EFFECTEN VAN L U C H T V E R O N T R E I N I G E N D E STOFFEN OP BOSSEN EN H E I D E
DEEL I: S.W.F, van der Ploeg Inleiding en overzicht
DEEL II: L.C. Braat, W . A . Hafkamp & S.W.F, van der Ploeg Scenario's/ emissies en deposities van SC>2/ NQjc en
DEEL III: F. Tronc, P. Winkel S H . A . Udo de Haes
Emissiescenario's, verspreiding en depositie van ammoniak
DEEL IV: L.C. Braat, m.m.v. E. Nieuwhof
Ecologische effecten van luchtverontreiniging - een rekensysteem voor het RINAL
DEEL V: C.J.M, van Berkel
Het informatiesysteem van het RINAL
Instituut voor Milieuvraagstukken Vrije universiteit, Amsterdam Centrum voor Milieukunde Rijksuniversiteit Leiden juni 1985
DEEL I
I N L E I D I N G E N O V E R Z I C H T
1. INLEIDING
Voorgeschiedenis
In de jaren 1979-1981 is door het Instituut voor Milieuvraagstukken een haalbaarheidsstudie inzake een Reken- en Informatiesysteem Milieuhygië-ne (RIM) uitgevoerd. Op grond van deze studie is door het Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer (VROM) aan het IvM opdracht verleend tot het daadwerkelijk opzetten van het RIM. In het algemeen genereren de inmiddels uitgevoerde RIM-exercities pro-jecties van diverse emissies op middellange termijn <15-20 jaar), op grond van contrasterende economische, energie-, transport- en technolo-gische scenario's. Deze uitworp—projecties worden gemaakt voor de nati-onale schaal.
Spoedig na de aanvang van de RM-werkzaamheden werd binnen het IvM de vraag gesteld in hoeverre deze projecties te vertalen zouden zijn in projecties met betrekking tot effecten op natuur en landschap. Via andere geïntegreerde wetenschappelijke en beleidsstudies en door een voortgaande profilering van RIM-informatie werden in 1984 de contouren van een ecologische scenariostudie geschetst: een "Reken- en Informa-tiesysteem voor Natuur en Landschap" (RINAL) als "ecologisch" comple-ment van het RIM.
Tezelfdertijd werd een eerste aanzet gegeven tot het opstellen van provinciale milieuscenario's, i.e. voor de provincie Gelderland. In die studie werden de natuur- en landschapsaspecten geanalyseerd door het Centrum voor Milieukunde aan de Rijksuniversiteit te Leiden.
De afdeling Economische Zaken en Beleidsontwikkeling (EZB) van het Ministerie VROM, opdrachtgever voor zowel het RIM als de "Gelderland-studie" , verzocht vervolgens het IvM om, in samenwerking met het CML, de haalbaarheid van een RINAL te onderzoeken. Deze studie werd aange-vangen op 1 november 1984 en eindigde op 1 juni 1985.
Doel van de studie
"Het doel van het onderzoek is het verkrijgen van een nader inzicht in de mogelijkheden om aan de lange-termijn-projecties van stoffen die met het (....)RIM worden verkregen, een nadere uitwerking te geven in ter-men van milieuhygiënische, waaronder ecologische, effecten" (Citaat op-drachtbrief, 1984).
INLEIDING
projectvoorstellen welke aan de opdrachtformulering zijn voorafgegaan. Daarin zijn als doelen geformuleerd:
- het aanleggen van een methodische basis voor een Reken- en Informa-tiesysteem voor natuur en landschap (RINAL);
het uitwerken van een proefstudie voor een beperkt aantal stoffen, i.e. verzurende stoffen;
het onderzoeken van de haalbaarheid van een koppeling van een RINAL met het RIM;
het onderzoeken van de haalbaarheid van het formuleren van "aanvul-lende" (nl. op RIM-exercities), c.q. ecologische scenario's;
- selectie van gewenste presentatievormen van toekomstprojecties. In dit verband moet erop worden gewezen dat het oorspronkelijk beoogde project, de feitelijke opzet van een RINAL, met een looptijd van 17 maanden en een inzet van ruim twee mensjaren, in overleg met de op-drachtgever is gesplitst in een haalbaarheidsstudie (looptijd 6 maan-den, inzet ca. één mensjaar) en een mogelijk vervolg daarop. De rappor-tage krijgt derhalve een zwaar accent op de haalbaarheidsaspecten mee. Deze worden geïllustreerd via het uitwerken van een proefstudie inzake de (ecologische) effecten van luchtverontreinigende stoffen.
Opzet van het onderzoek en van de rapportage Het onderzoek is uitgevoerd in opeenvolgende fasen:
Fase 1 : Afbakening van de proefstudie, conceptuele opzet van het RINAL, opzet werkprogramma.
Fase 2: Initiële verkenning van de gegevensbasis voor de proefstudie, opzet van een rekensysteem.
Fase 3: Cpzet van het informatiesysteem, gegevensverzameling ten behoe-ve daarvan, operationalisering van het rekensysteem.
Fase 4: Presentatie en aanpassing van de bevindingen in een workshop, d.w.z. een meerdaags forum van beleidspersonen en experts. Fase 5: Aanpassing van het reken- en informatiesysteem op grond van de
in de workshop verschafte informatie. Fase 6: Rapportering.
De rapportering vindt plaats via twee afzonderlijke publicaties: een "haalbaarheidsrapport" en het voorliggende, "technische" rapport over de resultaten van de proefstudie.
2. OVERZICHT
In dit technische rapport worden de resultaten van de proefstudie in-zake projecties van effecten van luchtverontreinigende stoffen op na-tuur en landschap weergegeven. Hieronder volgt een overzicht van de opzet van de proefstudie en van de opzet van dit rapport.
Cpzet van de proefstudie
Het onderzoeken van koppelingsmogelijkheden van het RINAL aan het door het Instituut voor Milieuvraagstukken ontwikkelde Peken- en Informatie-systeem Milieuhygiëne (RIM) is bepalend geweest voor de keuze van het probleemveld. Dit betreft de effecten van luchtverontreinigende stoffen op Nederlandse bossen en heidevelden. In principe worden vergiftigende, verzurende en vermestende effecten geanalyseerd.
Het RIM levert projecties van emissies op nationale schaal voor de s tof fengroepen NOX, SO2 en CXH . Uit de laatste stoffengroep kunnen concentraties O3 worden berekend. Het RIM voorziet niet in emis-sies van NH ; voor deze stof is de bij het Centrum voor Milieukunde Leiden aanwezige expertise benut.
Als gevolg van deze omstandigheden zijn de volgende stappen gezet: overnemen van de RIM-scenario's (drie in getal: referentiescenario, "beperkte bestrijding"scenario en "intensieve bestrijding'scenario; bedoeld is bestrijding van uitworp) voor de genoemde stoffen; - constructie van analoge scenario's voor ammoniak.
Voorts zijn twee alternatieve scenario's voor de ontwikkeling van emis-sies in het buitenland opgesteld. Als verdere "RINAL-scenar io's" zijn voor bossen twee en voor heidevelden drie scenario's opgesteld (beide inclusief referentie). Deze betreffen met name beheersmaatregelen. Aan de hand van bestaande informatie (literatuur, veldgegevens, monde-linge mededemonde-lingen) is de kwaliteit van gegevensbestanden voor diverse mogelijke eindvariabelen (indicatoren) getaxeerd, pp grond hiervan is een beperkt aantal eindvariabelen geselecteerd. Daarnaast is op grond van dezelfde informatie een keuze gemaakt met betrekking tot tijdsaspecten en geografische spreiding.
OVERZICHT
Eind maart 1985 zijn de op dat moment beschikbare versies van het re-ken- en het informatiesysteem in een meerdaagse workshop voorgelegd aan een panel van deskundigen en beleidspersonen. Cp grond van hun commen-taren zijn zowel tijdens als na afloop van deze workshop beide systemen bijgesteld, terwijl de commentaren tevens in de rapportage zijn ver-werkt.
Opzet van de technische rapportage
DEEL II
SCENARIO'S, EMISSIES EN DEPOSITIES VAN S O2, NOX en CxHy
L. C. Braat
W.A. Haf kamp
1. INLEIDING
Dit deel van het "technische rapport" over de haalbaarheidsstudie in-zake een Reken- en Informatiesysteem voor Natuur en Landschap geeft een overzicht van de wijze waarop scenario's, emissies, concentraties en deposities van de stoffen SC^, NQjj en CjçHy in de proef studie naar effecten van luchtverontreinigende stoffen op bossen en heide zijn opgesteld en berekend. Het overzicht is kort: enerzijds worden scena-rio's en emissies uitgebreid behandeld in verscheidene RIM-rapportages, anderzijds wordt in deel IV van dit technische rapport nader ingegaan op de berekening van concentraties en deposities. Dit deel heeft dan ook slechts als functie een beeld te geven van de ketens van scenario tot depositie, analoog aan de opzet van deel III (ammoniak).
Algemene RIM-scenario's
Ten grondslag aan alle specifieke scenario's en projecties die met behulp van het RIM zijn opgesteld, liggen enige meer algemene verwach-tingen omtrent de ontwikkelingen van een aantal relevante maatschappe-lijke activiteiten. Het gaat hier om economische, energie-, transport-en technologiesctransport-enario's; deze zijn gedeeltelijk binntransport-en het RIM, ge-deeltelijk door derden ontwikkeld. Alle betreffen vooruitzichten bij ongewijzigd beleid (referentiescenario's).
Economisch scenario
Het huidig economisch en milieubeleid van de overheid wordt tot 2000 ongewijzigd voortgezet. Belangrijke veronderstellingen zijn een gesta-dige groei van de wereldhandel, reële groei van wereldenergieprijzen, beperkte inflatie, beperkt financieringstekort van de overheid, een klein overschot op de betalingsbalans, diversificatie van energiege-bruik en behoud van de aardgasreserves. Dit scenario wordt via een 59-sector input-output-tabel doorgerekend voor de zichtjaren 1985, 1990 en 2000.
