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Modelos Matematicos OK.qxd 20/9/06 13:35 Página 1

Edita:

Región de Murcia

Consejería de Industria y Medio Ambiente

Dirección General de Calidad Ambiental

Diseño, realización y producción:C.P.D. Contraste, S.L.

Depósito Legal:MU-2.376-2005


Este trabajo trata de ser una reco-pilación, en cuanto a experien-

cias relacionadas con los modelos matemá-ticos de dispersión de contaminantes en elmedio ambiente, que han tenido y tienenlugar en el continente americano y europeo,no tratándose en ningún caso de un trabajoconcluyente.

Su finalidad principal es la de ofrecer unpanorama general de los modelos más des-tacados y más accesibles; la profundizaciónen su manejo sería objeto de publicacionesmás especializadas.

Debido a que la mayor parte de la informa-ción recogida en este documento provienede Internet, siendo ésta una herramienta muyágil que cambia con mucha velocidad, es posi-ble que algunas de las páginas web citadasse hayan modificado o estén inactivas.

Modelización

MODELOS MATEMÁTICOS APLICABLES A LOS IMPACTOS AMBIENTALES

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Un modelo matemático es una des-cripción, desde el punto de vista

de las matemáticas, de un hecho o fenóme-no del mundo real. Así, por ejemplo, desde laevolución del número de habitantes de unaciudad, hasta los fenómenos físicos como lavelocidad, aceleración o densidad puedenmodelizarse. El objetivo del modelo matemá-tico es entender ampliamente el fenómeno,para así predecir su comportamiento en elfuturo.

El proceso para elaborar un modelo mate-mático es el siguiente:� Encontrar en el mundo real un problema. � Formular acerca del problema un modelo

matemático, identificando variables(dependientes e independientes) y esta-bleciendo hipótesis lo suficientementesimples para tratarse de manera mate-mática.

� Aplicar los conocimientos matemáticosque se poseen para llegar a conclusionesmatemáticas.

� Comparar los datos obtenidos como pre-dicciones con datos reales. Si los datosson diferentes, se reinicia el proceso.

Es importante mencionar que un modelomatemático no es completamente exacto; dehecho, se trata de una idealización. Centrán-donos ya en el campo medioambiental, si bienes cierto que cualquier simulación matemá-tica de un fenómeno tan complejo como sonlos procesos de contaminación que sucedenen el medio ambiente no será nunca exacta,

no es menos cierto que los resultados de unmodelo son un instrumento muy válido en ladecisión de la planificación y en la adopciónde medidas correctoras, ya que con ellos seidentifican y se distinguen aquellas zonas conmayor y menor incidencia de la contamina-ción procedente de una instalación o instala-ciones determinadas.

La aplicación de un modelo de dispersióntiene como objeto la integración de todosaquellos elementos que inciden en el aspec-to a estudiar. Así, si consideramos la calidaddel aire, se tendrán en cuenta las condicio-nes climatológicas, la localización de los focose intensidad de los mismos, situación de losreceptores, influencia de la topografía, oro-grafía, etc.

En cuanto a los modelos de dispersiónatmosférica, aunque existe una gran variedadde los mismos con diferente grado de sofisti-cación, su utilización práctica con propósitosregulatorios sigue centrándose, tanto en Euro-pa como en Estados Unidos, en los modelosde penacho gaussiano. Otros modelos (lagran-gianos de estructuras, de partículas, euleria-nos...) se aplican a análisis particulares de ladispersión y transformación de contaminan-tes, en áreas o problemas concretos, debido asus elevados requerimientos, tanto de cálcu-lo como de información de entrada.

Los modelos de dispersión atmosféricase aplican a una fuente puntual (chimenea),a una fuente lineal (carretera, motores) o afuentes de área (que se modelan con un grannúmero de fuentes puntuales).

Introducción

Modelización


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La modelización se puede aplicar a mediosmuy concretos donde se incorpora informa-ción muy precisa sobre todas las fuentes decontaminación, y –por ejemplo–, la topogra-fía del terreno y las condiciones metereoló-gicas, consiguiéndose una simulación de laevolución de la concentración y de la disper-sión de los contaminantes. Esta precisiónnecesita de una gran cantidad de recursosinformáticos y de cálculo.

También se pueden aplicar en ámbitosterritoriales extensos, como en una región,obteniéndose medias temporales de concen-traciones de contaminantes. En estas mode-lizaciones no se suele incorporar con un gra-do de detalle tan estricto, por ejemplo, ni lameteorología ni la topografía. Sirven, princi-palmente, para predecir las condiciones delmedio ambiente y para la elaboración de nor-mativas por parte de los organismos públi-cos responsables.

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MODELIZACIÓN

� Modelos CERC (Reino Unido) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8� Modelos EPA. Environmental Protection Agency (EEUU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9� Environmental Software and Services (ESS) (Austria) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13� Canaria Software Ambiental (España). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15� Department of Atmospheric Environment (ATMI).

National Environmental Research Institute (NERI) (DINAMARCA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16� Canadian Meteorological Centre (CMC). Environment Canada (Canadá) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18� Software de ingeniería civil y ambiental. BOSS International . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18� BEE-Line Software (EEUU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20� Troposfera.org (España) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

APÉNDICE I: EJEMPLOS DE EXPERIENCIAS EN ESPAÑA

1. Adaptación de modelos de dispersión atmosféricos para su utilización con fines regulatorios. Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2. Desarrollo del modelo EMICAT2000 para la estimación de emisiones de contaminantes del aire en Cataluña y su uso en modelos de dispersión fotoquímica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3. Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente. Universidad Politécnica de Valencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4. Grupo de modelos y software para el medio ambiente. Facultad de Informática, Universidad Politécnica de Madrid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5. Grupo de Análisis y Gestión Ambiental (AGA). Departamento de Ingeniería Química. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Química de Tarragona. Universidad Rovira i Virgili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6. Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). Ministerio de Educación y Ciencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

7. Modelos de difusión atmosférica. Área de Proyectos de Ingeniería. Escuela de Minas. Universidad de Oviedo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

8. La calidad del aire cerca de las carreteras. Instituto de Ciencia y Tecnología ambientales (ICTA). Universidad Autónoma de Barcelona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

9. Normas Técnicas. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

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Índice


1. Modelos CERC (Reino Unido)

Entre los modelos encontrados en el ReinoUnido nos encontramos los CERC1, que seformó en 1986 con el propósito de hacer usode los nuevos desarrollos en la investigaciónmedioambiental de la Universidad de Cam-bridge y de otros organismos.

CERC desarrolla modelos de software(modelos basados en Windows), concentran-do su atención en áreas de particular impor-tancia: dispersión de la contaminación, cali-dad del aire y fugas de sustancias gaseosaspeligrosas. El más conocido de estos mode-los es el Atmospheric Dispersion ModellingSystem (ADMS), del cual hay un significati-vo número de usuarios en todo el mundo.

Se puede encontrar información adicionalsobre estos modelos en la siguiente página web:

http://www.cerc.co.uk/software

1.1. Modelos de dispersión en atmósferaa) ADMS 3Evalúa el impacto y el riesgo ambiental delas emisiones atmosféricas de las iinndduussttrriiaassobjeto de estudio:� Dispersión de penachos industriales: SO2,

CO, NOX, partículas, metales, dioxinas.� Impacto de las emisiones difusas (COV)

y accidentales (explosión e incendio).� Comparación directa con los valores regla-

mentarios.� Evaluación del riesgo industrial.

Entre las fuentes que modela nos encon-tramos: chimeneas, zonas industriales,carreteras, etc. Calcula la trayectoria depenachos a la salida de la chimenea tenien-do en cuenta situaciones metereológicascomplejas, los efectos aerodinámicos gene-rados por obstáculos presentes en el lugar(ej.: edificios), los efectos producidos porla superficie (tierra/mar, naturaleza delsuelo, relieve) y la influencia de la turbu-lencia sobre la dispersión a corto plazo(cálculo en tres dimensiones de la rosade los vientos).

b) ADMS-Urban Modelo que se utiliza para la gestión y la eva-luación de la calidad del aire en cciiuuddaaddeess,pequeñas poblaciones, provincias, autopis-tas y áreas industriales. Se utiliza en mayormedida en ciudades, para comparar los nive-les de contaminación con los niveles están-dar de calidad del aire.

c) ADMS-RoadsModelo para evaluar las emisiones del ttrrááffii--ccoo rrooddaaddoo y un pequeño número de fuentesindustriales.

d) ADMS-ScreenEs un modelo de fácil uso para la evalua-ción rápida del impacto en la calidad delaire por uunnaa úúnniiccaa ffuueennttee (ej.: una chime-nea industrial).

