como brisas marinas o vientos de montaña, que cambian su dirección en el transcurso del día.
Si estos efectos tienen lugar a una escala mucho mayor que el área del modelo, su influencia puede considerarse utilizando datos meteorológicos que reflejen las características locales. Si no se dispone de este tipo de datos, puede obtenerse la estruc- tura tridimensional del flujo en la topografía utilizando un modelo de flujo adecuado. A partir de estos datos se obtiene un modelo de dispersión suponiendo que existe homogeneidad horizontal, como se describió antes para el modelo gaussiano de penacho. Sin embargo, cuando las condiciones del viento varían de forma significativa dentro del área del modelo, el modelo de dispersión debe tener en cuenta el flujo tridimensional afectado por la estructura topográfica. Como hemos visto ya, esto puede realizarse con un modelo gaussiano de ráfaga o con un modelo de Lagrange. Otra alternativa es utilizar el modelo más complejo de Euler.
Para determinar la dirección del viento de acuerdo con la estructura topográfica del terreno, puede utilizarse un modelo de flujo de diagnóstico o de masa constante (Pielke 1984). En estos modelos, el flujo se adapta a la topografía modificando al mínimo los valores iniciales y manteniendo su masa constante. Puesto que con este modelo se obtienen resultados rápidos, puede utilizarse también para calcular estadísticas del viento en un determinado lugar cuando no se dispone de observaciones.

Modelos de contaminación atmosférica (III)

En el caso de emisiones accidentales o estudios de casos indi- viduales, se recomienda utilizar un modelo de Lagrange o de partículas (VDI Guideline 3945, Parte 3), que calcula las trayecto- rias de un gran número de partículas, cada una de las cuales representa una cantidad fija del contaminante en cuestión. Las trayectorias individuales están determinadas por el desplaza- miento debido al viento medio y a las alteraciones estocásticas que, aunque impiden que las trayectorias coincidan totalmente, representan el mezclado turbulento. En principio, los modelos de Lagrange son capaces de representar condiciones meteoroló- gicas complejas, en especial de viento y turbulencias. Los campos calculados mediante los modelos de flujo que se describen a continuación pueden utilizarse para los modelos de dispersión de Lagrange.

Figura Sistema Mundial de Vigilancia ambiental/Control de la Contaminación atmosférica

Modelos de contaminación atmosférica (II)

En este caso, la ecuación mencionada antes puede resolverse analíticamente. La fórmula resultante describe un penacho con una distribución gaussiana de la concentración, el denominado modelo gaussiano de penacho (VDI 1992). Los parámetros de distribución dependen de las condiciones meteorológicas, de la distancia recorrida por el viento y de la altura de la fuente y deben ser determinados de forma empírica (Venkatram y Wyngaard 1988). Cuando las emisiones y/o los parámetros meteorológicos varían a lo largo de un período considerable de tiempo y/o en el espacio, pueden describirse mediante el modelo gaussiano de ráfaga (VDI 1994). En este modelo se emiten diferentes ráfagas en periodos de tiempo fijos y cada una de ellas sigue su propia trayectoria de acuerdo con las condi- ciones meteorológicas del momento. En su camino, cada ráfaga crece dependiendo del mezclado turbulento. Los parámetros que describen este crecimiento deben determinarse a partir de datos empíricos (Venkatram y Wyngaard 1988), aunque para ello será necesario disponer de datos en el tiempo y/o en el espacio con la resolución necesaria.

Modelos de contaminación atmosférica (I)

Como ya se mencionó antes, la dispersión de los contaminantes depende de las condiciones de emisión, el transporte y el mezclado turbulento. La ecuación global que describe estas características se denomina modelo de dispersión de Euler (Pielke 1984). Con este modelo se determinan las pérdidas y ganancias del contaminante en cuestión en todos los puntos de una rejilla espacial imaginaria en diferentes periodos de tiempo. Este método es muy complejo y requiere un tiempo de procesamiento informático muy largo, razón por la cual no puede aplicarse de forma rutinaria, aunque en muchos casos puede simplificarse aplicando los supuestos siguientes:
• las condiciones de emisión no varían con el tiempo;
• las condiciones meteorológicas no varían durante el transporte,
• la velocidad del viento es superior a 1 m/s.

