in de waterhuishouding'

TECHNISCHE HOGESCHOOL

Afdeling der Civiele Techniek

'Systeembenadering en modellering in de waterhuishouding'

36e Vakantiecursusin d ~ k w a t e ~ o o n i e n i neng afvalwaterbehandeling 4 en 5 januari 1984 te Delft

Reeds in onderstaande volgorde in boekvorm verschenen de voordrachten van de volgende cursussen: 1. Filtratie; 2. Vervaardiging van buizen voor transport- en distributieleidingen; 3. Winning van grondwater; 4. Waterzuivering; 5. Hyg?enische aspecten van de drinkwatervoorziening; 6. Het transport en de distributievan leidingwater; 7. Keuze, aantasting en bescheming van materialen voor koud- en warmwaterleidingen; 8 , 9 en 10. Enige wetenschappelijke grondslagen der waterleidingtechniekI, I1 en III; 11. Radioactiviteit; 12. Grondwater; 13. De Rijn; 14. Nieuwe ontwikkelingen in de waterleidingtechniekop physisch, chemisch en biologisch gebied; 15. De watervoorzieningen de industrie; 16. Gebruik van moderne statistischemethoden; 17. Kunstmatige infiltratie; 18. De biologie en de watervoorziening; 19. Snelfiltratie; 20. Physische technologie van de waterzuivering; 2 1. Van goed naar beter water; 22. Het ontwerpen van watenuiveringsinstallaties; 23. Kwaliteitsbeheersing bij de openbare drinkwatervoorziening; 24. De Maas; 25. De openbare watewoorziening in de maatschappijvan morgen; 26. Watertransport door leidingen; 27. Regele n stuurtechniek in het waterleidingbedrijf; 28. De winning en aanvullingvan grondwater en bei'nvloeding van de omgeving; 29. Nieuwe zuiveringstechnieken; 30. Distributienetten en binnenleidingen; 31. Drinkwater in breder verband: 32. De drinkwatervoorzieningin ontwikkelingslanden; 33. Toxicologische aspecten van drinkwater; 34. Microbiologie bij de waterbereiding; 35. Europees milieubeleid en de gevolgen voor de waterleidingbedrijven; 35. Europees milieubeleid en de gevolgen voor de waterleidingbedrijven.

T. A. SPRONG. J. W. PULLES, W. SUVA and R. R. JANSEN: The policy document: 'De waterhuishouding van Nederland' and the research done for it The Rijkswaterstaat together with the Rand Corporation (Santa Monica, California) and the Delft Hydraulics Laboratory have performed amajor policy analysisfor the Dutch Watermanagement. (A Policy Analysis for the Watermanagement of theNether1ands;PAWN). With the results of this study the Dutch government has drafted its official watermanagerial policy document (de nota: 'De waterhuishouding van Nederland'). This paper deals with some of the investigationsdone within the PAWN-project and gives a comparison between the new policy document (1984) and a previous one from 1968.

M. A. DE RUITER: Water quality planning for the Dutchsurface waters, serious or a joke Due to a change in the Surface Waters Pollution Act, waterquality plans have to be drawn up by theMinistry of Public Works on behalf of the Public Waters and by the Provinces for the remaining waters before the 1st of January 1984. It is essential that in the plans ismentionedwhat functions the surface waters perform for, for instance drinking-water supply, swimming-water and so on. Furthermore the quality of the surface waters must be tested to the criteria. Does the quality not meet the needs than measures have to be takeninorder to be able to meet the criteria, within fixed time. It proves from the known draft plans of the 3 1st of December 1983 that the greater majority ofsurface waters do not meet the criteria in respect of one or more parameters. In general the presented measures prove not to be sufficient to meet the requirement within the fixed time. The way in which this is presented is different for all plans (own requirements, referring to foreign countries, codswallop strategy and so on). It proves that the plans have reached a deadlock because of three factors: insufficient money, resulting from the protest of the population against a further increase in the pollution levy; insufficient power, in respect of the pollution from abroad or theinfluence of the agriculture; insufficient knowledge to be able to mention clearly what measures will he necessary to meet the requirements. It is suggested that the Public Authorities in an open discussion with the drafters, insist on further working-out of the problems mentioned in the plans.

J. P. G. VAN D E KAMER and J. H. M. VAN DER MEULEN: Waterquality models applied for planning and management of Lake Grevelingen The application of mathematical models in two watermanagement studies with respect to Lake Grevelingen is discussed. The first study concerns the optimal management of the sluice in the Brouwersdam. By use of this sluice the chloride concentration of the lake has to be kept sufficiently high, without introducing depletion of oxygen near the bottom as aresult of stratification. The second study concerns the prediction of the waterquality of the lake in case of a future decision to make it a fresh water lake.

