El sistema de modelización RAMS-CALMET-CALPUFF se ha empleado para simular los impactos olorosos de una planta papelera en un área urbana situada a varios kilómetros de distancia en una zona costera y montañosa.

   En dicha zona se han venido registrando en los últimos años episodios de quejas ciudadanas por malos olores, con un origen potencial en distintos focos contaminantes situados dentro y fuera del área urbana. Se ha simulado una selección de episodios en condiciones anticiclónicas, con poca ventilación general y cambios continuos de estabilidad y viento durante el día.

V. Valdenebro¹*, E. Sáez de Cámara¹, G. Gangoiti¹, L. Alonso¹, J. A. García¹, M. Navazo², M. de Blas¹, J. Lavín³, N. García-Borreguero⁴

¹Universidad del País Vasco UPV/EHU, Escuela de Ingeniería de Bilbao, Alameda de Urquijo s/n, 48 013 Bilbao, España.
²Universidad del País Vasco UPV/EHU, Escuela Universitaria de Ingeniería de Vitoria-Gasteiz, C/ Nieves Cano 12, 01006 Vitoria-Gasteiz, España.
³ Sociedad Española de Abastecimientos, S.A., Gran Vía Marqués del Turia,¸19, 46005, Valencia, España.
⁴Gobierno Vasco, Departamento de Medio Ambiente y Política Territorial, Dirección de Administración Ambiental, Servicio de aire, Donostia-San Sebastián 1, 01010 Vitoria-Gasteiz, España.
 * veronica.valdenebro@ehu.eus

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

   Editor académico: Carlos N Díaz.

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

   Cita: V. Valdenebro, E. Sáez de Cámara, G. Gangoiti, L. Alonso, J. A. García, M. Navazo, M. de Blas, J. Lavín y N. García-Borreguero, 2017, Análisis de episodios de olor mediante simulación, olfatometría de campo y quejas ciudadanas en el entorno de una papelera, IV Conferencia Internacional sobres gestión de Olores y COVs en el Medio Ambiente, Valladolid, España, www.olores.org

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   ISBN: 978-84-697-7359-8

   Palabras claves: RAMS, CALMET, CALPUFF, topografía compleja, modelización, validación, calidad del aire.

Resumen

   El sistema de modelización RAMS-CALMET-CALPUFF se ha empleado para simular los impactos olorosos de una planta papelera en un área urbana situada a varios kilómetros de distancia en una zona costera y montañosa. En dicha zona se han venido registrando en los últimos años episodios de quejas ciudadanas por malos olores, con un origen potencial en distintos focos contaminantes situados dentro y fuera del área urbana.

   Se ha simulado una selección de episodios en condiciones anticiclónicas, con poca ventilación general y cambios continuos de estabilidad y viento durante el día. Se trata de confirmar o no la posibilidad de que el impacto de olor de la planta papelera pueda estar detrás de las quejas ciudadanas y concentraciones de olor registradas durante una serie de campañas de olfatometría de campo.

   Las salidas horarias de las simulaciones meteorológicas se han validado con datos de estaciones de superficie, de un radar perfilador de viento y de radio-sondeos cercanos. Los resultados de las simulaciones muestran que el modelo es capaz de simular de forma quasi-síncrona los impactos de olor con las quejas y medidas experimentales de olor en el área urbana.

1. Introducción

   La modelización de la dispersión es uno de los métodos más usados para la evaluación de impactos de olor (Brancher et al., 2016), siendo habitual su empleo para estimar el cumplimiento de un determinado criterio de impacto, normalmente atendiendo a estadísticos anuales.

   Alternativamente puede emplearse para el estudio de episodios determinados de olor (Sironi et al., 2010), cuyo análisis ayudará a conocer las causas y procesos subyacentes a los mismos. Dicho análisis servirá también para calibrar el modelo para posteriores estudios episódicos adicionales, estudios a largo plazo o de diferentes escenarios de emisiones. En ambos casos es necesaria una validación de las simulaciones (meteorología y dispersión) frente a observaciones, con objeto de determinar la fiabilidad de las conclusiones extraídas de las mismas y la aplicabilidad del modelo (Ranzato et al., 2012). En la mayoría de los estudios existentes no se analiza/valida la secuencia horaria de impactos y no se presenta una validación de las simulaciones meteorológicas. La relación entre emisión e impacto depende principalmente de la meteorología. Ésta puede incluir situaciones complejas de cambios de estabilidad, dirección del viento y calmas/vientos ligeros, frecuentes en zonas de topografía compleja, que necesitan ser adecuadamente simuladas como base para las simulaciones de dispersión.

