High Resolution Model to Predict Oil Spill Dispersion in Harbour and Coastal Areas

Mostriamo un modello allo stato dell'arte, che considera i principali processi fisici che governano il greggio in mare nelle prime ore dopo il rilascio, (Zanier, et al., 2014). Le particelle e i tar sono trattati come particelle lagrangiane, ognuna con la propria densità  e il proprio diametro; consideriamo le forze principali che agiscono su di esse ossia: galleggiamento, trascinamento e la forza di Coriolis. Il greggio in forma di film sottile ਠmodellato tramite le equazioni proposte da Nihoul (Nihoul 1983/84). Il modello originale di Nihoul considera le forze principali (ossia gravità , stress indotto da vento e correnti marine) che agiscono sulla macchia e governano il suo trasporto e diffusione, sulla superficie del mare, nelle prime 24 ore dopo il rilascio. Il nostro miglioramento al modello consiste nell'introduzione della forza di Coriolis evitando di utilizzare formulazioni empiriche (Zanier, et al., 2015). Infine i principali processi di weathering che agiscono sulla macchia nelle prime 12-24 ore dopo il rilascio (ossia emulsificazione ed evaporazione) sono considerate in accordo con i modelli presenti in letteratura (Mackay, Peterson, et al., 1980 e Mackay, Buist, et al., 1980, rispettivamente). Per preservare un'accuratezza del secondo ordine del metodo numerico, i termini convettivi, nel modello Euleriano, sono discretizzati usando SMART uno schema numerico upwind del terzo ordine (Gaskell and Lau 1988). Il modello ਠvalidato con dei casi test standard. Le correnti marine sono risolte con il modello LES-COAST (IEFLUIDS Università  di Trieste), un modello numerico ad alta definizione, adatto per simulare flussi in aree costiere e portuali. Il modello LES-COAST risolve la forma filtrata delle equazioni di Navier-Stokes tridimensionali e non-idrostatiche, assumendo che valga l'approssimazione di Boussinesq; e l'equazione di trasporto degli scalari, salinità  e temperatura. Il modello usa l'approccio della large eddy simulation per parametrizzare la turbolenza, le variabili sono filtrate con una funzione filtro, rappresentante la grandezza delle celle. I flussi di sottogriglia (SGS), che appaiono dopo l'operazione di filtraggio delle equazioni, sono parametrizzati con un modello di Smagorinsky anisotropo con due eddy viscosity, per adattare il modello a simulare flussi costieri dove le lunghezze scala orizzontali sono molto pi๠grandi di quelle verticali (Roman et al., 2010 ). Le diffusività  di sotto griglia della temperatura e salinità , cioਠi numeri di Prandtl e Schmidt, sono imposti come Pr_{sgs}=Sc_{sgs}=0.8, assumendo che lࢠanalogia di Reynolds sia valida per entrambi gli scalari. La complessitàƒÂ  geometrica che caratterizza le aree costiere, àƒ¨ trattata con una combinazione di griglie curvilinee e il metodo dei contorni immersi (IBM) (Roman, Napoli, et al., 2009). Lࢠazione del vento sulla superficie libera del mare àƒ¨ imposta tramite una formula proposta da Wu (Wu, 1982), nella quale lo stress del vento sul mare àƒ¨ calcolato dalla velocitàƒÂ  del vento a 10 m sopra il livello del mare. Allo stress aggiungiamo una varianza del 20% per agevolare la generazione di turbolenza e per tener conto che lࢠazione del vento non àƒ¨ costante nel tempo e nello spazio. Inoltre vicino agli ostacoli, come moli, navi e frangiflutti, lo stress del vento àƒ¨ ridotto linearmente, per considerare la riduzione del vento che si ha nelle zone di ricircolo. Sui contorni aperti le velocitàƒÂ  e le quantitàƒÂ  scalari sono ottenute innestando il modello LES-COAST con modelli di larga scala (Petronio, et al., 2013) oppure sono impostati secondo dati rilevati. Vicino ai bordi solidi le velocitàƒÂ  sono modellate tramite funzioni parete (Roman, Armenio, et al., 2009). Il modello di rilascio di petrolio e il modello idrodinamico sono stati applicati assieme per simulare degli ipotetici scenari di trasporto e diffusione del greggio in mare nel porto di Barcellona (Mar Mediterraneo Nord-Ovest, Spagna, Galea, et al. 2014) e nella baia di Panzano (Mar Adriatico, Nord, Italia).