Sviluppo di un modello tossicologico per lo studio della dispersione accidentale di sostanze tossiche nelle lagune costiere

Abstract

Lo scopo del lavoro presentato in questa tesi è stato quello di porre le basi per lo sviluppo di uno strumento modellistico in grado di simulare e l'evoluzione spazio temporale della concentrazione di un inquinante accidentalmente sversato in un ambiente lagunare. Utilizzando il modello idrodinamico SHYFEM come punto di partenza, due nuovi moduli sono stati implementati all'interno di questa struttura modellistica. Il primo relativo alle sostanze tossiche miscibili e basato su una descrizione euleriana della dispersione della sostanza (TOXI), mentre il secondo relativo al greggio basato su un descrizione lagrangiana (OIL). I nuovi moduli descrivono i processi di degradazione ai quali tali sostanze vanno incontro nella fase acuta dello sversamento. Un'analisi di sensitività è stata effettuata nel caso del modulo TOXI per valutare la sensibilità del modello alle variazioni dei parametri ambientali che in ambienti lagunari possono risultare signi'ficative. A questo si è aggiunta, in collaborazione con ARPAV, una valutazione di scenario attraverso il calcolo del quoziente di rischio. Nel caso del modulo relativo al greggio sono stati effettuati alcuni test case, relativi ai fenomeni di weathering che hanno mostrato una buona rispondenza con test reperiti in letteratura. Infine è stato valutata e confrontata la risposta di due modelli differenti (Adria-ROMs + GNOME e SHYFEM) riguardo ad uno stesso caso di studio relativo ad uno sversamento accidentale di greggio davanti alle coste della Croazia. I risultati hanno mostrato come lo sviluppo di questo tipo di modellistica possa risultare di grande aiuto nella gestione delle emergenze e nelle analisi di scenario relative agli eventi accidentali di versamento di sostanze tossiche in ambiente lagunare.

The purpose of the work presented in this thesis was to lay the foundations for the development of a modeling tool capable of simulating the evolution in space and time of a pollutant concentration accidentally spilled into a lagoon environment. Using the 3D hydrodynamic model, SHYFEM, as a starting point, two new modules have been implemented within this modeling 'framework. The first one relating to toxic miscible substances and based on an Euler description of the dispersion process of the substance (TOXI), the second one on the crude oil, based on a Lagrangian description (ILO)of the dispersion processo The new modules describe the degradation processes which affect these substances during the acute phase of the spii!. A sensitivity analysis was carried out in the case of the module TOXI to evaluate the model sensitivity to changes in environmental parameters which in the lagoon environments can be significant. To this was added, in collaboration with ARPAV, an assessment of a scenario by calculating the ratio of risk. In the case of the crude oil module some tests cases have been carried out, relating to the weathering degradation processes, which showed a good correspondence with tests found in literature. Finally, it was evaluated and compared the response of two different models (Adria-ROMs + GNOME and SHYFEM) about a single case study involving an accidental a crude oil spiI! offshore the coast of Croatia. The results showed that the development of tl1is kind of modeling can be a very useful tool in emergency management and scenario analysis related to accidental events of toxic substances spill in the lagoon environment.