Contaminación del aire por material particulado en la Ciudad de Buenos Aires

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Abstract

El proceso de urbanización origina grandes transformaciones en el medio ambiente. El deterioro de la calidad del aire en las grandes ciudades es un problema mundial que se incrementa con el crecimiento de la población. Entre los contaminantes del aire urbano, el material particulado en suspensión es considerado uno de los más importantes, por sus posibles efectos sobre la salud de las personas. La mayor peligrosidad está relacionada con su capacidad de ingresar en los pulmones, alojándose allí y dañando los tejidos involucrados en el intercambio de gases. Otros efectos del material particulado en suspensión están relacionados con la reducción de la visibilidad, con el aumento de la dispersión y/o de la absorción de la radiación solar afectando la radiación de onda corta y con el aumento del número de núcleos de condensación en la atmósfera. También, existen evidencias de los daños originados por el depósito de material particulado sobre edificios y monumentos. En este trabajo se estudian algunas características de la concentración de fondo de material particulado en suspensión total y PM10 en la atmósfera de la Ciudad de Buenos Aires. Además, se obtuvieron estimaciones del depósito de material particulado en la ciudad y se analizan sus distribuciones espacial y temporal. Fundamentalmente, se desarrolló y utilizó el modelo de dispersión-depósito DAUMOD-D, para estimar la concentración en aire y el depósito de material particulado en áreas urbanas y se lo aplicó a las emisiones de material particulado en la Ciudad de Buenos Aires. Este modelo incluye una parametrización de los procesos de depósito seco y húmedo de material particulado en un área urbana. Se describe la metodología utilizada para evaluar la "velocidad de depósito" en función de la distribución del tamaño de las partículas, de las condiciones atmosféricas y de la rugosidad de la superficie. Asimismo, se presenta la parametrización del "coeficiente de lavado" de partículas por la precipitación, en función de la distribución del tamaño de las partículas, de la eficiencia de colisión de las gotas de lluvia y de la intensidad de la precipitación. Para la aplicación del modelo desarrollado a la Ciudad de Buenos Aires, se presentan los resultados de un inventario de emisiones de material particulado en la ciudad. Los valores de las concentraciones de fondo de material particulado y del flujo de partículas sedimentables estimados por el modelo desarrollado han sido comparados con las observaciones realizadas por el Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires en diferentes zonas de la ciudad. Los resultados del modelo sobre-estimaron levemente el flujo de partículas sedimentables: el error cuadrático medio normalizado fue 37%, el error fraccional –9.1% y la varianza fraccional 1.8%. El 72% de las estimaciones resultó dentro de un factor 2 de las observaciones. Por otra parte, los valores estimados de la concentración de fondo de material particulado en suspensión resultaron algo inferiores a los observados: el error cuadrático medio normalizado fue 20.0%, el error fraccional 21.5%, la varianza fraccional 7.7% y el 87% de las estimaciones resultaron dentro de un factor 2 de las observaciones. De esta forma, los resultados obtenidos por el modelo DAUMOD-D para la ciudad de Buenos Aires pueden considerarse satisfactorios. Se estudió la variación mensual de la distribución espacial del depósito de material particulado en la ciudad, encontrándose que pueden existir zonas donde el depósito mensual de material particulado supere 1 mg/(cm2.30d) (límite establecido por la Ley 1356, de la Ciudad de Buenos Aires). Se presentan distribuciones horizontales de la concentración de fondo de material particulado en suspensión total en la ciudad para diferentes tiempos de promedio. Las zonas de la ciudad con los mayores valores de concentraciones horarias varían con las condiciones atmosféricas y la hora del día. Por otra parte, las máximas concentraciones mensuales de material particulado en suspensión pueden superar los 0.15mg/m3, principalmente en los meses invernales. Las zonas de la ciudad que presentan los mayores valores de concentración de material particulado en suspensión incluyen los barrios de Constitución-Retiro, Palermo, y alrededor de la Autopista 25 de Mayo y la Avenida Rivadavia. Asimismo, se estimaron las concentraciones de fondo , diaria y anual, de material particulado PM10 en la Ciudad de Buenos Aires. La concentración media anual de PM10 presentó valores superiores a 0.05 mg/m3 (límite establecido por la Ley 1356, Ciudad de Buenos Aires) en el microcentro y en los barrios de Constitución y Retiro. Las concentraciones medias diarias de PM10 superaron los 0.15 mg/m3 (límite establecido por la Ley 1356, Ciudad de Buenos Aires) en Constitución, Retiro y en los alrededores del Aeroparque y la Autopista 25 de Mayo. Estas situaciones pondrían en riesgo al 51.6 % de la población total de la ciudad al menos 1 vez/año. Además, se estudió la ocurrencia consecutiva de concentraciones diarias altas, obteniéndose 3 rachas de 3 días de duración, que