B. G. M. VAN DE WETERING: Application of water quality models On the basis of a short survey of the concept of mathematical models it is indicated in which ways this 'instrument' can he used on the one hand for research and on the other hand for management and policy-making in the field of the water environment. A mathematical model laysdown in a systematicway the existing knowledge of the system to be modeled. Analysis of the results of model computations can show that on important aspects this knowledge is still insufficient. Further research to fill up these gaps can he structured in this way. On the other hand it is possible to forecast the hehaviour of the modeled system under certain changes. This means that the instrument is also practicable in answering management or policy questions. The theoretical part is elucidated withsome examples out of the work of the State Institute for Waste WaterTreatment. URI SHAMIR: Modelling for Water Supply Planning Ln planning of water supply systems there is a spectrum of aspects: from long range planning of the water supply, in conjunction with overall regional development, to determination of the system's operation under expected future demands. Models used to aid decision making in all these aspects should be viewed as a hierarchy. At the top are simplified aggregate models, and at the bottom models for optimal operation. This paper concentrates on modelling in the 'middle range' of this spectrum: planning, design and operation of water supply system. The paper first discussesseveral aspects of the basic philosophy underlying the planning issues-demand management, objectivesand constraints, stochastic aspects, time horizons and time steps-and the use of optimization andsimulation models. The remainder of the paper describes briefly models for planning and models for design and operation - their structure, decision variables, constraints, objective functions. and methods of solution.

P. J. DE BRUIJN: The simulation model DRISIM, a tool for planning public water supply A simulation model isdescribedwith which altemativesof the developmentover time of a public watersupply system can be generated and analyzed. The structure and main characteristics of the model are elucidated. The application of the model is discussed for three studies differing with respect to planning authorities involved, objectives and areal extend of the supply system considered.

P. K. KOSTER: Cost aspect8 in planning modelsfor d r b k h g water snpply The cost of alternatives are an important criterion in planning models for drinking water supply. The cost can be handledin severalways, varyingfrornrules of thumb for ~roductionand transportation cost to detailed cost price calculations. Often idvestment functionsare usedinwhich the relationship is given between amount of investment and installed Gpa&y. Cost prices are calculated using the unuity method; they depend on future water demand and interest rate. The concept optimal filling-up time is explained. Distinction is made between iked and variable cost. Schematically is shown in which way detailed cost calculations in simulation models take place. Some studies are summarized in which the presented methods have been used.

F. J. J. BRINKMANN and A. H. M. BRESSER: Evaluation of Drinking Water Quality especially in behalf of Water Supply Planning The number of parameters in which waterquality can be expressed has been strongly increased in the last years. This enhancement has been caused by the shown impact of environmental pollution on some watersupplies as well as by the improved methods of analysis. The quality of drinking water can he of influence on the health of the consumer. Moreover other public health related aspects have also been recongnised, like the location of the source and like the treatment process applied. In short these aspectsstand for the concerned supply as a whole. Less directly hut at least indirectly related with public health are the so-called safetyfactors. Examples are sensitivity of a source and/or a process for calamitiesas well as complexity of a winning and purification process. Up till now the valuation of a supply or plan as for quality aspects was carried out in general by experiencedwater supply chemists. In an inscrutable and subjectiveprocedure they combined these aspects to their final opinion. This publication describes a new method for a more transparant and objective estimation of drinking water sources as far as public health is concerned. It is based on weighing by a panel, it has already been applied in the Netherlands. The method has in especiallyto be considered for the comparison of plans in relation to new supplies. K. BAKKER. H. J. G. HARTONG and L. A. BENTSCHAP KNOOK: Computer system for the management and control of sewage pumping stations in the West-Friesland region (1) The overall capacity of pumping stations in the WestFriesland regon exceeds the hydraulic capacity of the sewage treatment plant. A computer system is installed to limitate the maximum discharge to the treatment plant. Therefore use has been made of experienced spatial variations in precipitation in the area. An illustrated example of this matter is worked out. This article is the first of two articles and discusses the specific problems encountered and the filosophy applied to the management and control system. H. J. G. HARTONG, C. G. VAN DER POLL and J. A. SURINK: Computersystem for the management and control of sewage pumping stations in the Westfiiesland region (2) The waste water from the Westfriesland region in the Netherlands is treated in the central waste water treatment plant Wervershoof. The waste water. mostly from combined sewer systems, is transported to the treatment plant by means of a nehvork of pumping stations and pressure mains. This network is controlled and operated by a telecommunication system and process computer. One of the functions of this system is to optimize the operation of the sewer systems and the waste water transport system at storm events. In this second article the design and realization of the system are discussed.