1. Siglas de Cambridge Environmental Research Consultants.

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e) EMITGestión y cálculo de las emisiones tóxicaslocales y gases de efecto invernadero. EMITes una herramienta para el iinnvveennttaarriioo ddeeeemmiissiioonneess. Puede ser utilizada para alma-cenar, manipular y evaluar los datos de lasemisiones procedentes de una variedad defuentes. Los datos de las emisiones puedenser utilizados para:� Estudios de contaminación local por con-

taminantes tóxicos.� Inventarios de emisiones de gases inver-

nadero.� Estimar emisiones para las aplicaciones

IPPC.� Estudio de los mapas de ruido de tráfico

rodado.

EMIT es particularmente útil para pro-bar el panorama de emisión-reducción, porejemplo, para investigar el efecto de zonasde baja emisión en áreas urbanas, y loscaminos para reducir las emisiones degases invernadero como un paso hacia elcumplimiento de la Agenda 21 o los Obje-tivos de Kyoto.

1.2. Modelización de fugas accidentales de sustancias peligrosasa) GASTARModelo de dispersión de gases densos enffuuggaass aacccciiddeennttaalleess.

2. Modelos EPA. EnvironmentalProtection Agency (EEUU)

En este documento se realiza una breve reco-pilación de algunos modelos más represen-tativos desarrollados por este organismo.

Estos modelos se pueden consultar en lasiguiente página web:

http://cfpub.epa.gov/crem/En algunas de sus páginas se puede des-

cargar el modelo ejecutable, su descripcióny un manual de usuario.

Determinadas empresas u organismos hantrabajado en el desarrollo de estos proyectos,así, Lakes Environmental es la empresa que de-sarrolló ISCST (dispersión atmosférica) y Aer-Mod para la US-EPA: http://www.weblakes.com/.

2.1. Modelos de dispersión en atmósferaEstos modelos se pueden consultar en lasiguiente página web2:

http://www.epa.gov

a) BLP (Bouyant Line and Point Source Model)Modelo de dispersión del penacho gaussia-no a partir de una fuente lineal fija, diseña-do para modelar los problemas asociadoscon industrias.

b) CALINE3Modelo de dispersión diseñado para deter-minar la concentración de contaminantesen la vía pública en la dirección del viento.

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2. La ruta completa es: http://www.epa.gov/scram001/dispersion_prefrec.htm


c) CALPUFFSimula los efectos de las condiciones mete-reológicas sobre el transporte, transforma-ción y eliminación de sustancias, teniendocomo variables el tiempo y el espacio. Pue-de ser aplicado a escalas entre diez y cien-tos de kilómetros.

d) CTDMPLUS (Complex Terrain DispersionModel Plus Algorithms for Unstable Situa-tions)Un modelo de calidad del aire gaussiano parautilizar en todas las condiciones de estabili-dad en terrenos complejos.

2.2. Modelos de dispersión en aguasuperficialSe utilizan para la modelización de la con-centración y del movimiento de contami-nantes en aguas embalsadas, corrientesde agua, estuarios y medios marinos. Conestos modelos los investigadores puedencomprender mejor cómo la exposición alos contaminantes afecta al medio ambien-te acuático.

a) CORMIXCORMIX puede predecir una mezcla de com-portamientos de distintos tipos de residuosprocedentes de: la refrigeración por agua decentrales eléctricas, desalinizadoras, aguasresiduales municipales o penachos atmos-féricos térmicos. También puede ser aplica-do a lo largo de una amplia gama de condi-ciones ambientales.

b) EXAMS (Exposure Analysis ModelingSystem)EXAMS es un software interactivo que mode-liza los ecosistemas acuáticos y evalúa eltransporte y la exposición a concentracio-nes de sustancias sintéticas orgánicas, inclu-yendo plaguicidas, materiales industriales ylixiviado de residuos.

c) GCSOLARGCSOLAR es un conjunto de rutinas que com-puteriza los porcentajes de fotolisis y la vidamedia de los contaminantes en el medio acuá-tico. La vida media es calculada en funciónde la estación, latitud, profundidad en el aguay otros factores.

d) HSCTM2D (Hydrodynamic, Sediment andContaminant Transport Model)Es un modelo que simula el transporte de lossedimentos y los contaminantes en dosdimensiones, la vertical y el flujo horizontal(típico de hidrodinámicas de ríos y estua-rios). Incluye un ejemplo-problema. Es unmodelo que puede ser utilizado para simu-lar tanto a corto plazo (menos de un año)como a largo plazo los porcentajes de sedi-mentación y erosión y el transporte de con-taminantes.

e) HSPF (Hydrological Simulation Program)Es un modelo de simulación hidrológico enuna línea de cambio de vertiente y de cali-dad del agua en cuanto a los contaminantesconvencionales y los orgánicos tóxicos. Este

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modelo permite la simulación integrada delos procesos de percolación de contaminan-tes en los suelos con las interacciones quí-micas e hidrológicas. El resultado de estasimulación es un historial del porcentaje delflujo percolado, carga de sedimentos y con-centraciones de nutrientes y plaguicidas, jun-to con un historial de la cantidad y la calidadde agua en cualquier punto de una línea decambio de vertiente.

f) PLUMESPLUMES está diseñado para modelizar la dilu-ción de columnas de humo emitidas al maro al agua dulce.

g) PRZMCon este modelo se predice el transporte yla transformación de los plaguicidas en lazona radicular de los cultivos. PRZM es capazde simular el transporte y la transformaciónde los compuestos primarios y hasta dosespecies secundarias.

Incluye la capacidad de modelizar fenó-menos tales como la temperatura del sue-lo, volatilización y fase de transporte devapor en suelos, riego transformación micro-biana, además de un método de caracterís-ticas algorítmicas para eliminar la disper-sión numérica.

h) QUAL2EU (Enhanced Stream Water Qua-lity Model)Es un modelo sobre el estado de los conta-minantes convencionales en las corrientes

de agua y a nivel superficial en aguas embal-sadas. Puede ser utilizado como un modeloestático o dinámico. Se utiliza como unaherramienta de trabajo para evaluar la cali-dad del agua y el impacto de la carga conta-minante.

i) SED3D (Three-Dimensional NumericalModel of Hydrodynamics and Sediment Trans-port in Lakes and Estuaries)Simula el flujo y el transporte de sedimentosen aguas embalsadas, estuarios, puertos yaguas costeras. Es un modelo dinámico quesimula el transporte de los sedimentos a tra-vés del agua debido al viento, marea, corrien-tes de agua dulce y gradientes de densidad conla influencia de la aceleración de Coriolis, la pro-fundidad y la geometría de la costa.

j) SMPTOX3 (Simplified Method Program-Variable Complexity Stream Toxics Model)Proporciona una técnica para calcular lasconcentraciones de las sustancias tóxicas(procedentes de un punto de descarga) enla columna de agua y en el lecho del río. Ade-más de las concentraciones de contaminan-tes, predice los sólidos totales.

k) SWMM (Storm Water Management Model)Modelo para el análisis cuantitativo y cualitati-vo de los problemas asociados con la percola-ción urbana. Se pueden realizar simulacionessingulares y continuas en una cuenca a partirdel conocimiento del alcantarillado y/o del dre-naje natural, prediciendo los caudales, las eta-

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pas y las concentraciones de loscontaminantes. Se pueden simu-lar todos los aspectos del ciclohidrológico, incluyendo la lluvia,nieve fundida, percolación, caudalde la red de drenaje, almacena-miento y tratamiento. El modelopuede ser utilizado para la plani-ficación o el diseño de ciudades.

l) TMDL USLE (Total MaximumDaily Load Universal Soil LossEquation)Es una aplicación de softwarepara estimar la carga de sedi-

mentos difusos en el marco de una línea decambio de vertiente. La interfaz del usuarioes similar a una hoja de cálculo.

m) VISUAL PLUMES Es una aplicación de software basada en Win-dows para simular la superficie del chorro deagua y el penacho. También analiza, en lazona de mezcla, la carga diaria máxima totaly otras aplicaciones de calidad del agua.

n) WASP (Water Quality Analysis SimulationProgram)Es un marco generalizado para la modeliza-ción del transporte y destino de los conta-

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�Visual Plumes.

�Visual Plumes.


minantes en aguas superficiales. Entre losproblemas estudiados están: la demanda bio-química de oxígeno, la dinámica de los nutrien-tes en cuanto al oxígeno disuelto, la eutrofi-zación, la contaminación bacteriana y la con-taminación por compuestos orgánicos ymetales pesados.

