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Modello Concettuale

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

<strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

1. <strong>Modello</strong> concettuale ................................................................................... 3<br />

2. Criterio generico per la stima numerica dei parametri di interesse .............. 5<br />

3. Delimitazione delle sorgenti si contaminazione ........................................... 7<br />

3.1. Suddivisione in poligoni di influenza dell’area ........................................ 7<br />

3.2. Determinazione della continuità spaziale delle sorgenti .......................... 7<br />

3.3. - Analisi del vicinato dei poligoni/celle con C < CSC ............................... 8<br />

3.4. - Caso particolare: sorgente unica .......................................................... 9<br />

4. Sorgente di contaminazione ...................................................................... 11<br />

4.1. Geometria della zona satura e insatura di suolo ................................ 11<br />

4.2. Geometria della sorgente di contaminazione in zona insatura ............ 13<br />

4.3. Geometria della sorgente di contaminazione in zona satura ............... 17<br />

4.4. Valore di concentrazione rappresentativo alla sorgente ...................... 18<br />

4.5. Proprietà chimico-fisiche e tossicologiche dei contaminanti ................ 22<br />

4.6. Selezione degli inquinanti indicatori .................................................. 22<br />

5. Vie di migrazione della contaminazione..................................................... 26<br />

5.1. Parametri relativi ai vari comparti ambientali .................................... 26<br />

Parametri del terreno relativi alla zona insatura di suolo ........................... 26<br />

Parametri del terreno relativi alla zona satura di suolo .............................. 27<br />

Parametri degli ambienti aperti (outdoor) .................................................. 30<br />

Parametri degli ambienti confinati (indoor) ................................................ 33<br />

Parametri delle acque superficiali ............................................................. 37<br />

6. Simboli e valori di default ......................................................................... 45<br />

7. Vie di migrazione: stima dei fattori di trasporto ......................................... 52<br />

7.1. Lisciviazione e dispersione in falda, LF e DAF .................................... 53<br />

Fattore di lisciviazione, LF ....................................................................... 54<br />

Fattore di attenuazione laterale in falda, DAF ........................................... 57<br />

7.2. Volatilizzazione in ambienti aperti (VFss, VFsamb, VFwamb) .................... 61<br />

Volatilizzazione di vapori outdoor da suolo superficiale, VFss ..................... 62<br />

Volatilizzazione di vapori outdoor da suolo profondo, VFsamb ...................... 64<br />

Volatilizzazione di vapori outdoor da falda, VFwamb ................................... 64<br />

7.3. Volatilizzazione in aria indoor ............................................................ 65<br />

Volatilizzazione di vapori indoor da suolo, VFsesp....................................... 66<br />

Volatilizzazione di vapori indoor da falda, VFwesp ...................................... 67<br />

7.4. Emissione di particolato dal suolo indoor e outdoor, PEF ................... 68<br />

7.5. Dispersione in aria outdoor, ADF ....................................................... 68<br />

7.6. Migrazione dall’acqua di falda alle acque superficiali, RDF ................. 69<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

8. Modalità di esposizione e bersagli: di stima dei fattori di esposizione ......... 72<br />

8.1. Calcolo della portata effettiva di esposizione ...................................... 74<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

1. <strong>Modello</strong> concettuale ∗<br />

La ricostruzione del mondo reale, naturale e antropico, dei suoi elementi e delle<br />

interazioni tra di essi, tramite strumenti matematici prende il nome di<br />

“modellizzazione”.<br />

Tale astrazione permette, partendo da una geometria reale e quindi complessa,<br />

di dare vita ad uno schema fisico teorico semplificato, detto “modello<br />

concettuale”.<br />

Nell’ambito della analisi di rischio sanitario (AdR) connesso alla<br />

contaminazione di un sito è necessario, quindi, individuare il <strong>Modello</strong><br />

<strong>Concettuale</strong> Sito (MCS). In realtà, come visto precedentemente, il MCS è uno<br />

strumento con più ampie funzionalità oltre a quelle per l’AdR, esso rappresenta<br />

infatti lo strumento di base per la scelta delle tecniche di bonifica e di messa in<br />

sicurezza, per la pianificazione delle attività di monitoraggio e di verifica. Ciò<br />

nonostante, in questi appunti saranno trattati gli aspetti del MCS specifici per<br />

l’AdR, che rappresentano la fase più impegnativa della sua costruzione.<br />

Tale elaborazione è il frutto di indagini ed analisi di caratterizzazione del sito e<br />

la sua definizione comprende essenzialmente la ricostruzione dei caratteri delle<br />

tre componenti principali che costituiscono l’AdR:<br />

Sorgente Trasporto Bersaglio<br />

devono quindi essere definiti:<br />

1. Le sorgenti di contaminazione<br />

2. Le vie di migrazione<br />

3. I bersagli della contaminazione e le modalità di esposizione<br />

∗ Il materiale riportato in questi Appunti è tratto principalmente dal documento “Criteri<br />

metodologici per l’applicazione dell’analisi assoluta di rischio ai siti contaminati”, pubblicato<br />

dall’APAT, e di seguito indicato come “documento APAT”<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Il diagramma di flusso seguente descrive il modello concettuale generico di un<br />

sito contaminato. In esso sono riportati le sorgenti di contaminazione, minazione, le vie ddi<br />

migrazione e le modalità odalità di esposizione considerate.<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

2. Criterio generico per la stima numerica dei parametri di interesse<br />

Nelle sezioni successive viene descritta una ampia gamma di parametri<br />

(chimici, fisici, geometrici, …) di interesse per le fasi di costruzione del MCS.<br />

Il miglior criterio per la stima di questi parametri è quello di effettuare misure<br />

dirette, ottenendo cioè i “valori sito-specifici”.<br />

Nel caso in cui siano disponibili misure dirette, il calcolo del valore<br />

rappresentativo è il seguente:<br />

se il numero di dati disponibili è inferiore a 10 (N < 10), va selezionato il<br />

valore più conservativo, coincidente con il valore massimo o minimo a<br />

seconda del parametro in esame;<br />

se il numero di dati disponibili è maggiore o uguale a 10 (N ≥ 10), allora :<br />

o se il valore minimo è maggiormente conservativo, si seleziona come<br />

valore rappresentativo il Lower Confidential Limit al 95%<br />

(LCL95%);<br />

o se il valore massimo è maggiormente conservativo, si seleziona<br />

come valore rappresentativo l’Upper Confidential Limit al 95%<br />

(UCL95%);<br />

Per la valutazione degli LCL95% e UCL95% si può ricorrere al test di Student ♦ :<br />

LCL95%<br />

= x − t<br />

UCL95<br />

% = x + t<br />

0.<br />

95<br />

0.<br />

95<br />

σ<br />

N<br />

σ<br />

N<br />

dove x , σ e N sono rispettivamente il valore medio, la standard deviation e il<br />

numero di valori misurati e t0. 95 è la variabile t di Student al livello di confidenza<br />

0.95.<br />

Nel caso in cui non siano disponibili misure dirette, si procede alla<br />

determinazione dei “valori sito-generici”, come di seguito indicato:<br />

qualora disponibili, vanno utilizzati dati storici derivanti da bibliografia<br />

relativa a studi precedentemente condotti sull’area in esame, a<br />

condizione che si tratti di dati attendibili e provenienti da fonti<br />

accreditate;<br />

♦ Una breve descrizione di questo test è riportata negli appunti “Applicazioni del test di<br />

Student”<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

in assenza di dati storici, vanno applicati, ove possibile, i criteri di stima<br />

indiretta, a volte consistenti nella semplice impostazione di un valore di<br />

default, descritti in corrispondenza di ogni parametro nelle sezioni<br />

seguenti.<br />

Nella figura seguente è riportato il diagramma di flusso della procedura<br />

descritta.<br />

Per brevità, nei paragrafi successivi questo criterio sarà citato con la sigla CG<br />

(Criterio Generico).<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

3. Delimitazione delle sorgenti si contaminazione<br />

La procedura per la delimitazione di una o più sorgenti all'interno di un sito<br />

contaminato, prevede:<br />

- Suddivisione in poligoni di influenza dell’area oggetto d’indagine, secondo<br />

la strategia di campionamento adottata;<br />

- Determinazione della continuità spaziale delle sorgenti<br />

- Analisi del vicinato dei poligoni/celle con C < CSC<br />

3.1. Suddivisione in poligoni di influenza dell’area<br />

Questa suddivisione avviene secondo due metodologie diverse, come mostrato<br />

nella figura sottostante, a seconda della strategia di campionamento. Nel caso<br />

di campionamento ragionato si usano i polgoni Thiessen, mentre nel caso di<br />

campionamento sistematico l’area viene suddivisa secondo celle regolari.<br />

Poligoni di Thiessen Celle Regolari<br />

3.2. Determinazione della continuità spaziale delle sorgenti<br />

Si definiscono sorgenti spazialmente distinte, le sorgenti che possono<br />

potenzialmente determinare dei rischi per lo stesso ricettore sulla stessa area<br />

di esposizione che non hanno continuità spaziale.<br />

Al fine di delimitare la sorgente, si considera l’insieme di tutti i poligoni (nel<br />

caso di campionamento ragionato, (figura sottostante) o di tutte le celle (nel<br />

caso di campionamento sistematico) per cui c’e stato il superamento delle CSC<br />

per almeno un contaminante e che hanno continuità spaziale.<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Nel caso di sorgente spazialmente distinte, devono essere eseguite diverse<br />

elaborazioni dell’analisi del rischio, una per ogni sorgente.<br />

3.3. - Analisi del vicinato dei poligoni/celle con C < CSC<br />

I poligoni/celle che non presentano superamento delle CSC, possono<br />

concorrere alla delimitazione della sorgente e al calcolo della concentrazione<br />

rappresentativa.<br />

Si ritiene opportuno che un poligono/cella venga incluso nella sorgente se<br />

(figure sottostanti):<br />

1. il poligono/cella e completamente circoscritto da altri poligoni/celle in<br />

cui C >CSC;<br />

2. l’analisi del vicinato indica che la maggior parte dei poligoni/celle<br />

adiacenti supera le CSC;<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Cella 6<br />

Cella 10<br />

Cella 13<br />

Cella 14<br />

Cella 15<br />

Cella 18<br />

3 celle su 3 con C > CSC: fa parte della sorgente<br />

7 celle su 8 con C > CSC: fa parte della sorgente<br />

2 celle su 5 con C > CSC: non fa parte della sorgente<br />

3 celle su 8 con C > CSC: non fa parte della sorgente<br />

3 celle su 8 con C > CSC: non fa parte della sorgente<br />

3 celle su 5 con C > CSC: fa parte della sorgente<br />

Come risultato finale dell’elaborazione, le celle 6, 10 e 18 saranno incluse nella<br />

sorgente 1 e la sorgente ottenuta sarà quella rappresentata nella figura.<br />

3.4. - Caso particolare: sorgente unica<br />

Vi sono casi particolari per i quali la suddivisione in sorgenti distinte non è<br />

possibile o ragionevole e pertanto si ricorre alla definizione di una unica<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

sorgente. Uno dei casi più comuni è quello della distribuzione dei superamenti<br />

delle CSC a “macchia di leopardo” come mostrato nella figura sottostante.<br />

10<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

4. Sorgente di contaminazione<br />

La sorgente di contaminazione si differenzia in sorgente primaria e sorgente<br />

secondaria.<br />

La sorgente primaria è rappresentata dall’elemento che è causa di<br />

inquinamento (es. serbatoio con perdite), quella secondaria è identificata con il<br />

comparto ambientale oggetto di contaminazione (suolo, acqua, aria).<br />

In accordo agli standard di riferimento, la procedura di analisi di rischio va<br />

applicata riferendosi esclusivamente alla sorgente secondaria di conta-<br />

minazione.<br />

Pertanto, tutti i parametri relativi alla sorgente si riferiscono al comparto<br />

ambientale (suolo superficiale. suolo profondo o falda) soggetto a<br />

contaminazione.<br />

La sorgente secondaria può trovarsi in due comparti ambientali, ovvero:<br />

• Zona insatura, a sua volta classificabile come:<br />

o Suolo superficiale (SS), compreso tra 0 ed 1 m di profondità dal<br />

piano campagna;<br />

o Suolo profondo (SP), con profondità maggiore di 1 m dal piano<br />

campagna:<br />

• Zona satura, o acqua sotterranea (GW).<br />

Nel seguito, per semplificare la trattazione, si ometterà il termine “secondaria”.<br />

Nei successivi paragrafi sono descritti i criteri utili per la:<br />

1. individuazione della geometria della zona satura e insatura di suolo;<br />

2. individuazione della geometria della sorgente di contaminazione<br />

rispettivamente nella zona insatura e satura di suolo;<br />

3. definizione del valore di concentrazione rappresentativo alla sorgente;<br />

4. stima delle proprietà chimico-fisiche e tossicologiche dei contaminanti;<br />

5. selezione degli inquinanti indicatori.<br />

4.1. Geometria della zona satura e insatura di suolo<br />

Di seguito sono riportati i parametri geometrici principali della zona satura e<br />

insatura dell’area esaminata, ricordando che per la determinazione di essi,<br />

salvo diversa indicazione, vale il Criterio Generale sopra esposto.<br />

11<br />

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Uno schema della geometria considerata è riportata nella figura sottostante.<br />

