Child pages
  • De tool: Theorie
Skip to end of metadata
Go to start of metadata

You are viewing an old version of this page. View the current version.

Compare with Current View Page History

« Previous Version 85 Next »

 

De tool: Theorie

 

    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 waterkantiteitsmodellen (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.

    Alle inkomende en uitgaande stoffstromen moeten vooraf aan de KRW-Verkenner worden opgegeven. De benodigde gegevens zijn te verkrijgen uit verschillende databronnen, zoals:

    • Meetgegevens van het te beschrijven watersysteem
    • Landelijke databases (bijvoorbeeld de Emissieregistratie)
    • Modelstudies (bijvoorbeeld STONE)

    Omdat deze databronnen met onzekerheden omgeven zijn, is een goede analyse van de beschikbare data nodig voordat er begonnen wordt met het vullen van de KRW-Verkenner.

    Voorafgaand aan het oplossen van de stofbalans, heeft de KRW-Verkenner al een waterbalans opgelost omdat de waterbalans een belangrijke input bron is voor de stofbalans. De water- en stofafvoer uit een bovenstrooms segment wordt als invoer gebruikt door een benedenstrooms segment en het bovenstrooms segment beïnvloedt daarmee dus de stofconcentratie van het benedenstrooms segment. In principe kan de KRW-Verkenner alle stoffen doorrekenen, maar standaard zijn er vier stoffen opgenomen: totaal stikstof, totaal fosfaat, chloride en het biologisch zuurstofverbruik (BZV). Deze vier stoffen zijn nodig voor de ecologische module en kunnen daarom niet worden gewijzigd.

    Steady State oplossing

    De KRW-Verkenner maakt, net als de waterbalans, gebruik van een steady state oplossing. Dat wil zeggen dat voor een rekeneenheid (SWU of Basin) het volgende geldt:

    Waar M staat voor massa (g), Qin voor instromende debieten (m3/s), Qout voor uitstromende debieten (m3/s), Cin voor stofconcentraties van het instromende debiet (g/m3), C voor de stofconcentratie in het segment, V voor het volume van het segment (m3) en k de afbraakconstante van een stof (1/d). De afbraakconstante kan per stof worden opgegeven en kan temperatuurafhankelijk worden gemaakt. Voor de afbraakconstante wordt de volgende formulering wordt gebruikt:

    Waar k20 staat voor de afbraakconstante bij 20 °C (1/d), θ voor de temperatuurscoëfficiënt (default 1.047 (-)) en T voor de watertemperatuur (°C). Daarnaast is de retentie ruimtelijk differentieerbaar door middel van een "Tag" aan een SWU of Basin toe te kennen.

    Op basis van kennisregels worden de effecten van maatregelen op de EKR scores van de vier biologische kwaliteitselementen (waterplanten, fytoplankton, macrofauna en vissen) berekend. De EKR-scores worden berekend op SWU niveau. De KRW-Verkenner bevat 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 landelijk of regionaal.  In onderstaande tabellen zijn de typen weergegeven. Met het importeren of genereren van rekeneenheden wordt het watertype en de daarbij behorende rekenmethode gezet.

    Landelijk

    Deze methode is gebaseerd op ecotopen als rekeneenheden. Elk waterlichaam bestaat uit verschillende ecotopen en elk ecotoop omvat een specifieke soortenlijst. Deze soortenlijsten worden oppervlakte gemiddeld gewogen (met uitzondering van macrofauna) en zo ontstaat er een soortenlijst per waterlichaam. Aan de hand van deze soortenlijst wordt een EKR score berekend. Door deze werkwijze heeft een verandering in ecotoopcompositie een effect op de EKR-score.

    Achtergrond informatie
    • Landelijke ecologie methode, Deltares rapport 2010: download hier
    • Landelijke ecologie methode, Deltares rapport 2011: download hier
    • Presentatie Landelijke ecologie methode RWS, 2010: download hier
    • Presentatie Landelijke ecologie methode WD, 2010: download hier

    Regionaal

    De regionale kennisregels zijn gebaseerd op data van regionale wateren. De data is opgeslagen in een database die door RoyalHaskoning-DHV wordt beheerd (Evers et al, 2009). 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, PBL rapport 2013: download hier
    • Neurale Netwerken, Royal Haskoning rapport 2015: download hier
    • PUNN neuraal network, STOWA/W+B rapport 2012: download hier en meer achtergrond van de formuleringen hier.

    De PUNN methode heeft de meest voorspellende kracht (Vissers, 2013a) en is daarom de default ecologie methode voor regionale toepassingen. De andere twee methoden zijn ook opgenomen in de KRW-Verkenner, maar kunnen niet direct door de gebruiker geselecteerd worden. Mocht een gebruiker toch 1 van deze 2 methode willen gebruiker, dan kan contact opgenomen worden met de KRW-Verkenner helpdesk.

    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.

    Meer achtergrond informatie

    Vergelijking van de drie methoden, PBL rapport 2013: download hier.