3. GAIA. Environmental Softwa-re and Services (ESS). (Austria)

ESS es una empresa que desarrolla proyec-tos de formación técnica interactiva por Inter-net. Uno de ellos es GAIA. Los objetivos deGAIA son la planificación y la gestión medioam-biental, así como la información tecnológi-ca. Colabora con 10 países de Europa, África,Asia y Latinoamérica, en la creación de herra-mientas multimedia para la gestión y edu-cación medioambiental.

La página trata de cubrir el dominio de losproblemas medioambientales, intentandocompletar la información que ya está dispo-nible en la web. La descripción de cada mode-lo se enriquece por una serie de referenciascomo bibliografía relevante para el desarro-llo del modelo y estudios en los que el mode-lo ha sido aplicado. Esta documentación con-forma las mejores indicaciones para sabersi el modelo puede ser aplicado en otras con-diciones. También hay referencias en cuan-to a la disponibilidad del modelo.

Se puede encontrar información adicio-nal sobre estos modelos en la siguiente pági-na web3:

http://www.ess.co.atMuchos de los modelos de esta sección

son de dominio público. El correspondientesoftware puede ser descargado desde variossitios de la web.

3.1. Modelos de dispersión en atmósferaEn este bloque podemos encontrar 27 mode-los. Aquí se hará una breve referencia a 5 deellos:

a) CALINE-3 Modelo de dispersión para predecir los nive-les de contaminación del aire en las grandesvías de tráfico y las calles adyacentes.

b) CDM (Climatological Dispersion Model) Modelo gaussiano, calcula los porcentajesde contaminación del aire de un área urba-na en un plazo largo de tiempo (anual y men-sualmente).

c) CRSTER (Single Source Dispersion Model) Modelo gaussiano estacionario que compu-teriza las concentraciones en unos puntos(máx. 19) del área rural o urbana.

d) HIWAY (Highway Air Pollution Model)Modelo desarrollado por EPA para la eva-luación de la contaminación del aire en

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3. La ruta completa es: http://www.ess.co.at/GAIA/models.html


una autopista y para unas condicionesdadas de tráfico. No adecuado si existenobstáculos grandes (edificios, áreas dearbolado) o terrenos complejos.

e) VALLEY (Multiple Point and Area-SourceGaussian Plume Dispersion Model)Es un modelo de contaminación diseñadoespecíficamente para los terrenos com-plejos de áreas montañosas. Puede con-siderar múltiples puntos o bien un área, ytrabaja para un periodo de 24 horas o anual-mente.

3.2. Modelos de dispersión en aguasubterráneaExisten 14 modelos. Aquí reseñamos 5 de ellos:

a) FEMSEEP (A Finite Element GroundwaterFlow and Transport Model) Modelo de simulación del flujo y contaminaciónde agua subterránea.

b) FlowPath (Groundwater Flow and PathlinesSimulation Model) FLOWPATH es una herramienta de simulaciónde un acuífero en dos dimensiones.

c) GWP (Groundwater Pollution and HydrologyAnalysis Models) GWP es un juego de 7 modelos analíticos paraevaluar la contaminación y el flujo del agua sub-terránea.

d) MOC (Method Of Characteristics)MOC permite la simulación de un contaminan-te en la zona saturada de un acuífero confina-do. El acuífero puede no ser homogéneo.

e) SUTRA (Saturated-Unsaturated Finite-Ele-ment Transport Model) SUTRA es un modelo de flujo y calidad del aguasubterránea desarrollado por U.S. GeologicalSurvey. Simula el transporte de solutos enmedios saturados e insaturados.

3.3. Modelos en agua superficialDe los 13 modelos, hacemos una breve des-cripción de 3 de ellos.

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�Software Disper.


a) HEC-1 (Flood Hydrograph Package)HEC es el primero de una serie de progra-mas hidrológicos desarrollados por elCuerpo de Ingenieros de las Fuerzas Arma-das de EEUU. Simula la relación lluvia-per-colación en una cuenca, incluyendo losembalses.

b) HEC-3 (Reservoir System Analysis forConservation)El programa HEC-3 permite la simulaciónde un pantano de agua: bajo flujo de aumen-to, navegación, proveedor de agua para laagricultura y producción hidroeléctrica.

c) SHP (Stream Hydraulic Package)SHP es un programa simulador de la corrien-te del río que modela regímenes establese inestables.

4. Canaria Software Ambiental(España)

Se trata de una empresa radicada en San-ta Cruz de Tenerife (España) que comer-cializa software para evaluar la contami-nación en el medio ambiente: impactoambiental, ingeniería ambiental, audito-ría medioambiental y gestión ambientalen general.

Se puede encontrar información adi-cional sobre estos modelos en la siguien-te página web:

http://www.canarina.com

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�Software Disper.

�Software Disper.


4.1. Modelos de dispersión a) DISPER 2.1Software para evaluar la contaminaciónatmosférica en el medio ambiente.

b) CUSTIC 1.0Software para evaluar la contaminación acús-tica producida por obras, industrias, talleres,carreteras, vías férreas y aeropuertos.

c) DESCAR 1.0Software para evaluar la dispersión de con-taminantes en el agua producida por emisa-rios submarinos.

d) RADIA 1.1Software para evaluar la contaminación elec-tromagnética producida por las estacionesbase de la telefonía móvil y sus posibles efec-tos sobre la salud.

5. Department of AtmosphericEnvironment (ATMI). NationalEnvironment Research Institute(NERI) (Dinamarca)

El Instituto Nacional de InvestigaciónMedioambiental es un instituto de investi-gación independiente dentro del Ministeriodanés de Medio Ambiente. Su finalidad esproveer de bases científicas para la toma dedecisiones en materia medioambiental a nivelpolítico, administrativo y comercial.

NERI desarrolla y mantiene varios mode-

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�Software Custic.

�Software Radia.


los de dispersión atmosférica. Algunos deestos modelos son requeridos por muchosusuarios, mientras que otros sirven princi-palmente a nivel de investigación.

Se puede encontrar información adicio-nal sobre estos modelos en la siguiente pági-na web4:

http://www2.dmu.dkPara algunos de los modelos se pueden

encontrar resultados, describiendo el nivelde contaminación del aire en Dinamarca yen los países vecinos.

5.1. Modelos de dispersión en atmósferaSe pueden encontrar los siguientes modelosde dispersión:

a) THORTHOR es un sistema de pronóstico de conta-minación del aire con una periodicidad detres días.

b) OMLModelo de dispersión atmosférico.

c) OSPM (Operational Street Pollution Model)Modelo que puede ser utilizado para evaluarla contaminación resultante del tráfico enlas calles.

d) DEM (Danish Eulerian Model)Es un modelo que estudia fenómenos rela-cionados con el transporte de contaminan-

tes en la atmósfera. El dominio de espacioincluye toda Europa.

e) DREAM (Danish Rimpuff and Eulerian Acci-dental Release Model)Modelo desarrollado para el estudio del trans-porte, dispersión y deposición de la conta-minación del aire causada por una única perogran fuente, por ejemplo, un accidente simi-lar al de Chernobil.

f) ACDEPModelo lagrangiano. El modelo es utilizadopara computerizar la deposición de nitróge-

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4. La ruta completa es: http://www2.dmu.dk/1_Viden/2_miljoe-tilstand/3_luft/4_spredningsmodeller/default_en.asp

�Software Radia.

�Pronóstico de la contaminación del aire para Europa.


no en las aguas marinas y para evaluar lacontribución a la deposición desde variasáreas y tipos de fuentes. El modelo contie-ne un mecanismo químico detallado con 37especies y 80 reacciones.

6. Canadian Meteorological Centre (CMC). Environment Canada (Canadá)

El Centro Metereológico de Canadá propor-ciona guías de pronóstico a centros de pre-dicción nacionales y regionales. Dependedel Ser vicio Metereológico del Canadá(MSC), y éste, a su vez, del Ministerio deMedio Ambiente.

En esta página5,http://www.cmc.ec.gc.ca, podemos encon-

trar información del modelo CHRONOS.

7.1. Modelo fotoquímicoa) CHRONOS (Canadian Hemispheric andRegional Ozone and NOx System)La predicción de elevadas concentracionesde ozono troposférico asociadas con episo-dios de smog fotoquímico es un problemacentral en el campo de la modelización de lacalidad del aire.

Este modelo euleriano fotoquímico ha sidodiseñado para la predicción de oxidantesatmosféricos a escalas regional y hemisfé-rica, como el ozono troposférico.

7. Software de Ingeniería Civil yAmbiental. BOSS International

Se puede encontrar información adicional sobreestos modelos en la siguiente página web:

http://www.bossintl.co.uk/es/Fundada en 1986, BOSS International es

una empresa que desarrolla su actividad enel campo del software hidrológico e hidráu-lico, consultoría técnica, librería y fórum de

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5. La ruta completa es: http://www.cmc.ec.gc.ca/~arqidor/ �Ejemplo de pronóstico de ozono.


discusión para profesionales de la ingenie-ría civil y ambiental.