Profondità del piano di falda , ( L GW )<br />

Rappresenta la distanza tra il piano campagna e la superficie<br />

piezometrica dell’acquifero.<br />

Questo valore è determinato sulla base di monitoraggi della falda<br />

condotti almeno su base annuale (in modo da apprezzare le variazioni<br />

di livello stagionali).<br />

Spessore della frangia capillare ( h cap )<br />

Rappresenta la zona posta subito al di sopra della superficie<br />

piezometrica cui è idraulicamente legata. E’ caratterizzata da un<br />

coefficiente di saturazione superiore al 75% e dalla presenza di acqua<br />

capillare continua e sospesa.<br />

Spessore della zona insatura ( h v )<br />

Rappresenta la distanza tra il piano campagna e la frangia capillare.<br />

Vale ovviamente la relazione:<br />

h = L − h<br />

v<br />

GW<br />

cap<br />

Spessore dell’acquifero superficiale ( d a )<br />

12<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

E’ definito come la distanza tra la quota piezometrica e la quota dello<br />

strato impermeabile<br />

Frazione areale di fratture outdoor ( η out )<br />

Tale parametro entra in gioco nel caso di pavimentazione in ambienti<br />

outdoor. Rappresenta il rapporto tra l’area delle fratture nella superficie<br />

pavimentata outdoor e l’area totale della stessa e può assumere valori<br />

in un range compreso tra 0 (superficie priva di fratture) e 1 (superficie<br />

priva di pavimentazione).<br />

4.2. Geometria della sorgente di contaminazione in zona insatura<br />

Per sorgente secondaria di contaminazione in zona insatura si intende il<br />

volume di suolo o sottosuolo interessato dalla presenza di contaminanti in<br />

concentrazione superiore ai valori di riferimento (CSC) indicati dalla normativa<br />

vigente, in funzione della destinazione d’uso del sito.<br />

Ai fini dell’applicazione della procedura di analisi di rischio, tale volume deve<br />

essere schematizzato come un parallelepipedo.<br />

Il criterio da seguire per la definizione dell’estensione superficiale della<br />

sorgente sono quello esposti precedntemente. L’estensione(lunghezza e<br />

larghezza, c1<br />

L e L c2<br />

in figura) superficiale è individuata dall’area delimitata<br />

dalle maglie più esterne che fanno parte della sorgente secondo i criteri<br />

precedentemente esposti.<br />

Nella figura sottostante è riportato uno schema-esempio.<br />

13<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Al fine di evitare problemi legati all’applicazione dell’AdR la dimensione della<br />

sorgente di contaminazione (indicazione APAT) non deve essere inferiore<br />

all’area minima di esposizione usata per il calcolo del rischio, e cioè 2500 m 2<br />

(50 m x 50 m).<br />

Il criterio da seguire per la definizione dell’estensione verticale (spessore) della<br />

sorgente consiste nel porre tale estensione pari alla differenza tra la minima e<br />

massima quota, rispetto al piano campagna, alla quale è stata riscontrata<br />

concentrazione di almeno un contaminante superiore ai valori di riferimento<br />

indicati dalla normativa vigente.<br />

14<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Una volta individuato il volume della sorgente, con estrema semplicità è<br />

possibile estrapolare i valori dei parametri geometrici utili per la stima dei<br />

fattori di trasporto.<br />

In particolare, si fa riferimento all’estensione della sorgente rispetto alla<br />

direzione del flusso di falda e alla direzione principale del vento.<br />

Di seguito sono riportati i parametri geometrici principali della sorgente di<br />

contaminazione localizzata nella zona insatura.<br />

Oltre agli schemi sopra riportati, la descrizione dei parametri fa anche<br />

riferimento alla figura sottostante.<br />

Estensione della sorgente in direzione parallela alla direzione del flusso di falda<br />

(W )<br />

Coincide con la massima estensione di suolo insaturo contaminato,<br />

definita dal criterio sopra descritto, lungo la direzione parallela al flusso<br />

di falda.<br />

La determinazione di questo parametro richiede di individuare<br />

preventivamente la direzione del flusso di falda.<br />

Estensione della sorgente in direzione ortogonale alla direzione del flusso di<br />

falda ( S W )<br />

15<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Tale parametro coincide con la massima estensione di suolo insaturo<br />

contaminato lungo la direzione ortogonale al flusso di falda. Anche la<br />

determinazione di questo parametro richiede di individuare<br />

preventivamente la direzione del flusso di falda.<br />

Estensione della sorgente in direzione parallela alla direzione prevalente del<br />

vento (<br />

'<br />

W )<br />

Tale parametro coincide con la massima estensione di suolo insaturo<br />

contaminato lungo la direzione parallela alla direzione prevalente del<br />

vento.<br />

La direzione del vento deve essere stabilita da una serie storica di dati<br />

(preferibilmente di 30 anni e comunque di almeno 10 anni) relativa alla<br />

stazione meteorologica più vicina al sito contaminato.<br />

In assenza di misure, si fa coincidere con la massima estensione del<br />

sito.<br />

Estensione della sorgente in direzione ortogonale alla direzione prevalente del<br />

vento (<br />

'<br />

S W )<br />

Coincide con la massima estensione di suolo insaturo contaminato<br />

ortogonale alla direzione parallela alla direzione prevalente del vento.<br />

Anche in questo caso, in assenza di misure, si fa coincidere con la<br />

massima estensione del sito.<br />

Profondità del top e della base della sorgente nel suolo superficiale rispetto al<br />

piano campagna ( s SS<br />

L , , L f , SS )<br />

Rappresentano rispettivamente la distanza tra il piano campagna e il<br />

top ( s SS<br />

L , ) o la base ( L f , SS ) della sorgente di contaminazione nel suolo<br />

superficiale. L f , SS può valere al massimo 1 m (spessore del suolo<br />

superficiale).<br />

Profondità del top e della base della sorgente nel suolo profondo rispetto al piano<br />

campagna ( s SP<br />

L , , L f , SP )<br />

Rappresentano rispettivamente la distanza tra il piano campagna e il<br />

top ( s SP<br />

L , ) o la base ( L f , SP ) della sorgente di contaminazione nel suolo<br />

profondo. L s,<br />

SS può valere al minimo 1 m (spessore del suolo<br />

superficiale) e al massimo L GW .<br />

16<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Spessore della sorgente nel suolo saturo superficiale ( d ) e profondo ( d s )<br />

Questi due parametri sono dati delle relazioni:<br />

d ,<br />

= L f , SS − Ls<br />

SS , d s = L f , SP − Ls,<br />

SP<br />

Soggiacenza dell’acquifero rispetto al top della sorgente ( L F )<br />

La soggiacenza dell’acquifero rispetto al top della sorgente si può<br />

ricavare dalla seguente relazione:<br />

L = L − L<br />

F<br />

GW<br />

s<br />

Area della sorgente rispetto alla direzione del flusso di falda ( A )<br />

E’ data dalla relazione: A = W ⋅ SW<br />

Area della sorgente rispetto alla direzione prevalente del vento (<br />

E’ data dalla relazione:<br />

'<br />

A = W ⋅<br />

4.3. Geometria della sorgente di contaminazione in zona satura<br />

S<br />

'<br />

W<br />

Per sorgente secondaria di contaminazione in zona satura si intende il volume<br />

di acquifero interessato dalla presenza di contaminanti in concentrazione<br />

superiore ai valori di riferimento indicati dalla normativa vigente.<br />

La definizione della geometria della sorgente in zona satura viene effettuata<br />

sulla base delle risultanze analitiche relative alle acque sotterranee campionate<br />

nei piezometri realizzati nel sito.<br />

La sorgente viene individuata attraverso la massima estensione del plume di<br />

contaminazione in falda determinato a partire dai punti di campionamento<br />

delle acque che superano i valori di riferimento indicati dalla normativa<br />

vigente.<br />

I parametri principali caratterizzanti la geometria della sorgente di<br />

contaminazione nella zona satura sono i già menzionati:<br />

Estensione della sorgente in direzione parallela alla direzione del flusso di falda<br />

(W )<br />

Estensione della sorgente in direzione ortogonale alla direzione del flusso di<br />

falda ( S W )<br />

'<br />

A )<br />

17<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Estensione della sorgente in direzione parallela alla direzione prevalente del<br />

vento (<br />

'<br />

W )<br />

Estensione della sorgente in direzione ortogonale alla direzione prevalente del<br />

vento (<br />

'<br />

S W )<br />

In aggiunta, è molto importante il parametro:<br />

Spessore della zona di miscelazione ( δ gw )<br />

Tale parametro rappresenta l’ampiezza del plume nel fenomeno di dispersione<br />

dei contaminanti in falda, ed è quantificato come la distanza tra la superficie<br />

piezometrica ed il punto più basso della falda in cui si è riscontrata una<br />

contaminazione.<br />

4.4. Valore di concentrazione rappresentativo alla sorgente<br />

Come si vedrà nelle sezioni successive, l’applicazione di un livello 2 di analisi di<br />

rischio richiede l’individuazione di un unico valore di concentrazione<br />

rappresentativa in corrispondenza ad ogni sorgente secondaria di<br />

contaminazione (suolo superficiale, suolo profondo e falda).<br />

Il punto di criticità principale in questo tipo di analisi è dunque la scelta dei<br />

campioni e l’uso di algoritmi tali da calcolare valori che risultino<br />

rappresentativi e scientificamente attendibili.<br />

Viene di seguito descritta la procedura, schematizzata in figura, da utilizzare<br />

per la stima della concentrazione rappresentativa alla sorgente ai fini della<br />

applicazione dell’analisi assoluta di rischio sanitario.<br />

Si ritiene opportuno sottolineare che le concentrazioni rappresentative alla<br />

sorgente (CRS) per il suolo devono essere individuate utilizzando dati di<br />

concentrazioni, analiticamente determinati nei campioni di suolo, espresse<br />

sulla massa di suolo secco.<br />

18<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Innanzitutto, va evidenziato che, in tale contesto, si presuppone che i dati<br />

analitici a disposizione siano stati già validati, ossia che sia stata verificata la<br />

loro attendibilità.<br />

Per l’individuazione della concentrazione rappresentativa alla sorgente ( C RS ) è<br />

necessario:<br />

1. Suddividere il data-set di valori di concentrazione in funzione di ogni<br />

sorgente secondaria di contaminazione (SS, SP e GW).<br />

Il valore di concentrazione rappresentativo deve essere quindi individuato<br />

in corrispondenza a ciascuno dei tre suddetti comparti ambientali.<br />

2. Effettuare una accurata valutazione dei dati.<br />

19<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Questa analisi deve essere in grado di stabilire l’applicabilità di criteri<br />

statistici sui valori di concentrazione analiticamente determinati nei<br />

campioni di suolo e di falda. In particolare, è necessario:<br />

2.1. Esaminare l’ampiezza del data-set. Per ogni data-set (SS, SP, GW),<br />

il numero di dati a disposizione non può essere inferiore a 10.<br />

Al di sotto di tale soglia, non essendo possibile effettuare alcuna<br />

stima statistica attendibile e in accordo con il principio di massima<br />

conservatività, si pone la concentrazione rappresentativa alla<br />

sorgente coincidente con il valore di concentrazione massimo<br />

analiticamente determinato ( RS MAX C C = ).<br />

2.2. Verificare che il campionamento sia uniformemente distribuito su<br />

tutta la sorgente di contaminazione (campionamento random o<br />

campionamento a griglia). Se il campionamento è più concentrato<br />

nella porzione del sito maggiormente sospetta di contaminazione,<br />

ciò può comportare una sovrastima della C RS .<br />

Poiché tale approccio risulta essere conservativo e quindi protettivo<br />

per la salute umana, lo stesso può ritenersi accettabile.<br />

Non è invece ammissibile il caso in cui le aree caratterizzate da un<br />

maggiore grado di contaminazione, o sospette tali, siano sotto-<br />

rappresentate.<br />

2.3. Identificare gli outlier e distinguere i “veri outlier” dai “falsi outlier”. I<br />

“veri outlier” possono derivare da errori di trascrizione, di codifica<br />

dei dati o da una qualsiasi inefficienza degli strumenti del sistema<br />

di rilevazione dei dati.<br />

I “falsi outlier” sono quei valori estremi reali, che, in campo<br />

ambientale di inquinamento dei suoli, in genere corrispondono ai<br />

picchi (hot spot) locali di contaminazione.<br />

E’ dunque necessario identificare e differenziare i tipi di outlier, in<br />

modo da rimuovere i primi e mantenere i secondi.<br />

Se il data-set a disposizione è stato già validato si esclude<br />

automaticamente la presenza di veri outlier.<br />

Si ritiene opportuno sottolineare che è di fondamentale importanza<br />

tener conto e quindi non rimuovere i “falsi outlier” dal data set.<br />

20<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

2.4. Identificare i Non-Detect (ND). Seguendo il principio di cautela, si<br />

ritiene opportuno porre, in ogni caso e quindi in corrispondenza a<br />

qualsiasi distribuzione dell’insieme dei dati, i Non-Detect pari al<br />

corrispondente Detection Limit ( ND = DL ).<br />

3. Individuare la distribuzione di probabilità che approssima meglio l’insieme dei<br />

dati disponibili.<br />

Quando si ha a che fare con dati ambientali, le distribuzioni di probabilità<br />

più comunemente utilizzate per la loro rappresentazione sono ♠ :<br />

- distribuzione gaussiana o normale;<br />

- distribuzione lognormale;<br />

- distribuzione gamma;<br />

- distribuzione non parametrica.<br />

4. Applicare la procedura statistica corrispondente al tipo di distribuzione<br />

riconosciuta.<br />

Il valore che con un maggiore grado di attendibilità permette di stimare la<br />

C RS è dato dall’UCL della media.<br />

A seconda del tipo di distribuzione, selezionata come maggiormente<br />

rappresentativa del data set in esame, è possibile individuare il più<br />

appropriato criterio per il calcolo dell’UCL.<br />

Nel caso di distribuzione normale si applica il metodo della t di Student per<br />

l’UCL con intervallo di confidenza al 95%.<br />

Per le altre distribuzioni la più complessa metodologia è riportata<br />

nell’Appendice H del documento APAT.<br />

5. Verifica del valore di CRS rispetto al valore C MAX .<br />

Nei casi in cui, a causa di un ridotto insieme di dati e/o di una grande<br />

varianza degli stessi, l’UCL, calcolato secondo i criteri sopra esposti, assuma<br />

valori superiori alla concentrazione massima, si pone C RS = CMAX<br />

.<br />

I passaggi sopra descritti descrivono sommariamente le fasi principali della<br />

procedura per la valutazione della C RS .<br />

♠ Per maggiori dettagli vedere l’Appendice H del documento APAT<br />

21<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Maggiori dettagli ed indicazioni sono riportati, oltre che nella già citata<br />