     

    KRW-Watertype

    Rivieren

    Cluster Omschrijving

    Landelijk

    Regionaal

    R4

    Langzaam stromende beken Permanent langzaam stromende bovenloop op zand

     

    x

    R5

    Langzaam stromende beken Langzaam stromende middenloop/benedenloop op zand

     

    x

    R6

    Langzaam stromende beken Langzaam stromend riviertje op zand/klei

     

    x

    R7

    Rivier/nevengeul Langzaam stromende rivier/nevengeul op klei/zand

    x

     

    R8

    Brakke tot zoute wateren Zout getijdenwater (uitlopers rivier) op zand/klei

    x

     

    R12

    Langzaam stromende beken Langzaam stromende middenloop/benedenloop op veenbodem

     

    x

    R13

    Snel stromende beken Snel stromende bovenloop op zand

     

    x

    R14

    Snel stromende beken Snelstromende middenloop/benedenloop op zand

     

    x

    R15

    Snel stromende beken Snelstromend riviertje op kiezelhoudende bodem

     

    x

    R16

    Rivier/nevengeul Snelstromende rivier/nevengeul op zandbodem of grind

    x

     

    R17

    Snel stromende beken Snelstromende bovenloop op kalkhoudende bodem

     

    x

    R18

    Snel stromende beken Snelstromende middenloop/benedenloop op kalkhoudende bodem

     

    x

    O2

    Estuarium Estuarium met matig getijverschil

    x

     

    KRW-Watertype

    Meren

    Cluster Omschrijving

    Landelijk

    Regionaal

    M1a/b

    Sloten Gebufferde sloten op minerale bodem

     

    x

    M2

    Sloten Zwak gebufferde sloten

     

    x

    M3

    Kanalen Gebufferde (regionale) kanalen

     

    x

    M4

    Kanalen Zwak gebufferde (regionale) kanalen

     

    x

    M6a/b

    Kanalen Grote ondiepe kanalen

     

    x

    M7a/b

    Kanalen Grote diepe kanalen

     

    x

    M8

    Sloten Gebufferde laagveen sloten

     

    x

    M10

    Kanalen

    Laagveen vaarten en kanalen

     

    x

    M14

    Ondiepe meren Ondiepe (matig grote) gebufferde plassen

    x

    x (default)

    M16 Diepe meren Diepe gebufferde meren

    x

    x (default)

    M20

    Diepe meren Matig grote diepe gebufferde meren

    x

    x (default)

    M21

    Diepe meren Grote diepe gebufferde meren

    x

     

    M23

    Ondiepe meren Ondiepe kalkrijke (grotere) plassen

     

    x

    M27

    Ondiepe meren Matig grote ondiepe laagveenplassen

     

    x

    M30

    Zwak brakke wateren Zwak brakke wateren

     

    x

    M31

    Brakke tot zoute wateren Brakke tot zoute wateren

     

    x

    Stuurvariabelen Klassen/eenheid Omschrijving Relevant voor welke clusters
    Meandering 5 1= recht + normprofiel, 2= gestrekt + natuurlijk dwarsprofiel, 3 = zwak slingerend, 4 = slingerend, 5 = vrij meanderend Langzaam stromende beken, Snelstromende beken
    Verstuwing 3

    1 = sterk gestuwd zonder vistrappen, 2 = gestuwd met vistrappen, 3 = ongestuwd

    Langzaam stromende beken, Snelstromende beken
    Beschaduwing

     

    3

    1 = onbeschaduwd zonder ruigte op de oevers, 2 = gedeeltelijk beschaduwd of ruigte op de oever, 3 = grotendeels of geheel beschaduwd Langzaam stromende beken, Snelstromende beken
    Oeverinrichting 3 1 = beschoeid of steil en onbegroeid, 2 = riet/helofyten, 3 = moeras + riet/helofyten Sloten, Kanalen, Ondiepe meren, Diepe meren, Zwak brakke wateren, Brakke tot zoute wateren

    Peildynamiek

    3 1 = tegennatuurlijk, 2 = stabiel, 3 = natuurlijk Sloten, Kanalen, Ondiepe meren, Diepe meren, Zwak brakke wateren, Brakke tot zoute wateren
    Onderhoud 2

    1 = intensief, 2 = extensief

    Sloten, Kanalen, Zwak brakke wateren, Brakke tot zoute wateren
    Scheepvaart 2 1 = intensief bevaren, 2 = niet of nauwelijks bevaren Kanalen
    Connectiviteit 3

    1 = geïsoleerd, 2 = periodiek geïsoleerd, 3 = open verbinding

    Zwak brakke wateren, Brakke tot zoute wateren
    Totaal N mg N/l

    Zomergemiddelde (april-september)

    Langzaam stromende beken, Snelstromende beken, Sloten, Kanalen, Ondiepe meren, Diepe meren, Zwak brakke wateren, Brakke tot zoute wateren
    Totaal P mg P/l Zomergemiddelde (april-september)

    Langzaam stromende beken, Snelstromende beken, Sloten, Kanalen, Ondiepe meren, Diepe meren, Zwak brakke wateren, Brakke tot zoute wateren

    BZV mg O2/l Zomergemiddelde (april-september) Langzaam stromende beken, Snelstromende beken
    Chloride mg Cl/l Zomergemiddelde (april-september) Zwak brakke wateren, Brakke tot zoute wateren

     

     

     

    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.

     

     

     

     

     


     

     

     

    • No labels