BOSS International ofrece una amplia gamade programas para modelización de terrenos,aguas superficiales, aguas subterráneas y aguasresiduales:

7.1. Modelos de dispersión en aguassubterráneasFlujo de agua subterránea, transporte de con-taminantes, recuperación de terrenos:

� Visual MODFLOW. Es un modelo están-dar de la industria para aplicaciones en 3Dde transporte de contaminantes y flujo deagua subterránea.

� FEFLOW (Flujo de Elemento Finito). Es unode los paquetes de modelización de agua sub-terránea más sofisticado que existe. El progra-ma proporciona un avanzado entorno basadoen gráficos 2D y 3D para realizar flujos com-plejos de aguas subterráneas, transporte decontaminantes y transporte de calor.

7.2. Modelización de aguas superficialesIngeniería hidráulica, cálculo de la propa-gación de crecidas, modelaje de puentesy alcantarillas:

�RMS (Sistema de Modelización Fluvial). Cal-cula perfiles de superficies de agua para la pla-nificación de puentes, erosión de puentes, alcan-tarillas, barreras, vertederos, presas, delinea-ción de vías de desagüe de crecidas,

recuperación de llanuras inundadas, mejorasde canales y ramificación de flujos.

�RiverCAD. Es un sofisticado software de mode-lización fluvial. BOSS RiverCAD puede calcularperfiles de superficies de agua para la planifi-cación de puentes, alcantarillas, vertederos,presas, erosión de puentes, deli-neación devías de desagüe de crecidas, recuperación dellanuras inundadas, desviaciones de cauce,mejoras de canales y ramificación de flujos.

� HEC-RAS. Está basado sobre el modeloHEC-RAS de perfil de superficie del aguadel Cuerpo de Ingenieros del Ejército de losEstados Unidos, utilizado para modelizarflujos unidimensionales de variación gra-dual constantes, en canales fluviales natu-rales o hechos por el hombre.

� DAMBRK. Es el software de cálculo depropagación de crecidas hidrodinámico yunidimensional más avanzado y fácil deusar. El software da cuenta de fallos enpuentes y diques, efectos de almacenaje,flujos de llanuras de inundación y atenua-ción de ondas de crecidas. DAMBRK es uti-lizado para el cálculo dinámico de la pro-pagación de crecidas, análisis de la segu-ridad de presas y análisis y diseño dederrames de embalses.

7.3. Modelización de aguas urbanasTratamiento y distribución de aguas, conduc-tos de descarga de aguas pluviales y sanita-

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�Formación del smog fotoquímico.

�Ejemplo de simulación de un episodio de smog ocu-rrido en Canadá y EEUU el 11 de junio de 1999.

�Ejemplo de simulación de un episodio de smog ocu-rrido en Canadá y EEUU entre el 12 de junio de 1999.


rias, modelización de escorrentía de aguapluvial, tratamiento de aguas residuales.

� StormNET. El modelo se utiliza para el aná-lisis y diseño de los sistemas de drenajeurbano (aguas residuales no sanitarias ysanitarias y agua de lluvia).

7.4. Modelos de terrenosModelaje espacial y digital en 3D de terrenos:� Surfer.� Grapher.� CurveFIT.� Didger.� MapViewer.

8. Bee-Line Software (EEUU)

Se puede encontrar información adicional sobreestos modelos en la siguiente página web:

http://www.beeline-software.comBEE-Line Software es una empresa que

distribuye y comercializa software de mode-los de dispersión de atmósfera basados enmodelos de dispersión populares de la EPAtales como AerMod, ISCST3 e ISC-Prime.

9. Troposfera.org (España)Dos técnicos gallegos de medio ambien-

te6, han puesto en marcha un proyecto pio-

nero en España, que permite a cualquierciudadano de a pie conocer la calidad delaire que respira, las predicciones futuras,la concentración de ozono, etc. La páginaweb compila informaciones de utilidad queestaban accesibles por Internet pero de for-ma dispersa.

Troposfera.org pone al servicio del usua-rio, de modo gratuito, la utilización on-linede modelos de dispersión que pueden serutilizados para trabajos de investigación, eva-luación de la calidad del aire en estudios deimpacto ambiental, cálculo de altura de chi-meneas, etc.

Estos modelos se pueden consultar en lasiguiente página web7:

http://www.troposfera.org

9.1. Modelo de dispersión en atmósferaModelo gaussiano“Para la estimación de la dispersión de losgases procedentes de una chimenea, exis-ten diversos modelos matemáticos, sobrebase euleriana o lagrangiana, que son de apli-cación en este problema. Sin embargo, unasolución analítica relativamente simple de laecuación de difusión atmosférica, que des-cribe el balance de contaminante en la atmós-fera, es la expresión matemática básica delmodelo de penacho gaussiano. El modelo depenacho gaussiano supone que el contami-nante es arrastrado por el viento medio en

Modelización


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6. David Cartelle y José Manuel Vellón7. La ruta completa es: http://www.troposfera.org/modules.php?name=Models


una única dirección, a una altura efectiva deemisión que determinaremos posteriormen-te. Alrededor de esta trayectoria rectilínea sesupone que el contaminante se dispersa comoconsecuencia de la turbulencia, de modo quelas distribuciones vertical y horizontal de con-taminante en cada sección transversal delpenacho siguen una función gaussiana, carac-terizada por su desviación estándar”.

Para la resolución del problema, es nece-sario introducir los datos del foco emisor:altura chimenea (m), velocidad de salida degases (m/s), diámetro chimenea (m), tª sali-da de gases (ºC), tasa emisión (g/s), tempe-ratura ambiente (ºC) y categoría de las con-diciones atmosféricas. El resultado es la con-centración de contaminante estimada a niveldel suelo (ug/m3) a ciertas distancias (km)del foco.

Modelo con inestabilidad“Este modelo calcula la dispersión de conta-minantes en una situación de inestabilidad(capa de mezcla convectiva). En este casoparticular, las masas de aire caliente se ele-van desde la superficie hasta la capa de mez-cla. El humo es emitido desde un foco emi-sor a una cierta altura, y el viento dispersalos contaminantes a una distancia a favor deviento. Queremos conocer la concentraciónde estos contaminantes en un receptor afavor de viento.

Este modelo difiere ligeramente con elgaussiano en que tiene en cuenta las corrien-tes de aire ascendentes que ocurren en la

capa inestable, mientras que los modelosgaussianos tienden a despreciarlas”.

Modelo de Street CanyonEl modelo está disponible a través de lapágina web. Los datos de entrada que debede cumplimentar el usuario son los siguien-tes: ancho de la calle (m), distancia respec-to a los coches a la que se encuentra la per-sona que respira el aire (m), altura sobre elasfalto a la que se encuentra esta persona(m) –la acera se considera altura igual acero–, número de vehículos por hora quecirculan en la calle, porcentajes de vehícu-los que circulan en la calle (turismos, vehí-culos comerciales ligeros de peso menor de3 t, vehículos comerciales pesados de pesomayor de 3 t, autobuses y motos) y veloci-dad del viento (m/s). Como resultados tene-mos las concentraciones de los contami-nantes y la valoración de la calidad del aireque respiramos.

9.2. Modelo fotoquímico“Mediante un modelo de regresión simplepodemos predecir los valores de ozono, basán-donos en datos meteorológicos” como tem-peratura, fracción de cobertura por nubes,velocidad del viento, altura del sol, etc. Losparámetros utilizados para esta ecuación sonlos generados a través del análisis estadísti-co de datos a lo largo de varios años. Una vezse determina la concentración para 1 hora, sepuede usar otra regresión para estimar la con-centración en 8 horas (octohoraria).

Modelización


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9.3. Cálculo de altura de chimeneasEn este modelo, la altura de la chimeneaestá dimensionada para cumplir con laOrden de 18 de octubre de 1976. La Ordenproporciona unas instrucciones para el cál-culo de la altura de chimeneas de instala-ciones industriales pequeñas y medianascon el fin de mejorar la dispersión de loscontaminantes emitidos a la atmósfera através de las mismas.

Modelización


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Apéndice I: ejemplos de experiencias en España


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1. Adaptación de modelos de dis-persión atmosféricos para su uti-lización con fines regulatorios.Centro de Supercomputación deGalicia (CESGA)

Página web8:http://www.cesga.es

DATOSEl Centro de Supercomputación de Galicia(CESGA) es el centro de cálculo, comunica-ciones de altas prestaciones y servicios avan-zados de la Xunta de Galicia y del ConsejoSuperior de Investigaciones Científicas (CSIC).