Energiescenario
INLEIDING
Transportscenario
Toekomstige ontwikkelingen met betrekking tot verkeer en vervoer zijn geformuleerd door het NVI. Belangrijke veronderstellingen betreffen brandstof prijzen, omvang en leeftijdsopbouw van de bevolking, econo-mische ontwikkeling en energiebesparing in het verkeer. De projecties worden uitgedrukt in auto- en vrachtautokilometers bij diverse snelhe-den. Dit scenario is consistent met het economisch en het energiescena-rio.
Technologiescenario's
In de RIM-studie zijn technologische profielen opgesteld. Deze bevatten per produktiesector informatie over allerlei verontreinigende stoffen. Daarnaast bevatten zij toekomstverwachtingen met betrekking tot de technologie van de betreffende sector, alsmede milieu-hygiënische con-sequenties daarvan. Bén en ander wordt uitgedrukt in emissiecoëfficiën-ten en -factoren.
Specifieke RIM-scenario's
Met behulp van het RIM zijn scenario's opgesteld voor diverse (lucht-) verontreinigende stoffen. Voor elke stof geldt daarbij in principe ten minste een driedeling:
1) een referentiescenario voor "ongewijzigd" beleid;
2) een "beperkte bestrijding"—scenario waarbij de inzet van verontrei-niging bestrijdende maatregelen is vergroot ten opzichte van het referentiescenario;
3) een "intensieve bestrijding"-scenario waarbij bestrijdende maat-regelen met grote kracht worden ingezet.
Uiteraard kunnen, indien gewenst, meer dan twee contrastscenario1s
2. SCENARIO'S EN EMISSIES
In dit hoofdstuk worden de scenario's en emissies zoals die met behulp van het RIM zijn opgesteld en geprojecteerd voor de stof groepen SC^, NGx en CxHy, kort besproken. Uitgebreide informatie is te vinden in Thomas & Olsthoorn (1984), Hettelingh jt al. (1985) en Thomas & Olsthoorn (in prep.). Overigens moet worden aangetekend dat onderdelen van de bestrijdingsscenario's voor SÛ2 en NC^ inmiddels vigerend beleid zijn geworden, met andere woorden het referentiescenario reflec-teert niet het huidige beleid.
Zvaveloxiden
Emissies van SC^ in Nederland worden hoofdzakelijk veroorzaakt door energieopwekking, raffinaderijen, chemische industrie en schepen. De totale Nederlandse emissies in 1980 (startjaar voor de RINAL-proefstu-die) worden geraamd op 486 kiloton. In het referentiescenario wordt voor 2000 een uitworp van 630 kiloton geprojecteerd, waarbij rekening is gehouden met introductie van rookgasontzwaveling en wervelbedver-branding. In de contrastscenario's worden deze maatregelen stringenter ingezet (bijv. ook inzake mobiele bronnen) en wordt ook ontzwaveling van olie toegepast. Voor het "beperkte" scenario leidt dit in 2000 tot een emissiereductie tot 360 kiloton, voor het "intensieve" scenario tot 209 kiloton. Samengevat luiden de projecties:
1980 2000 REF 2000 BEP 2000 INT SO, 486 630 360 209
Stikstofoxiden
SCENARIO 'S EN EMISSIES
Nederlandse emissie tot 482 kiloton ("beperkt" scenario) of zelfs tot 371 kiloton ("intensief" scenario). Samengevat luiden de nationale projecties:
1980 2000 REF 2000 BEF 2000 INT 502 677 482 371
Koolwaterstoffen
Deze stoffen worden met name geëmitteerd door auto's met benzinemoto-ren. Voorts komt bij de chemische industrie veel CjjHy vrij , alsmede bij een scala van andere industrieën. Huishoudelijk gebruik en kleine bedrijven vormen een derde belangrijke categorie, terwijl ook de natuur (naaldbossen) per jaar 30 kiloton "uitwerpt". In totaal worden de Nederlandse emissies voor 1980 geschat op 441 kiloton. In het referen-tiescenario wordt voor 2000 een bescheiden toename tot 445 kiloton voorzien. Wisselende inzet van bestrijdingstechnieken (met name oxida-tiekatalysatoren, thermische naverbranders en driewegkatalysatoren, voor benzine en LPG-motoren) leveren anno 2000 in het "beperkte" scena-rio een reductie tot 407 kiloton, en in het "intensieve" scenascena-rio een reductie tot 292 kiloton op. Samengevat luiden de projecties;
3. CONCENTRATIES EN DEPOSITIES
Inleiding
De emissies van SO2 en NC^ leiden tot concentraties in de lucht van deze stoffen en van diverse Produkten van chemische reacties in de atmosfeer. De emissies van koolwaterstoffen dragen bij tot de vorming van ozon (O3). De stoffen kunnen na een variërende verblijftijd in de
lucht neerslaan als gas, vloeistof of vaste deeltjes/ of over de gren-zen worden gevoerd en elders neerslaan. Er wordt een onderscheid ge-maakt tussen natte depositie (in sterke mate bepaald door de neerslag-verdeling) en droge depositie (bepaald door de concentratie in de lucht en de depositiesnelheid van de droge stof).
De locatie en aard van de emissiebronnen en de wind zijn de belangrijk-ste factoren in de bepaling aan het patroon van luchtconcentraties boven Nederland. Ondanks schommelingen in de concentratieniveaus per locatie over de afgelopen jaren (1979-1984, zie RIV-NML-rapporten) is het patroon voor elk van de stoffen stabiel.
De heersende luchtconcentraties en deposities worden deels bepaald door de Nederlandse emissies, deels door grensoverschrijding van in het buitenland uitgestoten verontreinigingen. Dit geldt met name voor S02
en NQjj. Veranderingen in de koolwaterstofemissies in binnen- en bui-tenland worden, bij gebrek aan gegevens, geacht te leiden tot navenante veranderingen in de O3-concentraties in Nederland.
Aangezien de problematiek van concentraties en deposities uitgebreid in deel IV van dit rapport aan de orde komt, wordt hier volstaan met een korte aanduiding van de gebruikte methodiek. Voor de gebruikte indeling van Nederland in regio's wordt verwezen naar deel IV.
Veronderstellingen
Voor de berekeningen van regionale concentraties en deposities van 1980 tot 2000 zijn de volgende technische veronderstellingen gehanteerd:
1) Vanwege het stabiele patroon zijn veranderingen in de luchtconcen-traties primair het resultaat van veranderingen in de emissies. 2) Veranderingen in de emissies die zijn berekend of verondersteld op
nationaal niveau, worden geacht naar rato van de regionale bronnen-dichtheid proportioneel door te werken tot veranderingen in regiona-le concentraties.
3) De locatie van de belangrijkste bronnen voor elk van de stoffen wordt verondersteld in de rekenperiode gelijk te blijven.
CONCENTRATIES EN DEPOSITIES
5) Voor bosgebieden is een hogere depositiesnelheid gehanteerd dan voor heideterreinen.
6) Het beleid in het buitenland wordt geacht of dezelfde te zijn als in Nederland (c.q. gelijkblijvende verhoudingen in de bijdragen aan concentraties/deposities) of van een andere, gefixeerde aard (c.q. verschuiving in verhoudingen). De verhoudingen zijn ontleend aan Van Aalst (1984).
Concentraties
Veranderingen in emissietotalen worden omgezet in concentraties. Con-centraties in de lucht worden in het algemeen uitgedrukt in microgram-men per kubieke meter (pg/m^), waarbij {uit de verschillende mogelijk-heden) hier is gekozen voor jaargemiddelde 24-uurswaarden (zie RIV-NML-rapporten).
De concentratieberekeningen verlopen als volgt. De te berekenen concen-tratie van bijvoorbeeld, SO2 in een bepaalde regio voor een bepaald jaar na 1980 wordt bepaald door de verandering in de totale emissie van S02 gedeeld door de S02-emissie in 1980 te vermenigvuldigen met de beginconcentratie (anno 1980) van SO2 in de betreffende regio. Voor SOj, NO2, 03 wordt de verandering in de verhouding "binnenlandse bij-drage : buitenlandse bijbij-drage" verdisconteerd in de berekening.
Deposities
Deposities worden uitgedrukt in kilogram of kmol per hectare per jaar. De deposities worden in principe afgeleid uit de concentraties, door deze te vermenigvuldigen met een depositiefactor, waarin de depositie-snelheid is verwerkt alsmede de omrekening van de dimensies (yg/m3 naar kmol/ha/jr). Bij zwaveloxiden is de extra depositie als ammoniumsulfaat toegevoegd. Daartoe wordt de verandering in ammoniakconcentratie ten opzichte van de startsituatie benut (zie hiervoor de delen III en IV). De totale hoeveelheid potentieel zuur (H+) wordt berekend als de som van ammoniak-, stikstofoxiden- en zwaveloxidendeposities.
Aangezien de vermestende werking van de luchtverontreiniging door de "stikstofcomponent" van de totale depositie wordt bepaald, wordt deze als som van de ammoniak (inclusief ammonium-) depositie en de stikstof-oxiden-depositie berekend.
REFERENTIES
DEEL III
EMISSIESCENARIO'S, VERSPREIDING EN DEPOSITIE VIN AMMOHIAK
VOOEKOORD
Dit rapport is vervaardigd als technisch deelrapport binnen de RINAL-proefstudie inzake de effecten van luchtverontreinigende stoffen op bossen en heidevelden. In dit rapport wordt beschreven hoe toekomstige ammoniak-emissies per kaartvierkant van 5 x 5 kilometer te berekenen zijn aan de hand van eenvoudige scenario's. Er wordt een betrekkelijk eenvoudig verspreidingsmodel gegeven om uit deze emissies de jaar- en gebiedsgemiddelde concentraties en deposities in de kaartvierkanten te berekenen.