Parámetros que influyen en la dispersión de los contaminantes (II)

Los parámetros meteorológicos que influyen en la dispersión de contaminantes son la velocidad y la dirección del viento, así como la estratificación térmica vertical. La concentración de contami- nante es inversamente proporcional a la velocidad del viento, debido principalmente a su movimiento acelerado. Además, el mezclado turbulento aumenta con la velocidad del viento. Las inversiones térmicas (es decir, situaciones en las que la tempera- tura aumenta con la altura) dificultan el mezclado turbulento, razón por la cual cuando se producen estratificaciones muy esta- bles se observan concentraciones máximas a ras de suelo. Por el contrario, las situaciones de convección intensifican el mezclado vertical, dando lugar a valores de concentración más bajos.
Las normas sobre la calidad atmosférica (por ejemplo, valores anuales medios o percentiles 98) suelen basarse en estadísticas y por ello es preciso obtener datos de series cronológicas de los principales parámetros meteorológicos. Lo ideal es que las estadísticas se basen en diez años de observación. Si sólo se dispone de series cronológicas más cortas, debe comprobarse que éstas sean representativas de un período de tiempo más largo anali- zando, por ejemplo, series cronológicas más largas obtenidas en otros puntos de observación.
La serie cronológica utilizada tiene que ser también represen- tativa del lugar en cuestión, es decir, debe reflejar las características locales. Esto es especialmente importante en el caso de las normas sobre la calidad atmosférica que se basan en fracciones máximas de la distribución, como los percentiles 98. Si no se dispone de una serie cronológica de este tipo, puede utilizarse un modelo de flujo meteorológico calculado a partir de otros datos, según se describe a continuación.

Parámetros que influyen en la dispersión de los contaminantes (I)

En la dispersión de contaminantes influyen dos tipos de paráme- tros: los parámetros de la fuente y los parámetros meteorológicos. En los primeros las concentraciones son proporcionales a la cantidad de contaminante emitido. Cuando se trata de polvo, debe conocerse el diámetro de las partículas para poder deter- minar la sedimentación y la precipitación del material (VDI 1992). Puesto que las concentraciones en la superficie son menores cuanto mayor sea la altura de la fuente, este parámetro tiene que ser también tenido en cuenta. Además, las concentra- ciones dependen de la cantidad total de gases liberados, así como de su temperatura y velocidad. Si la temperatura es superior a la del aire exterior, los gases estarán sometidos a flotación térmica. La velocidad de liberación, que puede calcularse conociendo el diámetro interior de la fuente y el volumen de gases liberados, produce fuerzas ascensionales dinámicas. Existen una serie de fórmulas empíricas que puede utilizarse para describir estos pará- metros (VDI 1985; Venkatram y Wyngaard 1988). Debe recor- darse que la flotación térmica y las fuerzas dinámicas no dependen de la masa del contaminante en cuestión, sino de la cantidad total de gas liberado.

CONTAMINACION ATMOSFERICA: • MODELOS DE DISPERSION DE CONTAMINANTES ATMOSFERICOS

La finalidad de los modelos de contaminación atmosférica es estimar las concentraciones de contaminantes en el aire exterior como consecuencia, por ejemplo, de procesos industriales, fugas o el tráfico. Estos modelos se utilizan para estimar la concentración total de un contaminante e identificar la causa de unos niveles extraordinariamente altos de contaminación. En la fase de plani- ficación de los proyectos, permite anticipar la contribución al estrés ambiental y optimizar las condiciones de emisión. Dependiendo de las normas sobre la calidad atmosférica esta- blecidas para el contaminante en cuestión, se utilizan los valores medios anuales o las concentraciones máximas durante cortos períodos de tiempo. Por lo general, las concentraciones deben determinarse en el lugar donde viven las personas, es decir, cerca de la superficie a una altura de unos dos metros del suelo.