CESGA colabora con instituciones y empre-sas en el desarrollo de proyectos de investi-gación e innovación tecnológica.

Así, en el período agosto 1998 - diciem-bre 1998, CESGA desarrolló el proyecto “DIS-PER - Modelos de dispersión atmosféricaregulatorios” para la Dirección Xeral do Cen-tro de Información e Tecnoloxía Ambiental,Consellería de Medio Ambiente. Xunta deGalicia”.

RESUMEN“Aunque existe una variedad de modelosde dispersión atmosférica, con diferentegrado de sofisticación, la utilización prác-tica de modelos de dispersión atmosféri-ca con propósitos regulatorios sigue cen-trándose, tanto en Europa como en EEUU,

en los modelos de penacho gaussiano. Otrosmodelos (lagrangianos de estructuras, departículas, eulerianos) son aplicados a aná-lisis particulares de la dispersión y trans-formación de contaminantes, en áreas oproblemas concretos, debido a sus eleva-dos requerimientos, tanto de cálculo comode información de entrada.

Bajo estas premisas, se eligieron dos mode-los de dispersión de contaminantes, de dis-tinto grado de complejidad, que permitíanabarcar los requerimientos regulatorios dela Xunta de Galicia en el control de focos emi-sores contaminantes y evaluación del impac-to de nuevos focos:

�Modelo 1: modelo de penacho gaussiano,elaborado según el “Manual de diseño de chi-meneas industriales” publicado por el Minis-terio de Industria y Energía. Se trata, en estecaso, de un modelo sencillo, de gran utilidadpráctica cuando se dispone de escasa infor-mación sobre el entorno en el que se encuen-tra instalado o se pretende instalar una chi-menea emisora. Este modelo permite mos-trar una primera aproximación al problema,y es de uso obligado en el inicio de un estu-dio de impacto ambiental.

�Modelo 2: ISCST (Industrial Source Com-plex Short Term Model), avalado por la Agen-cia de Protección del Medio Ambiente de EEUU(EPA), como uno de los modelos más utili-

Apéndice I: ejemplos deexperiencias en España

8. La ruta completa es: http://www.cesga.es/component/option,com_proyectos/task,view/Itemid,9/catid,46/id,37/lang,gl/




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zados en los estudios de impacto ambientalde focos emisores atmosféricos. Abarca focosemisores puntuales, lineales y de área, ypuede ser aplicado en condiciones meteoro-lógicas muy diversas y entornos orográficoscomplejos.

Se implementó el primero de los dosmodelos escogidos. La implementación,consistió inicialmente en estudiar el códi-go existente para este modelo y adaptarloa las necesidades de aplicación regulato-ria. Posteriormente, y una vez conocido losdatos tanto de entrada como de salida delmodelo, se desarrolló una interface de usua-rio accesible vía web que permite la intro-ducción de los datos iniciales (datos de lachimenea, de la meteorología, de los con-taminantes, etc.) y la visualización de losresultados obtenidos tras la ejecución delmodelo.

El próximo paso a seguir es el estudiodel segundo modelo (ISCST), así como suimplementación y creación de una interfa-ce adecuada.

Para la realización de la interface de usua-rio para el primero de los dos modelos se uti-lizó Java (JDK) como lenguaje de programa-ción. La elección de este lenguaje se debióa la posibilidad de ejecución de dicha aplica-ción a través de paginas web. Pero dada lamayor complejidad del segundo modelo, secuestionó esta elección, ya que este requie-re una gran cantidad de recursos gráficos”.

2. Desarrollo del modelo EMI-CAT2000 para la estimación de emi-siones de contaminantes del aireen Cataluña y su uso en modelosde dispersión fotoquímica

Página web9:http://www.tdx.cesca.es

DATOSSe trata de una tesis realizada por René Rolan-do Parra Narváez, en la Universidad Politéc-nica Cataluña, dentro del departamento “Pro-yectos de Ingeniería” y el área de conoci-miento “Ingeniería y Tecnología del MedioAmbiente-Meteorología”. El título de la tesis

9. La ruta completa es: http://www.tdx.cesca.es/TDX-0803104-102139/

�DISPER: Introducción de datos.




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es “Desarrollo del modelo EMICAT2000 parala estimación de emisiones de contaminan-tes del aire en Cataluña y su uso en mode-los de dispersión fotoquímica”.

RESUMEN A continuación transcribimos un resumende la misma:

“En Cataluña se presentan episodios decontaminación por ozono troposférico, espe-cialmente en verano. El complejo comporta-miento del ozono, su interacción con la atmós-fera y sus efectos sobre la calidad del aire,pueden ser analizados con un Modelo deTransporte Químico (MTQ). Los inventariosde emisiones proporcionan la distribuciónespacial y temporal de los precursores deozono (NOx, COV) y de otros contaminantesque requiere un MTQ.

EMICAT2000 es un modelo de alta reso-lución espacial (1 km2) y temporal (1 hora),para la obtención de inventarios de emisio-nes de Cataluña durante el año 2000. Inclu-ye a los principales contaminantes prima-rios (NOX, COV, CO, SO2 y PST) y gases de efec-to invernadero (CO2, CH4 y N2O). EMICAT2000integra las emisiones diarias, mensuales yanuales, permitiendo su uso con fines depolítica ambiental o modelización fotoquí-mica.

Incluye las emisiones de la vegetación,tráfico de vehículos, industrias y las produ-cidas por el consumo de combustibles fósi-les y disolventes en los sectores domésticoy comercial.

El modelo de emisiones de COV provenien-tes de la vegetación (isopreno, monoterpe-nos, otros COV) utiliza el algoritmo de Guen-ther et al. (1993), adaptado para considerarel particular comportamiento emisor de cier-tas especies mediterráneas. Incorpora fac-tores de emisión, definidos mediante la selec-ción exhaustiva de factores de emisión delas especies vegetales más importantes.

El modelo de tráfico incluye las emisionesen caliente, en frío y evaporativas, medianteuna red digital de las autopistas y de las másimportantes carreteras y vías urbanas (conintensidades medias de tráfico mayores a3.000 vehículos). EMICAT2000 utiliza comobase el método y los factores de emisión delmodelo EMEP/CORINAIR-COPERTIII, e incorpo-ra perfiles de tráfico mensuales, diarios y hora-rios diferenciando el parque automotor circu-lante para días laborables y festivos.

Las emisiones industriales incluyen regis-tros reales de emisión de chimeneas conec-tadas a la Xarxa de control d’emissions (XEAC)del Departamento de Medio Ambiente; asícomo las emisiones estimadas de las cen-trales eléctricas, cementeras, refinerías, plan-tas de olefinas, industrias del sector quími-co e incineradoras, principalmente.

Estas fuentes definen la configuraciónespacial y temporal de las emisiones. Lapotencial agregación de otras fuentes apor-tará información a nivel de detalle”.

De esta forma, para el período anual seestiman las emisiones en Cataluña indican-do las principales fuentes de los contami-




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nantes. Así, por ejemplo, para el NOX las prin-cipales fuentes fueron el tráfico (58%) y laindustria (38%).

“EMICAT2000 fue probado exitosamenteen el diagnóstico de varios eventos de con-taminación fotoquímica. Es la base potencialel análisis del efecto fin de semana, o el pro-nóstico de la calidad del aire de Cataluña,bajo diferentes escenarios. Es una herra-mienta que en materia de emisiones propor-ciona total libertad, flexibilidad y control,pudiendo ser fácilmente explotada en otrasregiones de similares características”.

3. Instituto de Ingeniería del Aguay Medio Ambiente (IIAMA). Uni-versidad Politécnica de Valencia

Página web10:http://www.upv.es

DATOS“El Instituto de Ingeniería del Agua y MedioAmbiente tiene el objetivo de impulsar la inves-tigación científica y técnica, de forma coordi-nada y pluridisciplinar mediante la integraciónde grupos de investigación de diferentes áreas de conocimiento, así como promover ladocencia especializada y el asesoramiento téc-nico en todos aquellos temas relacionados conel agua, considerada tanto como recurso comosoporte de la biosfera, principalmente en:

� Hidrología aplicada. Inundaciones.� Hidrobiología; agua y medio ambiente.� Tecnologías de tratamiento de aguas pota-

bles y residuales.� Contaminación y calidad de aguas.� Obras hidráulicas.� Planificación y gestión integral de recur-

sos hídricos.� Hidráulica e ingeniería fluvial.

Este instituto, cuya creación se aprobóen el año 2001, está integrado por unaserie de grupos de investigación de la Uni-versidad Politécnica de Valencia que tie-nen una trayectoria científico-técnicaampliamente consolidada a lo largo de losúltimos 20 años en diversas líneas de inves-tigación relacionadas con la hidrología yel medio ambiente.

