Een KRW-Verkenner schematisatie bestaat uit:

• Gebiedskenmerken
  
  • oppervlaktewater (waterlichamen)
  • afwateringsgebieden
  • onderlinge relatie (waterstromen)
• Emissies
  • water
  • stoffen
• Ecologische parameters
  • inrichting
  • beheer
• Kaartmateriaal (zoals shapes)

Voor de invoergegevens maakt de KRW-Verkenner waar mogelijk gebruik van externe databases met beschrijvingen van de hydrologie, emissies en kenmerken van waterlichamen. Zo kan hydrologische informatie opgehaald worden van bestaande waterkwantiteitsmodellen (bijvoorbeeld SOBEK), emissiegegevens van de EmissieRegistratie en overige gegevens, zoals de inrichting van een waterlichaam of de verstuwingsgraad van lokale databases van waterbeheerders.

Op een vooraf vastgelegd netwerk lozen waterbronnen (afwateringsgebieden, RWZI's etc) op een oppervlaktewatereenheid (SWU) of een afwateringsgebied (Basin). Een SWU of een Basin loost eventueel wateroverschot op een of meerdere SWUs. De verdeling van het te lozen water is van te voren vastgelegd. De hoofd-afstromingsrichting is hiermee vastgelegd. Naast de hoofd-afstromingsrichting kan, door middel van vaste debieten tussen SWUs onderling en tussen SWUs en Basinswaterlichamen en afwateringsgebieden, een waterbeweging tegengesteld aan de hoofd-afstromingsrichting worden opgelegd. Dit is bijvoorbeeld nodig bij het inlaten van water of bij doorspoeling.

De figuur hiernaast illustreert een klein watertransport netwerk. In dit figuur lozen drie bronnen op een Basin en drie bronnen op een SWU. Om het peil in het Basin te kunnen handhaven, wordt er water ingelaten. Dit water wordt vanuit het bovenste SWU ingelaten. De waterbalans van het Basin is dan: 50 + 80 + 200 vanuit de bronnen, plus 40 inlaatwater. De totale stroom van het Basin naar het SWU is dan 370 (hierbij uitgaande stromen als verdamping en wegzijging negerend). De waterbalans van het SWU waterlichaam wordt dan: 370 + 8 + 20 + 50 + 40 – 40, waarmee het debiet van het onderste naar het bovenste SWU uitkomt op 448.

Wabacore

Het rekenhart van de waterbalans is het programma Wabacore. Dit is een steady state waterbalansen model en is voor de KRW-Verkenner opgezet als pre-processor voor de stofbalans. Op basis van de user interface, krijgt Wabacore de volgende informatie door:

• Alle rekeneenheden (segmenten) van de KRW-Verkenner schematisatie. De segmenten worden gevormd door de SWUs en Basins.
• De links tussen de segmenten.
• Alle belastingen en onttrekkingen van water op de segmenten.

Wabacore maakt een stelsel vergelijkingen dat de waterbalans voor de segmenten weergeeft. De uitgangspunten daarbij zijn:

• Een willekeurig aantal bekende debieten tussen segmenten in het netwerk en over de randen.
• Van elk onbekend uitstromend debiet is bekend hoeveel (in %) dit debiet van de totale uitstroming is.

Per segment resulteert dit in een stelsel van vergelijkingen voor de onbekende debieten. Voor segmenten zonder onbekende uitstroming wordt om reken technische redenen een onbekende uitstroming toegevoegd. Als de invoer consistent is, zal dit debiet een waarde nul krijgen en wordt, na het oplossen van het stelsel, weer verwijderd. Het stelsel van vergelijkingen wordt eerst gereduceerd, door directe substitutie van vergelijkingen, tot 1 onbekende. Dit wordt herhaald totdat er geen direct oplosbare vergelijkingen meer zijn. In fysische termen betekent dit dat lijnvormige strengen van segmenten die aan het "vermaasde" netwerk vastzitten opgelost worden. Het resterende stelsel wordt opgelost via directe matrix-inversie volgens de LU-decompositie-methode. Deze aanpak is gekozen omdat directe matrix-inversie voor grote stelsels (b.v. de landelijke applicatie, ca. 20 000 onbekenden) niet mogelijk is vanwege een te groot beslag op het interne geheugen.