Appendice H, anche nelle pagine 32-39 del documento APAT.<br />

4.5. Proprietà chimico-fisiche e tossicologiche dei contaminanti<br />

Questo argomento è già stato trattato nella parte specificamente dedicata ad<br />

esso.<br />

4.6. Selezione degli inquinanti indicatori<br />

In alcuni casi, può accadere che il numero di specie chimiche inquinanti<br />

indagate nell’ambito della campagna di indagine diretta, e/o aventi valori di<br />

concentrazione nel suolo o in falda superiori ai valori di riferimento, sia<br />

estremamente elevato.<br />

L’applicazione della procedura di analisi di rischio sanitario a tutte queste<br />

sostanze può spesso risultare complessa e dispendiosa sia per il tempo<br />

impiegato sia per le risorse da investire. Inoltre, la trattazione dell’intero<br />

insieme può portare a risultati di difficile comprensione, se non addirittura<br />

fuorvianti rispetto al rischio dominante presente nel sito.<br />

Per evitare che ciò accada è necessario quindi ridurre il numero di specie<br />

chimiche da inserire nella procedura di AdR, selezionando quelle più<br />

importanti, ossia quelle alle quali è associato un rischio maggiore per l’uomo;<br />

tali sostanze prendono il nome di “inquinanti indicatori”.<br />

Inquinanti indicatori: tra tutti gli inquinanti rinvenuti nel sito in esame, gli<br />

inquinanti indicatori sono quelli che, per valori di<br />

concentrazione, tossicità, frequenza di rilevamento,<br />

mobilità nei comparti ambientali, persistenza e capacità<br />

di bioaccumulo, presentano il rischio maggiore per<br />

l’uomo.<br />

Nel seguito viene descritta la procedura che è possibile utilizzare per<br />

l’identificazione degli inquinanti indicatori e le cui fasi principali sono riportate<br />

nello schema sottostante.<br />

22<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Va comunque specificato che questa procedura deve essere strettamente<br />

limitata ai casi in cui le specie chimiche per le quali deve essere applicata<br />

l’analisi di rischio risultino in numero tale da rendere difficoltosa e/o<br />

complessa l’applicazione dei modelli di analisi di rischio. Tale eventualità deve<br />

essere accertata dagli Enti di Controllo.<br />

1. Raggruppamento delle specie chimiche in classi – L’insieme di specie<br />

chimiche rilevate nel sito in esame deve essere suddiviso in classi<br />

differenziate in funzione della tipologia della sostanza in esame, come ad<br />

esempio riportato nella tabella sottostante che riporta la stessa suddivisione<br />

utilizzata nel Decreto Legislativo 152 (Sezione Allegati, Parte IV, Allegato 5):<br />

Composti inorganici Fenoli non clorurati<br />

Aromatici Fenoli clorurati<br />

Aromatici policiclici Ammine aromatiche<br />

Alifatici clorurati Fitofarmaci<br />

Alifatici alogenati Diossine e furani<br />

Nitrobenzeni Idrocarburi<br />

Clorobenzeni<br />

2. Raggruppamento delle specie chimiche in sotto-classi – Ogni classe di<br />

sostanze, individuata come descritto nella precedente fase, deve essere<br />

23<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

ulteriormente suddivisa in due sottoclassi, in modo da raggruppare in una<br />

sottoclasse le sostanze che hanno effetti cancerogeni (categorie A, B1, B2, C)<br />

e in un’altra sottoclasse le sostanze non cancerogene (categorie D ed E) che<br />

hanno effetti tossici. Le sostanze che hanno effetti sia cancerogeni che<br />

tossici vanno inserite in entrambe le sotto-classi.<br />

3. Selezione dell’inquinante indicatore – In corrispondenza ad ogni sotto-classe<br />

si identifica l’inquinante indicatore in funzione della concentrazione<br />

misurata in sito e della sua tossicità.<br />

Tali fattori sono infatti ritenuti i più importanti nel calcolo del potenziale<br />

effetto di una specie chimica sulla salute umana.<br />

Ad ogni sostanza i, di cui è possibile conoscere il valore di tossicità, si<br />

assegna un fattore di rischio individuale R ij , determinato sulla base della<br />

sua concentrazione in un determinato comparto ambientale j e della<br />

tossicità, secondo la formula:<br />

Rij = C RS , ij ⋅T<br />

dove:<br />

ij<br />

R ij : fattore di rischio della specie i nella matrice j;<br />

C , : concentrazione rappresentativa della specie i nella matrice j;<br />

RS ij<br />

T ij : tossicità della specie i nella matrice j.<br />

Nel caso in cui siano disponibili più valori di tossicità per una stessa specie,<br />

legati a differenti modalità di contatto con la sostanza (ad esempio per<br />

inalazione o per ingestione), il valore impiegato per il calcolo del fattore di<br />

rischio deve essere quello più conservativo.<br />

Si calcola poi il fattore di rischio totale R j di ogni matrice contaminata j<br />

come somma dei fattori di rischio individuali:<br />

R<br />

j<br />

∑<br />

= i<br />

R<br />

ij<br />

Infine, si calcola il rapporto relativo, RR ij , per ogni sostanza i nel mezzo j:<br />

RR =<br />

ij<br />

R<br />

R<br />

ij<br />

j<br />

Si seleziona quale inquinante indicatore della sotto-classe la sostanza a cui<br />

corrisponde il rapporto relativo RRij maggiore.<br />

24<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

4. Calcolo della concentrazione rappresentativa dell’inquinante indicatore – Per<br />

ogni campione, si attribuisce a ciascun inquinante indicatore la<br />

concentrazione totale di ogni sotto-classe<br />

Si ritiene opportuno sottolineare che i fattori di rischio R calcolati con la<br />

suddetta procedura non hanno alcun significato al di fuori di questo contesto,<br />

possono essere utilizzati unicamente per ridurre il numero di sostanze da<br />

inserire nel software utilizzato per il calcolo del rischio e non vanno considerati<br />

quali misura quantitativa del rischio di un inquinante.<br />

25<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

5. Vie di migrazione della contaminazione<br />

5.1. Parametri relativi ai vari comparti ambientali<br />

Per il calcolo dei fattori di trasporto e, quindi, per stimare la concentrazione<br />

della specie chimica in corrispondenza del bersaglio, nota quella alla sorgente,<br />

è indispensabile determinare le caratteristiche fisiche dei comparti ambientali<br />

coinvolti:<br />

• suolo insaturo;<br />

• suolo saturo;<br />

• aria outdoor;<br />

• aria indoor;<br />

• acqua superficiale.<br />

Parametri del terreno relativi alla zona insatura di suolo<br />

Nella tabella sottostante sono elencati i più importanti parametri relativi alla<br />

zona insatura di suolo.<br />

Simbolo Parametro<br />

ρ s Densità del suolo<br />

θ T Porosità totale del terreno in zona insatura<br />

θ e Porosità effettiva del terreno in zona insatura<br />

θ W Contenuto volumetrico di acqua<br />

θ a Contenuto volumetrico di aria<br />

θ Wcap Contenuto volumetrico di acqua nella frangia capillare<br />

θ acap Contenuto volumetrico di aria nella frangia capillare<br />

f oc Frazione di carbonio organico nel suolo insaturo<br />

K<br />

Conducibilità idraulica<br />

I ef Infiltrazione efficace<br />

Tutti questi parametri, tranne l’ultimo, sono già stati descritti nelle sezioni<br />

precedenti.<br />

Infiltrazione efficace, I<br />

ef<br />

26<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Applicando l’equazione del bilancio idrogeologicol’infiltrazione efficace è<br />

data dalla relazione:<br />

I ef<br />

dove<br />

= P −<br />

( ET + S )<br />

P : precipitazione atmosferica;<br />

ET : fattore che tiene conto dei fenomeni<br />

di evaporazione e traspirazione della<br />

copertura vegetale;<br />

S : termine di ruscellamento.<br />

Tutti i termini hanno le dimensioni di<br />

una lunghezza fratto un tempo.<br />

Nel caso in cui la sorgente secondaria sia localizzata in terreno<br />

omogeneo, o approssimabile come tale, e ricoperto da erba<br />

l’infiltrazione efficace annua può essere stimata, tramite relazioni<br />

empiriche, in funzione della precipitazione annua e della tessitura<br />

prevalente del suolo:<br />

Tessitura prevalente [ cm y]<br />

Sand, Loamy Sand e Sandy Loam<br />

Sandy Clay Loam, Loam, Silt Loam e Silt<br />

Clay Loam, Silty Clay Loam, Silty Clay, Sandy Clay<br />

e Clay<br />

27<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />

I ef<br />

I ef<br />

I ef<br />

I ef<br />

=<br />

=<br />

=<br />

0. 0018⋅<br />

P<br />

0. 0009⋅<br />

P<br />

2<br />

2<br />

0. 00018⋅<br />

P<br />

Nel caso di suolo pavimentato, si ritiene opportune moltiplicare il valore<br />

di infiltrazione efficace per la frazione di fratture del pavimento stesso,<br />

η out :<br />

I = I ⋅η<br />

'<br />

ef<br />

ef<br />

out<br />

Parametri del terreno relativi alla zona satura di suolo<br />

Nella tabella sottostante sono elencati i più importanti parametri relativi alla<br />

zona insatura di suolo.<br />

2


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Simbolo Parametro<br />

v GW Velocità di Darcy<br />

K Conducibilità idraulica<br />

i Gradiente idraulico<br />

v e Velocità media effettiva nella falda<br />

θ T Porosità totale del terreno<br />

θ e Porosità effettiva del terreno<br />

f oc Frazione di carbonio organico<br />

α x Dispersività longitudinale<br />

α y Dispersività trasversale<br />

α z Dispersività verticale<br />

λ Coefficiente di decadimento del primo ordine<br />

La maggior parte di questi parametri, sono già stati descritti nelle sezioni<br />

precedenti. I rimanenti sono:<br />

Dispersività longitudinale, trasversale e verticale, α x , α y e α z<br />

♠<br />

La dispersione idrodinamica o meccanica è quel fenomeno per cui<br />

avviene una miscelazione meccanica del contaminante nell’acqua e può<br />

essere paragonata all’effetto di turbolenza che si ha in un corso<br />

d’acqua.<br />

Questa si può dividere in dispersione longitudinale e in dispersione<br />

trasversale:<br />

Dispersione longitudinale: avviene lungo la direzione prevalente del<br />

flusso del mezzo poroso, dovuta al fatto che, per effetto della viscosità,<br />

alcune particelle d’acqua e di soluto si muovono più lentamente della<br />

media della massa.<br />

Dispersione trasversale: avviene lungo direzioni normali alla velocità ed<br />

è dovuta alla tortuosità dei canalicoli formati dai pori interstiziali del<br />

terreno.<br />

♠ Questi parametri sono già stati ampiamente descritti nei corsi di Dinamica degli Inquinanti.<br />

28<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Nello studio del trasporto e della diffusione di un contaminante in un<br />

mezzo saturo, come si vedrà nei capitoli successivi, si tiene conto di tale<br />

fenomeno a mezzo del coefficiente di dispersione meccanica D .<br />

E’ possibile esprimere tale coefficiente, secondo gli assi di riferimento a<br />

mezzo dei coefficienti di dispersività longitudinale D x , trasversale D y e<br />

verticale D z . Questi possono essere rispettivamente stimati in base alle<br />

seguenti relazioni:<br />

D = α ⋅ v D = α ⋅ v , D = α ⋅ v<br />

x<br />

x<br />

e<br />

, [ cm s]<br />

2<br />

y<br />

y<br />

e<br />

z<br />

dove α x , α y e α z sono le dispersività longitudinale ( cm ), o coefficienti di<br />

dispersione intrinseca, trasversale e verticale del mezzo poroso. Questi<br />

sono una caratteristica dell’acquifero e non dipendono dalla velocità di<br />

flusso.<br />

Per l’applicazione di una analisi di rischio di livello 2, è richiesta la<br />

conoscenza di questi tre parametri.<br />

Un assenza di valutazioni dirette la dispersività longitudinale può<br />

essere stimate tramite la relazione:<br />

α = 0.<br />

1⋅<br />

L ,<br />

x<br />

α x α y = ,<br />

3<br />

z<br />

α x α z =<br />

20<br />

dove L rappresenta la distanza tra la sorgente di contaminazione ed il<br />

punto di conformità. Se il punto di conformità corrisponde con il bordo<br />

della sorgente allora si ha L = 0 .<br />

Coefficiente di decadimento del primo ordine λ<br />

E’ un parametro che tiene conto della cinetica di eventuali processi di<br />

biodegradazione delle sostanze inquinanti nelle acque di falda.<br />

In riferimento alla sua stima , si ritiene opportuno:<br />

per una analisi di livello 1, porre come valore di default λ = 0 ;<br />

per una analisi di livello 2, è possibile porre λ ≠ 0 , a discrezione<br />

dell’Ente di Controllo, solo se sono disponibili le risultanze di test<br />

specifici di laboratorio e/o di campo che consentano di verificare<br />

la reale situazione di biodegradazione sito-specifica. Altrimenti va<br />

adottato il valore di default λ = 0 .<br />

e<br />

29<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Parametri degli ambienti aperti (outdoor)<br />

Nella tabella sottostante sono elencati i più importanti parametri relativi agli<br />

ambienti aperti (outdoor).<br />

Simbolo Parametro<br />

Zona di miscelazione<br />

δ air Altezza della zona di miscelazione in aria<br />

'<br />

W Estensione della sorgente nella direzione principale del vento<br />

'<br />

S W<br />

Estensione della sorgente nella direzione ortogonale a quella<br />

principale del vento<br />

'<br />

A Area della sorgente rispetto alla direzione principale del vento<br />

U air Velocità del vento<br />

σ y Coefficiente di dispersione laterale<br />

σ z Coefficiente di dispersione verticale<br />

τ Tempo medio di durata del flusso di vapore<br />

P e Portata di particolato per unità di superficie<br />

Anche in questo caso, molti di questi parametri, sono già stati descritti nelle<br />

sezioni precedenti. I rimanenti sono:<br />

Zona di miscelazione<br />

La zona di miscelazione viene identificata (vedere sia la figura all’inizio<br />

di questi appunti che quella sottostante) con il volume di aria<br />

all’interno del quale si ipotizza avvenga la miscelazione tra i<br />

contaminanti volatili provenienti dal suolo e l’aria stessa.<br />

Tale volume può essere schematizzato, in fase di modellizzazione, come<br />

un parallelepipedo la cui altezza è l’altezza della zona di miscelazione<br />

δ air ed avente per lati di base l’estensione della sorgente nella direzione<br />

rispettivamente parallela<br />

vento.<br />

'<br />

W e ortogonale<br />

30<br />

'<br />

S W a quella prevalente del<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Altezza della zona di miscelazione in aria, δ air<br />

