Inleiding
De koppeling ANIMO-LKM bestaat uit de berekening van de N- en P-emissies naar oppervlaktewater op basis van modelresultaten uit ANIMO. Deze ‘ANIMO’-emissies zijn invoer voor de KRW-verkenner en betreffen de N- en P-emissies naar het oppervlaktewater (in gram/sec) als gevolg van uit- en afspoeling van de bodem in landbouw-, natuur- en stedelijke gebieden.
De koppelingsprocedure bestaat uit twee delen. De eerste deelprocedure levert voor een specifiek jaar twee koppelingsbestanden op, één voor cultuurland (landbouwgebieden) en één voor natuur, en wordt uitgevoerd door de WUR. De tweede deelprocedure combineert de data in de koppelingsbestanden met hydrologische informatie uit LHM tot invoer voor de KRW-verkenner, en wordt uitgevoerd door Deltares.
Genereren koppelingsbestanden
De HRU resultaten worden opgeschaald naar invloedgebieden rondom waterlichamen en vervolgens vertaald naar ruimtelijke LSW-eenheden, volgens de volgende procedure.
1. HRU-kaart
De ascii-rasterkaart svatsplus.asc is gekoppeld aan de HRU-indeling van 29112018. Uit de spreadsheet HRU’s29112018.xlsx is een csv-bestand geëxporteerd: Svats_HRU.csv.
Met SAGA “Grids from classified grid and table” is een HRU rasterkaart gemaakt en vervolgens is met deze kaart met “Vectorising grid classes” een polygonenbestand gemaakt: HRU’s.shp
2. Kaart met waterlichaamgebieden
De kaart Vanggebiedenkaart_WENR.shp bevat de indeling van invloedsgebieden rondom waterlichamen zoals gebruikt in de studie Landbouw en KRW van 2016.Hieruit is het Maas-deel vervangen door de kaart Maasstroomgebied_sept_2018.shp. Dit resulteert in de kaart
Waterlichaamgebieden.shp. In deze kaart zitten witte vlekken die hinderlijk kunnen zijn bij de vertaling van HRU’s naar LSW’s. Daarom zijn de witte vlekken opgevuld.
Nl2.shp en Waterlichaamgebieden.shp zijn verrasterd naar een 50x50m-raster. Deze kaarten zijn met Difference van elkaar afgetrokken en het resultaat is Rest_Grid_50x50.asc.
Van Waterlichaamgebieden.shp is tevens een 100x100m-raster gemaakt. Een fijner raster liep tegen stabiliteitsproblemen van het computergeheugen aan. Hiervan is een point-grid gemaakt met de gebiedsnummers als attribuut en vervolgens een punten-shape bestand (Points
[Waterlichaamgebieden [Changed]]_1.shp)
Met Nearest Neighbour is per cel van een 50x50 rasterbestand een uniek nummer voor van
waterlichaamgebied vastgesteld (NR [Nearest Neighbour].asc). De kaart Rest_Grid_50x50.asc leest hier z’n waterlichaamgebied nummer vanaf.
Het Waterlichaamgebieden 50x50m-rasterbestand en de kaart Rest_Grid_50x50.asc met toegekende waterlichaamgebiednummers zijn vervolgens gemerged. Het resultaat is met “Vectorising grid classes” een omgezet naar een polygonen bestand:
Waterlichaamgebieden_opgevuld_boezemkanalen_afzonderlijk.shp. Bij verdere verwerking bleek 1 waterlichaamgebied geen inliggende HRU’s te bevatten en niet te matchen met een of meerdere LSW. Het gebiedje (25 ha) is daarom samengevoegd met een groter buurgebied. Het resultaat: Waterlichaamgebieden_opgevuld.shp
3. LSW-kaart
Voor de LSW-kaart is het bestand KrwLdS_Basins_008.shp 2017 gebruikt.
Verwerken
• Intersect Waterlichaamgebieden_opgevuld - KrwLdS_Basins_008 • Intersect Waterlichaamgebieden_opgevuld - HRU’s
• Intersect KrwLdS_Basins_008 – HRU’s
Exporteren attributenbestand (csv) met de arealen per resulterende combi van WLG-LSW; WLG-HRU; LSW-HRU.
In MsAccess de 3 csv’s inlezen. Vervolgens berekening van: • Areaalfractie van HRU’s per WLG
• Areaalfractie van LSW’s per HRU • Combinatie Areaalfractie HRU’s per LSW
• Voor controle: arealen inliggende HRU’s per LSW en aantal gekoppelde HRU’s per LSW
Bij de controle blijkt dat bij 251 LSW’s er geen inliggende HRU’s zijn en bij 109 LSW’s is het inliggend HRU oppervlak kleiner dan 1 ha.