In deze studie is zeker niet gestreefd naar volledigheid. Wel is ernaar gestreefd de complexiteit van de modellen af te stemmen op de kwaliteit van de beschikbare informatie.
pag. Voorwoord
1. Inleiding 1
2. Emissiesceriario's 3
3. Verspreidingsmodel voor ammoniak 1 0 4. Programmatuur 1 7 5. Evaluatie ammoniatanodel 19
Referenties 20
1. INLEIDIHG
Ammoniak is een kleurloos onwelriekend gas. Het is goed oplosbaar in water en vormt op die wijze een base. Wanneer planten aan een zekere concentratie ammoniak (in de lucht) worden blootgesteld, treedt er schade op aan de plant. De mate van schade hangt af van: de plante-soort, de concentratie en de blootstellingsduur. De schade bij een aaneengesloten blootstelling is groter dan wanneer de blootstelling wordt uitgesmeerd over een langere periode (Van der Eerden et.al. ,
1981). De effecten van relatief lage maar langdurige blootstelling op de vegetatie zijn niet bekend. Alhoewel niet onderzocht, zijn er geen aanwijzingen dat er effecten te verwachten zijn van heersende ammoniak-belastingen op mens en dier.
Wanneer ammoniak in de bodem komt, kan het aldaar genitrificeerd wor-den. Hierbij ontstaat salpeterzuur. Dit is een zeer belangrijk aspect, omdat ammoniak hierdoor bijdraagt aan de verzuring. Een ander verzu-ringsaspect van ammoniak is, dat het de depositiesnelheid van zwaveldi-oxide verhoogt. De grondslag van dit proces is de reactie tussen ammo-niak en zwaveldioxide waarbij ammoniumsuifaat ontstaat. Deze reactie vindt plaats in waterig milieu. Wanneer ammoniumsulfaat ontstaat in wolkenwater en dit water later verdampt, dan ontstaat ammoniumsulfaat aerosol. Hoe dit aerosol zich verspreidt en op welke wijze het schade zou kunnen veroorzaken is nog in grote mate onbekend.
Het laatst te vermelden effect van ammoniak op het milieu, is de wer-king van ammonium op de bodem. Deze werwer-king is enerzijds eutrofi'érend van aard, aangezien ammonium (of daaruit gevormd nitraat) als stikstof-bron voor de vegetatie kan fungeren. Anderzijds is ammonium van invloed op de ionenhuishouding in de bodem en op de ionenopname door de vegeta-tie (Boelofs et al. 1984).
Alhoewel er in Nederland ook enkele industrieën zijn die ammoniak emit-teren, mogen we zeggen dat deze stof voornamelijk vrijkomt uit dier-lijke mest (zie tabel 1.1). De bronhoogte is dientengevolge laag. Dit betekent dat ammoniak zich niet (zoals bijvoorbeeld SO2) over honderden kilometers zal verspreiden. Een ruimtelijk variërend emissiepatroon zal resulteren in een ruimtelijk variërend concentratie- en depositiepa-troon. Het emissiepatroon van ammoniak varieert sterk over Nederland
(Buijsman et al. 1984a).
Op het terrein van ammoniak-bestrijdingstechnieken en de daarmee samen-hangende scenario's, was slechts één publicatie voorhanden. Cp basis van deze summiere informatie is gekozen voor eenvoudige scenario's. Deze worden besproken in hoofdstuk 2.
INLEIDING
Tabel 1.1. NH3-emissie in Nederland (Buijsman et_. al., 1984a) ,
Emissie Bron Rundvee Varkens Pluimvee Paarden, schapen, mestkalveren Kunstmest Industrie totaal ton/ j r 85026 21509 15875 5998 9121 7565 145094 % 59 15 11 4 6 5 100
statistisch model te ontwerpen. Deze methode kan niet worden toegepast op ammoniak, omdat gedetailleerde meetgegevens betreffende concentratie en depositie ontbreken.
De tweede manier is, om aan de hand van emissiegegevens en de kennis van chemische en fysische processen een verspreidingsmodel te bouwen. Het in hoofdstuk 3 vermelde model is van deze soort. Het is een zeer eenvoudig model, omdat de kennis van de ammoniakspecifieke processen nog niet voldoende ontwikkeld is (Buijsman et £l., 1984b). De theoreti-sche basis van dit model wordt besproken in hoofdstuk 3.
EMISSIESCKH&KIO ' S
In dit hoofdstuk worden enige eenvoudige scenario's voor de toekomstige ontwikkeling van de NH3-emissie gegeven. Deze scenario's zijn toe te passen op zowel landelijke als regionale emissies. Ctndat de versprei-ding en depositie van ammoniak zich echter op kleine schaal afspeelt, wordt de toekomstige ontwikkeling van de emissie van afzonderlijke kaartvierkanten van 5x5 km berekend.
Formulering scenario's
Landelijk gezien is de ontleding van dierlijke mest veruit de belang-rijkste bron van NH3. De ontleding van alleen rundveemest, varkensmest en pluimveemest is al verantwoordelijk voor 85% van de emissie in Ne-derland. De scenario's zullen daarom tot deze drie bronnen worden be-perkt .
De NHj komt in hoofdzaak op drie plaatsen vrij: - uit stal en mestopslag;
- bij uitrijden van mest; tijdens de weideperiode.
In tabel 2.1 zijn de percentages NHj gegeven die op de verschillende plaatsen ontstaan.
Tabel 2.1. Bnissies NH3 (%) naar plaats van ontstaan (naar Buijsman et al., 1984a).
uit stal en opslag bij uitrijden tijdens weideperiode rundvee 27 34 39 varkens 56 44 -pluimvee 56 44 -totaal 100 100 100
EMISSIESCENARIO'S
de emissie bij het uitrijden van de mest.
De emissie uit rundveemest die ontstaat tijdens de weideperiode (zie tabel 2.1) is zeer moeilijk te bestrijden (er zouden alleen mogelijk-heden zijn bij omschakeling op zomerstalvoering). In tabel 2.2 zijn de emissiebeperkende maatregelen opgesomd. Voor een aantal maatregelen is het geschatte rendement gegeven, dat is het gedeelte van de emissie dat kan worden voorkomen door toepassing van een maatregel.
Tabel 2.2. Overzicht emissiebeperkende maatregelen (naar Laurier, 1984 en IMP-Lucht 1985-1989, 1984).
stal en opslag
uitrijden
zuivering ventilatielucht door luchtwasser of grondfilter (rendement 95%)
gesloten mestopslag (rendement 95%) uitrijden bij koel en vochtig weer mestinjectie (rendement 90%)
direct onderploegen mest (rendement 70%) afvoer naar mestbanken
centrale mestverwerking
De toekomstige NH3-emissie wordt afhankelijk gesteld van de ontwikke-ling van vijf variabelen, de stuurvariabelen van de scenario's:
een factor waarmee de hoeveelheid rundveemest verandert: Nj.; idem voor varkens: 1^;
- idem voor pluimvee: N_;
het rendement emissiereductie stal en opslag: RS+Q/ het rendement emissiereductie uitrijden: R^.
Voor alle duidelijkheid: een N factor van 0.9 houdt in dat de emissie met 10% vermindert, terwijl een emissiereductierendement R van 0.9 betekent dat de emissie met 90% vermindert!
Een scenario is in termen van deze stuurvariabelen te formuleren. Een specifiek scenario is vast te leggen met keuzen voor de waarden van de vijf stuurvariabelen in toekomstige jaren. Men kan op deze wijze scena-rio's maken. In tabel 2.3 is een voorbeeld van een "zelfbouw"-scenario gegeven.
Tabel 2.3. Voorbeeld "zelfbouw"-scenario .
EMISSIESCENARIO 'S
Bij dit scenario is in 1990 de produktie van rundveemest, varkensmest en pluimveemest met 10% afgenomen en zijn de emissies bij stal en op-slag en bij uitrijden met 10% gereduceerd.
Naast "zelfbouw"-scenario's wordt er gewerkt met drie vaste scenario's: een "referentie"-scenario (tabel 2.4);
- een "low abatement"-scenario (tabel 2.5); - een "high abatement"-scenario (tabel 2.6).
Het "referentie"-scenario gaat uit van schattingen voor de toekomstige mestproduktie waarbij geen rekening gehouden is met mogelijke effecten van bijvoorbeeld de superheffing. Er wordt verondersteld dat er geen emissiereductie plaatsvindt. Tabel 2.4. "referentie"-scenario. Nr *) NV *' «p « J Rs+o *u 1985 1. 11 1.06 1.06 0 0 1990 1.22 1.11 1. 1 1 0 0 1995 1.35 1. 16 1.16 0.30 0.30 2000 1.47 1.21 1.21 0 0
Gebaseerd op schattingen mestproduktie rundveehouderij en inten-sieve veehouderij (laurier, 1984).
Het "low abatement"-scenario gaat uit van eenzelfde ontwikkeling van de mestproduktie als het vorige scenario. De emissiereducties lopen op van
10% in 1990 tot 50% in 2000.
Tabel 2.5. "low abatement"-scenario.
EMISSIESCENARIO'S
Het "high abatement"-scenario gaat uit van een constant blijvende mest-produktie en voorts een emissiereductie oplopend van 50% in 1990 tot de maximaal haalbare emissiereducties van 95% voor stal en opslag en 90% voor uitrijden in 2000.
Tabel 2.6. "high abatement"-scenario.
Nr *) Nv •) Np •) R
s+o
RU 1985 1 1 1 0 0 1990 1 1 1 0.5 0.5 1995 1 1 1 0.75 0.75 2000 1 1 1 0.95 0.90Berekening toekomstige emissies
Buijsman et al. (1984a) geven voor het jaar 1982 schattingen voor de NH3-emissies per kaartvierkant van 5x5 km. Voor een kaartvierkant is de totale emissie opgebouwd uit emissies ten gevolge van rundvee, varkens/ pluimvee en overige bronnen:
(2.1)
Aangenomen wordt dat deze emissieschattingen ook voor 1980 van toepas-sing zijn. Met behulp van de gekozen waarden van de stuurvariabelen zijn de toekomstige emissies, dat wil zeggen de emissies na 1980, nu als volgt te berekenen.