   En este estudio se presenta la simulación de episodios de olor en una zona costera y montañosa en la que durante años se han venido registrando quejas por malos olores por parte de la población. En años anteriores las autoridades locales y regionales financiaron diferentes estudios con objeto de diagnosticar la situación, incluyendo la realización de un mapa de olores mediante olfatometría de campo en una zona urbana (AT, 2013). El presente trabajo trata de confirmar si, tal y como indicaban los datos de olor (olfatometría y quejas), una papelera situada a entre 3 km y 7 km al sur de los distintos barrios de la ciudad podría estar detrás de algunos de los episodios de olor registrados. Se trataría también, en su caso, de conocer los procesos meteorológicos subyacentes a la generación de dichos episodios y de calibrar el modelo para el análisis de diferentes escenarios de emisiones, entre otros.

2. Materiales y métodos

   Se han seleccionado tres periodos de cuatro días consecutivos (15 a 18 de abril, 2 a 5 de julio y 29 de julio a 1 de agosto de 2013) en condiciones anticiclónicas, coincidiendo con las tres primeras campañas de olfatometría de campo disponibles (22 rondas de 4 horas aproximadamente distribuidas en dichos días; AT, 2013). En dichas campañas se empleó una sistemática mediante el método de malla basada en la norma alemana VDI 3940 (Parte I, 2006). Sin embargo no se siguió rigurosamente la metodología/plan de muestreo indicados en dicha norma para inferir frecuencias anuales de impactos de olor. No obstante, los datos registrados sí son adecuados para la documentación de situaciones episódicas (varios días consecutivos), pudiendo considerarse indicadores de la presencia de olor en una determinada zona durante un lapso de tiempo concreto. En cada muestreo en un punto un panelista realizaba aspiraciones de aire cada diez segundos durante cinco minutos. En caso de obtenerse al menos tres percepciones de olor positivas se consideraba presencia de olor, y durante cinco minutos adicionales se procedía a cuantificar el olor con un olfatómetro de campo Nasal Ranger. En caso de no detección de olor, durante los restantes minutos se confirmaba la no detección al tiempo que se rellenaba la hoja de registro de olor. Los detalles de la olfatometría de campo pueden encontrarse en AT (2013).

   Adicionalmente se dispuso de un registro de quejas ciudadanas (incluyendo día, hora, intensidad y posible origen, entre otros) desde enero de 2011 a marzo de 2014, no realizado bajo un programa específico, obtenido y facilitado por las autoridades regionales. Estos datos son también indicativos de la presencia de molestias por olor a la población en un determinado momento en una zona. Se ha analizado el registro completo de quejas para deducir la climatología de las mismas (patrones meteorológicos), estudiarlas en el contexto de los periodos meteorológicos propicios a generar impactos en la zona estudiada y deducir la representatividad de las campañas de olfatometría. Se ha estudiado la meteorología sinóptica (datos de NCEP-reanálisis) y local (datos de una selección de 5 estaciones meteorológicas situadas en el área de impactos), durante los periodos de quejas persistentes por olor a papelera.

Fig. 1. Dominios horizontales empleados en las simulaciones con (a) RAMS (4 mallas anidadas hasta una resolución máxima de 1 km; se muestra en color la topografía de la malla 1) y (b) CALMET-CALPUFF (resolución de 250 m). Este último incluye todo el área de estudio; se han indicado en él la localización de la papelera (P), de la zona cubierta por las campañas de olfatometría (rectángulo negro) y de una selección de estaciones meteorológicas de superficie (círculos y cuadrados sólidos). Se ha señalado también, en la malla RAMS, el emplazamiento de un radar perfilador de viento (WPR). Los datos de todas las estaciones y del perfilador se han empleado para validar las simulaciones meteorológicas. Además, los datos de las estaciones marcadas en verde se han asimilado en CALMET en la configuración final empleada (modo híbrido). (c) Ampliación del área cubierta por las campañas de olfatometría. Se ha señalado con círculos azules la posición de los puntos de muestreo.