De koppelingsbestanden LSW_LWKM_<jaar>cultuur.csv en LSW_LWKM_<jaar>natuur.csv kennen de volgende velden:
• DateStart : Startdatum kwartaal • DateEnd : Einddatum kwartaal
• LSWNR : LSW-nummer
• OppAfv : Specifieke afvoer via oppervlakkige afvoer (mm) • Afv : Specifieke afvoer via drainage (mm)
• Oppnhafv : Specifieke stofvracht van NH4 in oppervlakkige afvoer (kg/ha) • Nhafv : Specifieke stofvracht van NH4 in drainwater (kg/ha)
• Oppniafv : Specifieke stofvracht van NO3 in oppervlakkige afvoer (kg/ha) • Niafv : Specifieke stofvracht van NO3 in drainwater (kg/ha)
• Oppnoafv : Specifieke stofvracht van N-org in oppervlakkige afvoer (kg/ha) • Noafv : Specifieke stofvracht van N-org in drainwater (kg/ha)
• Oppppafv : Specifieke stofvracht van PO4 in oppervlakkige afvoer (kg/ha) • PPafv : Specifieke stofvracht van PO4 in drainwater (kg/ha)
• Opppoafv : Specifieke stofvracht van P-org in oppervlakkige afvoer (kg/ha) • Poafv : Specifieke stofvracht van P-org in drainwater (kg/ha)
Aanmaken ANIMO invoerbestand voor KRW-verkenner
De debieten en stofvrachten in de koppelingsbestanden zijn, in tegenstelling tot de eerder binnen het LKM gebruikte koppelingsbestanden voor STONE, gegeven per oppervlakte eenheid gegeven (mm = 10 m3/ha). Reden hiervoor is dat ANIMO niet voor het gehele landbouw- en natuurareaal rekent. Schattingen voor de vrachthoeveelheden kunnen dan o.a. verkregen worden door de specifieke stofvrachten te vermenigvuldigen met de volledige landbouw- resp. natuurarealen, feitelijk een vorm van extrapolatie van het door ANIMO doorgerekende landbouw-/natuurareaal naar het volledige areaal landbouw/natuur binnen een LSW-afwateringsgebied.
Als gevolg van het gebruik van de HRU-schematisering door ANIMO en de middeling van de ANIMO- uitvoer a.d.h.v. waterlichaamgebieden, zal de ANIMO-hydrologie in de vorm van de debieten voor oppervlakkige afvoer en drainage afwijken van de corresponderende LKM-hydrologie in de vorm van de LHM-MOZART-debieten DRAINAGE_SH en DRAINAGE_DP.
Voor de koppeling ANIMO-LKM bestaan in principe de volgende twee mogelijkheden: 1. Gebruik van ANIMO-stofvrachten in LKM
De ANIMO-stofvrachten, verkregen door het vermenigvuldigen van de specifieke stofvrachten met de (volledige) arealen landbouw/natuur per LSW-afwateringsgebied, worden overgenomen in LKM als dry
waste loads. Op deze wijze zullen de N- en P-concentraties in oppervlakkige afvoer en drainage, waarmee LKM (impliciet) zal rekenen, niet overeenkomen met de corresponderende ANIMO- concentraties.
2. Gebruik van ANIMO-concentraties in LKM
De ANIMO-concentraties voor oppervlakkige afvoer, resp. drainage, verkregen door de specifieke stofvrachten te delen door de specifieke waterafvoeren voor oppervlakkige afvoer, resp. drainage, worden (impliciet) overgenomen in LKM door dry waste loads te gebruiken, die berekend worden door de ANIMO-concentraties te vermenigvuldigen met de LHM-MOZART-debieten voor oppervlakkige afvoer, resp. drainage voor het (volledige) landbouw/natuur areaal binnen een LSW-afwateringsgebied. Gekozen is voor de tweede aanpak. Gezien de focus van de KRW op concentraties, is het van groter belang om de ANIMO-concentraties correct in LKM over te nemen dan de ANIMO-stofvrachten. Deze keuze komt overeen met de eerdere aanpak bij de koppeling van STONE aan LKM, waarbij ook sprake was van twee verschillende hydrologieën.