L’altezza della zona di miscelazione dell’aria, è lo spessore di aria,<br />

valutato dal piano campagna, nel quale avviene la miscelazione dei<br />

contaminanti.<br />

Secondo ipotesi conservative, si assume δ = 2 m , equivalente<br />

all’altezza, approssimata per eccesso, di un individuo adulto.<br />

Direzione e velocità del vento<br />

Nelle AdR di livello 1 e 2 la direzione e la velocità del vento vengono di<br />

solito considerati costanti sull’area di interesse (dalla sorgente al<br />

bersaglio sia on-site che off-site). Essi sono determinati elaborando i<br />

dati della centralina meteorologica più prossima al sito in esame e<br />

rappresentativa dello stesso relativi ad un periodo di osservazione<br />

preferibilmente di 30 anni e comunque di almeno 10 anni.<br />

I valori di velocità del vento forniti dalle centraline meteorologiche<br />

corrispondono a misure effettuate ad altezze, rispetto al suolo, variabili<br />

da stazione a stazione. Per stimare il valore di velocità alla quota di 2 m,<br />

air<br />

31<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

e quindi in corrispondenza della zona di miscelazione, è possibile<br />

applicare la seguente relazione empirica:<br />

U<br />

U<br />

air<br />

air<br />

( z1<br />

)<br />

( z )<br />

2<br />

⎛ z<br />

= ⎜<br />

⎝ z<br />

1<br />

2<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

p<br />

dove l’esponente p è funzione della classe di stabilità atmosferica ♥ e<br />

della rugosità del suolo. Nella tabella sottostante si riportano i valori di<br />

p per due tipi di rugosità, area urbana e rurale, e per le sei classi di<br />

stabilità atmosferica, secondo la classificazione di Pasquill-Gifford.<br />

Classe di stabilità<br />

p A B C D E F<br />

Suolo urbano 0.15 0.15 0.20 0.25 0.40 0.60<br />

Suolo rurale 0.07 0.07 0.10 0.15 0.35 0.55<br />

Nota sulle classi di stabilità atmosferiche<br />

Nel caso in cui non sia possibile individuare la classe di stabilità<br />

atmosferica maggiormente rappresentativa del sito in esame, si deve<br />

fare riferimento a due categorie di stabilità: D5 (classe D con velocità<br />

del vento di 5 m s ) e F2 (classe F con velocità del vento di 2 m s ).<br />

Queste sono utilizzate per effettuare la valutazione delle conseguenze di<br />

emissioni di sostanze tossiche in relazione ad impianti industriali a<br />

rischio di incidente rilevate, così come stabilito nelle Linee guida del<br />

Dipartimento di Protezione Civile per la pianificazione dell’emergenza<br />

esterna. In particolare, la classe D5 è considerata la classe che si<br />

verifica con più probabilità; mentre, la classe F2 rappresenta una scelta<br />

estremamente conservativa a carattere tipicamente notturno.<br />

Coefficiente di dispersione laterale e verticale, σ y e σ z<br />

La descrizione e la determinazione di questi parametri è già stata<br />

ampiamente trattata nei corsi di Dinamica degli Inquinanti.<br />

Tempo medio di durata dei flussi di vapore, τ<br />

♥ Concetto ben noto dai corsi di Dinamica degli Inquinanti<br />

32<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Indica la durata di esposizione ai flussi di vapore e viene presa<br />

coincidente con la durata di esposizione (vedere sezioni successive).<br />

Portata di particolato emessa per unità di superficie, P e<br />

Tale parametro indica la quantità di polveri emesse per unità di<br />

−2 −1<br />

superficie e di tempo ( g cm s ).<br />

Parametri degli ambienti confinati (indoor)<br />

Nella tabella sottostante sono elencati i più importanti parametri relativi agli<br />

ambienti confinati.<br />

Simbolo Parametro<br />

A b Superficie totale coinvolta nell’infiltrazione<br />

L crack Spessore delle fondazioni/muri<br />

L b Rapporto tra volume indoor e area di infiltrazione<br />

η Frazione areale di fratture<br />

θ wcrack Contenuto volumetrico di acqua nelle fratture<br />

θ acrack Contenuto volumetrico di aria nelle fratture<br />

ER Tasso di ricambio indoor<br />

L T Distanza tra il top della sorgente e la base delle fondazioni<br />

Z crack Profondità delle fondazioni<br />

k v Permeabilità del suolo al flusso di vapore<br />

Δ P Differenza di pressione fra interno ed esterno<br />

μ air Viscosità del vapore<br />

τ Tempo medio di durata del flusso di vapore<br />

Superficie delle fondazioni e delle pareti coinvolte dall’infiltrazione, b A<br />

Rappresenta la superficie dell’edificio complessivamente interessata dal<br />

fenomeno di infiltrazione indoor dei contaminanti. Nel caso di edificio<br />

e/o locale fuori terra, questa coincide con l’area delle fondazioni, ossia<br />

l’area della base della struttura:<br />

A b<br />

= a ⋅b<br />

Nel caso di locali interrati o seminterrati, tale superficie sarà data dalla<br />

somma dell’area della base dell’edificio più l’area delle pareti interrate:<br />

33<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

A b<br />

( a ⋅ c)<br />

+ ( b ⋅ c)<br />

= a ⋅b<br />

+ 2 2<br />

I simboli a, b indicano rispettivamente la larghezza e la lunghezza<br />

dell’edificio, mentre c indica l’altezza della parete interrata.<br />

Spessore delle fondazioni, L crack<br />

Tale parametro viene determinato mediante indagini sito-specifiche. Nel<br />

caso di locali seminterrati si assume il valore minimo fra lo spessore<br />

delle fondazioni e quello dei muri interrati.<br />

Rapporto tra volume indoor e area di infiltrazione, L b<br />

Nel caso di edifici fuori terra il rapporto tra volume e area dell’edificio<br />

coincide con l’altezza h dell’edificio stesso:<br />

Ab<br />

⋅ h<br />

Lb<br />

=<br />

= h<br />

A<br />

b<br />

34<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Nel caso di locali interrati o seminterrati, tale rapporto risulta inferiore<br />

all’altezza dell’edificio, poiché nel calcolo di A b si tiene conto anche<br />

dell’area delle pareti interrate soggette a infiltrazione.<br />

Frazione areale di fratture, η<br />

La frazione areale di fratture rappresenta il rapporto tra l’area delle<br />

fratture nella superficie di infiltrazione e l’area totale della superficie:<br />

η =<br />

A<br />

crack<br />

A<br />

b<br />

Il valore tipico di tale parametro deriva da esperimenti condotti sul<br />

Radon e può variare in un range compreso tra 0 (superficie priva di<br />

fratture) e 1 (superficie priva di pavimentazione).<br />

Un tipico valore di default è 0.01.<br />

Distanza tra il top della sorgente e la base delle fondazioni, L T<br />

Tale parametro indica la distanza tra il top della sorgente di<br />

contaminazione e la base delle fondazioni:<br />

Sorgente in zona insatura: LT = LS<br />

− Z crack<br />

Sorgente in zona satura: LT = LGW<br />

− Z crack<br />

Dove Z crack è la profondità delle fondazioni.<br />

In caso di edifici fuori terra si ha la ovvia condizione:<br />

L T = LS<br />

o L T = LGW<br />

Contenuto volumetrico di acqua e aria nelle fratture θ wcrack , θ acrack<br />

Rappresentano il contenuto di acqua o di aria presente nelle fratture<br />

delle fondazioni:<br />

θ wcrack = (Volume di acqua nelle fratture)/(Volume delle fratture)<br />

θ acrack = (Volume d’aria nelle fratture)/(Volume delle fratture)<br />

Essendo parametri difficilmente misurabili a mezzo di indagini dirette,<br />

per essi si assumono, in genere, i valori di default corrispondenti ad un<br />

livello 1 di AdR (0.12 e 0.26, vedere tabella finale).<br />

Tasso di ricambio di aria indoor, ER<br />

35<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

ER indica la velocità con la quale viene ricambiata l’aria all’interno di<br />

un edificio. In pratica coincide con l’inverso del tempo impiegato per il<br />

ricambio completo.<br />

Per la valutazione indiretta di questo parametro si possono utilizzare i<br />

seguenti valori:<br />

Edifici ad uso residenziale:<br />

Edifici ad uso industriale:<br />

1<br />

12 −<br />

d<br />

1<br />

20 −<br />

d<br />

Perimetro delle fondazioni, X crack (ovvio)<br />

Profondità delle fondazioni, Z crack (ovvio)<br />

Permeabilità del suolo al flusso di vapore, k v<br />

Questo parametro è concettualmente lo stesso della permeabilità<br />

intrinseca all’aria del terreno, cambia solo il tipo di gas.<br />

Per la stima indiretta di questo parametro si possono usare i valori:<br />

Sabbie medie<br />

Sabbie fini<br />

10 cm<br />

− 7 −6<br />

2<br />

− 9 −8<br />

2<br />

÷ 10 Limo 10 ÷ 10 cm<br />

10 cm<br />

− 8 −7<br />

2<br />

− 10 −9<br />

2<br />

÷ 10 Argilla 10 ÷ 10 cm<br />

Differenza di pressione tra aria indoor ed aria outdoor, Δ P<br />

Con tale parametro si tiene conto della possibile presenza di gradienti<br />

di pressione tra ambiente aperto e ambiente confinato.<br />

La differenza di pressione provoca un flusso convettivo di vapore che,<br />

attraversando la matrice suolo e le fondamenta dell’edificio, penetra<br />

all’interno della struttura stessa.<br />

La depressurizzazione dell’ambiente indoor può essere dovuta alla<br />

velocità del vento, alla differenza di temperatura indoor-outdoor e allo<br />

squilibrio (riduzione) dei meccanismi di ventilazione.<br />

L’effetto del vento e quello della temperatura sono dello stesso ordine di<br />

grandezza. In particolare, in riferimento all’effetto della temperatura,<br />

l’ambiente indoor si trova, generalmente, ad una temperatura maggiore<br />

rispetto a quella outdoor, di conseguenza la pressione indoor è minore<br />

di quella outdoor. Quindi, la depressurizzazione è presente soprattutto<br />

in inverno.<br />

36<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

I valori di ΔP tipicamente variano tra 0 e 20 Pa. Il valore preso come<br />

default dall’EPA è di 4 Pa.<br />

Viscosità del vapore, μ air<br />

−5<br />

Questo parametro è assunto costante e pari a 1 . 81 ⋅10<br />

Pa ⋅s<br />

(o<br />

37<br />

−1 −1<br />

kg m s )<br />

e corrisponde approssimativamente con la viscosità dell’aria a C<br />

o<br />

20 .<br />

Tempo medio di durata dei flussi di vapore, τ<br />

Indica la durata di esposizione ai flussi di vapore e viene presa<br />

coincidente con la durata di esposizione ED (spiegato più avanti).<br />

Parametri delle acque superficiali<br />

I casi possibili di interazione fra acque di falda e acque superficiali sono<br />

diversi, i principali sono schematizzati nella figura sottostante.<br />

Il caso più importante in questo contesto, ed anche l’unico qui preso in<br />

considerazione, è il caso (b), cioè il caso in cui sia l’acqua di falda ad<br />

alimentare il corpo idrico superficiale.<br />

Per la spiegazione dei parametri di seguito introdotti è utile riportare anche lo<br />

schema della miscelazione del contaminante nel corpo idrico superficiale<br />

trattata più avanti.<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Nella tabella sottostante sono elencati i parametri geometrici e fisici<br />

