Initialisatieperiode en initiële concentraties

Met MT3DMS wordt een initialisatieperiode doorgerekend van 1941-1980. Als bovenrandvoorwaarden worden de voor deze periode door STONE berekende concentraties gebruikt, waarbij voor elk jaar een nieuwe jaargemiddelde concentratie wordt opgelegd voor NO3 en NH4. Er is hier teruggevallen op STONE omdat binnen LWKM vanaf 1980 wordt gerekend.

De initiële concentraties in 1941 voor NO3 en NH4 zijn voor de vijf diepteklassen afgeleid uit de metingen in de grondwaterkwaliteitsdatabase uit de periode 1920-1980. Uit deze periode is de meting dichtst bij het initiële jaar 1941 geïnterpoleerd binnen de stratificatie van de vijf diepteklassen, met behulp van de zogeheten ‘inverse distance weighting’-methode (figuur 4.14 en 4.15). De initiële concentraties van sulfaat en opgelost organisch materiaal zijn op nul gesteld.

Figuur 3.9 Initiële concentraties 1941 van NH4 voor vijf diepte-intervallen.

Vergelijkbaar met het topsysteem is voor de ondergrond de klimaatreeks 1980-2010 gebruikt als initialisatieperiode, echter voor de ondergrondmodellering is een gemiddelde hydrologische situatie afgeleid (stationaire modellering). Voor de initialisatieperiode 1941-1980 zijn geen ANIMO-resultaten beschikbaar vanuit het LWKM. De bovenrandconcentraties zijn afkomstig uit STONE. Voor ieder jaar in de initialisatieperiode worden jaargemiddelde concentraties van NO3, NH4 en DOM doorgegeven aan MT3DMS. Alle overige instellingen zijn voor de initialisatie constant gehouden.

3.3.4

Inleiding

Voor de LKM 2.4-schematisering zijn de volgende KRW-Verkenner-invoergegevens beschikbaar gemaakt:

• Randvoorwaarden: hydrologische data in de vorm van absolute en relatieve debieten, watervolumes en wateroppervlaktes voor de historische jaren 2005 en 2010-2015 en het jaar 9998 in de vorm van een ‘gemiddelde’ hydrologie gebaseerd op de KMNI-klimaatreeks 1981-2015.

• Emissies N en P naar het oppervlaktewater in de vorm van uit- en afspoeling in landbouw-, natuur- en stedelijk gebied, effluentlozingen van RWZI’s en overige emissies, inclusief de aanvoer van N en P via grensoverschrijdende waterlopen.

• Retentiefactoren voor N en P in oppervlaktewater in de vorm van afbraakconstanten zijn overgenomen uit eerdere versies van het LKM (zie verder paragraaf 3.3.4).

De hydrologische data voor 2005 zijn gebruikt voor een vergelijking van de berekende stromings- debieten van LKM 2.4. en LKM 2.3 (paragraaf 6.1.3). De hydrologische data en emissiegegevens voor 2010-2014 zijn (samen met de retentiefactoren) gebruikt voor het bepalen van de correctiefactoren voor de berekende N- en P-concentraties van KRW-waterlichamen (paragraaf 5.4.3). De data voor 2015 zijn gebruikt voor een validatie van de berekende debieten (paragraaf 5.1.2) en de berekende en gecorrigeerde zomergemiddelde N- en P-concentraties van SWU’s en KRW-waterlichamen (paragraaf 5.4.4).

De gemiddelde hydrologie is bedoeld voor toekomstverkenningen die aansluiten op de voor weer gecorrigeerde ANIMO-resultaten, zoals die worden uitgevoerd in het kader van de Basisprognoses en de Nationale Analyse. Daarnaast kunnen de emissiegegevens voor 2015 dienen als basis voor een inschatting van toekomstige emissies in het kader van toekomstverkenningen middels modificatie van de 2015-data op basis van maatregelen en verwachte autonome ontwikkelingen.