De koppeling via ANIMO-concentraties vereist dat de debieten voor oppervlakkige afvoer en drainage in de vorm van de balanstermen DRAINAGE_SH (ondiepe drainage, inclusief oppervlakkige afvoer) en DRAINAGE_DP (diepe drainage) uit de LHM-MOZART lswwaterbalans.out bestanden worden opgesplitst. Dit zal enerzijds een opsplitsing naar gebiedstype (o.a. landbouw en natuur) moeten zijn en anderzijds een opsplitsing naar oppervlakkige afvoer en drainage. Deze opsplitsing (op kwartaalbasis) is
gerealiseerd in de DRAINAGE_LANDUSE.csv bestanden uit het LHM met de volgende velden:
• DateStart : Startdatum kwartaal
• DateEnd : Einddatum kwartaal
• lswnr : LSW-nummer
• DRAINAGE_SH_AGRICULTURE : Debiet ondiepe drainage, exclusief oppervlakkige afvoer, voor het landbouw deel van het LSW-afwateringsgebied (m3) • DRAINAGE_SH_GLAS : Debiet ondiepe drainage, exclusief oppervlakkige afvoer, voor
het glastuinbouw deel van het LSW-afwateringsgebied (m3) • DRAINAGE_SH_NATURE : Debiet ondiepe drainage, exclusief oppervlakkige afvoer, voor
het natuur deel van het LSW-afwateringsgebied (m3)
• DRAINAGE_SH_WATER : Debiet ondiepe drainage, exclusief oppervlakkige afvoer, voor het water deel van het LSW-afwateringsgebied (m3)
• DRAINAGE_SH_URBAN : Debiet ondiepe drainage, exclusief oppervlakkige afvoer, voor het onverharde stedelijke deel van het LSW-afwateringsgebied (m3) • DRAINAGE_DP_AGRICULTURE : Debiet diepe drainage voor het landbouw deel van het LSW-
afwateringsgebied (m3)
• DRAINAGE_DP_GLAS : Debiet diepe drainage voor het glastuinbouw deel van het LSW-
afwateringsgebied (m3)
• DRAINAGE_DP_NATURE : Debiet diepe drainage voor het natuur deel van het LSW- afwateringsgebied (m3)
• DRAINAGE_DP_WATER : Debiet diepe drainage voor het water deel van het LSW-
afwateringsgebied (m3)
• DRAINAGE_DP_URBAN : Debiet diepe drainage voor het onverharde stedelijke deel van het LSW-afwateringsgebied (m3)
• runoff_AGRICULTURE : Debiet oppervlakkige afvoer voor het landbouw deel van het LSW-afwateringsgebied (m3)
• runoff_GLAS : Debiet oppervlakkige afvoer voor het glastuinbouw deel van het
LSW-afwateringsgebied (m3)
• runoff_NATURE : Debiet oppervlakkige afvoer voor het natuur deel van het LSW-
afwateringsgebied (m3)
• runoff_URBAN : Debiet oppervlakkige afvoer voor het onverharde stedelijke deel
van het LSW-afwateringsgebied (m3)
• runoff_WATER : Oppervlakkige afvoer voor het water deel van het LSW-
afwateringsgebied4 (m3)
Dit alles levert de volgende procedure op voor het omzetten van de data in de koppelingsbestanden in randvoorwaarden voor LKM:
1. Per kwartaal en LSW worden de N-totaal en P-totaalconcentraties (mg/l) in de oppervlakkige afvoer en het drainwater berekend voor de gebiedstypen (GT) landbouw en natuur:
Ntot𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑒𝑒𝑂𝑂,𝐺𝐺𝐺𝐺= 100 ∗Oppnhafv𝐺𝐺𝐺𝐺+ OppniafvOppAfv𝐺𝐺𝐺𝐺+ Oppnoafv𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺
Ntot𝑆𝑆𝐺𝐺𝑎𝑎𝑖𝑖𝐺𝐺,𝐺𝐺𝐺𝐺= 100 ∗Nhafv𝐺𝐺𝐺𝐺+ NiafvAfv 𝐺𝐺𝐺𝐺+ Noafv𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺
Ptot𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑒𝑒𝑂𝑂,𝐺𝐺𝐺𝐺= 100 ∗OppppafvOppAfv𝐺𝐺𝐺𝐺+ Opppoafv𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺
Ptot𝑆𝑆𝐺𝐺𝑎𝑎𝑖𝑖𝐺𝐺,𝐺𝐺𝐺𝐺= 100 ∗PPafv𝐺𝐺𝐺𝐺Afv+ Poafv𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺
2. Per kwartaal en LSW worden deze ‘koppelconcentraties’ omgezet in stofvrachten (kg) door vermenigvuldiging met de debieten van de oppervlakkige afvoer, resp. drainage voor het landbouw, resp. natuur areaal binnen het LSW-afwateringsgebied.