caratteristici relativi alle acque superficiali.<br />

Larghezza del corpo idrico superficiale, sw W<br />

Rappresenta la larghezza della sezione del corso d’acqua.<br />

Poiché tale parametro varia al variare della portata, si può assumere<br />

come stima conservativa, il suo valore misurato in periodi di magra.<br />

Sezione trasversale del corpo idrico superficiale, S sw<br />

Rappresenta la sezione del fiume ortogonale al verso di scorrimento<br />

delle acque nel punto in cui sfocia il plume di falda. Tale parametro è<br />

necessario soltanto se il modello è applicato ad un fiume o un corso<br />

d’acqua e può essere calcolato come prodotto fra altezza idrometrica e<br />

larghezza del fiume.<br />

Velocità dell’acqua del corpo idrico superficiale, v sw<br />

Poiché in una generica sezione di un fiume la velocità non è costante<br />

lungo la sua larghezza si utilizza il valore medio.<br />

38<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Simbolo Parametro<br />

W sw Larghezza del corpo idrico superficiale<br />

S sw Sezione trasversale del corpo idrico superficiale<br />

v sw Velocità dell’acqua del corpo idrico superficiale<br />

Q sw Portata del corpo idrico superficiale<br />

d sw Spessore della falda<br />

V<br />

Volume del corpo idrico per la miscelazione<br />

b sw Altezza idrometrica<br />

L reach Larghezza del plume contaminato<br />

L p Distanza fra sorgente in falda e corpo idrico<br />

Frac Frazione di volume di controllo per la miscelazione<br />

h gw Potenziale idraulico della falda<br />

h sw Potenziale idraulico del corpo idrico<br />

f ocs Contenuto di carbonio organico nei sedimenti<br />

D<br />

ysw<br />

Coefficiente di dispersione laterale<br />

Q gw Portata della falda<br />

i sw Cadente piezometrica tra falda e pelo libero del corpo id. sup.<br />

λ Coefficiente di degradazione della sostanza nelle acque superficiali<br />

sw<br />

Portata del corpo idrico superficiale, Q sw<br />

Rappresenta la quantità di acqua del corpo idrico superficiale che entra<br />

all’interno del volume di miscelazione nell’unità di tempo, ed è definita<br />

dalla:<br />

Q = S ⋅ v<br />

sw<br />

sw<br />

sw<br />

Nel caso di fiume questa è pari alla portata del fiume stesso a monte<br />

della zona di miscelazione.<br />

Nel caso di lago si dovrà tenere conto di eventuali affluenti.<br />

La portata di un corso d’acqua è un parametro che subisce continue<br />

variazioni, e non è possibile quindi far riferimento ad un unico valore.<br />

Occorre pertanto trovare una stima che sia rappresentativa dei valori<br />

che può assumere: si potrebbe far riferimento alla portata media<br />

39<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

annua, oppure alla portata massima registrata in un certo periodo di<br />

tempo nel caso in cui si voglia una stima conservativa.<br />

Spessore (altezza) della falda, d sw<br />

Rappresenta lo spessore di falda che interseca il corpo idrico.<br />

E’ un parametro sito-specifico non necessariamente pari all’intera<br />

profondità della falda nel caso in cui la falda penetri solo parzialmente<br />

il corpo idrico.<br />

Volume del corpo idrico per la miscelazione, V<br />

Rappresenta quel volume d’acqua del corpo idrico superficiale<br />

all’interno del quale si ipotizza che avvenga la miscelazione.<br />

E’ a tutti gli effetti un volume di controllo.<br />

Nel caso in cui il modello sia applicato a fiumi o corsi d’acqua tale<br />

parametro è dato dal prodotto fra la sezione trasversale del fiume e lo<br />

spessore di falda che si immette nel fiume;<br />

V = S sw ⋅ d<br />

sw<br />

nel caso in cui il corpo idrico recettore sia un lago invece si fa<br />

riferimento a quel volume d’acqua contenuto nel bacino, all’interno del<br />

quale avviene la miscelazione: può essere pari all’intero volume del lago<br />

o ad una sua frazione. E’ in ogni caso un parametro acquisibile solo<br />

con indagini in sito.<br />

Altezza idrometrica, b sw<br />

Rappresenta l’altezza del pelo libero del copro idrico rispetto ad un<br />

livello determinato (zero idrometrico), di solito coincidente con la base<br />

del letto del corpo idrico.<br />

Viene determinato a mezzo di un asta graduata, detta idrometro,<br />

saldamente posta su una sponda del corpo idrico.<br />

Poiché il livello di un corpo idrico varia continuamente, per una stima<br />

conservativa, si può assumere il minimo valore riscontrato in un certo<br />

periodo.<br />

Larghezza del plume, L reach<br />

Rappresenta la larghezza del plume di falda nel punto in cui si<br />

interseca con il corpo idrico.<br />

40<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Viene calcolata come quella estensione laterale (direzione y) del plume<br />

all’interno della quale la concentrazione del contaminante resta<br />

superiore al 5% della concentrazione massima, C max , che si ha per<br />

sull’asse del plume.<br />

Per la funzione C ( x y,<br />

z)<br />

, si può utilizzare il modello di Domenico (vedi<br />

Appendice G), oppure valutato in sito a mezzo di indagini.<br />

Distanza fra la sorgente in falda e bordo del corpo idrico, L p<br />

Rappresenta la distanza percorsa dal plume di falda dal punto in cui il<br />

percolato raggiunge la tavola d’acqua fino al bordo del corpo idrico<br />

recettore.<br />

Tale parametro non entra direttamente nelle formule delle acque<br />

superficiali, ma è necessario per l’utilizzo della formula di Domenico per<br />

il calcolo di L reach . In pratica, facendo riferimento alla figura sopra, L reach<br />

viene valutato studiando la funzione ( x L , y,<br />

0)<br />

C p<br />

= .<br />

Frazione di volume di controllo per la miscelazione, Frac<br />

Parametro adimensionale che varia fra 0 e1 e determina la frazione di<br />

volume di controllo all’interno del quale avviene la miscelazione.<br />

Se la miscelazione avviene sull’intero volume disponibile per la<br />

miscelazione (V ) si ha Frac = 1.<br />

41<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Potenziale idraulico della falda, h gw<br />

Il potenziale (o carico) idraulico associato ad una massa fluida viene<br />

determinato dalla seguente relazione:<br />

h gw<br />

dove:<br />

2<br />

P v<br />

= z + +<br />

γ 2g<br />

z è quota della massa fluida rispetto ad un livello determinato;<br />

P è la pressione a cui è soggetta la massa fluida;<br />

γ è il peso specifico del fluido.<br />

Potenziale idraulico del corpo idrico, h sw<br />

Rappresenta il potenziale idraulico di un fiume o di un corso d’acqua.<br />

Poiché le correnti a pelo libero sono soggette ad una pressione costante,<br />

coincidente con la pressione atmosferica, che viene presa come<br />

riferimento, al calcolo del potenziale contribuiscono solo i termini<br />

relativi alla quota e alla velocità media:<br />

h sw<br />

2<br />

v<br />

= z +<br />

2g<br />

Contenuto di carbonio organico nei sedimenti, f ocs<br />

Rappresenta il contenuto di carbonio organico presente nei sedimenti, e<br />

dovrebbe essere sempre misurato sperimentalmente.<br />

Questo parametro è gia stato descritto<br />

Coefficiente di dispersione laterale, D ysw<br />

Fornisce una indicazione quantitativa della efficacia del mescolamento<br />

laterale in un corpo d’acqua superficiale. Può essere stimato dalla<br />

relazione:<br />

D = C ⋅ d ⋅ v<br />

ysw<br />

dove:<br />

'<br />

sw<br />

C è un fattore che tiene conto delle irregolarità della sezione del canale<br />

in prossimità dell’immissione del contaminante, e vale:<br />

C = 0.<br />

1 per canali rettangolari;<br />

C = 0.<br />

3 per canali in condotte;<br />

42<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

C = 0.<br />

6 per canali naturali poco tortuosi;<br />

C = 1.<br />

0 per canali molto tortuosi;<br />

C = 1.<br />

3 per canali con angoli di 90° o più.<br />

d è la profondità del corpo idrico;<br />

'<br />

v sw è la velocità trasversale, data dalla:<br />

v = g ⋅ d ⋅ S<br />

'<br />

sw<br />

l<br />

nella quale S l è la pendenza del canale.<br />

Alternativamente<br />

del fiume.<br />

Portata della falda, Q gw<br />

'<br />

v sw può essere posta pari al 10% della velocità media<br />

Rappresenta il volume d’acqua che la falda immette nel volume di<br />

controllo del corpo idrico superficiale nell’unità di tempo.<br />

E’ possibile calcolarla attraverso la legge di Darcy:<br />

Q = K ⋅ A ⋅ i<br />

gw<br />

dove:<br />

sat<br />

gw<br />

gw<br />

A gw : area attraverso cui l’acqua di falda affluisce nel corpo idrico<br />

recettore; è data dal prodotto fra lo spessore (altezza) del plume di falda<br />

che scarica nel corpo idrico d sw , e la larghezza del plume di falda lungo il<br />

bordo del corpo idrico superficiale (in direzione di scorrimento dell’acqua)<br />

L reach .<br />

i sw : cadente piezometrica data dal rapporto fra il dislivello esistente fra<br />

falda e pelo libero del corpo idrico superficiale e la distanza L f tra i punti<br />

tra cui questo dislivello è misurato (vedere figura):<br />

i<br />

sw<br />

h<br />

=<br />

gw<br />

− h<br />

L<br />

f<br />

sw<br />

43<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Questa cadente può essere diversa dalla cadente che governa il moto<br />

della la falda: questo sia perché la presenza del corpo idrico modifica tale<br />

parametro, sia perché in prossimità di un corpo idrico la granulometria<br />

del terreno può subire variazioni che influiscono sul moto della falda.<br />

La stima di questo parametro può essere effettuata a mezzo di piezometri<br />

disposti in punti opportunamente scelti.<br />

Coefficiente di degradazione della sostanza nelle acque superficiali, λ sw<br />

Tale parametro tiene conto di eventuali processi di biodegradazione delle<br />

sostanze inquinanti all’interno delle acque superficiali.<br />

Dimensionalmente è l’inverso di un tempo ed stimato in laboratorio. In<br />

mancanza di stime o in analisi di livello 1 viene posto uguale a zero.<br />

44<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

6. Simboli e valori di default<br />

Di seguito è riportata la lista dei principali simboli utilizzati nelle sezioni<br />

precedenti e in quelle che seguiranno, con le relative unità di misura.<br />

La lista è tratta dal documento APAT, pertanto, in alcuni casi, i simboli non<br />

coincidono esattamente con quelli utilizzati, è opportuno quindi fare<br />

riferimento anzitutto al significato del parametro e alle sue unità di misura.<br />

Al termine di questa lista, è riportata una tabella, sempre estratta dal<br />

documento APAT, in cui sono indicati valori di default “sito generici” per i<br />

principali parametri visti. Questi valori potrebbero essere utilizzati, ad esempio,<br />

per un AdR di livello 1.<br />

45<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

46<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

47<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

48<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

49<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

50<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

51<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

7. Vie di migrazione: stima dei fattori di trasporto<br />

I fattori di trasporto intervengono nella valutazione delle esposizioni indirette<br />

ovvero laddove eventuali contaminanti possono raggiungere i bersagli solo<br />

attraverso la migrazione dal comparto ambientale sorgente della<br />

contaminazione.<br />

Nell’AdR questo aspetto assume notevole rilevanza dovuta al fatto che una<br />

sottostima o sovrastima dei fattori di trasporto porta a valori del rischio e degli<br />

obiettivi di bonifica rispettivamente troppo bassi o troppo alti.<br />

Lo schema generale che descrive come questi fattori intervengano nel processo<br />

di analisi viene illustrato nella figura sottostante:<br />

Valutata la concentrazione della sorgente, si calcola la concentrazione al punto<br />

di esposizione attraverso la seguente relazione:<br />

C = FT ⋅ C<br />

poe<br />

Concentrazione<br />

alla sorgente<br />

Cs<br />

s<br />

Fattori di<br />

trasporto<br />

FT<br />

Il fattore di trasporto FT , tiene conto dei fenomeni di attenuazione che<br />

intervengono durante la migrazione dei contaminanti.<br />

In questi appunti i valori di FT sono determinati o attraverso valori di default<br />

sito-generici oppure attraverso semplici relazioni analitiche. Come si vedrà<br />

nella parte dell’AdR, gli FT possono essere determinati, in modo molto più<br />

accurato, attraverso modelli numerici più complessi.<br />

Nella tabella sotto riportata sono elencati i fattori di trasporto che intervengono<br />

nella procedura di analisi di rischio di livello 2:<br />

Concentrazione nel<br />

punto di esposizione<br />

Cpoe<br />

52<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Fattore di trasporto Simbolo<br />

fattore di lisciviazione in falda da suolo superficiale e/o<br />

profondo;<br />

fattore di attenuazione in falda; DAF<br />

fattore di volatilizzazione di vapori outdoor da suolo<br />

superficiale;<br />

fattore di volatilizzazione di vapori outdoor da suolo<br />

profondo;<br />

LF<br />

VFss<br />

VFsamb<br />

fattore di volatilizzazione di vapori outdoor da falda; VFwamb<br />

emissione di particolato outdoor da suolo superficiale; PEF<br />

emissione di particolato indoor da suolo superficiale; PEFin<br />

fattore di volatilizzazione di vapori indoor da suolo; VFsesp<br />

fattore di volatilizzazione di vapori indoor da falda; VFwesp<br />

fattore di migrazione dall’acqua di falda all’acqua<br />

superficiale.<br />

RDF<br />

Nelle sezioni successive sono brevemente riportate le relazioni che esprimono i<br />

vari FT. Generalmente esse sono state ricavate imponendo le seguenti<br />

condizioni:<br />

la concentrazione degli inquinanti è uniformemente distribuita nel<br />

volume contaminato ed è costante per tutto il periodo di esposizione;<br />

terreno omogeneo, isotropo e incoerente (si escludono quindi i suoli<br />

porosi per fessurazione, i quali necessitano di modellistica specifica<br />

corrispondente ad un livello 3 di analisi);<br />

non si considerano fenomeni di biodegradazione o meccanismi di<br />

degradazione/trasformazione delle sostanze inquinanti nel suolo, in<br />

soluzione nell’acqua o in fase vapore.<br />

7.1. Lisciviazione e dispersione in falda, LF e DAF<br />

La lisciviazione consiste nell’infiltrazione d’acqua piovana all’interno del suolo<br />

che, a contatto con i contaminanti, dà origine alla formazione di un eluato che<br />

percola attraverso lo strato insaturo (zona vadosa) fino a raggiungere la falda,<br />

dove poi avvengono fenomeni di diluizione, trasporto e dispersione.<br />

Nella figura sottostante viene rappresentato schematicamente tale meccanismo<br />

di trasporto, nel caso di contaminazione di suolo profondo.<br />

53<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Fattore di lisciviazione, LF<br />

Il fattore di lisciviazione consente di valutare l’attenuazione subita dalla<br />

concentrazione di contaminante dovuta al trasporto dalla sorgente di<br />

contaminazione, dal suolo profondo o superficiale, alla falda a causa<br />

dell’infiltrazione d’acqua nello strato insaturo di suolo ed alla successiva<br />

diluizione nell’acquifero superficiale.<br />

Tale fattore è definito come (figura sopra):<br />

C<br />

LF =<br />

C<br />

dove:<br />

Lmf<br />

s<br />

⎡ mg l<br />

⎢<br />

⎣mg<br />

kg<br />

acqua<br />

suolo<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

C s : concentrazione alla sorgente, in termini di massa di contaminante per<br />

massa di suolo ( mg kg suolo )<br />

C Lmf : concentrazione nell’acqua di falda ( lacqua<br />

mg )<br />

54<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Per calcolo di questo fattore si usa la relazione:<br />

K sw ⋅ SAM<br />

LF =<br />

LDF<br />

K sw è un fattore di partizione che esprime il rapporto fra la concentrazione alla<br />

sorgente riferita alla massa di suolo, Cs, e quella, sempre alla sorgente, in<br />

soluzione, CL1:<br />

K<br />

Se consideriamo un volume generico di sorgente, V b , la massa totale di<br />

contaminante, M I , può essere espressa in due diversi modi:<br />

M = C ρ V<br />

I<br />

S<br />

S<br />

b<br />

e, ricordando la ripartiaizone del contaminante nelle tre fasi del terreno,<br />