Entre los grupos de investigación y ofer-ta tecnológica relacionados con la modeliza-ción, destacamos el grupo de modelaciónmatemática de procesos de flujo y transpor-te de masa en el subsuelo”.

RESUMEN “Grupo de modelación matemática de proce-sos de flujo y transporte de masa en el sub-suelo. Realiza las siguientes funciones:� Modelación de acuíferos y sistemas de

recursos hídricos: desarrollo, calibracióny aplicación de modelos matemáticos deflujo en acuíferos para estudios de plani-

10. La ruta completa es: http://www.upv.es/iiama/grupos.htm#MOD.%20MATEMÁTICA




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ficación y gestión de recursos hídricos, ypara el análisis de problemas medioam-bientales.

� Modelación matemática de flujo y trans-porte de contaminantes: desarrollo, cali-bración y aplicación de métodos y mode-los de transporte para el estudio de pro-blemas de polución de suelos y aguassubterráneas, y para el diseño de estra-tegias de recuperación.

Se han desarrollado diversos modelos yaplicaciones ajustados a casos reales tantopara problemas de flujo como de movimien-to de contaminantes. Estos estudios se de-sarrollan para organismos encargados de laplanificación y gestión de recursos hídricos,para agencias medioambientales y para orga-nismos con responsabilidad en la regulacióny gestión de residuos nucleares”.

4. Grupo de modelos y softwarepara el medio ambiente. Facul-tad de Informática. UniversidadPolitécnica de Madrid

Página web:http://artico.lma.fi.upm.es

DATOSEl laboratorio está integrado por profesoresy alumnos de la Politécnica de Madrid, dis-

poniendo de equipamiento informático y deinstrumentación experimental. Su objetivoes la modelización y la medida de la calidaddel aire.

RESUMENEl laboratorio dispone de una estación demedida que ha sido utilizada para monitori-zar los diferentes contaminantes de la atmós-fera en el área de Madrid. Esto es fundamen-tal para inicializar y llevar a cabo los mode-los de calidad del aire.

Las actividades de modelización estánenfocadas a desarrollar softwares capacesde pronosticar y diagnosticar la calidad delaire en dominios urbanos, regionales, nacio-nales y continentales.

El laboratorio ha desarrollado softwarepara determinar el impacto producido porvarias fuentes: IMW, una aplicación para mode-lar el impacto industrial (basado en el EPAISCT3) y EMMA, un modelo operacional com-plejo para grandes áreas urbanas.

5. Grupo de Análisis y GestiónAmbiental (AGA). Departamentode Ingeniería Química. EscuelaTécnica Superior de IngenieríaQuímica de Tarragona. Universi-dad Rovira I Virgili

Página web11:http://www.etseq.urv.es

11. La ruta completa es: http://www.etseq.urv.es/aga/castella/evaluac.php

�Modelización matemática de procesos de flujo ytransporte de masa en el subsuelo.




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DATOS “El Grupo de Análisis y Gestión Ambiental(AGA) nace en el año 1994 teniendo comoobjetivo la investigación medioambiental,satisfaciendo las necesidades tecnológicasgeneradas especialmente para los sectoresproductivos”.

RESUMEN“La Evaluación del Riesgo Ambiental (ERA),que pertenece a los proyectos I+D, es elproceso que evalúa la probabilidad de queocurran o puedan ocurrir efectos adver-sos sobre el medio o sobre la salud huma-na como consecuencia de la exposición auno o más agentes físicos, químicos o bio-lógicos.

Las herramientas utilizadas por el grupoen la evaluación del riesgo son: � Modelo BEEST para Windows, basado en

el modelo ISCT3, para la simulación dela dispersión en el aire de los diferen-tes contaminantes. Dicho modelo con-sidera tanto la deposición seca como lahúmeda, los procesos de simulaciónpueden ser obtenidos tanto para largascomo para cortas distancias y permiteconsiderar los efectos producidos porla presencia de edificios u otras estruc-turas en el área de influencia del focoemisor.

� Los modelos MEND-TOX, EUSES y CALTOXson utilizados para la dispersión de con-

taminantes en los distintos medios (agua,suelo, vegetación, etc.). Los resultadosobtenidos son verificados mediante aná-lisis en el laboratorio”.

6. Centro de Investigaciones Ener-géticas, Medioambientales y Tec-nológicas (CIEMAT). Ministerio deEducación y Ciencia

Página web12:http://www.ciemat.es

DATOSEl Centro de Investigaciones Energéticas,Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)es un organismo público adscrito al Ministe-rio de Educación y Ciencia, de investigacióny desarrollo tecnológico.

En el Departamento de Medio Ambiente:Unidad de Contaminación Atmosférica, sedesarrolló el siguiente proyecto siendo res-ponsable D. Fernando Martín Llorente. A con-tinuación resumimos lo expresado en la pági-na web.

RESUMEN“OObbjjeettiivvooss.. La Unidad de ContaminaciónAtmosférica perteneciente a la División deTecnologías Ambientales surge con un obje-tivo general claro: el estudio de procesos físi-co-químicos de los contaminantes en laatmósfera y su efecto en los ecosistemas

12. La ruta completa es: http://www.ciemat.es/actividad/programas/p_ta_contaminacion.html




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naturales y agrosistemas. Entre sus objeti-vos específicos se encuentran: � Evaluar el impacto ambiental de origen

atmosférico procedente de fuentes o ins-talaciones industriales y/o energéticas,tanto desde un punto de vista experimen-tal como modelístico.

� Desarrollar y mejorar modelos meteoroló-gicos y de dispersión y realizar las aplica-ciones necesarias de los mismos, tenien-do en cuenta las necesidades de Españaen materia de contaminación atmosférica.

� AAccttiivviiddaaddeess ddee II++DD.. Entre sus activida-des I+D se encuentra la modelizaciónatmosférica.

� SSiittuuaacciióónn aaccttuuaall.. El grupo mantiene cola-boraciones con diversas universidades, cen-tros de investigación, administraciones yempresas, así como con otros grupos del CIE-MAT. Estas colaboraciones se han traducidoen proyectos concretos de los que a conti-nuación se exponen algunos aspectos.

Entre los proyectos destaca, por su impor-tancia en sí y por la carga de trabajo, un acuer-do de colaboración con el Ministerio de MedioAmbiente para la evaluación de la calidad delaire en España aplicando modelos de disper-sión de contaminantes a escala nacional.Los resultados están siendo utilizados porel Ministerio de Medio Ambiente y las comu-nidades autónomas en la preparación de losinformes y cuestionarios sobre evaluaciónde la calidad de aire anual exigidos por laComisión Europea. Este acuerdo está en susegundo año de vigencia (a fecha 1/7/2005),y le quedan al menos otros dos.

Otro proyecto importante es el Proyectodel Programa Europeo LIFE2 HADA (Herra-mienta Automática de Diagnóstico Ambien-tal) liderado por Puertos del Estado. Entresus objetivos está el desarrollo de modelosy sistemas informáticos que simulen, pre-digan y controlen la calidad del aire en variospuertos españoles.

Relacionado también con la contamina-ción atmosférica por partículas atmosféri-

PANTANO BAROMÉTRICO. VERANO. TRES FOCOS.




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cas está en marcha un proyecto de investi-gación del Plan Nacional de I+D llamado DUS-TCERAM, liderado por el Instituto de Tecnolo-gía Cerámica de Castellón, enfocado a inves-tigar los procesos que afectan a la dispersiónde partículas atmosféricas emitidas desdeindustrias cerámicas (con especial atencióna las emisiones difusas y a los procesosatmosféricos de depósito de partículas enel suelo) y al análisis de áreas de impacto ymedidas de reducción del mismo.

Otro proyecto de notable relevancia es elproyecto PRECOZ, por el cual se está desarro-llando un sistema informático para la pre-dicción y control de la contaminación en laciudad de Zaragoza.

Hay que destacar la participación en elejercicio internacional de intercomparaciónde modelos de “street-canyon”, donde se hanutilizado datos meteorológicos y ambienta-les de tres calles de tres ciudades europeas(Estocolmo, Berlín y Londres) para simularcon modelos los flujos de aire y dispersiónde contaminantes emitidos por el tráfico decoches dentro de las mismas.

También ha participado y todavía partici-pa en los grupos de trabajo relativos a diver-sos aspectos de la calidad del aire que des-de el Ministerio de Medio Ambiente y las comu-nidades autónomas se están promoviendoal objeto de armonizar criterios dentro de lasnecesidades impuestas por la Directiva Mar-co sobre Calidad del Aire y sus directivashijas. Además, un miembro de este grupo esel representante español en el Working Group

on Implementation del Programa EuropeoClean Air For Europe (CAFE).