VrachtOppAfv,GT= 0.001 ∗ RUNOFFGT∗ Conc𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑒𝑒,GT
VrachtDrain,GT= 0.001 ∗ �DRAINAGE_SHGT+ DRAINAGE_DPGT� ∗ ConcDrain,GT waarbij Conc dus staat voor de N-totaal of P-totaal concentratie, en:
• VrachtOppAfv,GT : Stofvracht N of P in de oppervlakkige afvoer van het GT deel van het LSW-afwateringsgebied (kg)
• VrachtDrain,GT : Stofvracht N of P in het drainwater van het GT deel van het LSW- afwateringsgebied (kg)
• RUNOFFGT : Debiet van de oppervlakkige afvoer van het GT deel van het LSW- afwateringsgebied (m3)
• DRAINAGE_SHGT : Debiet van de ondiepe drainage (exclusief oppervlakkige afvoer) van het GT deel van het LSW-afwateringsgebied GT (m3)
• DRAINAGE_DPGT : Debiet van de diepe drainage voor het GT deel van het LSW- afwateringsgebied (m3)
• ConcOppAfv,GT : Concentratie N-totaal of P-totaal in de oppervlakkige afvoer van het GT deel van het LSW-afwateringsgebied (mg/L)
• ConcDrain,GT : Concentratie N-totaal of P-totaal in het drainwater van het GT deel van het LSW-afwateringsgebied (mg/L)
3. Per kwartaal en LSW worden stofvrachten geschat voor het onverharde stedelijke deel van een LSW-afwateringsgebied (gebiedstype StedOn) door de concentraties voor natuur voor het betreffende LSW-afwateringsgebied te vermenigvuldigen met het debiet voor oppervlakkige afvoer, resp. drainage voor het StedOn deel van het LSW-afwateringsgebied:
VrachtOppAfv,StedOn= 0.001 ∗ RUNOFFStedOn∗ Concnatuur
VrachtDran,StedOn= 0.001 ∗ �DRAINAGE_SHStedOn+ DRAINAGE_DPStedOn� ∗ Concnatuur
4. De berekende stofvrachten (in Kg) worden omgezet in de eenheid van de KRW-Verkenner (gram/sec) middels vermenigvuldigen met 1000 en delen door de lengte van de betreffende kwartaal in seconden.
De definitie van de verschillende gebiedstypen o.b.v. de LHM-landgebruikstypen is weergegeven in de onderstaande tabel.
Landgebruik LHM Gebiedstype
Code Omschrijving
1 Agrarisch gras Landbouw
2 Mais zonder vanggewas Landbouw
3 Aardappelen Landbouw
4 (Suiker)bieten Landbouw
5 Granen Landbouw
6 Overige landbouw Landbouw
7 Boomteelt Landbouw
8 Glastuinbouw Glastuinbouw
9 Boomgaard Landbouw
10 Bollen Landbouw
11 Loofbos Natuur
12 Licht naaldbos Natuur
13 Moerasvegetatie Natuur
14 Duinvegetatie Natuur
15 Kale grond Natuur
16 Water Water
17 Natuurlijk grasland Natuur
18 Stedelijk grasland Stedelijk gebied
19 Donker naaldbos Natuur
20 Heidevegetatie Natuur
21 Fruitkwekerijen Landbouw
22 Sportvelden Stedelijk gebied
Niet voor alle LSW’s zullen de benodigde ANIMO-fluxen en specifieke stofvrachten beschikbaar zijn, gegeven het feit dat ANIMO niet voor het gehele landbouw- en natuurareaal rekent en het gegeven dat de natuurdata gebruikt worden voor het bereken van de stedelijke dry waste loads. Voor deze situaties worden de ontbrekende ANIMO-data ‘geleend’ van een nabijgelegen LSW.
Correctie van de DRAINAGE_SH en run-off termen uit de DRAINAGE_LANDUSE-bestanden
De huidige wijze van aanmaak van de DRAINAGE_LANDUSE-bestanden resulteert niet altijd in consistentie van de DRAINAGE_SH en run-off-termen met de corresponderende DRAINAGE_SH- termen uit LHM-MOZART. M.a.w. voor een combinatie van LSW en kwartaal is de som van de DRAINAGE_SH-en run-off-termen uit een DRAINAGE_LANDUSE-bestand niet altijd gelijk aan de corresponderende DRAINAGE_SH-term, gesommeerd over de decaden van het betreffende kwartaal, uit LHM-MOZART. Om deze consistentie te bereiken, worden per LSW en kwartaal de DRAINAGE_SH- en run-off-termen eerst met een factor gecorrigeerd, zodanig dat de som gelijk is aan de