( K d ⋅ ρ s + θW<br />

+ H ⋅θ<br />

a ) CL<br />

Vb<br />

M I =<br />

1<br />

Dalle quali:<br />

K<br />

sw<br />

sw<br />

=<br />

( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />

)<br />

d<br />

s<br />

ρ<br />

S<br />

W<br />

a<br />

Il valore che si ottiene per la concentrazione in soluzione non deve essere<br />

superiore al limite di solubilità. Dovrà allora essere verificata la seguente<br />

condizione:<br />

CL1 C<br />

=<br />

C<br />

L1<br />

≤ X ⋅ S<br />

dove X e S sono rispettivamente la frazione molare e la solubilità del<br />

contaminante.<br />

S<br />

LDF (Leachate Diluition Factor): rappresenta l’attenuazione del contaminante in<br />

seguito alla sua diluizione nell’acqua della falda.<br />

C<br />

LDF =<br />

C<br />

L1<br />

Lmf<br />

Anzitutto si fa l’ipotesi che la concentrazione nell’eluato in prossimità della<br />

sorgente, coincidente con C L1,<br />

sia uguale a quella dell’eluato in corrispondenza<br />

della piezometrica della falda, C L1'<br />

.<br />

Quindi si definiscono la portata ( m s<br />

3<br />

) di acqua in falda dovuta al<br />

percolamento, Q, e la portata d’acqua ( m s<br />

3<br />

) che giunge da monte, P come:<br />

55<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Q = I ⋅W<br />

⋅ S<br />

ef<br />

gw<br />

gw<br />

W<br />

P = v ⋅δ<br />

⋅ S<br />

W<br />

È facile intuire che la massa di contaminante la massa per unità di volume e di<br />

tempo che entra in falda è:<br />

Q ⋅ CL1<br />

Questa, si trova ora ad essere diluita in un volume, sempre per unità di tempo,<br />

di acqua pari a:<br />

Q + P<br />

Da cui:<br />

C<br />

Lmf<br />

Q ⋅ CL1<br />

=<br />

Q + P<br />

E quindi<br />

Q + P<br />

LDF = = 1 +<br />

Q<br />

P<br />

Q<br />

v<br />

= 1+<br />

I<br />

gw<br />

ef<br />

⋅δ<br />

gw<br />

⋅W<br />

SAM (Soil Atteuation Model): è un fattore che tiene conto del non rispetto<br />

dell’ipotesi C L1<br />

= CL1'<br />

, e definito come:<br />

56<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

C<br />

SAM =<br />

C<br />

L1'<br />

L1<br />

L’ipotesi citata è attendibile solo se la sorgente e la superficie piezometrica della<br />

falda sono abbastanza vicine. In caso contrario, possono intervenire vari fattori,<br />

fra i quali la diluizione, la biodegradazione e la volatilizzazione.<br />

La formulazione più semplice tiene solo conto della diluizione, valutata nel<br />

seguente modo:<br />

La massa totale del contaminante contenuta nella sorgente è data dalla:<br />

( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />

) C V = ( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />

) C ( W ⋅ S d )<br />

M ⋅<br />

I = d s W<br />

a L1<br />

b d s W<br />

a L1<br />

Questa massa, una volta passata anche nella zona sottostante deve<br />

conservarsi, e vale:<br />

( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />

) C ( W ⋅ S L )<br />

M ⋅<br />

I = d s W<br />

a L1'<br />

Uguagliando, è facile vedere che:<br />

C<br />

C<br />

L1'<br />

SAM = =<br />

L1<br />

d<br />

L<br />

S<br />

F<br />

Usando le relazioni viste si ottiene infine:<br />

LF =<br />

K<br />

⋅ SAM<br />

=<br />

LDF<br />

sw<br />

( K ⋅ ρ + θ + H ⋅θ<br />

)<br />

d<br />

s<br />

W<br />

ρ<br />

w<br />

S<br />

a<br />

F<br />

⎛ V<br />

⎜1+<br />

⎜<br />

⎝ I<br />

gw<br />

ef<br />

⋅δ<br />

gw<br />

⋅W<br />

d<br />

⎞ L<br />

⎟<br />

⎠<br />

Fattore di attenuazione laterale in falda, DAF<br />

Il fattore DAF (Diluition Attenuation Factor) esprime il rapporto tra la<br />

concentrazione di un contaminante in corrispondenza della sorgente<br />

secondaria in falda, C Lfalda e la concentrazione al punto di esposizione C Lpoe ,<br />

situato a valle della sorgente rispetto al flusso di falda ad una distanza:<br />

C<br />

DAF =<br />

C<br />

Lfalda<br />

Lpoe<br />

⎡mg<br />

l<br />

⎢<br />

⎢⎣<br />

mg l<br />

acqua<br />

acqua<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎥⎦<br />

Nel caso di concentrazione stimata in falda a partire dalla lisciviazione dal<br />

suolo, si ha C Lfalda = CLmf<br />

La modellizzazione di questo fattore è abbastanza complessa. Solitamente si<br />

adotta il “modello di Domenico”.<br />

S<br />

F<br />

w<br />

s<br />

57<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Questo modello fornisce la distribuzione delle concentrazioni in un dominio<br />

spaziale tridimensionale, in regime variabile, per effetto dell’ emissione<br />

continua di un contaminante da una sorgente areale, costituita da un piano<br />

perpendicolare alla direzione del flusso della falda idrica, avente dimensioni<br />

trasversale S W e verticale δ gw .<br />

Orientando l’asse delle x lungo la direzione del flusso di falda, e gli altri due<br />

assi come mostrato in figura la distribuzione delle concentrazioni è data dalla<br />

seguente equazione:<br />

C<br />

L<br />

( x,<br />

y,<br />

z,<br />

t)<br />

C<br />

L0<br />

⎡ ⎛<br />

⎢ ⎜ y + 0.<br />

5S<br />

erf<br />

⎢ ⎜<br />

⎣ ⎝<br />

2 α y x<br />

1 ⎡ x ⎛<br />

= exp⎢<br />

⎜1−<br />

8 ⎜<br />

⎢⎣<br />

2α<br />

x ⎝<br />

W<br />

⎞ ⎛<br />

⎟ ⎜ y − 0.<br />

5S<br />

− erf<br />

⎟ ⎜<br />

⎠ ⎝<br />

2 α y x<br />

⎡<br />

4λα<br />

⎤ xR<br />

⎢ Rx − vet<br />

1+<br />

⎥<br />

4λα<br />

⎞⎤<br />

⎥ ⋅<br />

⎢<br />

v<br />

xR<br />

e<br />

1+<br />

⎟ erfc<br />

⎥<br />

⋅<br />

v ⎟<br />

⎥<br />

⎢<br />

⎥<br />

e ⎠⎦<br />

2 α xve<br />

Rt<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎢⎣<br />

⎥⎦<br />

W<br />

⎞⎤<br />

⎡ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎤<br />

⎟<br />

z + δ gw z − δ gw<br />

⎥ ⋅ ⎢erf<br />

⎜ ⎟ − erf ⎜ ⎟⎥<br />

⎟⎥<br />

⎢ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎠⎦<br />

⎣ ⎝ 2 α z x ⎠ ⎝ 2 α z x ⎠⎥⎦<br />

Dove tutti i simboli sono noti, ma si ricorda che:<br />

λ è il coefficiente di degradazione,<br />

R è il fattore di ritardo dovuto all’assorbimento del contaminante su matrice<br />

solida, di cui si dirà fra poco.<br />

58<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Si ricorda inoltre che le due funzioni erf e erfc indicano la funzione errore e il<br />

suo complementare:<br />

erf<br />

2<br />

x<br />

2<br />

t<br />

( x)<br />

= ∫ e dt , erfc(<br />

x)<br />

= 1−<br />

erf ( x)<br />

−<br />

π<br />

0<br />

E che, fra le altre, godono delle proprietà:<br />

0 ⇒ erf ( 0)<br />

= 0 , ( 0)<br />

= 1<br />

∞ ⇒ erf ( x)<br />

→1<br />

, erfc(<br />

) → 0<br />

−∞ ⇒ erf ( x)<br />

→ −1<br />

, erfc(<br />

) → 2<br />

( − x)<br />

= erf ( x)<br />

, erfc(<br />

−x)<br />

erfc(<br />

x)<br />

x = erfc<br />

x → x<br />

x → x<br />

erf =<br />

Nel grafico sottostante è riportato l’andamento di queste funzioni.<br />

L’unico fattore dipendente dal tempo nell’equazione sopra riportata è quello<br />

espresso dalla funzione erfc. L’argomento della erfc per t → ∞ tende a − ∞ , cioè<br />

per t sufficientemente grandi questo termine può essere approssimato a 2<br />

ottenedo così la relazione stazionaria:<br />

C<br />

L<br />

( x,<br />

y,<br />

z)<br />

C<br />

L0<br />

=<br />

⎡ ⎛<br />

⎢ ⎜ y + 0.<br />

5S<br />

erf<br />

⎢ ⎜<br />

⎣ ⎝<br />

2 α y x<br />

1 ⎡ x ⎛<br />

exp⎢<br />

⎜1−<br />

4 ⎜<br />

⎢⎣<br />

2α<br />

x ⎝<br />

W<br />

⎞ ⎛<br />

⎟ ⎜ y − 0.<br />

5S<br />

− erf<br />

⎟ ⎜<br />

⎠ ⎝<br />

2 α y x<br />

4λα<br />

⎞⎤<br />

x R<br />

1+<br />

⎟⎥<br />

⋅<br />

v ⎟<br />

e ⎠⎥⎦<br />

W<br />

⎞⎤<br />

⎡ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎤<br />

⎟<br />

z + δ gw z − δ gw<br />

⎥ ⋅ ⎢erf<br />

⎜ ⎟ − erf ⎜ ⎟⎥<br />

⎟⎥<br />

⎢ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎠⎦<br />

⎣ ⎝ 2 α z x ⎠ ⎝ 2 α z x ⎠⎥⎦<br />

59<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Una ulteriore semplificazione di questa relazione può essere ottenuta<br />

ragionando solo lungo l’asse delle x, lungo il quale si hanno i valori massimi di<br />

concentrazione (ricordare che erf(-x) = -erf(x) ):<br />

C<br />

L<br />

( x,<br />

0,<br />

0)<br />

C<br />

L0<br />

⎡ x ⎛ 4λα<br />

R ⎞⎤<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ S ⎟ δ<br />

⎢ ⎜<br />

x ⎟<br />

W<br />

gw<br />

= exp 1−<br />

1+<br />

⎥ ⋅ erf ⋅ erf ⎜ ⎟<br />

⎜<br />

⎟<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎣<br />

2α<br />

x ⎝ ve<br />

⎠⎦<br />

⎝<br />

4 α y x<br />

⎠ ⎝ 2 α z x ⎠<br />

Nel caso in cui tutto l’acquifero sia interessato dalla contaminazione, cioè<br />

δ = d , è ragionevole pensare che in breve spazio o tempo si ottenga una<br />

gw<br />

a<br />

omogeneizzazione lungo la direzione z, che analiticamente significa α = 0:<br />

ciò<br />

comporta una ulteriore semplificazione:<br />

C<br />

L<br />

( x,<br />

0,<br />

0)<br />

C<br />

L0<br />

⎡ x ⎛ 4λα<br />

⎞⎤<br />

⎛ ⎞<br />

⎢ ⎜<br />

x R<br />

⎥ ⋅ ⎜ S<br />

⎟<br />

W<br />

= exp 1−<br />

1+<br />

erf ⎟<br />

⎜<br />

⎟<br />

⎢<br />

⎥<br />

⎜ ⎟<br />

⎣<br />

2α<br />

x ⎝ ve<br />

⎠⎦<br />

⎝<br />

4 α y x<br />

⎠<br />

Tenuto conto di questi risultati e ponendo:<br />

C Lfalda = C L0<br />

e C Lpoe = C L ( x,<br />

0,<br />

0)<br />

Si ha che:<br />

δ < d <br />

gw<br />

gw<br />

a<br />

δ = d <br />

a<br />

C<br />

DAF =<br />

C<br />

C<br />

DAF =<br />

C<br />

Lfalda<br />

Lpoe<br />

Lfalda<br />

Lpoe<br />

⎧<br />

⎪ ⎡ x ⎛<br />

= ⎨exp⎢<br />

⎜1−<br />

⎪⎩ ⎢⎣<br />

2α<br />

⎜<br />

x ⎝<br />

⎧<br />

⎪ ⎡ x ⎛<br />

= ⎨exp⎢<br />

⎜1−<br />

⎪⎩ ⎢⎣<br />

2α<br />

⎜<br />

x ⎝<br />

4λα<br />

R ⎞⎤<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎫<br />

⎪<br />

1<br />

⎜ S ⎟ δ<br />

x ⎟<br />

W<br />

⋅ ⎜ gw<br />

+ ⎥ ⋅ erf erf ⎟<br />

⎟ ⎜<br />

⎬<br />

v ⎥ 4 ⎟ ⎜ 2 ⎟<br />

e ⎠⎦<br />

⎝<br />

α y x<br />

⎠ ⎝ α z x ⎠⎪⎭<br />

4λα<br />

⎞⎤<br />

⎛ ⎞ ⎫<br />

x R<br />

⎪<br />

1<br />

⎜ S<br />

⎟<br />

W<br />

+ ⎥ ⋅ erf ⎟ ⋅<br />

⎟ ⎜<br />

⎬<br />

v ⎥ 4 ⎟<br />

e ⎠⎦<br />

⎝<br />

α y x<br />

⎠ ⎪⎭<br />

Il fattore di ritardo R solitamente è stimato dalla relazione:<br />

R<br />

= 1 +<br />

K d<br />

ρ<br />

ϑ<br />

s<br />

T<br />

Per quanto riguarda i valori di λ questi sono generalmente forniti per le varie<br />

sostanze di interesse, come quelle riportate nella tabella sottostante:<br />

−1<br />

60<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />

z<br />

−1


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Spesso però, come già detto in precedenza, per AdR di livello 1 e 2 si pone λ = 0<br />