Eerst worden de nieuwe emissies ten gevolge van een veranderde mest-produktie berekend:
= IL e„ (2.2a)
(2.2b) (2.2c)
Vervolgens worden de emissiereducties berekend:
EMISSIESCENARIO'S
A Cv (0.34 e'r + 0.44 (e'v + e')) (2.2e)
Deze formules verdienen enige toelichting. Rundveemest ontleedt voor 27% tijdens stal en opslag en voor 34% bij het uitrijden, varkens- en pluimveemest voor respectievelijk 56% en 44% (zie tabel 2.1).
De nieuwe emissie in een toekomstig jaar wordt gegeven door:
ûe'u -f e0 (2.3)
In figuur 2. 1 wordt een voorbeeld gegeven van de ontwikkeling van de emissies in verschillende regio's onder de verschillende scenario's.
Figuur 2. 1A. Bnissiepaden grid 1.
EMISSIESCENARIO 'S
Figuur 2.1B. Oniesiepaden grid 10.
•missies
(ton/»
400-
300-200
_
100
-REP 1980 1990 2000
Kosten eitissiebeperkende maatregelen
Het treffen van onissiebeperkende maatregelen brengt natuurlijk kosten met zich mee. Laurier (1984) geeft schattingen voor de kosten van ver-schillende emissiebeperkende maatregelen; zie daartoe tabel 2.7. De kosten per ton verwijderd NH3 lopen zowel voor de specifieke maat-regelen als voor de verschillende diersoorten nogal uiteen. Het is niet de bedoeling om te komen tot een kosten/baten-optimalisatie, maar om een indruk te krijgen van de kosten waarmee de verschillende scenario's gepaard gaan. Daarom rekenen we alleen met de kosten van emissiereduc-tie bij stal en opslag en bij het uitrijden van de mest, ongeacht de specifieke bestrijdingsmaatregelen en ongeacht diersoorten waarbij ze toegepast worden:
stal en opslag: uitrijden :
f 25.000 per ton NH3; f 5.000 per ton KH3-De kosten worden als volot berekend:
EMISSIESCENARIO 'S
Tabel 2.7. Indicatie voor de kosten van emissiebeperkende maatregelen (naar: Laurier, 1984).
kosten *}
(f/ton verminderde NH^-emissie)
stal en opslag - gesloten mestopslag (max. rendement 95%) 55.000 (rundvee) 66.000 (mestvarkens) 10.000 (legkippen) zuivering ventilatielucht met grondfilter (max. rendement 95%) 1 1.000 (rundvee) 36.000 (mestvarkens) 50.000 (legkippen) zuivering ventilatielucht met luchtwasser (max. rendement 95%) 13.000 (rundvee) 47.000 (mestvarkens) 69.000 (legkippen) uitrijden
3. VERßPREIDINGSMCDEX VOOR AMMONIAK
In dit hoofdstuk wordt de theoretische basis van het ammoniakmodel besproken. Het uit deze theorie volgend algoritme staat beschreven in hoofdstuk 4, Er is gekozen voor een 'Gaussisch pluimmodel met een uit-breiding voor depositie. De globale opzet lijkt sterk op het Nationale Model (KNMI, 1979). Op zoveel mogelijk punten is gezocht naar de een-voudigste oplossingen. Deze eenvoud is een doel op zich, gegeven het karakter van de RINAL-studie en de noodzaak om bij het ontwerpen van het model uit te gaan van de voorhanden zijnde kennis.
De uitgangspunten voor het model zijn:
de startwaarden voor de emissies zijn bekend per grid van 5x5 km (Buijsman £t _al., 1984a);
de emissiepaden volgend uit het scenariogedeelte worden per grid berekend op jaarbasis.
Op basis van het eerste punt is gekozen voor een gr id-georiënteerd model. Dit betekent dat het model gebiedsgemiddelde concentraties en deposities berekent. Op basis van het eerste en het tweede punt is gekozen voor een model dat jaargemiddelden berekent.
In bijlage A zijn de vergelijkingen samengebracht die de stapsgewijze vereenvoudiging van het uitgangsmodel tot het uiteindelijk geprogram-meerde model illustreren.
Het 'Gaussisch Pluimmodel
In de grote verscheidenheid aan modellen die de verspreiding van lucht-verontreiniging beschrijven, zijn verschillende typen te onderscheiden. Eén type wordt gevormd door de groep van Gaussische modellen. Deze modellen hebben gemeen dat zij gebaseerd zijn op het'Gaussisch pluimmo-del (GïM) waarmee op elk punt, benedenwinds van een puntbron, de uurge-middelde concentratie berekend kan worden. Het model wordt gegeven door formule (A.1) in bijlage A.
De invoerparameters van het model zijn: de emissiesterkte van de punt-bron {yg/s), de effectieve punt-bronhoogte, de windsnelheid, parameters welke de mate van de verticale turbulentie beschrijven, idem voor de horizontale turbulentie en de coördinaten van het receptorpunt.
Zoals elk model kent ook aan het 'GFM vele beperkingen. Voor een over-zichtelijke inventarisatie van de mogelijkheden en onmogelijkheden van dit model verwijzen we naar "Luchtverontreiniging en het weer" (KNMI,
VERSPREIDINGSMODEL 1 1
Vereenvoudiging van het GPM ten gevolge van de emissiewijre
Emissie van ammoniak vindt voornamelijk plaats vanuit stallen, mest-wagens en vanaf versbemeste akkers en weilanden. De bronhoogte is dus laag (< 5 m). Wanneer nu als bronhoogte de waarde nul wordt gekozen, zal slechts een kleine fout worden gemaakt. Zie formule (A.2) in bij-laoe A.
De inbreng van een depositiesnelheid
Wanneer luchtverontreiniging een depositiesnelheid heeft betekent dit dat de verontreiniging merkbaar uit de atmosfeer verdwijnt. Bij het opstellen van het GIM is men er vanuit gegaan dat alle geloosde veront-reiniging aanwezig blijft in de atmosfeer. Slechts door verdunning kan de concentratie dalen. Ammoniak heeft evenwel een zekere depositiesnel-heid doordat het adsorbeert aan vegetatie, water- en grondoppervlak. De extra daling in de concentratie ten gevolge van deze adsorptie kan verdisconteerd worden door op grotere afstand tot de bron de emissie-sterkte te vervangen door een lagere waarde. Het verschil tussen deze twee emissiesterkten moet dan gelijk zijn aan de hoeveelheid die op het traject van de bron tot het receptorpunt per tijdseenheid deponeert. Dit idee is uitgewerkt in de zogenaamde "Source depletion Method" (Van der Hoven, 1968 en KNMI, 1979). Deze methode is een eenvoudige manier om de depositie te verdisconteren. Terughakend op de eerste opmerkingen in dit hoofdstuk (over eenvoud) kan opgemerkt worden dat geavanceerdere algoritmen niet op z'n plaats zijn zolang de depositiesnelheid van ammoniak slechts grofweg bekend is (Buijsman et al., 1984b). Het voor depositie aangepaste model wordt gegeven door fonrules (A.3) en (A.4) in bijlage A.
Het berekenen van een jaargemiddelde concentratie
In het voorgaande is steeds gesproken over de berekening van uurgemid-delde concentraties. Hieruit zijn jaargemiduurgemid-delde concentraties af te leiden door deze uurwaarden te middelen. Het zogenaamde Nationale Model (Modellen, 1976; KNMI, 1979) geeft een efficiënte methode om deze mid-deling te verrichten.
VERSPREIDINGSMODEL 1 2
Bij het Nationale Model onderscheidt men twee meteorologische gebieden in Nederland. Deze gebieden zijn: West- en Noord-Nederland; en Zuid- en Oost-Nederland. De jaargemiddelde meteorologie is per gebied vastgelegd in een frequentietabel van de verschillende meteosituaties. Een meteo-situatie is de combinatie van een windsnelheidsklasse (totaal 3 klas-sen), een stabiliteitsklasse (totaal 6 klassen) en een windrichtings-klasse (totaal 12 windrichtings-klassen). De jaargemiddelde concentratie in een punt, ten gevolge van een puntbron, wordt dan berekend met een gewogen gemid-delde. De wegingsfactor is de frequentie van de bijbehorende meteositu-atie (zie formule (A.5) in bijlage A).
Deze methode van het Nationaal Model is voor het ammoniakmodel sterk vereenvoudigd. De vereenvoudigingen luiden:
één meteorologisch gebied voor geheel Nederland;
alle windrichtingen worden qua frequentie gelijkgesteld;
- per windrichtingsklasse wordt slechts gerekend met één meteosituatie (stabiliteitsklasse D gecombineerd met windsnelheidsklasse 2).
De laatste twee vereenvoudigingen lijken bijzonder grote fouten te im-pliceren. In de praktijk valt dit echter mee. Ten eerste zijn gebieds-gemiddelde concentraties minder gevoelig voor dit soort veranderingen. Ten tweede zijn de ammoniakemissies over grote gebieden van Nederland redelijk uniform verdeeld. Dit houdt in dat een onderschatting van de bijdrage van een grid ten zuidwesten van het receptorgrid, zal worden gecompenseerd door een overschatting van de bijdrage van een grid ten noordoosten. In het volgende hoofdstuk zal voorts nog blijken dat de concentratie in een grid hoofdzakelijk wordt bepaald door de emissie in het grid zelf. De vereenvoudigingen worden formeel weergegeven in bij-lage A. Ze leiden tot formules (A.7) en (A.8).
Bet berekenen van een gebiedsgemiddelde concentratie ten gevolge van een oppervlaktebron
De emissiegegevens voor ammoniak rijn per grid (5x5 km) bekend. Het is dus niet bekend hoeveel bronnen er in een dergelijk gebied liggen, noch waar deze bronnen zich bevinden. Cp grond hiervan is gekozen voor een model dat gebiedsgemiddelde (5x5 km) concentraties berekent.