� RReessuullttaaddooss DDeessttaaccaabblleess.. Dentro del pro-yecto HADA: � Desarrollo de un modelo para la estima-

ción del depósito de partículas atmosfé-ricas (SEDPORT) e implantación en el mode-lo de dispersión MELPUFF, que en su ver-sión para puertos se llamará PORTPUFF.

� Puesta a punto de una metodología paradeterminar factores de emisión de partí-culas atmosféricas emitidas en operacio-nes portuarias, utilizando mediciones desu concentración en aire realizadas porel Grupo de Caracterización de la Conta-minación Atmosférica y el Instituto Jau-me Almera del CSIC, y aplicando modelosde dispersión.

� Acoplamiento de PORTPUFF a modelosmeteorológicos (ARPS, CALMET-MASS yCALMET-HIRLAM) e integración en siste-mas de predicción y control de la calidaddel aire para diversos puertos españoles.

En el marco del acuerdo con el Ministeriode Medio Ambiente para la evaluación de lacalidad del aire en España mediante modelos: � Realización de las primeras evaluaciones

de la calidad del aire en España para losaños 2002 (SO2 y Pb) y 2003 (SO2, CO, PM10y Pb) para toda España utilizando el mode-lo MELPUFF acoplado al modelo CALMET.Ha sido necesario desarrollar un procedi-miento de asimilación de las predicciones




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de los modelos con los datos medidos deconcentración de contaminantes en esta-ciones. Los resultados están siendo utili-zados por el Ministerio de Medio Ambientey las comunidades autónomas en la pre-paración de los informes y cuestionariossobre evaluación de la calidad de aire anualexigidos por la Comisión Europea.

� Revisión de la zonificación española rela-tiva a la calidad del aire, encontrando algu-nas redundancias y aconsejando ciertasimplificación en el establecimiento dezonas y uniendo zonas de similar calidaddel aire.

� Revisión de nuevos modelos de utilidadpara evaluar otros contaminantes, comoel ozono, a escala nacional o investigar lacontaminación al nivel de calles de unaforma eficiente y rápida.

� Continuación de la participación en elWorking Group on Implementation delPrograma Europeo Clean Air for Europe(CAFE) incluyendo la participación en laelaboración de un extenso informe derevisión de la Directiva 1999/30 para laComisión Europea13.

� Impartición en CIEMAT de dos cursos (2003y 2004) sobre Modelización de la Conta-minación Atmosférica.

� Los proyectos DUSTCERAM y PRECOZ estántodavía en su primer año de ejecución ytodavía no hay resultados destacablesque reseñar.

En cuanto a la investigación en modelosque simulen las circulaciones atmosféricasy dispersión de contaminantes en calles: � Realización de simulaciones RNS en dos

dimensiones en configuraciones comple-jas de secuencias de calles variando laaltura de edificios y el ancho de las calles,encontrándose perturbaciones importan-tes causadas por edificios más altos y lageneración de vórtices múltiples cuandose estrechan las calles.

� Desarrollo de un modelo de dispersión detipo lagrangiano de partículas, que incor-pora procesos de depósito (SLP-2D).

� Participación en un ejercicio internacio-nal de intercomparación de modelos lla-mado SEC. Los resultados de SLP-2D hansido bastante buenos. Estos ejercicioscontinúan y se espera su extensión a unproyecto europeo.

Otros resultados relevantes han sido: � Realización y presentación de una tesis

doctoral sobre la contaminación fotoquí-mica en Sao Paulo y la evaluación de mode-los meteorológicos (CALMET) y de disper-sión (CIT), y su potencial aplicación al dise-ño de estrategias de control de lacontaminación por ozono.

� Elaboración de un estudio sobre episodiosde contaminación fotoquímica en el centrode la Península Ibérica y la determinación deáreas de mayor probabilidad de afectación.

13. Ver http://europa.eu.int/comm/environment/air/cafe/working_groups/pdf/wg_report.pdf.




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Capacidades tecnológicas� Modelos meteorológicos (MM5, TVM,

CALMET), CFD (FLUENT) y de dispersión(MELPUFF, CALPUFF, CIT, SLP-2D), foto-químicos (CHIMERE, etc.).

� Desarrollo de nuevos modelos y mejo-ra de los disponibles.

� Evaluación de la calidad del aire. � Análisis de episodios de contaminación. � Impacto de actividades contaminantes. � Estimación de medidas de reducción

de la contaminación. � Desarrollo de sistemas informáticos de

control y predicción de la contamina-ción (en colaboración con el Dpto. deInformática).

� Apoyo a investigaciones realizadas porlos demás grupos.

Proyectos recientes o en vigor� Modelado de la concentración de partí-

culas atmosféricas producidas por indus-trias cerámicas en Castellón14.

� Implementación en áreas portuarias deun sistema de modelización atmosfé-rica y la determinación de factores deemisión15.

� Predicción de la dispersión de partícu-las para la empresa Magnesitas de Nava-rra16.

Convenios recientes o en vigor� Unidad Asociada de Contaminación

Atmosférica, CIEMAT-CSIC. � Resolución de la D.G. de la Energía MINER

(1997), creación de la OCEM. � Acuerdo de colaboración CIEMAT-Univer-

sidad de Valencia. Proyecto SPARC(ESA). � Estudio de fuentes de material particu-

lado en España (segundo acuerdo CIE-MAT /CSIC, Ac 04/45), Ministerio de MedioAmbiente. Duración: 2004-2007.

� Desarrollo de un sistema de control ypredicción de la contaminación por par-tículas en el puerto de A Coruña. CIE-MAT-Puertos del Estado, Autoridad Por-tuaria de A Coruña y U. de Santiago.2003-2005.

� Realización de un estudio piloto parala prevención de la contaminaciónatmosférica en la ciudad de Zaragoza.CIEMAT-Ayuntamiento de Zaragoza.2003-2006.

� Acuerdo específico de colaboración CIE-MAT-Ministerio de Medio Ambiente parala realización de trabajos relativos a laevaluación de la calidad del aire enEspaña mediante modelización. CIE-MAT-Ministerio de Medio Ambiente.2003-2006”.

14. Dirección General de Investigación. Ministerio de Ciencia y Tecnología. Proyecto ref.:REN-2003-08916-C02-02. 2004-2006.

15. Proyecto HADA Herramienta Automática de Diagnóstico Ambiental LIFE2 ENV/E/000274. CIEMAT-Puertos delEstado. 2003-2005.

16. CIEMAT-Magnesitas de Navarra. 2004-2005.




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7. Modelos de difusión atmosfé-rica. Área de Proyectos de Inge-niería. Escuela de Minas. Univer-sidad de Oviedo

Página web:http://www.etsimo.uniovi.es/gma

DATOSEl Área de Proyectos de Ingeniería de la Escue-la de Minas de la Universidad de Oviedo con-feccionó a nivel teórico las bases de los mode-los de difusión atmosférica, que pueden ver-se de forma desarrollada en su página web.A continuación se transcribe el índice de dichocontenido.

RESUMENModelos de difusión atmosféricaIntroducción � Introducción: la necesidad de los mode-

los de difusión.

� Guía para la justificación en la seleccióny uso de los modelos, y realización deinformes y comunicación de resultados.

� Definición de contaminación atmosféri-ca. Legislación.

� Efectos debidos a la contaminaciónambiental.

� Fuentes de contaminación ambiental.� Distintas formas de clasificar la contami-

nación atmosférica.� Clasificación de los contaminantes

según la fuente de emisión.� Clasificación de los contaminantes

físicos.� Clasificación de los contaminantes quí-

micos.

Modelo de difusión gaussiano� La ecuación de Gauss.� Perfil de velocidades del viento.� Fórmulas de elevación del penacho.� Bañado del extremo de la chimenea.� Fuerza ascensional y cantidad de movi-

miento de flujo inestable o neutro.� Límite entre fuerza ascensional y

cantidad de movimiento.� Elevación por fuerza ascensional.� Elevación por cantidad de movi-

miento.� Parámetro de estabilidad.� Límite entre fuerza ascensional y

cantidad de movimiento.� Elevación por fuerza ascensional.� Elevación por cantidad de movi-

miento.�Ecuación de Gauss.




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� Los parámetros de dispersión:� Parámetros de dispersión para una

fuente puntual.� Distancias virtuales lateral y vertical.

� Procedimientos para valorar los efectospor apantallamiento de los edificios en ladispersión de emanaciones”.

8. La calidad del aire cerca delas carreteras. Instituto de Cien-cia y Tecnología Ambientales(ICTA). Universidad Autónoma deBarcelona

Página web17:http://antalya.uab.es

DATOSEl proyecto “La calidad del aire cerca delas carreteras” pretende dar a conocer losfenómenos relacionados con las emisio-nes y la dispersión de contaminantes porparte de los vehículos que circulan por lascarreteras. El estudio se realizó desde elaño 2000 a 2002 y su esquema de traba-jo fue el siguiente:� Datos de entrada:� Meteorología.� Emisiones.� Terreno.