3.3.5

Hydrologie

Historische hydrologie 2005 en 2010-2015

Voor de historische reeks bestaande uit het jaar 2005 en de jaren 2010-2015 is gebruikgemaakt van (figuur 2.4):

• Data uit LHM 3.5.1 (debieten, watervolumes en wateroppervlaktes). • Data uit LSM 1.2 (debieten, watervolumes en wateroppervlaktes).

• Correcties en aanvullingen op de debieten uit de LHM en LSM bestanden o.a. op basis van informatie afkomstig van de waterschappen.

• RWZI effluent debieten uit RWZIbase. • Delwaq ‘workaround-debieten’.

De LHM-uitvoer is vertaald naar hydrologische randvoorwaarden op kwartaal basis voor de basin nodes en SWU’s van het MOZART-deel van de LKM-schematisering. Hierbij worden de urban runoff- debieten met 40% gereduceerd ter compensatie van de toevoeging van de RWZI-effluentdebieten uit RWZIbase. Tevens wordt gecorrigeerd voor een bug in de MOZART-module van het LHM, waardoor voor 77 LSW’s gelegen in Zuid-Limburg de MOZART term DRAINAIGE_SH is weggevallen (gelijk is aan 0). Voor deze LSW’s is deze term gereconstrueerd op basis van de deeltermen van DRAINAIGE_SH in de DRAINAGE_LANDUSE-bestanden, zoals gebruikt voor de koppeling ANIMO-LKM (Bijlage 6). De LSM-uitvoer is vertaald naar hydrologische randvoorwaarden voor de SWU’s en links van het LSM- deel van de LKM-schematisering, waarbij de door LSM berekende positieve stromingsdebieten tussen de SWU’s (gekoppeld aan de links) worden omgezet in relatieve debieten en de RWZI-effluentdebieten niet worden meegenomen.

De Delwaq workaround-debieten zorgen voor een kleine extra toevoer van water naar SWU’s in het LSM-deel van de LKM-schematisering, die binnen LSM geen neerslag op open water kennen. Dit gebeurt in de vorm van een debiet overeenkomend met 200 mm neerslag op open water per jaar, waarbij de open-waterarealen afkomstig zijn uit LSM. Deze workaround voorkomt dat het

waterkwaliteitsmodel van de KRW-Verkenner (Delwaq) niet tot een oplossing komt ingeval er zonder retentie wordt gerekend.

Het resultaat van de verwerking van bovengenoemde hydrologische data is per jaar vastgelegd in de volgende KRW-Verkenner invoerbestanden:

1. LKM24_DiffuseEmissions_hyd_def_<Jaar>.csv 2. LKM24_PointEmissions_hyd_def_<Jaar>.csv 3. LKM24_InternalFlows_def_<Jaar>.csv 4. LKM24_Volumes_def_<Jaar>.csv 5. LKM24_DiffuseEmissions_hyd_waDelwaq_<Jaar>.csv Gemiddelde hydrologie

De gehanteerde procedure om te komen tot de gemiddelde hydrologie bestaat uit de volgende stappen:

• Middelen van de LHM-hydrologie (decade cijfers) voor 1981-2010 op LSW-niveau in de vorm van met name watervolumes, wateroppervlaktes, lozings- en onttrekkingsdebieten en stromingsdebieten voor wateraanvoer (districtswater naar LSW), en op districtsniveau in de vorm van met name stromingsdebieten voor waterafvoer (districtswater naar knoop van het Distributiemodel). • Middelen van de LSM-hydrologie voor 1981-2010 in de vorm van WQInt-uitvoer voor de KRW-

Verkenner met stromingsdebieten, watervolumes, wateroppervlaktes en lozings- en onttrekkings- debieten.