pondrían en riesgo al 0.6 % de la población menor que 14 años y al 0.7 % de la población mayor que 65 años. Se evaluó el aporte relativo de las diferentes fuentes de emisión a la contaminación por material particulado en diferentes zonas de la ciudad. Los automotores contribuyen con más del 60% de la concentración estimada y en segundo lugar se encuentra el aporte del transporte automotor de pasajeros (con alrededor del 20%) a la concentración estimada. ; The urbanization process causes large environmental changes. The deterioration of the air quality in big cities is a world problem, aggravated by demographic growth. Among urban air pollutants, suspended particulate matter is considered to be one of the most important because of its effect on human health. The greatest risk is related to its capacity of entering the lungs, depositing there and injuring the tissues involved in gas exchange. Other effects of these particles are related to decreased visibility, greater scattering and/or absorption of solar radiation, affecting short wave radiation and increasing the number of atmospheric condensation nuclei. There is also evidence about the damage caused by particle deposition on buildings and monuments. This study reports some characteristics of the background concentration of total and PM10 suspended particulate matter in the atmosphere of Buenos Aires. Particulate matter deposition in the city was estimated and an analysis was made of its spacial and temporal variations. Basically, the DAUMOD-D dispersion-deposition model was developed and used to determine particulate matter air concentration and deposition in urban areas and it was applied to particulate matter emissions in Buenos Aires. This model includes a parameterization of dry and wet deposition of particles in an urban area. The methodology used to assess the "deposition velocity" in function of particles size distribution, atmospheric conditions and surface roughness is described. The parameterization of the "scavenging coefficient" for particles, that describes the rate of removal of particles by rain, includes particle size distribution, raindrop collision efficiency and rainfall intensity. The results of an emission inventory for particulate matter in Buenos Aires is presented for the application of the model. The particulate matter background concentration values and particle deposition flux, estimated using the developed model have been compared with observations obtained by the City Government of Buenos Aires at different sites. The results of the model slightly over-estimated the deposition flux the normalized mean square error was 37%, fractional error –9.1% and fractional variance 1.8%. A 72% of the estimations were within a factor of 2 the observed values. On the other hand, the estimated background concentration values of suspended particles were found to be slightly lower than those observed: the normalized mean square error was 20%, the fractional error 21.5%, fractional variance 7.7% and a 87% of the estimates were within a factor of 2 the observations. In this way, the results obtained with the DAUMOD-D model for Buenos Aires may be considered satisfactory. The monthly spatial variation of particulate matter deposition is studied and it is found that there may be zones where the monthly particle deposition flux is greater than 1 mg/(cm2.30d) (air quality standard value set by Buenos Aires City Law 1356). Horizontal distributions of total suspended particles background concentrations for different averaging time are presented. The areas in the city with the highest hourly concentration vary according to atmospheric conditions and the time of day. On the other hand, maximum monthly-suspended particulate matter concentrations may exceed 0.15 mg/m3, particularly during winter months. The areas of the city with the highest suspended particulate matter concentrations include Constitución-Retiro, Palermo and along the 25 de Mayo Highway and Rivadavia Avenue. Daily and annual PM10 particulate matter background concentrations in Buenos Aires were also estimated. The mean annual concentration of PM10 exceeded 0.05 mg/m3 (air quality standard value set by Buenos Aires Law 1356) in the area of downtown, Constitución and Retiro. Daily mean concentrations of PM10 exceeded 0.15 mg/m3 (air quality standard value set by Buenos Aires City Law 1356) in Constitución, Retiro, in the surrounding of the Domestic Airport and the 25 de Mayo Highway. These risky situations could expose 51.6% of total population in the city once a year. The persistence of risky situations of daily mean concentrations was studied. Results showed that a persistence of 3 days might occur. This condition could expose 0.6% of children up to 14 years old and 0.7% of elderly people greater than 65 years old during three times a year. It was also estimated the relative contribution of the different emission sources to total suspended particles concentration in different locations of the city. Results show the contribution of vehicles is greater than 60 % and around 20 % of the concentration value can be allocated to public buses. ; Fil:Martin, Paula Beatriz. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.