   Las simulaciones se han iniciado dos días antes del comienzo de cada campaña, modelizándose un total de 18 días completos con resolución temporal horaria. Se ha empleado la versión 5.8 del sistema no estacionario CALMET-CALPUFF (Scire et al., 2000a; 2000b), acoplado al modelo de pronóstico mesoescalar RAMS (Pielke et al., 1992), para reproducir los cambios/ciclos de estabilidad y dirección de viento (giros de 180º) que se registran casi a diario en la zona y que condicionan la dinámica del penacho de la papelera. La figura 1 muestra las mallas empleadas en las simulaciones. Se han empleado 44 niveles verticales en RAMS, hasta 22.5 km, con una resolución mayor cerca del suelo. En CALMET se han empleado 12 niveles verticales (altura de los centros de celda: 10, 30, 60, 105, 165, 250, ..., 2600 m sobre el terreno). La configuración final seleccionada para CALMET ha sido un modo híbrido (inicialización a partir de campos 3D de RAMS y posterior análisis objetivo con datos de estaciones de superficie), en el que se han asimilado datos de 6 estaciones (Figura 1), habiéndose empleado un proceso iterativo (selección de parámetros/estaciones-modelización-validación de las salidas horarias de las simulaciones- ajuste de parámetros/estaciones) para seleccionar las estaciones y parámetros óptimos a emplear en las simulaciones.

   Se han considerado trece focos de olor pertenecientes a la papelera. Los datos de emisión de olor han sido suministrados por la autoridades regionales (obtenidos en estudios previos mediante muestreo y análisis por olfatometría dinámica según la normativa EN13725; 2003). Otros parámetros de emisión (características de los focos) proceden de la misma fuente y han sido completados con información suministrada por los responsables de la planta. Se ha realizado una comparación cualitativa de los impactos de olor simulados con los datos disponibles (a nivel “global” de cada campaña, para cada ronda de olfatometría y para la secuencia horaria de impactos), comparando la evolución y extensión del penacho simulado con los datos de olfatometría y con la evolución y posición de las quejas. De las quince quejas registradas en la zona urbana durante los dieciocho días simulados sólo dos están dentro del periodo de alguna ronda de olfatometría. No se muestreó en la zona de queja en el momento de la misma en ninguno de ambos casos, por lo que no ha sido posible corelacionar simultáneamente simulaciones, medidas de campo y quejas.

3. Resultados y discusión

   El análisis de la serie (2011-2014) de quejas diarias atribuidas a la planta muestra que los periodos de marzo-mayo y agosto-octubre acumulan la mayoría de las quejas, con importantes variaciones inter-anuales, agrupándose una fracción importante en días consecutivos. Estos periodos coinciden con situaciones anticiclónicas persistentes que afectan al sur de Europa y a la Península Ibérica. Van asociados a vientos del sur, normalmente de flojos a moderados, con ciclos de brisas locales en los valles costeros y periodos de acoplamiento/desacoplamiento con el viento en altura de componente sur. Estas condiciones restringen la ventilación, incrementándose las concentraciones de contaminantes en la zona urbana al norte de la planta sin necesidad de que haya necesariamente un incremento de emisiones.

   Las quejas en el núcleo urbano y barrios periféricos suelen darse por la tarde-noche y durante la madrugada, coincidiendo con los flujos de derrame hacia el mar, y desaparecen después del mediodía tras el acoplamiento con el viento en altura, especialmente si a continuación se inician brisas de mar en la línea de costa. Durante las tres campañas de olfatometría las condiciones meteorológicas predominantes fueron de altas presiones (anticiclón), tanto durante la campaña de primavera como en las dos de verano. El estudio de estos tres periodos documenta los principales episodios de acumulación de quejas 2011-2014, exceptuando los asociados a anticiclón de otoño.

Fig. 2. 17 de abril de 2013, de 4 a 8 UTC. (a) Izda: máximos promedios horarios de concentración de olor en superficie simulados en el periodo. Dcha: mapa de isodoras obtenidas por interpolación de los datos cuantitativos de olfatometría; se toma como dato a interpolar la media geométrica de los extremos del intervalo de olor registrado en la cuantificación (tomada de AT, 2013). (b) Promedios horarios de concentración en superficie (escala de color) simulada para cada hora del periodo (la hora en cada mapa indica el instante final del tiempo de promediado), junto con los datos de olfatometría (círculos). Los círculos sólidos azules indican los puntos de muestreo dentro de cada hora. Los círculos negros alrededor de ellos, en su caso, señalan si se ha detectado olor y la intensidad del mismo, de acuerdo a la escala mostrada en la parte inferior de la figura. En la escala de olor simulado se han incluido valores de concentración muy bajos (color verde) con el fin de mostrar la extensión del penacho de la papelera. Las flechas azules indican el viento simulado a 10 m sobre el terreno.