VERSPREIDINGSMODEL 1 3
Alhier blijkt het voordeel van de in de vorige paragraaf genoemde ver-eenvoudigingen. Deze vereenvoudigingen houden in dat de verdeling van de windrichtingen uniform gesteld werd en er per windrichtingssector slechts met één meteosituatie rekening gehouden wordt. Nu immers behoe-ven we niet per windrichtingssector te integreren, maar kan in één keer over de gehele windroos geïntegreerd worden.
Het aantal vierkanten rondom het bronvierkant, waarvoor de concentratie berekend moet worden, hangt af van de mate waarin de concentratie daalt met de afstand. Bij een sterke daling zal een kleiner aantal volstaan. Nu wordt gekozen voor twee ringen van respectievelijk 8 en 16 vierkan-ten rondom het bronvierkant (zie figuur 3.1).
R«
ftK.OH
K» C.
Figuur 3.1. Vijfentwintig receptorvierkanten op en rondom het bronvierkant.
De gebiedsgemiddelde concentratie in bet bronvierkant
VERSPRZIDINGSMODEL 14
Figuur 3.2. Passend maken van de oppervlakte van een cirkel op die van het bronvierkant.
In bijlage A wordt een afleiding gegeven voor de gebiedsgemiddelde concentratie voor cirkelvormige gebieden of gedeelten daarvan, zie formule (A.9).
Voor een cirkel met een straal de concentratie gegeven door:
VERSPFEIDINGSMODEL 1 5
CRi - de jaar- en gebiedsgemiddelde concentratie in tronvierkant R1 (Ug/m3)
Q - de emissie (ug/s)
v<j - de depositiesnelheid (m/s)
De gebiedsgemiddelde concentratie in een ring van vierkanten De situatieschets:
Figuur 3.3. Passend maken van twee cirkelbanden op de twee ringen van receptorvierkanten: de ringen R2 en R, uit figuur 3.1. Geheel analoog aan het voorafgaande luidt de gebiedsgemiddelde concen-tratie voor de R2-ring van vierkanten:
(3.3)
VERSPREIDINGSMODEL 16
Voor de Rj-ring van vierkanten luidt deze:
- r/,
met r 3 = 25000 / /ir.
(3.4)
Bet berekenen van de gedeponeerde hoeveelheid ammoniak
De jaar- en gebiedsgemiddelde droge depositieflux wordt gevonden door de gebiedsgemiddelde concentratie te vermenigvuldigen met de depositie-snelheid.
De droog gedeponeerde hoeveelheid ammoniak wordt berekend door de droge depositieflux te vermenigvuldigen met het te beschouwen oppervlak (zijnde 5x5 km) en de tijd (één jaar).
Over de waarde van de droge depositiesnelheid bestaat grote onzeker-heid. Tot voor kort gebruikte men hiervoor waarden van ongeveer 1 cm/s. Recent onderzoek van Van Aalst (persoonlijke mededeling) wijst in de richting van veel grotere waarden: ongeveer 2 cm/s voor heide en onge-veer 8 cm/s voor bos. Van laatstgenoemde waarden wordt gebruik gemaakt, waarbij voor gebieden met zowel bos als heide een depositiesnelheid van 5 cm/s wordt gebruikt.
4. DE PROGRAMMATUUR
De algoritmen en gegevens zijn gevat in respectievelijk twee computer-programma's en een aantal databestanden. Het blokschema figuur 4.1 illustreert de wijze waarop het model functioneert. De programma's zijn te vinden in bijlagen C en D.
Het programma RINAL.NHj.SCENARIO berekent toekomstige ammoniakemissies voor verschillende scenario's. In hoofdstuk 2 zijn de scenario's en de berekeningswijze van de emissies uitgebreid toegelicht.
Het programma rekent met 1 1 kaartvierkanten van 5x5 km. Het referentie-scenario het "low abatement" referentie-scenario en het "high abatement" referentie-scenario liggen vast. Het zelfbouw-scenario kan de gebruiker zelf bouwen door de waarden van de stuurvariabelen te kiezen.
Het programma heeft als uitvoer de toekomstige emissies per grid en per jaar voor de 11 grids en de periode 1980 tot 2000. Deze waarden worden weggeschreven naar een file: RINAL.NHj.EMISPADEN.777, waarbij de ge-bruiker het laatste deel van de naam mag kiezen.
Bij het programmeren van het verspreidingsmodel, RINAL.NH3.VERSPREIDING is een verdere vereenvoudiging gemaakt. De concentratie in een recep-torgrid (en de daarmee samenhangende depositie) wordt slechts berekend op basis van de emissie in het grid zelf, en niet op basis van de ge-noemde vijfentwintig bronvierkanten. De reden hiervan illustreren we met een rekenvoorbeeld:
1) Vijfentwintig brongrids: emissiesterkte: 100 ton NH3/grid/jr.
depositiesnelheid: 6 cm/sec.
2) Concentratie in het middelste (receptor)grid, ten gevolge van de emissie in dat grid: 1.7 yg/in •
3) Concentratie in het middelste grid, ten gevolge van de eerste ring van acht brongrids: 8 x 0.02 = 0.16 ug/m3. 4) Concentratie in het middelste grid, ten gevolge van de tweede ring
van zestien brongrids: 16 x 0.004 = 0.064 yg/m3.
PROGRAMMATUUR 18 Figuur 4.1. Programmatuur DATA Emissies Ammoniak 4- l PROGRAM Berekening emissiepaden ASCII-file: RINAL.NH3.SCENARIO DATA
wensen van de gebruiker
DATA
scherminformatie aan gebruiker
4-DATA
Emissiepaden Ammoniak per grid (1980 t/m 2000)
ASCII-file: RIKAL.NH3.EMISPAD.???
PROGRAM
Berekening Ammoniak
concentraties en deposities
ASCII-file: RINAL.NH3. VERSPREIDING
DATA
Depositiemethoden Ammoniak per grid ASCIIfile: R I N A L . N H 3 -D EPOSITIESNELHE-DEN DATA scherminformati e aan gebruiker DATA
5. EVALUATIE AMMONIAKMODEL
Een correcte methode om een model te toetsen is de berekende waarden vergelijken met meetwaarden. Voor het ammoniakmodel is een dergelijke toetsing echter niet mogelijk, omdat gedetailleerde meetgegevens om-trent de concentratie en depositie van ammoniak ontbreken.
Teneinde toch een beeld te krijgen van de geldigheid van het model, is gekozen voor een vergelijking net het eerder genoemde Nationale Model
(zie tabel 5.1). Bij deze vergelijking zijn er twee moeilijkheden: het Nationaal Model geeft geen gebiedsgemiddelde, doch puntcon-centraties;
het Nationaal Model kent geen depositie.
Het eerste punt is ondervangen door het gebiedsgemiddelde te schatten met behulp van een aantal puntconcentraties, het tweede punt is onder-vangen door in het ammoniakmodel te rekenen met een verwaarloosbaar kleine depositiesnelheid (0.1 cm/s).
Conclusies:
- de vereenvoudiging ten aanzien van de bronhoogte maakt, gezien het Nationaal Model, niet veel uit in nauwkeurigheid;
de vereenvoudiging ten aanzien van de meteorologische parameters levert eveneens weinig verschil op;
het ammoniakmodel geeft waarden voor de concentratie die verge-lijkbaar zijn met het Nationaal Model.
Tabel 5.1. Vergelijking resultaten gebiedsgemiddelde jaargemiddelde concentraties op basis van het Nationale Model en het Ammoniakmodel.
Nationaal Model
Meteo Schiphol Bronhoogte O m c = 2.1 yg/m3
Meteo Schiphol Bronhoogte 5 m c = 2 Ug/m3
Meteo Eindhoven Bronhoogte O m c = 2.4 pg/m3 Ammoniak Model (depositiesnelheid 0.1 cm/s) c = 3.6 ug/m3
REFERENTIES
Aalst, R.M. van, Persoonlijke mededeling, maart 1985.
Buijsman, E., et al. (1984a) Een gedetailleerde ammoniakemissiekaart van Nederland. IMOÜ-rapport V84-20, utrecht.
Buijsman, E., _e_t al^. (1984b) Ammoniak in de Nederlandse atmosfeer, in: Symposium Zure Regen, 's-Hertogenbosch 1983, E.H. Adema en J. van Ham (eds.). Pudoc, Wageningen.
Eerden, L.J. van der e_t al. (1981) Stallucht en planten; de relatie tussen bedrijfsomvang en de kans op beschadiging van gewassen rondom intensieve veehouderijen. IMAG-rapport 32, Wageningen.
Hoven, J. van der (1968) Deposition of particles and gases, in: Meteo-rology and atomic energy, D.H. Slade (ed.). USAEC, Oak Ridge, Tenn.
IMP-Lucht (1984) Indicatief Meerjarenplan Lucht 1985-1989. VROM, 's Gravenhage.
KNMI (1979) Luchtverontreiniging en het weer. Staatsuitgeverij, 's-Gravenhage.
KNMI/RIVM (1981) Chemical composition of the precipitation over the Netherlands. De Bilt.
Laurier, K.B.H.M. (1964) Emissies en bestrijdingsmaatregelen voor ammo-niak. RIVM-rapport 840568002, Bilthoven.
Modellen (1976) Modellen voor de berekening van de verspreiding van luchtverontreiniging inclusief aanbevelingen voor de waarden van parameters in het lange-termijn model. Staatsuitgeverij, 's-Graven-hage.
BIJLAGE At FORMELE AFLEIDIHG VERSPRELDINGSMODEL
In deze bijlage wordt een afleiding gegeven voor de formule die de jaar- en gebiedsgemiddelde concentratie beschrijft voor een cirkel-vormig gebied, of een gedeelte daarvan, rond een puntbron op grond-niveau. De afleiding is strikt formeel en wordt zonder veel omhaal gegeven.