, cioè non si considerano processi di degradazione. In questo caso le relazioni<br />

dei DAF sono ulteriormente semplificate:<br />

δ < d <br />

gw<br />

gw<br />

a<br />

δ = d <br />

a<br />

C<br />

DAF =<br />

C<br />

C<br />

DAF =<br />

C<br />

Lfalda<br />

Lpoe<br />

Lfalda<br />

Lpoe<br />

⎧<br />

⎫<br />

⎪<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ S ⎟ δ<br />

W<br />

⎪<br />

⎨<br />

⎜ gw<br />

= erf ⋅ erf ⎟<br />

⎜<br />

⎬<br />

⎪⎩<br />

4 ⎟ ⎜ 2 ⎟<br />

⎝<br />

α y x<br />

⎠ ⎝ α z x ⎠⎪⎭<br />

⎧<br />

⎫<br />

⎪<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ SW<br />

⎪<br />

=<br />

⎟<br />

⎨erf<br />

⋅<br />

⎜<br />

⎬<br />

⎪⎩<br />

4 ⎟<br />

⎝<br />

α y x<br />

⎠ ⎪⎭<br />

7.2. Volatilizzazione in ambienti aperti (VFss, VFsamb, VFwamb)<br />

−1<br />

Sono ora presi in esame i fattori di trasporto legati alla volatilità del<br />

contaminante che, presente nel suolo o nella falda, può in parte trovarsi in fase<br />

vapore e migrare verso la superficie (figura sottostante).<br />

La descrizione dettagliata di questi fattori di trasporto è spesso molto<br />

complessa (vedere ad esempio la trattazione riportata nella Appendice D del<br />

documento APAT), pertanto di seguito si riportano praticamente solo le<br />

relazioni finali.<br />

Uno dei parametri più importanti per la descrizione di questo fenomeno è la<br />

zona di miscelazione in aria, δ air , già precedentemente definita come il volume<br />

di aria all’interno del quale si ipotizza avvenga la miscelazione tra i<br />

contaminanti volatili provenienti dal suolo e l’aria stessa.<br />

−1<br />

61<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Volatilizzazione di vapori outdoor da suolo superficiale, VFss<br />

Il fenomeno di volatilizzazione di vapori da suolo superficiale (SS) in ambienti<br />

aperti (outdoor) è un processo secondo il quale i flussi di vapore, tipicamente di<br />

sostanze organiche, presenti nella porzione superficiale di terreno migrano<br />

verso l’aria al di sopra della superficie del terreno stesso (vedere figura sopra).<br />

Il fattore di volatilizzazione in aria outdoor da SS si esprime come rapporto tra<br />

la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in aria), Cair, e<br />

quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (suolo superficiale)<br />

Cs:<br />

VF<br />

ss<br />

C<br />

=<br />

C<br />

air<br />

s<br />

⎡ mg m<br />

⎢<br />

⎣mg<br />

kg<br />

3<br />

aria<br />

suolo<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

Per il calcolo di questo termine si prendono in considerazione due modelli.<br />

Il primo (modello di Juri) descrive il processo di diffusione degli inquinanti in<br />

atmosfera provenienti da una colonna di suolo contaminato dal piano<br />

campagna fino ad una certa profondità. Questa profondità può essere finita<br />

(modello a sorgente finita) oppure infinita (modello a sorgente infinita). In<br />

62<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

questo ambito, in via cautelativa, si adotta come soluzione per la stima del<br />

fattore di volatilizzazione il modello a sorgente infinita, col quale si ottiene la<br />

soluzione:<br />

VF<br />

ss<br />

=<br />

U<br />

Dove :<br />

'<br />

eff<br />

2W s Ds<br />

H<br />

3<br />

air<br />

ρ<br />

δ<br />

air<br />

πτ<br />

( ϑ + K ρ + Hϑ<br />

)<br />

w<br />

d<br />

s<br />

a<br />

⋅10<br />

eff<br />

Ds è il coefficiente di diffusione effettiva del suolo ( cm s<br />

2<br />

) che viene calcolato<br />

dalla:<br />

D<br />

eff<br />

s<br />

ϑ<br />

= Da<br />

θ<br />

3.<br />

33<br />

a<br />

2<br />

e<br />

Dw<br />

ϑ<br />

+<br />

H θ<br />

3.<br />

33<br />

w<br />

2<br />

e<br />

Nella quale a D e D w sono rispettivamente i coefficienti di diffusione in aria e in<br />

acqua ( cm s<br />

2<br />

documento ISPESL).<br />

[ 1 ]<br />

) e che possono riportati nelle caratteristiche dei contaminati (p.e.<br />

Nella soluzione sopra riportata è interessante notare che il secondo fattore<br />

sotto radice esprime la partizione del contaminante in aria rispetto al totale.<br />

Va notato infine che il fattore moltiplicativo 1000 è necessario unicamente per<br />

potere utilizzare le unità di misura riportate nelle tabelle date nelle sezioni<br />

precedenti.<br />

Il secondo modello è essenzialmente un bilancio di massa, nel quale si eguaglia<br />

il valore massimo di massa che può entrare nel volume di miscelazione, che<br />

coincide con la massa totale del contaminante nel suolo superficiale, con quella<br />

che esce dal volume di miscelazione a causa del trasporto eolico nel tempo di<br />

esposizione τ :<br />

'<br />

S W dρ<br />

C = U δ S τ C<br />

'<br />

w<br />

s<br />

s<br />

air<br />

air<br />

'<br />

w<br />

air<br />

Dalla quale, tenuto conto del fattore 1000 per i cambi di unità di misura:<br />

VF<br />

=<br />

ss<br />

U air<br />

'<br />

W ρ sd<br />

⋅<br />

δ τ<br />

air<br />

10 3<br />

[ 2]<br />

La relazione [1] è più completa della [2] in quanto tiene conto anche della<br />

partizione dell’inquinante nelle tre fasi del terreno (solida, liquida e gassosa) e<br />

della diffusività effettiva nel suolo.<br />

63<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Tuttavia, la [1] fornisce, per i composti volatili, valori di VFss troppo alti e<br />

quindi poco attendibili, mentre per i composti poco volatili i valori da essa<br />

ricavati sono sempre inferiori e più attendibili di quelli ottenuti dalla [2].<br />

Per questo motivo, si procede al calcolo di entrambi i valori, dopodiché si<br />

sceglie il più basso.<br />

Volatilizzazione di vapori outdoor da suolo profondo, VFsamb<br />

Il fenomeno di volatilizzazione di vapori da suolo profondo (SP) in ambienti<br />

aperti è un processo secondo il quale le specie chimiche volatili presenti nel SP<br />

migrano verso la superficie del terreno ed inoltre si rimescolano con l’aria della<br />

zona posta al di sopra della sorgente contaminante.<br />

Il fattore di volatilizzazione in aria outdoor da SP si esprime come rapporto tra<br />

la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in aria), Cair, e<br />

quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (suolo profondo):<br />

VF<br />

samb<br />

C<br />

=<br />

C<br />

air<br />

s<br />

⎡ mg m<br />

⎢<br />

⎣mg<br />

kg<br />

3<br />

aria<br />

suolo<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

Per il calcolo di questo termine si prendono in considerazione due modelli.<br />

Il primo (modello di Farmer) porta alla soluzione:<br />

VF<br />

samb<br />

=<br />

Hρ<br />

( ϑ + K ρ + Hϑ<br />

)<br />

w<br />

d<br />

s<br />

a<br />

s<br />

⎛ U airδ<br />

air L<br />

⎜<br />

1+<br />

eff '<br />

⎝ Ds<br />

W<br />

s<br />

⋅10<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

Mentre il secondo adotta la stessa soluzione vista in precedenza e basata sul<br />

bilancio di massa:<br />

VF<br />

'<br />

W ρ sd<br />

s<br />

= ⋅<br />

δ τ<br />

samb<br />

U air<br />

air<br />

10 3<br />

[ 2]<br />

Anche in questo caso valgono le stesse considerazioni fatte nella soluzione<br />

precedente, pertanto si procede al calcolo di entrambi i valori, dopodiché si<br />

sceglie il più basso.<br />

Volatilizzazione di vapori outdoor da falda, VFwamb<br />

Il fenomeno di volatilizzazione di vapori da falda (GW) in ambienti aperti è un<br />

processo secondo il quale le specie chimiche volatili, presenti in soluzione nelle<br />

acque di falda, migrano, sotto forma di vapori, verso la superficie del terreno,<br />

dove si mescolano con l’aria della zona sovrastante la sorgente contaminata.<br />

3<br />

[ 1 ]<br />

64<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Il fattore di volatilizzazione in aria outdoor da GW si esprime come rapporto tra<br />

la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in aria), Cair, e<br />

quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (in falda):<br />

VF<br />

wamb<br />

C<br />

=<br />

C<br />

air<br />

s<br />

⎡mg<br />

m<br />

⎢<br />

⎢⎣<br />

mg l<br />

3<br />

aria<br />

acqua<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎥⎦<br />

Questo fattore di trasporto si ricava dalla relazione:<br />

VF<br />

wamb<br />

H<br />

=<br />

U airδ<br />

air L<br />

1+<br />

eff<br />

D W<br />

w<br />

GW<br />

'<br />

⋅10<br />

3<br />

Dove il coefficiente di diffusione effettiva in acqua,<br />

D<br />

eff<br />

w<br />

=<br />

⎛ h<br />

⎜<br />

⎝ D<br />

( h + h )<br />

cap<br />

cap<br />

eff<br />

cap<br />

v<br />

h<br />

+<br />

D<br />

v<br />

eff<br />

s<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

eff<br />

D w , è dato dalla:<br />

Nella quale, il coefficiente di diffusione effettiva nella frangia capillare è dato<br />

dalla:<br />

D<br />

eff<br />

cap<br />

ϑ<br />

= Da<br />

θ<br />

3.<br />

33<br />

a,<br />

cap<br />

2<br />

e<br />

D ϑ w<br />

+<br />

H θ<br />

3.<br />

33<br />

w,<br />

cap<br />

2<br />

e<br />

7.3. Volatilizzazione in aria indoor<br />

Questo fenomeno può verificarsi nel caso in cui, in corrispondenza della zona<br />

di contaminazione, vi sia un edificio nel quale, a causa di eventuali fessurazioni<br />

nelle fondazioni o nei muri perimetrali dei locali interrati, si verifichi<br />

l’infiltrazione della fase volatile dei contaminanti.<br />

Nella figura sottostante si riporta lo schema relativo al fenomeno di<br />

volatilizzazione in ambienti confinati (indoor) nei due casi possibili, ossia<br />

sorgente di contaminazione nel suolo e sorgente di contaminazione nella falda.<br />

La modellizzazione dei fattori di trasporto coinvolti è abbastanza complicata, di<br />

seguito sono riportate solo le relazioni finali, rimandando per alcuni<br />

approfondimenti all’Appendice F del documento APAT.<br />

65<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Volatilizzazione di vapori indoor da suolo, VFsesp<br />

Il fattore di volatilizzazione in aria indoor da suolo, unico per SS e SP, si<br />

esprime come rapporto tra la concentrazione della specie chimica nel punto di<br />

esposizione (in aria indoor) Cpoe, e quella in corrispondenza della sorgente di<br />

contaminazione (suolo) Cs:<br />

VF<br />

sesp<br />

C<br />

=<br />

C<br />

poe<br />

s<br />

⎡ mg m<br />

⎢<br />

⎣mg<br />

kg<br />

3<br />

aria<br />

suolo<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

Anche in questo caso si usano due relazioni una basata su un modello più<br />

completo ed una sul bilancio di massa.<br />

La prima è<br />

VF<br />

sesp<br />

=<br />

Hρ<br />

( ϑ + K ρ + Hϑ<br />

)<br />

w<br />

eff<br />

Ds<br />

D<br />

1+<br />

+<br />

L L ER D<br />

T<br />

d<br />

b<br />

s<br />

s<br />

D<br />

eff<br />

s<br />

L L ER 3<br />

⋅10<br />

a T b<br />

eff<br />

s Lcrack<br />

eff<br />

crcack T<br />

L η<br />

[ 1 ]<br />

66<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Dove<br />

definito) e<br />

eff<br />

Ds è il coefficiente di diffusione effettiva attraverso la zona vadosa (già<br />

delle fondazioni:<br />

D<br />

eff<br />

crack<br />

ϑ<br />

= D<br />

a<br />

eff<br />

D crack è il coefficiente di diffusione effettiva attraverso le fenditure<br />

3.<br />

33<br />

a,<br />

crack<br />

2<br />

θ e<br />

D ϑ w<br />

+<br />

H<br />

3.<br />

33<br />

w,<br />

crack<br />

2<br />

θ e<br />

Il procedimento che porta alla relazione del bilancio di massa non è banale<br />

(Appendice F del documento APAT), quindi si riporta di seguito solo la sua<br />

espressione finale:<br />

VF<br />

ρ d<br />

10<br />

s 3<br />

sesp = (SS) oppure<br />

LbERτ<br />

VF<br />

ρ d<br />

10<br />

s s 3<br />

sesp = (SP)<br />

LbERτ<br />

E’ da notare che, anche in questo caso, l’espressione ricavata non tiene conto<br />

né delle proprietà del terreno né di quelle del contaminante.<br />

Anche in questo caso, il fattore così calcolato viene confrontato con quello<br />

ottenuto dal del bilancio di massa, per poi utilizzarne il minimo dei due.<br />

Volatilizzazione di vapori indoor da falda, VFwesp<br />

La volatilizzazione indoor da falda si verifica quando sopra la zona di falda<br />

contaminata vi è un edificio nel quale avviene l’infiltrazione dei contaminanti.<br />