   Las simulaciones meteorológicas, en la configuración final empleada, han mostrado un buen ajuste con las observaciones (no se muestra), reproduciendo los ciclos diarios de brisas de mar y tierra y acoplamientos con el viento en altura. La dinámica simulada del penacho de la papelera (evolución temporal de su localización y extensión) es coherente con la mayor parte de los impactos de olor asociados a este descriptor durante las 3 campañas de olfatometría (Figura 2). Estos impactos coinciden con el desarrollo del flujo estable de derrame nocturno (brisa de tierra) hacia el mar, que transporta las emisiones de la papelera hacia la costa y origina con frecuencia el barrido de toda la zona urbana por el penacho.

   El comienzo de la actividad convectiva diurna conllevará la fumigación de las emisiones altas, desacopladas con frecuencia de las emisiones en superficie durante la noche. Diez de las catorce rondas con detección de olor a papelera concuerdan cualitativamente–presencia y extensión del penacho- con las correspondientes simulaciones. La dinámica simulada explica también las ausencias de impactos registradas en condiciones diurnas (brisa bien desarrollada y/o acoplamiento con el viento en altura). Sin embargo, y como era esperable, las concentraciones simuladas son muy inferiores a las indicadas por los datos experimentales: la resolución temporal horaria de las simulaciones amortigua picos de concentración de menor duración. Simulaciones recientes con resolución diez-minutal estiman para la segunda campaña del verano concentraciones máximas que duplican a las horarias en una amplia zona del área estudiada, que están más de acuerdo con los registros de olfatometría.

   Las quejas de olor registradas durante los tres periodos de 6 días simulados responden en su mayoría (14 de 15) a la situación estimada del penacho: la secuencia espacio-temporal de dichas quejas sigue la evolución de las concentraciones de olor estimadas durante los barridos del penacho por la zona urbana (Figura 3).

Fig. 3. Promedios horarios de concentración de olor en superficie (escala de color) en 4 instantes del 13 de abril de 2013. Los polígonos morados muestran el contorno aproximado de los barrios en los que se registró queja durante la hora indicada (en los mapas se indica el final de la hora de promediado). En la escala se han incluido valores de concentración de olor muy bajos (color verde) con el fin de mostrar la extensión del penacho de la papelera. Las fechas azules indican el viento simulado a 10 m sobre el terreno.

4. Conclusiones

   El análisis conjunto de las secuencias de concentración de olor simuladas y registradas mediante campañas experimentales y registro de quejas, ha permitido confirmar el potencial impacto de las emisiones olorosas de una planta papelera en un área urbana situada a varios kilómetros de distancia, en una zona costera de topografía compleja y meteorología muy variable, de evolución diurna, con cambios importantes en estabilidad y viento. Los modelos meteorológicos y de dispersión utilizados, tras un proceso adecuado de calibración y validación, han mostrado su capacidad para reproducir la secuencia de impactos observados. Este sistema de modelización, una vez demostrada su capacidad, podría ser una herramienta útil para evaluar la sensibilidad de los impactos a eventuales cambios de emisión o para la realización de estudios a largo plazo.

Agradecimientos

   Al Gobierno Vasco y a los gestores de la planta papelera por los datos suministrados. Este proyecto ha sido financiado por la Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco (Fundación Euskoiker, Referencia PT10291) y por la Universidad del País Vasco UPV/EHU (GIA 13/03).

5. Referencias

   Ambiente Tecnología Consultores, AT (2013). Realización de un mapa de olores en San Sebastián (Guipúzcoa).

   Brancher M., Griffiths K. D., Franco D., De Melo Lisboa H., 2017. A review of odour impact criteria in selected countries around the world. Chemosphere 168, 1531-1570.

EN 13725, 2003. Air Quality- Determination of Odor Concentration by Dynamic Olfactometry. European Committee for Standardization, Brussels.

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

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

   Scire J. S., Robe F. R., Fernau M. E., Yamartino R. J., 2000a. User’s Guide for the CALMET Meteorological Model (Version 5), Earth Tech. Inc., Massachusetts, USA, 332 pp.

   Scire J. S., Strimaitis D. G., Yamartino R. J., 2000b. User’s Guide for the CALPUFF Meteorological model (Version 5), Earth Tech. Inc., Massachusetts, USA, 521 pp.

   Sironi S., Capelli L., Céntola, P., Del Rosso R., Pierucci S., 2010. Odour impact assessment by means of dynamic olfactometry, dispersion modelling and social participation. Atmospheric Environment 44, 354-360.

   VDI 3940 Part 1. Measurement of Odor Impact by Field Inspection - Measurement of the Impact Frequency of Recognizable Odors. Grid Measurement. Verein Deutsche Ingenieure.