De nota: 'De waterhuishouding van Nederland' en het voor deze nota verrichte onderzoek

Inleiding D e 36e vakantiecursus Drinkwatervoorziening en afvalwaterbehandeling met het onderwerp 'Systeembenadering en modellering in de waterhuishouding' is zodanig opgezet dat er een aantal afzonderlijke onderwerpen is te onderkennen. Een van deze onderwerpen is de nota: 'De waterhuishouding van Nederland'. In een zestal lezingen is getracht de ontstaansgeschiedenis van deze nota toe te lichten. Dit artikel vormt een samenvatting van deze lezingen. De verhandeling is als volgt opgebouwd. In eerste instantie wordt ingegaan op de

IR. T. A. SPRONG Hoofddirectie Waterstaat

IR. J. W. PULLES Hoofddirectie Waterstaat

IR. W. SILVA D~rectieWaterhu~shouding en Waterbeweging

ING. R. R. JANSEN Directie Waterhuishouding en Waterbeweging

conclusies van de oude nota uit 1968. Om de verschillen tussen de oude en de nieuwe nota 1983 duidelijk te kunnen maken wordt de bij de oude nota gevolgde berekeningmethodiek zeer in het kort behandeld. Hierna wordt uitgebreider, maar nog steeds sumrnier, ingegaan op enkele voor de sector drinken ind~striewatervoorzienin~ relevante aspecten van het onderzoek dat aan de nieuwe nota ten grondslag ligt (de PAWN-studie). Na enkele algemene beschouwingen over de PAWN-studie wordt de modellering van twee van de beschouwde sectoren belicht. In verband met de doelgroep van deze cursus is hierbij voor de landbouw en de drinken industriewatervoorziening gekozen. Vervolgens worden enkele relevante conclusies van het onderzoek behandeld. Het artikel wordt afgesloten met een beschouwing over het gestelde in de nieuwe nota in relatie tot datgene, wat in de oude nota verwoord is. Gezien de omvang van de PAWN-studie kan slechts een globaal en zeer fragmentarisch

beeld van het venichte onderzoek gegeven worden. Voor meer informatie zij venvezen naar de twintigdelige documentatie (Randcorporation, 1983) en de nota: 'Een beleidsanalyse voor de waterhuishouding van Nederland (PAWN)' die in de loop van 1984 zal verschijnen.

De nota 'De waterhuishouding van Nederland' uit 1968 Kenmerken van de nota Het schetsen in kort bestek van een nota van 181 gedrukte pagina's (inclusief bijlagen) is een hachelijke onderneming. Daarbij moet in het oog gehouden worden dat de nota van 1968 niet 10s gezien mag worden van het tijdperk waarin hij is verschenen. Prognoses en conclusies, die nu wellicht verbazing wekken, waren met de informatie van toen rationeel. Ook moet bedacht worden dat de nu volgende beschrijving eveneens gedateerd is. In de nota speelt de filosofie voor de macrostructuur een centrale rol. Dit is in lijn met de in de nota geformuleerde doelstelling, namelijk: 'de weg aan te geven, die zal moeten worden gevolgd om in de toekomst tot een goed functionerende waterhuishoudkundige infrastructuur te geraken'. Deze filosofie is gebaseerd op de uitkomst van een aantal waterbalansen. Een voorbeeld hiervan is te vinden in tabel I. Aan de opstelling van deze waterbalansen lagen relatief eenvoudige berekeningen ten grondslag. Opmerkelijk is dat hde nota het kostenaspect buiten beschouwing is gebleven. O p de berekeningen en de waterbalansen wordt nog teruggekomen. Opvallend is verder dat op slechts twee belangen uitgebreid wordt ingegaan, te weten: d e agrarische sector en de drinken industriewatervoorziening. De andere bij de waterhuishouding betrokken belangen komen niet of nauwelijks aan de orde'. We1 wordt de afwaterings- en de verziltingsproblematiek uitvoerig behandeld.