• Aanmaken van de vijf bovengenoemde KRW-Verkenner-invoerbestanden voor het jaar 9998 o.b.v. de gemiddelde LHM- en LSM-hydrologie, de correcties en aanvullingen op de debieten zoals

toegepast bij de aanmaak van de bestanden voor de historische reeks en de RWZI-effluentdebieten van 2015. De beschikbare meetreeksen met debieten van kleine grensoverschrijdende waterlopen afkomstig van de waterschappen (korte meetreeksen voor recente jaren) zijn hierbij eerst

gemiddeld.

Bij het gebruik van de bestanden in toekomstverkenningen dient het jaar 9998 in de bestanden vervangen te worden door het zichtjaar.

3.3.6

Nutriëntenemissies 2010-2015

Aansluitend op de hydrologische randvoorwaarden voor 2010-2015 zijn t.b.v. het berekenen van stikstof- en fosforconcentraties in het oppervlaktewater randvoorwaarden aangemaakt in de vorm van N- en P-emissies naar het oppervlaktewater. Deze emissies in de vorm van kwartaalgemiddelde vrachten per tijdseenheid (gram/sec) betreffen:

• De uit- en afspoelingsvrachten van N en P in landbouw-, natuur- en onverhard stedelijk gebied worden berekend o.b.v. de modeluitkomsten van het landelijke ANIMO-model. Zie hiervoor paragraaf 2.3.2.

• De N- en P-effluentvrachten voor de RWZI’s zijn overgenomen uit de RWZIbase-database van het CBS. Het gaat hier om jaarvrachten (kg), die t.b.v. de KRW-Verkenner zijn opgedeeld in vier even grote kwartaalvrachten, uitgedrukt in gram/sec.

• Voor de overige emissies is de Emissieregistratie (ER) database geraadpleegd. Hieruit zijn de volgende emissiedata in de vorm van jaarvrachten (kg) verkregen:

­ Belasting van oppervlaktewater met N-totaal en P-totaal per GAF-eenheid (afwateringseenheid) voor de jaren 2010 en 2015;

­ Emissies van bedrijven: emissiegegevens voor de jaren 2010 t/m 2015;

• Daarnaast wordt ook de aanvoer van N en P naar het Nederlandse oppervlaktewatersysteem via grensoverschrijdende waterlopen behandeld als een emissie.

Uit de Emissieregistratie-dataset (www.emissieregistratie.nl/erpubliek) met belasting van oppervlaktewater per GAF-eenheid zijn emissies met de volgende emissieoorzaken verwijderd: • Data voor de verschillende SBI-klassen (aanwezig in emissies van bedrijven);

• Effluenten RWZI’s, individueel (worden al meegenomen vanuit RWZIbase); • Afspoeling nutriënten landelijk gebied (al aanwezig in de data uit ANIMO); • Uitspoeling nutriënten landelijk gebied (al aanwezig in de data uit ANIMO).

Dit resulterende emissies voor 2010 en 2015 zijn gebruikt voor het berekenen van emissies voor de jaren 2011 t/m 2014 via lineaire interpolatie, waarna voor de gehele dataset 2010-2015 de

emissieoorzaken naar emissietypen zijn geaggregeerd: • Atmosferische depositie: ­ Depositie NCP ­ Depositie Nederland • Erfafspoeling • Glastuinbouw • Meemesten sloten • Regenwaterriolen • Overige emissies: ­ Huishoudelijk afvalwater

­ Binnenvaart huishoudelijke lozingen ­ Huishoudelijk afvalwater via IBA ­ Overstorten

­ Recreatievaart huishoudelijke lozingen

Als volgende stap zijn de N- en P-emissies voor bedrijven per jaar en GAF-eenheid, waarin het lozingspunt gelegen is, gesommeerd, en onder emissietype Overige Emissies aan de bovengenoemde dataset toegevoegd. Als laatste stap zijn de emissies per GAF-eenheid omgezet in invoerbestanden

voor de KRW-Verkenner middels een koppeling van de GAF-eenheden aan de knooppunten van de LKM-schematisering (basinnodes en SWU’s), waarbij de emissies tevens zijn omgezet in vier even grote kwartaalvrachten, uitgedrukt in gram/sec.