� Modelización:� SCIPUFF.

� CALINE4.� PUFF.

� Resultados:� Influencia de los diferentes paráme-

tros sobre la dispersión de contami-nantes.

� Metodologías de trabajo según los dife-rentes problemas de calidad del aire.

En la página web se encuentran desarro-llados todos estos apartados, siendo tam-bién posible descargar los modelos.

RESUMENA continuación se comentan los modelos conlos cuales se ha trabajado para llevar a caboeste estudio:

� SCIPUFF (Second-order Closure IntegratedPUFF model).Modelo de transporte y dispersión lagrangia-no. Creado por Titan Corporation, EPA lo reco-mienda a nivel medioambiental. Trabaja enentorno de Windows. Entre las característicasmás generales del modelo, cabe destacar:� Diversos tipos de fuente, con la posibili-

dad de confeccionar fuentes lineales (has-ta 100 fuentes).

� Contaminantes gaseosos y de partículas.� Posibilidad de incorporar terrenos com-

plejos.� Sedimentación, deposición seca y húmeda.� No dispone de módulo fotoquímico.

17. La ruta completa es: http://antalya.uab.es/_c_ceambientals/recerca/aire/Modelitzaci%F3/models.htm




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� Diversos tipos de entrada de datos mete-reológicos, desde datos de superficie has-ta datos tridimensionales.

Entre los datos que proporciona, cabe des-tacar:� Concentraciones de contaminantes.� Estimaciones de las incertidumbres.� Posibilidad de realizar animaciones y

secuencias.

� CALINE4Es la cuarta versión del modelo de disper-sión para fuentes lineales CALINE, creado porel Departamento de Transporte de Californiaen 1978. Trabaja en entorno de Windows.Entre los datos de entrada tenemos:� Características de la simulación.� Características de las carreteras: ubica-

ción, emisiones, duración.� Descripción de los contaminantes mode-

lados.� Ubicación de las estaciones receptoras.

Información metereológica.El modelo da como salidas las concentra-

ciones de contaminantes.

� PUFFPara describir la dispersión, o mejor, la difusiónde los contaminantes, se puede elegir una solu-ción sencilla: la ecuación de difusión gaussia-na. Ahora bien, el comportamiento de la plumagaussiana no es válido siempre, y en particu-

lar cuando en el camino de la pluma se encuen-tran obstáculos. Estos obstáculos vienen amodificar el comportamiento difuso respectoal caso ideal (Kaplan y Dinar, 1986).

El modelo PUFF es el resultado de estudiardesde otro punto de vista el fenómeno de la difu-sión. El modelo considera que junto con los con-taminantes se liberan unas partículas trazado-ras que se comportan igual que las del gas con-taminante. Evidentemente, al paso del tiempo(sin condiciones ambientales) se obtendrá unadistribución gaussiana de trazadores. El movi-miento de los trazadores es, pues, también unproceso de difusión. El modelo PUFF es capazde describir la posición de los trazadores en cual-quier instante y en diferentes condiciones deviento y de estabilidad atmosférica. Un postpro-cesador permite establecer la concentración delos trazadores en torno a la fuente.

9. Normas Técnicas. InstitutoNacional de Seguridad e Higieneen el Trabajo. Ministerio de Tra-bajo y Asuntos sociales

NTP 329: Modelos de dispersión de gasesy/o vapores en la atmósfera: fuentes pun-tuales continuas.

Esta norma se puede consultar en lasiguiente página web18:

http://www.mtas.es

18. La ruta completa es: http://www.mtas.es/insht/ntp/ntp_329.htm




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DATOSEn esta norma se ilustra “la aplicación de unmodelo de dispersión (Pasquill-Gifford) para laestimación de las concentraciones ambienta-les de contaminantes producidas por una fuen-te puntual continua de gases no pesados”.

RESUMENAsí, según la norma, “una de las característicasprincipales que condiciona la evolución de ungas/vapor en la atmósfera es su densidad, dis-tinguiéndose tres posibilidades: � Gases ligeros. Densidad inferior a la del aire. � Gases pasivos o neutros. Densidad similar

a la del aire. � Gases pesados. Densidad mayor que la del

aire. A efectos prácticos no se puede hablar,

en la mayoría de los casos, de un comporta-miento puro de gas ligero neutro o pesado,ya que los factores que influyen en él sonmúltiples y variables en el tiempo y una mez-cla gas/aire puede evolucionar como un gaspesado sin serlo.

Otra característica es la duración del esca-pe, que puede da lugar a: � Escapes instantáneos formando una boca-

nada (“puf”). � Escapes continuos sin depender del tiem-

po, formando un penacho (“plume”). � Escapes continuos dependiendo del tiempo.

En este documento, por razones de sim-plificación, se estudia el segundo tipo deescape.

La mayoría de los incidentes por escapeempiezan con una descarga de un productopeligroso desde su continente normal. Estosincidentes se pueden originar por orificios oroturas de recipientes de proceso, por juntasde unión en bridas o por válvulas y venteos deemergencia, por destacar las causas más fre-cuentes.

Los escapes pueden ser en forma degas, de líquido o en fase mixta líquido-gas”.En esta norma se tratará únicamente elprimer tipo.

“El modelo gaussiano de fuente puntualcontinua que se va a tratar en este docu-mento supone como hipótesis de partidaque las concentraciones de contaminanteen cualquier punto considerado viento aba-jo están estabilizadas y no dependen deltiempo. Este modelo describe el comporta-miento de los gases/vapores de fuerzaascensional neutra, dispersados en la direc-ción del viento y arrastrados a la mismavelocidad. Los gases pesados muestran unaelevación inicial del penacho debida al impul-so de salida, como sucede en todo escape,seguida de una cierta caída en curva porinfluencia de su densidad”.

En la norma se describe el modelo, estiman-do la elevación del penacho y determinando losfactores que influyen en la dispersión del pena-cho, concluyendo con la resolución de un casopráctico.NTP 475: modelos de dispersión de gases y/ovapores en la atmósfera: fuentes puntualesinstantáneas.




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Esta norma se puede consultar en la siguien-te página web19:

http://www.mtas.es

DATOSTal y como recoge la norma “en el análisisde la estimación de las consecuencias delas emisiones accidentales a la atmósferade contaminantes procedentes de activi-dades industriales, un aspecto clave es sudispersión en el medio ambiente (aire). Enla NTP-329 se pretendía ilustrar la aplica-ción del modelo de dispersión de Pasqill-Gifford para estimar las concentracionesambientales de contaminantes producidospor una fuente puntual continua de gasesneutros”.

Por el contrario, la norma NTP 475 trata dela emisión instantánea.

RESUMENSegún la norma “el primer paso para el cálculode la dispersión es establecer las condicionesde la fuga del producto, especialmente su dura-ción en el tiempo. Según el tiempo de fuga delproducto las emisiones se clasifican en:

Continuas: Cuando el tiempo de emisión esmayor que el tiempo necesario para que la nubellegue a un determinado punto.

Instantáneas. Cuando el tiempo necesa-rio para que la nube llegue a un punto deter-minado es mayor que el tiempo de emisióndel producto.

La emisión instantánea, llamada también“puff” o soplido, forma una nube que se va dis-persando con el tiempo. Gráficamente puedeasimilarse a una nube casi esférica que se dis-persa trasladando su centro de emisión en ladirección del viento.

A efectos prácticos la división en emisióncontinua o discontinua es artificial y subje-tiva, porque la mayoría de emisiones son unestado intermedio, dado que el tiempo defuga es finito, asumiendo un estado esta-cionario durante un cierto tiempo y disper-sándose finalmente”.

Así, la NTP 475 muestra criterios empleadospara decidir si la fuga puede ser consideradacontinua o instantánea.

A lo largo de la norma se desarrollan dis-tintos conceptos como: la concentración enun punto y en un tiempo de gases debida auna fuente instantánea, los coeficientes dedispersión y las correcciones según la rugo-sidad del terreno que incluye la vegetación,los cultivos y los edificios. Además, “median-te procesamiento informático se obtendríala representación gráfica de la distribuciónde concentraciones en el tiempo y a dife-rentes distancias. Ello facilitaría el estudiosimulado en situaciones accidentales paraverificar la idoneidad de las medidas de segu-ridad y el nivel de efectividad del plan deemergencia”.

La norma finaliza con la resolución de uncaso práctico.

19. La ruta completa es: http://www.mtas.es/insht/ntp/ntp_475.htm


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