GPM voor de berekening van uurgemiddelde concentraties op grondniveau
C (x,y) = - £_ - _ exp (. y )
T T u a x c x 2 ( c x >
exp ( " H ) ( Ä . 1 )
2(a x )
waarin:
C - uurgemiddelde concentratie op grondniveau (yg/m3)
x,y - coördinaten receptiepunt (m) H - effectieve bronhoogte (o) u - windsnelheid (m)
a, b - parameters voor de mate van verticale turbulentie c, d - idem voor horizontale turbulentie
GPM met bronhoogte nul
C(x,y>- - - - exp (- —Z-TÏÏ <A.2) TT u a x e x 2(c x )
Aanpassing voor depositie
2
C(x,y) = ^ 5 exp ( ^TT ) (A<3)
BIJLAGE A
Nationaal model met depositie
C <r,a> - f f f <a,..B) 2 ^'s (r) s=1 n=1 /2ir u a r n s 2nr met: Q n's f (r) - ß exp l - Vd /2 u n
v
1
-*.'
1-b r s (A.5) (A.6) waarin:r - afstand tot de bron (n>)
a - windrichtingssector (a = 1,2 12) s - stabiliteitsklasse (s = 1,2 6) C - jaargemiddelde concentratie (ug/m3)
f - fractie van de tijd (-) Q - emissie (pg/s)
Vd - depositiesnelheid (m/s)
u - windsnelheid (m/s)
a,b - parameters die de mate van verticale turbulentie beschrijven Vereenvoudiging Nationaal model
f(a,4,2) = 1/12 f(a,s,n) = O (a = 1, 2 .. .12) (a = 1, 2 . . .12, s * 4, n 4= 2) C(r,a) 2 C(r) /2n u a r 2 Q(r) 2 ir r (A.7) (27i) u a r met C(r) = C exp V d / 2 (A.8) waarin:
u = u2 = 4 (representatieve windsnelheid klasse 2)
a = ai, = 0.20 (stabiliteitsklasse D) b = 0.76
Gebiedgemiddelde concentratie
BIJLAGE A
C « ƒ C(r,a) dw / G dw
Vie kiezen voor G een sector van een cirkelband:
a = Oj + Aa
i = Ol
^
r = r2
(met r j = O en Aa = 2 TI is dit gebied een cirkel!)
ƒ C(r,a) dw = ƒ G a. da ƒ r C(r,a) dr Aa ƒ dr 2iT Vd J r ƒ dw = ƒ G Aa a + ia - Q(r2) Aa [»i r2]r2 2 ir Vd da ƒ r dr r.
= Aa ^(r - r.) (vgl. met opp. cirkel)
Aa )- C(r2) ) - C(r2)
2TJ V Aa Vd „ (r2 - r, )
BIJLAGE B: BEREKENING NAT-GEDEPONEERD AMMONIAK
Uit een serie regenwatermetingen (KNMI/RIVM, 1981) stamt de volgende reeks waarnemingen:
Tabel B.1. Resultaten regenwatermetingen (KNMI/RIVM, 1981).
Emissie Nat-gedeponeerd Ammoniak (ton NH3/km2/jr) (kmol NH4+/ha/jr)
1853 722 2666 722 3901 772 1558 772 543 656 3975 938 626 809 274 488 286 488 521 526 3864 896 342 667 1455 877 7584 1176*)
*) geen KNMI/RIVM-meting, plaatselijke metingen in Venray.
We gaan uit van twee mogelijke statistische modellen:
£ = ax + b + Ç (B.1) y_ = ajlogU) + bz + C (B. 2)
y = Kmol NHi
x = ton NH3/km
2/jr
'-, = N ( O , T)
De kleinste kwadraten methode levert:
a = 0,0076 b = 591 var(a) = 0,00053 (s.d.= 30%) ax= 382 bj= -267 var(aj) = ^IS.IO1* (s.d.= 28%)
Cttdat de twee modellen niet veel verschillen in nauwkeurigheid, is gekozen voor vergelijking (B.1). Deze vergelijking is simpeler.
c:>
u
-'« t?1 100 REM PROGRAMS ÏStARIO.REGICNAAL
1 110 REM Dit programs berekent toekomstige iJD-eniscies voor
1 120 REM verschillende regio's (5x5 km grids) uitgaande van een
1 130 RE-i te specificeren scenario.
1 140 REM Invoer: emissies rundvee, varkens, pluimvee en overige
I 150 REM per grid voor 19BO.
1 [60 REM Uitvoer: afhankelijk van het gekozen scenario naar
1 .70 SEM verschillende files.
1 3Û REM
1 .90 REM 2LANC2LJKE VARIAEELEH
1 DO REM I- index grid
1 !10 REM ÎE- aantal grids
1 20 RE» K- index jaar: 1=1985,2=1990,3=1995,4=2000
1 30 REM 92$- keime scerario,l=ref,^=low,3=high,4=œlfb
bronnen
-1:40 REM £R(I),EV(I),EP(I),EO(I>- emissies rundvee, varkens.pluinvee en
1 50 REM - overige bronnen 1980
l 30 REM MJ(£),NV(K),NP(K),ISOOtHJ00- stuurvariabelen scenario
1 80 HEM E(I,iO- tœkonstige am'rerjps
1 90 REM
l 00 IJE1ÏRÜ1),EV(11),EPÜ1),HX11)
1 10 DIM NR(4),iJV(4)iKP(4)fK3(4),I5J(4)
20 DIM E(11,4),E%Ü1,4)
30
RE-i
31 M3 « 11
32 REM
50 HD>£ : VTAB 2: PRINT "*
!' •'<•''"!
!''* FINAL NH3 ELOK '
! ! !'
! ! ! ; !lfl55 VOS 5: FRE.T "Scenario nogelijkheden:": FR^T
50 FK&T "1 feferentie scenario"
70 FKL7T
JI2 Low-abatement scenario"
1
30 FKKT "3 !H3h-abatenEnc scenario"
30 HONT "4 Zelfbouw scenario"
D VTA3 12: HL\S 5: D5FIT ''Geef het ranrer van Uw !<euze ";9CS
10 IF SCS = "1" IHEN GCSUB 20CO: QOID 1000
20 IF 3C$ = "2" THEN «HB 3000: GOTO 1000
30 IF SCS = "3" BIEN ŒSJB 4COO: GOTO 1000
iO IF SCS = "4" TUEN QCSB 5000: GOTO 1000
50 COID350
DOO OHE 0000
100
RL'Ï
L20 r^-' 55 00 05 ai 332}140 BAH 1,66,6,7,10
.50 Dm 2,79,33,10,7
.60 DÖX 3,57,11,5,6
.70 MA 4,123,46,15,10
Su MIA 5,49,10,D,13
.90 DATA 6,45,36,34,20
0) EÄDi 7,34,22,11,9
1C ÜUÄ 8,35,5,7,7
20 DATA 9,46,22,21,6
25 DAI* 10,116,30,54,15
30 UÜÄ 11,41,22,6,9
:40 KR I - 1
TO
iNG
30 READ K,ER(I),EV(I),EP(I)
fZD(I)
60 hEOr
05 VEAB 5: iIL\B 1: CALL - 958
07 VIAB 5: PRTiT "Emissie -warden (ton/ jaar)"
's
r c . ! f £ 1 • ), i | l , ?DEEL IV
ECOLOGISCHE Efftt-TKN VAN LUCHTVERONTREINIGING een rekensysteem voor bet RINAL
-L.C. Braat m.m.v. E. Nieuwhof
VOORWOORD
In het voorliggende deel van het Technisch Rapport over de RINAL-studie worden de structuur en werking, alsmede een selectie van resultaten van toepassing van een concreet ingevuld Reken- en Informatiesysteem Natuur en Landschap gepresenteerd.
Gedurende het project hebben veel mensen een bijdrage geleverd aan de hier beschreven "proefversie" van het RINAL. De medewerkers van het projectteam hebben direct en indirect bouwstenen voor het systeem aan-gedragen. Speciale vermelding verdienen drs. E. Nieuwhof voor de be-langrijke rol in het verzamelen van schijnbaar onvindbare gegevens en drs. S.W.F. van der Ploeg voor suggesties en constructieve commentaren. Tijdens een driedaagse "workshop" is door een groep van wetenschappers en beleidsambtenaren gewerkt aan opbouw en verbetering van het RINAL. Hun bijdragen zijn in de diverse onderdelen verwerkt. Met name genoemd dienen te worden: drs. R. van Aalst en drs. L. Hordijk (emissies, con-centraties en deposities) , ir. H. van Grinsven (het bodemmodel) , drs. J. Berdowski, ir. J. Bervaes, ir. A. Bresser en dr. J. Roelofs (schade-functies, bos- en heidemodel).
tu.jn dank gaat voorts uit naar de secretaresses van het IvM die uit de veelvormige manuscripten een leesbare tekst hebben geschapen.
Zonder de inbreng van genoemde personen zou het RINAL een geheel ander aanzicht hebben gekregen. Allen worden bedankt voor hun bijdrage. Het spreekt natuurlijk vanzelf dat de auteur verantwoordelijk is voor de uiteindelijke vorm en inhoud van dit rapport.
INHOUDSOPGAVE
Voorwoord 1. Inleiding
2. Overzicht van het systeem 3. Emissiescenario's en emissies 4. Concentraties en deposities 5. Bodem
6. Bos en bosbeheerscenario's
7. Heide en heidebeheerscenario's
8. Kosten-effectiviteit van maatregelen
1. INLEIDING
In het kader van de ontwikkeling van een methodologische basis voor het Reken- en Informatiesysteem Natuur en landschap is een proefstudie uitgevoerd. Dit deel van het "technische rapport" omvat de beschrijving van de structuur en werkwijze, en de resultaten van het toepassen van het REKENSYSTEEM dat is ontwikkeld in deze proefstudie. De studie is gericht op de analyse en projectie van ecologische en economische effecten van verzurende, vergiftigende en vermestende depositie op bos en heide in Nederland.
Het hoofddoel van de proefstudie is:
een overzicht verwerven van de mogelijkheden, eisen en beperkingen van een operationeel RINAL, d.w.z. van scenario-analyses met een kwantitatief simulatiemodel.