Voor alle grensoverschrijdende wateren in de LKM 2.4-schematisering is op kwartaalbasis de aanvoer van N en P vanuit het buitenland bepaald. De vrachten (in gram/sec) zijn bepaald met behulp van debietgegevens en N- en P-concentraties. Voor de debieten zijn de buitenlandse aanvoerdebieten uit LKM 2.4 gebruikt. Voor de N- en P-concentraties zijn kwartaalgemiddelde waarden gebruikt uit KRW- NUTrend. Als er geen KRW-NUTrend data beschikbaar waren voor een meetpunt nabij de grens, is gekeken of er voor een wat verder van de grens gelegen meetpunt wel data beschikbaar waren. Als dit het geval was, zijn de data van dit laatste meetpunt gebruikt. Zo niet, dan is ervoor gekozen om de N- en P-concentraties van een MWTL-meetpunt (Monitoring Waterstaatkundige Toestand des Lands)afkomstig van het IHW (Informatiehuis Water), die het representatiefst is voor de

grensovergang, te gebruiken. De data zijn verzameld voor de jaren 1990 t/m 2015. Op basis hiervan is een dataset met kwartaalgemiddelde concentraties voor de jaren 2010-2015 samengesteld.

Wanneer voor een kwartaal geen gegevens beschikbaar waren, is de kwartaalgemiddelde concentratie door middel van inter- en extrapolatie afgeleid uit concentraties voor dezelfde kwartalen van andere jaren. De vrachten zijn ten slotte berekend door de LKM 2.4-kwartaaldebieten te vermenigvuldigen met de kwartaalgemiddelde concentraties.

De belangrijkste verschillen m.b.t. emissies tussen LKM 2.4 en de eerdere 2.0 versie (de versie 2.1 t/m 2.3 zijn niet voor nutriënt berekeningen gebruikt) zijn:

• De emissies voor landbouw- en natuurgebieden in LKM 2.4 zijn afkomstig van berekeningen met de nieuwe landelijke ANIMO-toepassing. Voor LKM 2.3 werd hiervoor nog het STONE model gebruikt. • In LKM 2.4 zijn uit- en afspoelingsvrachten voor onverhard stedelijk gebied toegevoegd.

3.3.7

Afbraakconstanten

Voor de retentie van N-totaal en P-totaal in het oppervlaktewater maakt het LKM gebruik van de mogelijkheid van de KRW-Verkenner om voor deze stoffen een eerste-orde afbraakproces te definiëren. Default afbraakconstanten voor de verschillende retentiecategorieën binnen de LKM 2.4- schematisering zijn overgenomen uit LKM 2.0 (Cleij et al., 2018; Roovaart et al., 2012). Zie tabel 3.4 voor de default afbraakconstanten.

Tabel 3.4 Default afbraakconstanten LKM 2.4 voor N-totaal en P-totaal per retentiecategorie.

Retentie categorie Afbraakconstante (1/d)

N-totaal P-totaal LaagNederland_b 0.0198 0.0198 HoogNederland_s 0.195 0.15 LaagNederland_b 0.0198 0.0198 HoogNederland_s 0.195 0.15 Maas 0.0117 0.0269 Markermeer 0.000719 0.000102 Rijn 0.0233 0.0539 Randmeren-Oost 0.00384 0.000544 IJssel 0.034 0.0786 IJsselmeer 0.0024 0.00034

Hoog-Nederland (vrij afwaterend) en Laag-Nederland (poldergebieden) zijn onderscheiden, er is geen onderscheid gemaakt tussen de haarvaten binnen een afwateringsgebied en de grotere waterlopen binnen een afwateringsgebied (de SWU’s). De resterende categorieën betreffen grotere wateren met specifieke afbraakconstanten.