De tool
|
Een KRW-Verkenner schematisatie bestaat uit:
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.
|
|
Waterbalans
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.
Stofbalans
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.
|
|
| 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 |
Maatregelen
Met het nemen van maatregelen zet de gebruiker het stuur op de ontwikkelingen in zijn beheersgebied. De KRW-Verkenner maakt het mogelijk de effecten van deze maatregelen op de ecologische kwaliteit door te rekenen. Dit is de essentie van de KRW-Verkenner.
In de KRW-Verkenner zit een groot aantal maatregelen en hun effecten voorgeprogrammeerd. Globaal worden de maatregelen onderverdeeld in drie categorieën:
- Maatregelen gericht op puntbronnen
- Maatregelen op Diffuse bronnen; en
- Maatregelen gericht op de inrichting en het beheer (ecologie).
Al naar gelang de wens van de gebruiker kan deze ervoor kiezen maatregelen generiek of juist locatiespecifiek toe te passen. Daarnaast heeft de gebruiker de mogelijkheid de maatregelen in de tijd in te plannen. Gecombineerde maatregelpakketten en "gestapelde maatregelen" kunnen worden doorgerekend. Voor zeer complexe maatregelpakketten, waarbij bijvoorbeeld ingrijpende hydrologische aanpassingen worden doorgevoerd of grote planologische ingrepen, waarbij bijvoorbeeld zowel effecten op emissies (locaties van emissiebronnen) en inrichtingsmaatregelen worden doorgevoerd, kan het noodzakelijk zijn om nieuwe databases voor de hydrologie, emissies of gebiedskenmerken in te lezen. Ook effecten van andere, niet specifiek ten behoeve van de KRW genomen maatregelen kunnen worden doorgerekend, mits ze een kwantificeerbaar effect hebben op hydrologie, emissies of gebiedskenmerken. Voorbeelden hiervan zijn maatregelen die mogelijk worden genomen in het kader van veiligheid en zoetwatervoorziening.
|