Onder een operationeel rekensysteem wordt verstaan:
een stelsel van kwantitatief geformuleerde scenario's en simulatie-modellen, waarmee projecties van de ontwikkelingen van elementen uit de natuur en het landschap (in Nederland) kunnen worden gegenereerd. Met dit doel voor ogen en onder de geldende praktische randvoorwaarden is in de proefstudie gekozen voor een twee-sporenbenadering, namelijk:
1. onderzoek dat is gericht op de ontwikkeling van een wat betreft structuur betrekkelijk eenvoudig simulatiemodel, dat alleen die pro-cessen simuleert in de ketens van emissies tot en met effecten in ecologische en economische systemen, die direct bijdragen tot veran-deringen in de geselecteerde effect-indicatoren, en
2. onderzoek dat een meer gedetailleerde modelstructuur voor onderdelen uit de keten beoogt.
De overwegingen voor een dergelijke benadering zijn:
a. Het RINAL dient aan te sluiten op het RIM, en wordt verwacht daar in de toekomst, in een beleidsanalyse, dan ook gebruik van te kunnen maken. In een proefstudie kan het RIM niet steeds opnieuw ingezet worden om emissiegegevens te genereren. Derhalve zijn de sectoraal en naar technologie gedifferentieerde emissiescenario's omgebouwd tot per stof geaggregeerde, jaarlijkse invoergegevens voor het proefstudie-model.
INLEIDING
c. Het RINAL dient informatie over effecten van milieubeïnvloedende activiteiten op natuur en landschap te leveren. De proefstudie is echter niet gericht op het ontwikkelen en gedetailleerd analyseren van huidig en toekomstig bos- en heidebeleid. Derhalve worden reeds bekende bos- en heidebeheerscenario's op vereenvoudigde wijze als invoergegevens gebruikt.
d. De proefstudie is gericht op een terrein waarop nog veel hiaten in de kennis bestaan (zie IVïACO-rapporten). Het voorgestelde onderzoek in het Additioneel Verzuringsonderzoek (NRLO, 1984) getuigt daarvan. Derhalve is gekozen voor een combinatie van theoretische en empi-rische modelbouw, waarbij gebruik is gemaakt van "expert judgement" en elders ontwikkelde, veelal nog niet geteste modellen.
Het voorliggende deel van het "technische rapport" presenteert het rekensysteem dat in de proefstudie volgens de eerstgenoemde benadering is ontwikkeld en de projecties die daarmee zijn gegenereerd.
De in het voorgaande genoemde "geselecteerde effectindicatoren" omvat-ten: de zuurgraad van de bodem, groei en omvang van enkele soorten bomen en vergraste heide als ecologische indicatoren en de kosten van emissiebestrijdingsmaatregelen en van bos- en heidebeheer als econo-mische indicatoren.
De ruimtelijke schaal van het systeem is tweeledig. Emissies en kosten worden op de nationale schaal berekend en gepresenteerd. Alle andere aspecten worden op regionale schaal berekend en op die schaal of geag-gregeerd, op nationale schaal gepresenteerd. Nederland is daartoe in tien regio's verdeeld (zie Figuur 1).
De tijdsschaal van het systeem is eveneens tweeledig. De meeste projec-ties strekken zich uit tot het jaar 2000. Voor de inschatting van de effecten op bosontwikkeling van de verschillende scenario's is echter in enkele gevallen voorbij 2000 gekeken. In deze gevallen is ervan uitgegaan dat de emissieniveaus van 2000 worden gehandhaafd.
In de studie zijn de, onder de omstandigheden, best mogelijke invoer-gegevens gebruikt. De resultaten (projecties) zijn niet het produkt van fictie maar van een combinatie van feitelijke gegevens en door deskun-digen gecontroleerde veronderstellingen.
INLEIDING
Figuur 1. De regio's voor de RINAL-proefstudie.
2. OVERZICHT VAM HET REKENSYSTEEM
Het rekensysteem bestaat uit de volgende onderdelen (zie Figuur 2):
1. EMISSIE-SCENARIO'S
2. BOS- EN HEIDEBEHEER-SCENARIO'S
3. EEN MODULAIR, KWANTITATIEF SIMULATIEMODEL
Ad 1):
Het rekensysteem maakt gebruik van de drie scenario's die in de RIM-studies over de emissies van zwaveldioxide (SO2), stikstofoxiden (NOjc) en koolwaterstoffen (CxHy) in Nederland zijn uitgewerkt, namelijk: 1. het REFERENTIE-scenario (RF),
2. het BEPERKTE BESTRIJDING-scenario (LA), en 3. het INTENSIEVE BESTRIJDING-scenario (HA).
In de proefstudie wordt een vierde luchtverontreinigende stof in de analyse betrokken, namelijk ammoniak (NH3). Hiervoor zijn overeenkom-stige scenario's opgesteld. Inmiddels komt het "huidige beleid" ten aanzien van SO2 overeen met het HA-scenario en ten aanzien van NOX met het beperkte bestrijdings(LA)scenario.
Naast deze binnenlandse scenario's worden twee scenario's voor de ont-wikkeling van emissies in het buitenland onderscheiden:
1. het buitenland doet hetzelfde als Nederland, en 2. het buitenland continueert de huidige trend.
Ad 2): Naast
1. een REFERENTIE-BOS- scenario (RFB, ongewijzigd beleid ten aanzien van kap en aanplant) wordt een tweede bosbeheer-scenario doorgerekend: 2. het MEER-JA REN-PLAN-scenario (MJP, verandering van arealen van
soor-ten in het Nederlandse bos).
Voor het beheer van heideterreinen zijn naast
1. het REFERENTIE-scenario (RFH; ongewijzigd beleid met betrekking tot beheer smaatregele n)
twee contrastscenario's opgesteld:
2. het GRAZEN, MAAIEN, ERANDEN-scenario en 3. het AFPLAGGEN-scenario.
Ad 3):
OVERZICHT
Figuur 2. Het proefstudie-rekensysteem.
S I M U L A T I E - M O D E L P R O J E C T I E Si
EMISSIES CONCENTRATIES EFFECTEN] EFFECTEN; EMUCTUi : DEPOSITIES BODEM BOS IIÏILE
Figuur 3. Het proefstudie-simulatiemodel
OVERZICHT
In Figuur 3 is de structuur van het simulatiemodel geschetst. De volgende onderdelen worden daarin onderscheiden:
1. EMISSIE-SCENARIO'S EN EMISSIES
De RIM-scenario' s omvatten de emissietotalen voor Nederland in het jaar 2000 (en voor enkele stoffen ook voor enkele tussenliggende jaren) alsmede de kosten die verbonden zijn aan bestrijdingsmaatregelen. Voor vier stoffen (SC>2, NC^, C^Hy en NH3) worden de nationale emissie-totalen per jaar berekend, door interpolatie en extrapolatie van de se enariowaarden .
2. CONCENTRATIES
Voor tien regio's worden uit de regionaal gemiddelde/ jaargemiddelde concentraties in het start j aar en de verandering in de emissies in binnen- en buitenland (ook bepaald door scenario's) de jaargemiddelde concentraties op jaarbasis berekend van S02, N02, O3 en NH3.
3. DEPOSITIES
Uit de concentraties worden deposities afgeleid van SC^, NC^ en NHjj. Hieruit worden vervolgens de daarmee gerealiseerde totale poten-tiële zuurdepositie (H+) en totale stikstofdepositie (N) berekend. 4. BODEM
In dit deel van het model wordt de zuurgraad (pH) berekend als resul-tante van de totale zuurdepositie en in de bodem actieve buffersyste-men. De pH fungeert als indicator voor de veranderingen in de bodem.
5. BOS EN BOSBEHEERSCENARIO'S
Uit de luchtconcentraties en de bodem- pH worden voor elke onderscheiden boomsoort (Grove den, Douglas en Populier) specifieke jaarlijkse schadefactoren bepaald. De normale, gemiddelde groeisnelheid voor de boomsoorten wordt hiermee jaarlijks aangepast en in combinatie met de arealen van de soorten (die o. i. v. scenario-specificaties veranderen) worden de opstanden per regio per jaar berekend. Hieruit worden totalen per soort per regio en nationaal berekend.
6. HEIDE EN HEIDESCENARIO'S
De verhouding tussen vergraste heide en normale heide wordt berekend als resultante van beginsituatie, de totale stikstofvermesting en beheer-scenario's.
7. Het KOSTEN-EFFECTIVITEIT-BLOK
3. HET EMISSIE-BLOK
Inleiding
Verzurende depositie wordt voornamelijk veroorzaakt door de emissies van SC>2, NQjj en NH3. Schade aan natuurlijke vegetaties wordt verder ook veroorzaakt door ozon (Oj), waarvan de luchtconcentraties mede worden beïnvloed door de emissies van koolwaterstoffen. Dit proces kan als vergiftiging worden aangemerkt. Vennestende werking van depositie van de genoemde stoffen is te wijten aan de stikstof die als stikstof-oxide, ammoniak of ammonium aan de bodem wordt toegevoegd.
In de RIM-studies zijn scenario's voor de emissies van S02 (Thomas &
Olsthoorn, 1984), NC^ (Olsthoorn et al., 1982) en (^Hy (Olsthoorn & Thomas, 1985) opgesteld en doorgerekend. Voor de emissies van ammo-niak zijn op dit moment nog geen uitgewerkte scenario's beschreven. Wel zijn enkele prognoses voor de ontwikkeling van de mestproduktie in de veehouderij beschikbaar (Laurier, 1984). De hier gebruikte NH3
-scena-rio's zijn bewerkt voor de RINAL-proefstudie in de geest van de RIM-scenario's. De keuze om de effecten van juist deze stoffen in de RINAL-proefstudie te analyseren komt voort uit de volgende overwegingen:
1) het RINAL dient op het RIM aan te sluiten,
2) het RIM had bij de aanvang van de studie alleen emissiescenario's van SO2, NOjj en C^Hy gegenereerd, en
3) een analyse van de verzurings- en vermestingsproblematiek in Neder-land dient de rol van NHj daarin te omvatten, gezien locatie, aard en omvang van de emissies.
