Bron: rapportage LHM 3.3 (Kroon et al., 2017), Bijlage B.
De standaloneversie van MetaSWAP wijkt af van de gebruikelijke componentenversie, die bestaat uit gekoppelde programmatuur van DM, MOZART, MetaSWAP en MODFLOW. In deze ‘gewone versie’ van LHM worden de berekeningen geregisseerd door de gekoppelde programmatuur. In de
standalonemodule heeft een SIMGRO-routine de rol van regisseur overgenomen, waardoor er niet met MODFLOW, MOZART en DM hoeft te worden gerekend. Voor het simuleren van de drainageprocessen, die normaliter in MODFLOW worden berekend, heeft de standaloneversie een eigen drainage routine, die op basis van de uitkomsten van LHM de drainageprocessen opnieuw in MetaSWAP simuleert. Daarvoor worden de LHM-drainageparameters (conductances) omgezet naar invoer voor MetaSWAP (weerstanden).
In LHM wordt een impliciet schema gehanteerd (waarbij de nieuwe grondwaterstand wordt gebruikt voor de drainage), terwijl in de standalonetoepassing een expliciet schema wordt gebruikt (waarbij de oude grondwaterstand wordt gebruikt). In dat laatste geval kan de grondwaterstand eerder het maaiveld inschieten (numerieke instabiliteit), met (artificiële) extra run-off tot gevolg. Verwacht wordt dat de nauwkeurigheid van de standaloneberekening erbij gebaat is dat de gebruikte interne tijdstap zo klein mogelijk is. Daarom is het effect van een kleinere tijdstap (0,25 dag i.p.v. 1 dag)
geanalyseerd en zijn ook de verschillen onderzocht tussen de standaloneberekening en de berekening met het hele LHM.
Uit de analyse van resultaten van individuele plots en het landelijke patroon is gebleken dat de standalonetoepassing met een tijdstap van één dag iets meer run-off genereert dan LHM (in het voorbeeldplot 199 mm voor 2 jaar, in plaats van 188 mm in LHM). Maar met het gebruik van de kleinere tijdstap in NHIWQ neemt de run-off in de voorbeeldplot weer af tot 151 mm. De kortere tijdstap van NHIWQ ondervangt dus het feit dat de drainage expliciet wordt berekend en ondervangt tevens het expliciete rekenschema van de onverzadigde infiltratie aan het maaiveld.
Hoewel uit de analyses blijkt dat het gebruik van de interne tijdstap van belang is voor de
standaloneberekening met MetaSWAP en niet zozeer voor LHM zelf, is het belang van deze analyse groter dan alleen LHM. Tijdens de gevoeligheidsanalyses is ook een testrun uitgevoerd om te
onderzoeken of met LHM direct invoer kan worden gegenereerd voor de waterkwaliteitsberekeningen in ANIMO. Uit deze testrun is gebleken dat het online genereren van invoer van ANIMO tot grote problemen kan leiden bij het wegschrijven van data. De rekentijden kunnen zeer sterk oplopen. Bovendien is het praktischer om de logistiek anders te regelen; het aanmaken van ca. 400.000 files voor ANIMO kan praktischer worden gerealiseerd door een standaloneapplicatie waarbij in groepen wordt gerekend.
Geconcludeerd wordt dat in de modellentrein voor de waterkwaliteit vanuit praktisch oogpunt daarom een extra berekening met MetaSWAP nodig is en de standalonetoepassing dus op korte termijn onmisbaar is voor waterkwaliteit. De lessen vanuit de gevoeligheidsanalyses (gebruik van een kleinere tijdstap, goed doorgeven van de berekende oppervlaktewaterpeilen) zijn daarom waardevol voor de waterkwaliteitsmodellering.
Reactiviteitsparameters
Inleiding
In een aparte rapportage van TNO (Huisman et al., 2016) is beschreven hoe een geactualiseerde landsdekkende dataset is verkregen van de reactiviteit van de Nederlandse ondergrond. Deze
reactiviteit wordt gekenschetst aan de hand van vijf primaire en drie secundaire reactieparameters, te weten:
1. Kleigehalte - gemeten of geschat op basis van AI203 gehalte
2. Pyriet- en gedegen zwavelgehalten - berekend uit CS-element- en XRFanalyse 3. Sedimentair organisch stofgehalte - berekend uit CS-element- of TGAanalyse 4. Reactief Fe gehalte anders dan pyriet - berekend uit XRF-analyse
5. Kalkgehalte - berekend uit CS-element- of TGA-analyse of eventueel XRF-analyse 6. CEC ofwel kationuitwisselingscapaciteit - berekend uit 1 en 3
7. Totale reductiecapaciteit - berekend uit 2 en 3 8. Kalkbuffering bij pyrietoxidatie - berekend uit 2 en 5
De dataset bestaat uit de losse metingen/analyses alsmede opgestelde statistieken per combinatie van lithoklasse en stratigrafische eenheid (gemiddelden, medianen en verschillende percentielwaarden). De dataset is gecombineerd met de dataset van Klein (et al., 2015); deze laatste bestaat uit de metingen in Holland (Geotopgebieden 1b en 1c). Deze gebieden zijn door TNO niet meegenomen omdat de Holland-dataset zeer recentelijk is samengesteld en daarom niet geactualiseerd hoefde te worden.