Berekeningen Ter wille van de vergelijking met de berekeningen, die aan de nota ' 1983' ten grondslag hebben gelegen, is het gewenst om een korte schets te geven van de herkomst van enkele getallen van de waterbalans. Bij de bepaling van het aanbod van water door ~ i j n~, a a en s kleine rivieren is voor de diverse waterbalansen uitgegaan van de gedurende tientallen jaren geregistreerde dagelijkse afvoeren. Deze afvoeren zijn gesommeerd tot maandelijkse afvoeren. In de aldus verkregen cijferreeksen voor bijvoorbeeld de Rijn in de maand juni is vervolgens de afvoer opgezocht, die slechts eenmaal in de twintig jaren wordt onderschreden. Het resultaat hiervan is weergegeven in afb. 1 (Rijn, juni, D = 95%). Een analoge procedure is gevolgd voor de zomer als geheel. De op deze wijze verkregen zomerafvoer voor de Rijn (2 1,l miljard m3) is tenslotte verdeeld over de zomermaanden (afb. I : Rijn, zomer, D = 95%). In beginsel is eenzelfde techniek gevolgd bij d e bepaling van de waterbehoeften nodig voor de landbouw en peilbeheersing. Uitgaande van historische gegevens voor de neerslag (N) en de verdamping E,) zijn reeksen geconstrueerd voor de potentiele gewasverdamping (fE,- N). Op deze gewasverdamping is, een bijdrage van het in de bodem aanwezige water in mindering gebracht. Het resultaat is weergegeven in afb. 2. Door nu deze waterbehoeften te vermenigvuldigen met het oppervlak cultuurgrond wordt de totale waterbehoefte verkregen. Terzijde zij opgemerkt dat de bijdrage uit de bodem afhankelijk is van de grondsoort. Hiermee is rekening gehouden door voor de factor Bs uit afb. 2 verschillende waarden voor de diverse grondsoorten in te D e cijfers in de nota voor het huishoudelijk en het industrieel waterverbruik zijn gebaseerd o p een rapport 'De toekomstige drinkwatervoorziening van Nederland', zij het dat onder andere met het oog op onvenvachte ontwikkelingen in de industrie

TABEL I - Beschikbaar water en waterbel~oeftenin een zornr.rl~alfiaar met een droo~tegraadD = 95% omstreeks 2000. Beschikbaar water in miliarden m3 Nederland: Rijn Maas Kleine rivieren Ahvatering Ned. gebied Grondwater Spaarbekkens Gereinigd afvalwater

Waterbehoeften in miliarden m3 2 1.1 0.7 0.5 0.8 0.8 1.0 I,I

Huishoudelijk verbmik Industrieel verbmik Peilbeheersing en wateraanvulling in de landbouw Doorspoeling Verziltingsbestrijding Nieuwe Watenveg Sluitpost

Totaal

26.0

Bron: nota 'De waterhuishouding van Nederland'. 1968

Totaal

4,7 8.6 26.0

005'1.

=

DROOGTEGRAAD

MET

05.1.

KANS

VAN

geen tekorten zijn kunnen er zich plaatselijk en voor een zekere tijd we1 problemen voordoen. Een beter inzicht wordt a1 verkregen door Nederland te verdelen in een noordelijk deel dat vooral afhankelijk is van het IJsselmeer en een zuidelijk deel dat rechtstreeks voorzien kan worden uit de grote rivieren. Een verfijning in de tijd kan vemolgens worden bereikt door bijvoorbeeld een 95% droge junimaand te beschouwen. Uit de balans voor een dergelijke maand voor Noord-Nederland blijkt dat er inderdaad een tekort venvacht kan worden (zie tabel 11). Niet alleen wordt voor de drinkwatervoorziening gerekend op het spaarbekken IJsselmeer, bovendien is naast de huidige voorraad op het IJsselrneer (0.20 m) nog een extra waterschijf van 0.20 mvereist. Bedenkt men verder dat juli en augustus eveneens droog kunnen zijn, dan is daarmee verklaard dat deze nota denkt aan grootschalige voorraadvorming. Ook voor het zuidelijk deel zijn dergelijke waterbalansen opgesteld. In tegenstelling tot het noordelijk deel kan niet beschikt worden over een voorraadbekken. Dit houdt in dat in veel sterkere mate rekening gehouden moet worden met de fluctuaties in de dagelijkse afvoer. Uit tabel I11 blijkt dat alhoewel het minimum maandgemiddelde voor juni voldoende is, er niettemin dagen kunnen voorkomen waarin niet aan de behoefte kan worden voldaan.

OVERSCHRIJDING

"\

I \ I I

I

I

Afb. I - Afvoerer~van de Rijrl en Mom.

rekening is gehouden met een extra hoeveelheid water.