De RIK-emissies worden berekend als nationale totalen (kiloton per jaar). Een regionalisering van het RIM is wel voorzien maar nog niet beschikbaar. De emissies van NH3 zijn bekend op lokale (het nationale 5
x 5 tar. grid; zie Euysman, 1984), regionale (landbouwgebieden) en nationale schaal.
In het hier beschreven model zijn nationale emissiescenario1 s gebruikt
en als invoergegevens gehanteerd.
EMISSIES
Een uitvoerige beschrijving van de RIM-scenario's en van de technische veronderstellingen die daarbij zijn gemaakt, zijn te vinden in boven-genoemde publicaties. De wijze waarop de Nt^-scenario' s zijn opgesteld is uitvoerig beschreven in deel III. Hier wordt volstaan met de medede-ling dat voor de interpolatieberekeningen is uitgegaan van de veronder-stelling dat de in de scenario's beschreven maatregelen en technieken vanaf 1985 ingevoerd worden en in 2000 volledig ingevoerd zijn.
Structuur en werking
De structuur van het emissieblok is zeer eenvoudig (zie figuur 3). De totale emissie van een stof in een bepaald jaar wordt bepaald door die van het voorgaande jaar plus (of min) een bepaalde (jaarlijks vaste) hoeveelheid. De scenario's bepalen of het een toe- of afname is (vanaf 1985) en de grootte daarvan. De interpolaties zijn lineair van aard, hetgeen de eenvoudigste manier is. Meer realistische tijdpaden van de invoering en werking van maatregelen en technieken zijn natuurlijk te realiseren met behulp van de gedetailleerde RIM-studies en nadere stu-die van de landbouweconomische en landbouwtechnische aspecten.
Als startjaar is 1980 gekozen. De volgende hoeveelheden zijn als start-waarden gehanteerd:
SO2 486 kiloton (470 in 1978, Thomas & Olsthoorn, 1984) NOjc 502 kiloton (485 in 1978, Hettelingh et al., 1984) CxHy 441 kiloton (442 in 1981, Olsthoorn S, Thomas, 1985) NH3 140 kiloton (145 in 1982, Buysman et al., 1984)
Besultaten
De enige 'nieuwe' berekeningen die in deze studie voor emissieniveaus van SC>2, NQjj en CjjHy zijn gemaakt zijn de interpolatieberekenin-gen. Voor NH3 zijn eerst scenario's geformuleerd naar analogie van de RIM-scenario's. Vervolgens zijn de emissiereducties ten opzichte van de referentieontwikkeling (Laurier, 1984) toegepast. Een selectie van de resultaten (die verder als invoergegevens fungeren in het rekensysteem) is opgenomen in tabel 1. In figuur 4 zijn de emissietijdpaden in de drie scenario's (RF, LA, HA) grafisch weergegeven.
EMISSIES
Tabel 1. S02-, NC^-, CxHy- en NH3-emissies in Nederland.
S02 N°X CxHy NH3 RF LA HA RF LA HA RF LA HA RF LA HA 1980 486 502 441 140 1985 527 545 442 151 1990 568 471 421 589 524 421 443 430 392 164 144 1 1 1 1995 609 415 315 633 503 482 444 418 342 177 137 70 2000 651 360 209 677 482 371 445 407 292 190 130 30
RF = Referentie Scenario
LA = Beperkte Bestrijding Scenario
HA = Intensieve Bestrijding Scenario
700
EMISSIES 1 0
Conclusies
In 2000 is de totale S02-emissie in het LA-scenario 55% van de referen-tiewaarde, de NOx-emissie 71%, de C^Hy-emissie 91% en de KH3-emissie 68%. In het HA-scenario zijn deze percentages respectievelijk: 32%, 55%, 66% en 16%.
4. CONCENTRATIES EM DEPOSITIES
Inleiding
De emissies van SO2, NO^ en NH3 leiden tot concentraties in de lucht van deze stoffen, alsmede van diverse produkten van chemische reacties in de atmosfeer. De emissies van koolwaterstoffen dragen bij tot de vorming van ozon (03). De stoffen kunnen na een variërende verblijftijd in de lucht neerslaan als gas, vloeistof of vaste deeltjes, of over de grenzen worden gevoerd en elders neerslaan. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen natte depositie, waarvan de samenstelling en omvang in sterke mate wordt bepaald door de neerslagverdeling en droge depositie, die wordt bepaald door de concentratie in de lucht en de depositiesnel-heid van de droge stof. Deze sneldepositiesnel-heid is afhankelijk van de terreinge-steldheid. Boven bossen is de snelheid groter dan boven lagere begroei-ing, zoals heideterreinen.
De locatie en aard van de emissiebronnen en de wind zijn de belangrijk-ste factoren in de bepaling aan het patroon van luchtconcentraties boven Nederland, Ondanks schommelingen in de concentratieniveaus per locatie over de afgelopen jaren (1979-1984, zie RIV-NMl-rapporten) is het patroon voor elk van de stoffen betrekkelijk stabiel. Dit betekent vermoedelijk dat noch het patroon van de bronnen, noch het karakter van de wind sterk is veranderd in die jaren. In Figuur 5 zijn de concentra-tiepatronen van S02, N02 en NH3 voor 1981 weergegeven. De regionaal gemiddelde concentraties zijn in Tabel 2 samengevat.
De heersende luchtconcentraties en deposities worden deels bepaald door de Nederlandse emissies, deels door grensoverschrijding van in het buitenland uitgestoten verontreinigingen. Dit geldt met name voor S02 en ttOjj. De verspreiding van ammoniak lijkt vooralsnog van beperkte aard, zodat buitenlandse bronnen voor de NH3~concentraties niet van belang worden geacht. Veranderingen in de koolwaterstofemissies in binnen- en buitenland worden, bij gebrek aan gegevens, geacht te leiden tot navenante veranderingen in de O3-concentraties in Nederland.
Structuur en werking
In deze proefstudie worden de regionale gemiddelden van de jaargemid-delde concentraties berekend van 1980 tot en met 2000 voor elk van de tien bosgebieden (zie Figuur 1).
CONCENTRATIES / DEPOSITIES
Tabel 2. Starcwaarden luchtconcentraties
(Mg/m3; jaargemiddeld, regiogemiddelden).
1.
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. REGIO Noord-Oost Oost Veluwe Utrecht West-Brabant Oost-Brabant Kust Z u i d - L - m b u r g Noord-West zui d- West so2 18 23 • 21 25 33 32 21 28 17 29 N°x 25 28 34 31 32 36 29 34 24 33 °3 42 41 36 39 43 33 52 31 48 40 NKj 13 23 16 14 16 23 5 8 10 11ron: 1) voor S3 , t)Ox en O zijn regional« gemiddelden berekend op basis van RIV-NML eeetgegevens, 1983/81.
2) de KH,-vaarden lijn berekend door de laagste concentratie uit Figuur Sc (uit Van Aalst ( 1 9 8 4 ) ) voor de kustregio te nemen en' vervolgen« op grond van verhoudingsgetallen afgeleid uit
regi-onale eiulssletotalen (gebaseerd op grid-emissies <van Buynun .£!££• 1984) de andere regie-concentraties, te bepalen.
CONCENTRATIES / DEPOSITIES 13
l
in de bijdrage tot concentraties en deposities tot gevolg heeft), danwel de eigen trend volgt (hetgeen tot verschuivingen in genoemde ver-houdingen leidt).
Voor de berekeningen van de concentraties en deposities voor de tien regio's van 1980 tot 2000 zijn de volgende technische veronderstellin-gen gehanteerd:*
1) Vanwege het stabiele patroon zijn veranderingen in de luchtconcen-traties primair het resultaat van veranderingen in de emissies. 2) Veranderingen in de emissies die zijn berekend of geponeerd op
nati-onaal niveau, worden geacht naar rato van de regionale bronnendicht-heid proportioneel te leiden tot veranderingen in regiogemiddelde concentraties•
3) De locatie van de belangrijkste bronnen voor elk van de stoffen wordt verondersteld in de rekenperiode gelijk te blijven.
4) De depositie van stoffen wordt berekend op basis van de berekende luchtconcentraties, gegeven depositiesnelheden voor droge depositie en correctiefactoren om de natte depositie toe te voegen. Hierbij wordt derhalve een constante totale neerslag en regionale neerslag verdeling verondersteld.
5) Voor bosgebieden wordt een hogere depositiesnelheid gehanteerd dan voor heideterreinen.
In Figuur 3 is de structuur van het concentratie- en depositie-blok schematisch reeds aangegeven. In Tabel 3 is de uitwerking daarvan in de vorm van wiskundige vergelijkingen samengevat. Hiermee worden de veran-deringen in emissietotalen omgezet in concentraties en vervolgens in deposities. Concentraties in de lucht worden in het algemeen uitgedrukt in microgrammen per kubieke meter (pg/m^), waarbij (uit de verschillen-de mogelijkheverschillen-den) hier is gekozen voor jaargemidverschillen-delverschillen-de 24-uurswaarverschillen-den (zie RIV-NML-rapporten). Deposities worden uitgedrukt in kilogram of kmol (= kilogram gedeeld door het moleculair gewicht van de stof) per hectare per jaar.
De concentratieberekeningen verlopen als volgt. De te berekenen concen-tratie van, bijvoorbeeld, NHj in een bepaalde regio (I) voor een bepaald jaar (t) na 1980 (CA(D) wordt bepaald door de verandering in de totale emissie van ammoniak (=EA (berekende emissie voor jaar t) gedeeld door AO (de emissie in 1980) ) te vermenigvuldigen met de begin-concentratie (anno 1980) van ammoniak in de betreffende regio. Voor SO7, N07, O, wordt de verandering in de verhouding "binnenlandse
bij-drage : buitenlandse bijbij-drage" berekening.
(c1:c2 en c3:c4) verdisconteerd in de