Importancia de la evaluación del impacto ambiental

La evaluación del impacto ambiental (EIA) es el proceso por el cual el organismo responsable prepara un informe detallado sobre el impacto ambiental de una acción propuesta que afecta considerablemente a la calidad del entorno humano (Lee 1993). La EIA es un instrumento de prevención que tiene como fina- lidad evaluar el entorno humano en la fase inicial del desarrollo de un programa o proyecto.
La EIA resulta especialmente importante en los países donde se desarrollan proyectos como parte de su reorientación o rees- tructuración económicas. La EIA se ha incorporado a la legisla- ción en muchos países desarrollados y cada vez se aplica más en los países en vías de desarrollo y con economías en transición.
La EIA es una herramienta que integra la planificación y gestión del medio ambiente, considerando las interacciones entre diferentes medios. Por otra parte, la EIA incorpora la esti- mación de las consecuencias ambientales al proceso de planifica- ción, con lo que se convierte en un instrumento adecuado para el desarrollo sostenible. La EIA combina asimismo propiedades técnicas y participativas al recoger, analizar y aplicar datos cien- tíficos y técnicos considerando el control de calidad y la garantía de calidad e incluye consultas con los organismos responsables de la protección del medio ambiente y las personas que pueden verse afectadas por ciertos proyectos antes de aprobar ningún procedimiento. Un plan de calidad atmosférica puede conside- rarse como parte integrante del proceso EIA aplicado a la atmósfera.

Capa de Ozono Una estrategia para el seguimiento del control de la calidad

Una estrategia para el seguimiento del control de la calidad del aire consiste en planes y políticas referentes a la manera de poner en práctica futuros planes de calidad atmosférica.

Al ser también un plan preventivo, el plan de calidad atmosférica

Al ser también un plan preventivo, el plan de calidad atmosférica debe incluir estimaciones de las tendencias de la población, el tráfico, la industria y el consumo de combustibles para poder evaluar respuestas a futuros problemas. La adopción de medidas con antelación a los supuestos problemas evitará multitud de difi- cultades en el futuro.

Plan de ejecución, recursos comprometidos

El plan de calidad atmosférica debe incluir siempre un plan de ejecución que especifique la forma en que deben aplicarse las medidas de control. Este plan incluye también un compromiso de recursos para que, de acuerdo con el principio de quien conta- mina paga, se establezcan las acciones que deberán emprender los que contaminan y la manera en que el gobierno les ayudará a respetar ese compromiso.

Planificación del transporte y el uso del suelo (IV)

Las políticas sociales de la vivienda, cuyo objetivo es poner ésta al alcance de todas aquellas personas que de otra forma no tendrían acceso a ella (mediante ventajas fiscales e hipotecarias) estimulan el crecimiento urbano y desincentivan indirectamente un desarrollo residencial de mayor densidad. Actualmente estas políticas han resultado ser desastrosas para el medio ambiente, ya que no contemplan un desarrollo simultáneo de sistemas eficientes de transportes que atiendan las necesidades de los habitantes de las nuevas comunidades que se desarrollan. La lección que debemos aprender de este tipo de desarrollo es la necesidad de coordinar los diferentes programas que tienen un impacto ambiental y de realizar asimismo una planificación integral en el ámbito en el que se produce el problema y a una escala lo suficientemente amplia como para abarcar todo el sistema.
La planificación del uso del suelo debe plantearse a escala nacional, provincial, regional y local para garantizar una adecuada protección a largo plazo del medio ambiente. Por lo general, los programas gubernamentales comienzan ubicando las centrales de generación de energía, los lugares de extracción de minerales, las zonas costeras y los desiertos, montañas y otras áreas de interés turístico. Puesto que la multiplicidad de admi- nistraciones locales en una determinada región no les permite a éstas afrontar de forma adecuada los problemas ambientales regionales, son los gobiernos o administraciones regionales quienes deben coordinar el desarrollo urbanístico y los patrones de densidad, supervisando la gestión del espacio, el emplaza- miento y el uso de nuevas construcciones y los servicios de trans- porte. La planificación del transporte y del uso del suelo debe ir acompañada de la vigilancia del cumplimiento de las normas para mantener la calidad atmosférica deseada. En un caso ideal, la planificación del control de la contaminación atmosférica debería ser realizada por la misma entidad regional responsable de la planificación del uso del suelo, ya que ambas áreas presentan factores externos comunes.