Voor toepassing in het LWKM zijn vanaf dit punt (het beschikbaar komen van deze dataset) grofweg nog twee stappen nodig:
1. Het verrasteren van de dataset op de schematisering en resolutie van het LWKM (compartiment grondwater).
2. Het vertalen van de reactiviteitsparameters naar reactieparameters voor toepassing in het grondwaterkwaliteitsmodel MT3DMS.
Deze bijlage beschrijft de aanpak voor de eerste stap (het verrasteren).
Methode van verrasteren van de reactiviteitsparameters
De reactiviteitsparameters zijn door TNO geclassificeerd naar combinaties van stratigrafische eenheid en lithoklasse. Voor het verrasteren van deze data moeten stratigrafische eenheid en lithoklasse dus ook als landsdekkend raster beschikbaar zijn. Twee modellen, gemaakt door TNO, leveren deze informatie: NL3D en GeoTOP. Deze modellen worden kort beschreven in Sectie 2.2. GeoTOP is de gedetailleerdste van de twee, maar is nog niet landsdekkend beschikbaar. Daar waar GeoTOP
beschikbaar is, wordt het verrasteren van de reactiviteitsparameters gebaseerd op de informatie over stratigrafie en lithoklasse in GeoTOP. Daar waar GeoTOP nog niet beschikbaar is, wordt uitgegaan van NL3D. Voor diepere modellagen waar zowel GeoTOP als NL3D niet beschikbaar zijn, wordt voor de stratigrafische eenheden uitgegaan van REGIS-II (eveneens kort besproken in Sectie 2.2). In REGIS-II zit geen indeling naar lithoklassen, alleen een indeling naar goed en slecht doorlatende lagen binnen een formatie. De goed doorlatende lagen worden bij de toekenning van de reactieparameters volledig tot de lithoklasse zand gerekend, en de slecht doorlatende lagen volledig tot de lithoklasse klei. Indien in REGIS-II een venige laag wordt onderscheiden, wordt deze volledig tot de lithoklasse veen
gerekend.
De gecombineerde informatie over stratigrafische eenheden en lithoklassen vanuit GeoTOP, NL3D en REGIS-II wordt hieronder de geologische database genoemd. Het uiteindelijk te parametriseren raster voor de reactiviteitsparameters wordt het geochemische voxelmodel genoemd. (Zie figuur B4.1 voor een stroomschema van de globale werkwijze.) Behalve onderscheid op GeoTOP-gebied, lithoklasse en stratigrafische eenheid, wordt een stratificatie op diepte-intervallen toegepast op de metingen in de
database, alvorens kentallen (i.c. de mediane waarden) te berekenen. De toegepaste diepte- intervallen zijn 0-3m-mv, 3-8m-mv, 8-15m-mv en >15m-mv.
De geologische database en het geochemische voxelmodel worden aangelegd op een 100x10m- resolutie. Er is voor deze resolutie gekozen, zodat er een database van geochemische data wordt gecreëerd op de hoogst beschikbare datadichtheid (die van GeoTOP en REGIS-II). Vanaf deze
database kan naderhand altijd opgeschaald worden, bijvoorbeeld naar de 250x250m-resolutie van het NHI-Waterkwaliteit. Voor kleinschaligere toepassingen blijft op deze manier het hogere detailniveau van 100x100m beschikbaar.
Figuur B4.1 Stroomschema van de globale werkwijze.
Korte beschrijving van GeoTOP
GeoTOP is een 3D-model van de ondergrond tot een diepte van 30 m beneden maaiveld. In GeoTOP wordt de ondergrond verdeeld in voxels (volume-eenheden), welke een afmeting hebben van 100x100m in de horizontaal en 0,5m in de verticaal. Aan elke voxel wordt in GeoTOP een waarde toegekend voor de stratigrafische eenheid en de lithoklasse. Uitgangspunt voor het GeoTOP-model zijn de boringen in de DINO-databank. Vrijwel alle gegevens van ongeveer 425.000 boringen worden in de modellering gebruikt. Elke boring geeft gedetailleerde informatie over de opbouw van de ondergrond op één specifieke locatie. Met behulp van interpolatietechnieken worden de boringen vertaald naar de voxels. Figuur B4.2 geeft een voorbeeld van een GeoTOP-model.
GeoTOP is nog niet landsdekkend beschikbaar. Op dit moment dekt GeoTOP de provincies Zeeland, Zuid-Holland, Noord-Holland, Friesland en Groningen. Het beschikbaar komen van een landsdekkend GeoTOP-model zal naar verwachting nog vele jaren duren.
Figuur B4.2 Voorbeeld van 3D GeoTOP-model van de Gelderse Vallei met lithostratigrafie (boven) en lithoklasse-indeling (onder). Uit: GEOTOP, DE BOVENSTE 30 METER VAN DE NEDERLANDSE
ONDERGROND IN BEELD. Productblad van TNO Geologische Dienst.