Il fattore di volatilizzazione in aria indoor da falda si esprime come rapporto tra<br />

la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in aria indoor)<br />

Cpoe, e quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (suolo) Cs:<br />

VF<br />

sesp<br />

C<br />

=<br />

C<br />

poe<br />

s<br />

⎡mg<br />

m<br />

⎢<br />

⎢⎣<br />

mg l<br />

3<br />

aria<br />

acqua<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎥⎦<br />

Contrariamente ai casi precedenti, in questo caso non si considera il bilancio di<br />

massa bensì un’unica relazione, della quale si rimanda all’appendice F del<br />

documento APAT per i dettagli:<br />

VF<br />

wesp<br />

eff<br />

Ds<br />

H<br />

LT<br />

LbER<br />

=<br />

⋅10<br />

eff<br />

eff<br />

Dw<br />

Dw<br />

Lcrack<br />

1+<br />

+ eff<br />

L L ER D L η<br />

T<br />

b<br />

crcack<br />

T<br />

3<br />

67<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Dove<br />

eff<br />

Dcrack è il coefficiente di diffusione effettiva attraverso le fenditure delle<br />

fondazioni (già definito) e<br />

tavola d’acqua (già definito).<br />

eff<br />

D w è il coefficiente di diffusione effettiva attraverso la<br />

7.4. Emissione di particolato dal suolo indoor e outdoor, PEF<br />

Il fenomeno di emissione di particolato da suolo superficiale (SS) è un processo<br />

secondo il quale avviene il sollevamento di polveri dal suolo superficiale<br />

contaminato, a seguito di fenomeni di erosione, e il rimescolamento, e la<br />

conseguente diluizione di queste polveri con l’aria della zona sovrastante la<br />

sorgente di contaminazione.<br />

L’inalazione di tale particolato può avvenire sia in ambienti aperti che in<br />

ambienti confinati.<br />

Il fattore di emissione di particolato in aria outdoor da SS si esprime come<br />

rapporto tra la concentrazione della specie chimica nel punto di esposizione (in<br />

aria) e quella in corrispondenza della sorgente di contaminazione (nel suolo):<br />

C<br />

PEF =<br />

C<br />

poe<br />

ss<br />

⎡ mg m<br />

⎢<br />

⎣mg<br />

kg<br />

3<br />

aria<br />

suolo<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

Definita la portata di particolato da suolo superficiale per unità di superficie<br />

P e<br />

2 [ g ( cm s)<br />

]<br />

, per ambienti esterni il bilancio massa di particolato emessa –<br />

massa di particolato miscelata in aria, nel tempo τ, si può scrivere come:<br />

' '<br />

'<br />

PeW<br />

S wτC<br />

ss = U airδ<br />

airS<br />

wC<br />

poeτ<br />

Dalla quale, tenuto conto del solito fattore 1000 per le unità di misura, si<br />

ottiene:<br />

'<br />

PeW<br />

PEF =<br />

U δ<br />

air<br />

air<br />

⋅10<br />

3<br />

In caso di ambienti indoor questo fattore può essere moltiplicato per la frazione<br />

di polveri che entrano nell’ambiente chiuso, Fi, che però, in via cautelativa,<br />

viene quasi sempre posto uguale a 1.<br />

Anche in questo caso il valore di PEF può essere moltiplicato per la frazione<br />

areale di fratture del suolo (1 in via cautelativa).<br />

7.5. Dispersione in aria outdoor, ADF<br />

68<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Il fattore di dispersione del contaminante in atmosfera (ADF - Air Dispersion<br />

Factor) si esprime come rapporto tra la concentrazione della specie chimica nel<br />

punto di esposizione, Cair, e quella in corrispondenza della sorgente di<br />

contaminazione Cs (figura sottostante):<br />

3<br />

C ⎡<br />

air mg m<br />

ADF = ⎢ 3<br />

Cs<br />

⎣mg<br />

m<br />

aria<br />

aria<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

La trattazione dettagliata della dispersione atmosferica di questo caso sarà<br />

fatta più avanti nel corso di Laboratorio di Dinamica degli Inquinanti.<br />

Al momento ci si limita a dire che per il calcolo di questo fattore si utilizza un<br />

approccio gaussiano, nel quale:<br />

- la sorgente è considerata tutta concentrata nel punto indicato in figura è<br />

'<br />

con una emissione di: U airδ<br />

air S wC<br />

s<br />

- il suolo è perfettamente riflettente<br />

- non vi sono limitazioni alla dispersione verticale.<br />

Sotto queste ipotesi, considerato un punto di esposizione al suolo ad una<br />

distanza x sottovento rispetto alla sorgente e posto sotto l’asse del plume di<br />

dispersione (condizione peggiore) si dimostra che l’ADF vale:<br />

δ<br />

ADF =<br />

πσ<br />

y<br />

air<br />

S<br />

'<br />

w<br />

⎛<br />

exp⎜<br />

−<br />

⎝<br />

2<br />

air<br />

( ) ( ) ( ) ⎟⎟ ⎜ 2<br />

x σ x 2σ<br />

x<br />

z<br />

δ<br />

z<br />

⎞<br />

⎠<br />

7.6. Migrazione dall’acqua di falda alle acque superficiali, RDF<br />

69<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Questa via di migrazione non è più considerata nelle ultime versioni delle linee<br />

guida ministeriali. Ciò nonostante, questa parte viene comunque lasciata in<br />

questi appunti in quanto mostra l’approccio modellistico rimane valido.<br />

La migrazione dei contaminanti dall’acqua di falda all’acqua superficiale<br />

determina una contaminazione del corpo superficiale ricettore, che va<br />

determinata, nell’ipotesi di perfetto mescolamento tra acqua di falda ed acqua<br />

superficiale e di corpo idrico superficiale non inquinato.<br />

Facendo riferimento alla figura già vista in precedenza e allo schema<br />

semplificato sotto riportato, si può esprimere la concentrazione del<br />

contaminante in falda con quella a valle del corpo idrico superficiale mediante<br />

un semplice bilancio di massa:<br />

Q<br />

sw<br />

C<br />

0<br />

( Q + Q ) C = 0<br />

+ QgwC<br />

gw − sw gw sw<br />

Poiché in generale C 0


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

e acqua del corpo idrico ricevente, dove la zona di mescolamento è definita<br />

dalla seguente relazione:<br />

0.<br />

4W<br />

MZ =<br />

D<br />

2<br />

sw<br />

v<br />

y,<br />

sw<br />

sw<br />

71<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

8. Modalità di esposizione e bersagli: di stima dei fattori di esposizione<br />

Le vie e le modalità di esposizione sono quelle mediante le quali il potenziale<br />

bersaglio entra in contatto con le specie chimiche contaminanti.<br />

Si ha una esposizione diretta se la via di esposizione coincide con la sorgente di<br />

contaminazione; si ha una esposizione indiretta nel caso in cui il contatto del<br />

recettore con la sostanza inquinante avviene a seguito della migrazione dello<br />

stesso e quindi avviene ad una certa distanza dalla sorgente.<br />

In generale, le vie di esposizione possono essere suddivise in quattro categorie:<br />

suolo superficiale (SS),<br />

aria outdoor (AO),<br />

aria indoor (AI),<br />

acqua profonda (GW)<br />

Ad ogni sorgente di contaminazione possono corrispondere più vie di<br />

esposizione, e pertanto in siti diversi si possono avere combinazioni diverse, a<br />

seconda delle caratteristiche specifiche del sito stesso.<br />

Per quanto riguarda i bersagli della contaminazione, ai fini dell’esecuzione di<br />

un’analisi di rischio sanitaria, questi sono esclusivamente umani.<br />

Tali ricettori sono differenziati in funzione:<br />

della loro localizzazione: infatti si devono prendere in considerazione nell’<br />

analisi tutti i recettori umani compresi nell’area logica di influenza del<br />

sito potenzialmente contaminato.<br />

In tale ambito, si definiscono bersagli on-site quelli posti in<br />

corrispondenza della sorgente di contaminazione, e bersagli off-site quelli<br />

posti ad una certa distanza da questa.<br />

della destinazione d’uso del suolo; le quali possono essere differenziate<br />

in:<br />

o Residenziale, a cui corrispondono bersagli umani sia adulti che<br />

bambini (0-6 anni).<br />

Uno scenario di esposizione è Residenziale quando al suo interno<br />

sono presenti delle abitazioni che sono o potranno essere abitate.<br />

In questo territorio, i residenti sono in frequente contatto con gli<br />

inquinanti presenti, l’assunzione di sostanze inquinanti è<br />

72<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

giornaliera e a lungo termine con possibilità quindi di generare<br />

elevati rischi di esposizione.<br />

o Ricreativo, a cui corrispondono bersagli umani sia adulti che<br />

bambini.<br />

In questo caso si intende definire un qualsiasi terreno in cui la<br />

gente spende un limitato periodo di tempo giocando, pescando,<br />

cacciando o svolgendo una qualsiasi attività esterna.<br />

Dal momento che possono essere incluse attività molto differenti<br />

tra loro è necessaria una descrizione sito-specifica per definire gli<br />

intervalli dei valori dei vari coefficienti di esposizione, che possono<br />

essere anche molto differenti tra loro.<br />

o Industriale/Commerciale, a cui corrispondono bersagli<br />

esclusivamente adulti.<br />

In questo scenario le persone esposte al maggior rischio di<br />

contaminazione sono i lavoratori presenti nel sito, i quali sono<br />

esposti alla contaminazione con frequenza praticamente<br />

giornaliera.<br />

Svolgendo attività fisiche impegnative i lavoratori presenti in sito<br />

saranno maggiormente esposti a determinate vie espositive.<br />

Per quanto riguarda il bersaglio bambini, in assenza di dati di esposizione sito-<br />

specifici, si intende individui aventi una età compresa tra 0 - 6 anni.<br />

Nella tabella sottostante sono riportate le tipologie di bersaglio considerato<br />

(adulto e/o bambino) e di esposizione (diretta o indiretta) in funzione della<br />

destinazione d’uso del suolo, della via e modalità di esposizione e della sorgente<br />

di contaminazione.<br />

73<br />

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620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

E’ quindi necessario reperire delle specifiche informazioni riguardanti l’area<br />

oggetto di indagine.<br />

Alcuni di queste informazioni riguardano:<br />

l’uso del sito attuale e la destinazione d'uso prevista dagli strumenti<br />

urbanistici;<br />

l’uso del suolo nell’intorno del sito (residenziale, industriale,<br />

commerciale, agricolo, ricreativo);<br />

la presenza di pozzi ad uso idropotabile;<br />

la distribuzione della popolazione residente e delle altre attività<br />

antropiche.<br />

8.1. Calcolo della portata effettiva di esposizione<br />

L’esposizione E [ ( kg d ) ]<br />

contaminante.<br />

mg rappresenta l’assunzione cronica giornaliera del<br />

Questo fattore è dato dal prodotto tra la concentrazione, calcolata in<br />

corrispondenza del punto di esposizione Cpoe, (es. mg l ), e la portata effettiva di<br />

esposizione EM, (es. ( kg d)<br />

l ), che può rappresentare la quantità di suolo<br />

ingerita, di aria inalata o di acqua contaminata bevuta al giorno per unità di<br />

peso corporeo:<br />

74<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

E = C poe ⋅ EM<br />

Per la determinazione di entrambi i termini è necessario definire il modello<br />

concettuale del sito.<br />

La valutazione della portata effettiva di esposizione EM si traduce nella stima<br />

della dose giornaliera della matrice ambientale considerata, che può essere<br />

assunta dai recettori umani identificati nel modello concettuale.<br />

La stima della portata effettiva di esposizione EM ha, generalmente, carattere<br />

conservativo secondo il principio della esposizione massima ragionevolmente<br />

possibile, ed avviene usando l’espressione generica:<br />

CR ⋅ EF ⋅ ED<br />

EM =<br />

BW ⋅ AT ⋅ d y<br />

( 365 )<br />

Dove CR è il tasso di contatto con il mezzo contaminato (es. l d , litri di acqua<br />

ingeriti al giorno).<br />

Gli altri simboli sono riportati nella tabella riportata di seguito. In particolare,<br />

con il simbolo AT si indica il tempo medio di esposizione di un individuo ad<br />

una data sostanza. Per le sostanze cancerogene l’esposizione è calcolata sulla<br />

durata media della vita, cioè 70 anni, mentre per quelle non cancerogene è<br />

mediata sull’effettivo periodo di esposizione (ED). Ne consegue che il rischio per<br />

sostanze cancerogene è relativo non al periodo di tempo della diretta<br />

esposizione, bensì a tutto l’arco della vita.<br />

Di seguito sono riportate le relazioni utilizzate per il calcolo della portata<br />

effettiva di esposizione per i diversi fattori di esposizione.<br />

I simboli utilizzati e i loro valori di default sono riportati nella tabella che<br />

segue. Notare che sono riportate le relazioni per ogni modalità di esposizione<br />

elencate nella tabella precedente (bersagli/esposizione). Le parentesi [ ] al<br />

numeratore raggruppano i fattori che definiscono CR :<br />

Contatto dermico:<br />

EM<br />

=<br />

[ ⋅ ⋅ ] ⋅<br />

BW ⋅ AT ⋅(<br />

365d<br />

y)<br />

SA AF ASB EF ED<br />

Ingestione di suolo: [ IR ⋅ FI ] EF ⋅ ED<br />

EM =<br />

BW ⋅ AT ⋅(<br />

365d<br />

y)<br />

⎡ mg<br />

⎢<br />

⎣kg<br />

d<br />

⎡ mg<br />

⎢<br />

⎣kg<br />

d<br />

75<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

⎤<br />

⎥<br />


620 - <strong>Modello</strong> <strong>Concettuale</strong><br />

Ingestione di vapori e polveri<br />

⎡B0 ⋅ EF ⎤ g EF ⋅ ED<br />

EM =<br />

⎣ ⎦<br />

BW AT d y<br />

outdoor: ⋅ ⋅(<br />

365 )<br />

Ingestione di vapori e polveri<br />

indoor:<br />

⎡Bi ⋅ EF ⎤ g EF ⋅ ED<br />

EM =<br />

⎣ ⎦<br />

BW ⋅ AT ⋅ d y<br />

( 365 )<br />

⎡ m<br />

⎢<br />

⎣kg<br />

d<br />

3<br />

⎡ m<br />

⎢<br />

⎣kg<br />

d<br />

3<br />

E’ importante notare che, fissata la destinazione d’uso del area interessata, la<br />

stima della portata effettiva di esposizione EM fornisce due valori: uno per la<br />

popolazione adulta, EMA, e uno per i bambini EMB .<br />

La portata effettiva di esposizione da utilizzare nell’analisi di rischio è la somma<br />

delle due:<br />

EM = EMA + EMB<br />

76<br />

S. Teggi - Facoltà di Ingegneria di Modena – A.A. 2009-10<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

⎤<br />

⎥<br />

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