Op basis van kennisregels worden de effecten van maatregelen op de EKR scores van de vier biologische kwaliteitselementen (overige waterflora, fytoplankton, macrofauna en vissen) berekend.  De KRW-Verkenner versie 2.3 bevatte 2 rekenmodulen die de EKR scores op verschillende manieren berekend. De 2 rekenmodulen worden onderscheiden op basis van het KRW-watertype en worden geclassificeerd als rijkswater of regionaal water.  In onderstaande tabellen zijn de typen weergegeven. Met het importeren of genereren van rekeneenheden wordt het watertype en de daarbij behorende rekenmethode gezet. In de nieuwe versie van de KRW-Verkenner 2.4.1 is de module met de zogenaamde “ecotopenmethode” voor de Rijkswateren niet meer opgenomen. De reden hiervoor is dat er gewerkt wordt aan een andere, meer transparante, methode die ook  meer mogelijkheden voor de gebruiker biedt. Hieronder wordt kort de stand van zaken voor de regionale wateren en de Rijkswateren beschreven

Regionaal

De regionale kennisregels zijn gebaseerd op data van regionale wateren. De data is opgeslagen in een database die door Royal HaskoningDHV wordt beheerd. De database bevat relaties tussen EKR-score en verschillende waterkwaliteit- en inrichtingsvariabelen voor een groot aantal waterlichamen. Voor de regionale ecologische toepassing van de KRW-Verkenner kan de gebruiker kiezen uit drie methoden:

• Regressiebomen,
• Random forest, Royal HaskoningDHV
• PUNN neuraal network, Witteveen+Bos.

De random forest methode heeft de meest voorspellende kracht (Van der Linden et al., 2021) en is daarom de default ecologie methode voor regionale toepassingen. Alle drie de methoden zijn opgenomen in de KRW-Verkenner versie 2.4.1 en kunnen worden geselecteerd. De KRW-watertypen zijn ingedeeld in 10 clusters (zie de 2 tabellen hieronder). Per cluster zijn rekenregels afgeleid per biologisch kwaliteitselement waarbij een aantal stuurvariabelen van belang zjin (zie tabel verder naar beneden). Voor de benodigde invoer voor de stuurvariabelen kan de gebruiker de KRW-Verkenner de chemische variabelen laten berekenen of de gebruiker kan hiervoor metingen gebruiken

Beschrijving en vergelijking van de drie methoden, Deltares rapport 2021: download hier.

Rijkswateren

De “ecotopenmethode” was gebaseerd op een vaste soortensamenstelling per ecotooptype. Maatregelen konden worden doorgerekend door het oppervlak van de verschillende ecotopen in een waterlichaam te veranderen om vervolgens via oppervlakte gewogen dit te vertalen in een verandering in de EKR-score. Problematisch aan deze methode is dat er geen onderscheid gemaakt kan worden  in de kwaliteit van een ecotoop. Daarnaast bleek dat de beperkte resolutie van de ecotoopkaarten van de rivieren een beperking zijn.

De nieuwe methode waaraan wordt gewerkt heeft een andere aanpak. De beschikbare data vanuit uitgebreide monitoringsprojecten in Nederland heeft  omvangrijke datasets opgeleverd waaruit de relatie tussen milieufactoren en het voorkomen van soorten afgeleid kan worden: de zogenaamde dosis-respons modellen. Deze modellen vertalen de combinatie van milieufactoren naar het wel of niet voor kunnen komen van soorten in een waterlichaam. De dosis-respons modellen zijn afgeleid voor de KRW kwaliteitselementen macrofyten, macrofauna en vissen. De afleiding van de modellen is gebaseerd op de toleranties van soorten per milieufactor: een soort kan per milieufactor voorkomen binnen bepaalde tolerantiegrenzen. Als op een bepaalde locatie de waarden van alle milieufactoren binnen de tolerantiegrenzen van een soort vallen, dan kan de soort op die locatie voorkomen. Op basis van de soorten die op een locatie kunnen voorkomen, wordt een soortenlijst opgesteld, waarmee onder andere de EKR-scores voor de KRW maatlatten kunnen worden berekend.

Voor meer achtergrondinformatie, zie het rapport en het bijbehorende addendum. Op 1 en 22 maart 2021 zijn een tweetal werksessies georganiseerd met vertegenwoordigers van de verschillende RWS-diensten om de eerste resultaten van de nieuwe methodiek te bespreken en verdere ontwikkelingsmogelijkheden te verkennen. De presentaties van beide werksessies zijn beschikbaar: werksessie 1 en werksessie 2. 

In de KRW-Verkenner zijn een groot aantal maatregelen en hun effecten voorgeprogrammeerd. Globaal worden de maatregelen onderverdeeld in drie categorieën:

• Maatregelen gericht op puntbronnen
• Maatregelen op diffuse bronnen
• Maatregelen gericht op inrichting en het beheer (ecologie).

De maatregelen kunnen generiek of locatiespecifiek worden toegepast. Daarnaast is er de mogelijkheid om de maatregelen in de tijd te plannen. Voor zeer complexe maatregelpakketten waarbij, door bijvoorbeeld ingrijpende hydrologische aanpassingen of grote planologische ingrepen, effecten op zowel emissies (locaties van emissiebronnen) als inrichtingsmaatregelen worden doorgevoerd, kan het nodig zijn om nieuwe databases voor de hydrologie, emissies en/of gebiedskenmerken in te lezen. Op deze manier kunnen ook effecten van andere, niet specifiek ten behoeve van de KRW genomen maatregelen worden doorgerekend, mits ze een kwantificeerbaar effect hebben op hydrologie, emissies of gebiedskenmerken.