Planificación del transporte y el uso del suelo (III)

La planificación del uso del suelo para el control de la conta- minación atmosférica incluye códigos de zonificación y normas de explotación, controles del uso del suelo, desarrollo urbanístico y políticas de planificación del uso del suelo. La zonificación del uso de suelo supuso un primer intento de proteger a la pobla- ción, sus propiedades y sus oportunidades económicas. Pero la dispersión de los contaminantes atmosféricos exigía algo más que la simple separación física de los polígonos industriales y las zonas residenciales para proteger al individuo. Por esta razón se introdujeron en algunos códigos de zonificación normas de explotación basadas inicialmente en decisiones estéticas o cuali- tativas en un intento de establecer criterios para identificar los problemas potenciales.
La planificación a largo plazo del uso del suelo exige la identi- ficación de las limitaciones en la capacidad de asimilación del medio ambiente. Acto seguido pueden establecerse controles del uso del suelo que distribuyan de forma equitativa esta capacidad entre las distintas actividades locales. Los controles del uso del suelo comprenden sistemas de autorización de nuevas fuentes estáticas, clasificación de zonas industriales y residenciales, restricciones por la designación de servidumbres de paso o expropiación de terrenos, control del emplazamiento del receptor, zonificación en función de la densidad de las emisiones y regulación de la distribución de las emisiones.

Planificación del transporte y el uso del suelo (II)

Los planes nacionales con controles indirectos del transporte pueden afectar a la planificación del transporte y del uso del suelo por su impacto en las autovías, los aparcamientos y los centros comerciales. La planificación a largo plazo del sistema de transportes y de su área de influencia evitará un deterioro importante de la calidad del aire y permitirá vigilar la aplicación de las normas sobre la calidad atmosférica. En las ciudades se considera que el transporte público podría solucionar los problemas de contaminación atmosférica. La organización del sistema de transporte público para atender a una determinada área y el reparto del tráfico entre el uso de autovías y los servi- cios de autobuses y trenes altera las pautas de uso del suelo. Existe un reparto óptimo para reducir al mínimo la contamina- ción atmosférica, aunque no siempre es aceptable cuando se consideran otros factores además de los ambientales.
El automóvil está considerado como el mayor generador de factores económicos externos (externalidades) de la historia. Algunos de ellos, como el trabajo y la movilidad, son positivos, aunque los negativos, como la contaminación atmosférica, los accidentes que causan heridos y muertos, los daños materiales, el ruido, la pérdida de tiempo y la irritación asociada, llevan a la conclusión que el transporte no es una industria de coste decre- ciente en las zonas urbanas. Los costes de congestión de las auto- vías y el consiguiente tiempo perdido constituyen otro factor externo que resulta difícil de estimar. Si el coste de los desplaza- mientos por motivos de trabajo no incluye los costes de conges- tión, es imposible realizar una evaluación correcta de las distintas modalidades de transporte.

Planificación del transporte y el uso del suelo (I)

El problema de la contaminación está íntimamente ligado al uso del suelo y el transporte, especialmente en lo que respecta a cues- tiones como la planificación urbanística, el diseño de carreteras, el control del tráfico y el transporte público; y a consideraciones demográficas, topográficas, económicas y sociales (Venzia 1977). En general, las aglomeraciones urbanas de rápido crecimiento presentan serios problemas de contaminación derivados de una planificación deficiente del transporte y del uso del suelo. La planificación del transporte con el fin de controlar la contamina- ción atmosférica integra los controles y políticas del transporte, la organización del transporte público y el coste de la congestión de las autovías. Los controles del transporte tienen un importante impacto en la sociedad en términos de equidad, medidas repre- sivas y conflictos sociales y económicos, especialmente los controles directos como restricciones en el uso de los vehículos, racionamiento de la gasolina o reducción de las emisiones de los vehículos. La reducción de las emisiones conseguida con los controles directos puede estimarse y verificarse con métodos fiables. Los controles indirectos, como la reducción del número de millas recorridas gracias a la mejora de los sistemas de trans- porte público, las normativas para mejorar el flujo de tráfico, las normativas sobre aparcamientos, peajes, impuestos aplicados a la gasolina y permisos de conducir, así como la creación de incen- tivos para reducir voluntariamente la utilización de los vehículos, se basan en la mayoría de los casos en la experiencia previa de ensayo y error y presentan demasiadas incertidumbres como para poder formar parte de un plan de transporte viable.