Wnterbalansen In de nota zijn verschillende waterbalansen opgenomen. Tabel I geeft bijvoorbeeld de balans voor Nederland als geheel voor een zomerhalfjaar met een droogtegraad van 95% omstreeks het jaar 2000. Deze droogtegraad van 95% was zo gedefinieerd dat in slechts 1 o p de 20 zomers het totale aanbod

van water geringer zal zijn. Uit de balans blijkt dat aan de aanbodszijde de Rijn een alles overheersende rol speelt. Aan de vraagzijde valt op dat de verziltingsbestrijding (doorspoeling en verziltingsbestrijding Nieuwe Waterweg) zeer veel water vergt. De sluitpost tenslotte geeft aan dat er over de gehele zomer gezien, voldoende water is. Het aldus verkregen inzicht is echter onvolledig. Hoewel er over geheel Nederland gezien en gesommeerd over de gehele zomer

TABEL I1 - Wnrerbnlnnsnoordelijk deel vnn Nederland irl een 95% droae irtnimaa~rd. Beschikbaar in mln m3

+

IJssel kleine rivieren Uitslag polders Gereinigd afvalwater Grondwater Spaarbekken Huidige voorraad (0.20 m)

Behoeften in mln m3 Verdamping (-neerslag) Doorspoeling Huishoudens + industrie Peilbeheersing, wateraanvulling

Tekort

*

Dit komt overeen met een peilverschil van 20 cm op het IJsselmeer.

Conclzaies I n de nota worden diverse grondslagen voor d e waterhuishoudkundige infrastructuur geformuleerd. Een aantal vloeit rechtstreeks voort uit de opgestelde waterbalansen. Dit betreft: - de noodzaak tot het bestrijden van de verzilting (grote post op de waterbalans); - een hoge prioriteit voor de bestrijding van d e verontreiniging van de Rijn; - de grotere voorraadvorming op het IJsselmeer ; - de Noord-Zuidkoppeling. Bij het laatste project gaat het om een koppeling van hoofdonderdelen van het waterhuishoudkundig systeem te weten de rivieren Waal en Nederrijn enerzijds en het IJsselmeer anderzijds door een aanpassing van het Amsterdam-Rijnkanaal (gemalen) en het IJmeer (sifon). Hierdoor zou het mogelijk worden om de benodigde voorraad in het IJsselmeer sneller op te bouwen (koppeling Zuid-Noord) alsmede om in perioden van lage waterafvoeren (zie tabel 111) met name Midden-West Nederland van water te voorzien (koppeling Noord-Zuid). Naast d e bovengenoemde grondslagen, waarvan overigens slechts een gedeelte hier is weergegeven, bevat de nota een aantal uitspraken, die rechtstreeks betrekking

hebben op de drinken industriewatervoorzieni-ng. Z o vermeldt de nota dat het grondwater in de eerste plaats bestemd is voor de produktie van drinkwater en gaat daarbij uit van een winbare hoeveelheid van 1.500 mln. Verder gaat de nota gezien de hoge behoefte, uit van een aantal grootschalige projecten te weten het spaarbekken IJsselmeer, de infiltratie op de Veluwe, het spaarbekken Biesbosch en het spaarbekken GreveIingen.

Algernene inleiding PAWN-studie Doelstelling en rnethodologie D e PAWN-studie (Policy analysis for the Watermanagement of the Netherlands) is uitgevoerd in een sarnenwerkingsverband tussen de Rijkswaterstaat, de Randcorporation (Santa Monica, Califomie) en het Waterloopkundig laboratorium. De studie heeft tot doel gehad een inzicht in de landelijke waterhuishouding van Nederland te geven. Zij diende dit te doen door: 'de samenhang en de verhouding tussen de verschillende bij de waterhuishouding betrokken belangen duidelijk te maken; eventuele knelpunten te signaleren; aanbevelingen tot oplossing van deze knelpunten te geven en tenslotte de gevolgen van deze oplossingen in zoveel mogelijk factoren duidelijk te maken'. De studie diende zo objectief mogelijk uitgevoerd te worden en geen impliciete beleidskeuzes te doen. Enkele van de hierboven aangegeven uitgangspunten van de studie behoeven een nadere toelichting. Het landelijk karakter van d e studie heeft direct zijn beperkingen gelegd op de wijze van modellering. Immers, omdat het gehele land bestudeerd moest worden en de verschillende modellen en de hiermee samenhangende hoeveelheid te verzamelen invoergegevens, hanteerbaar dienden te blijven, legde dit direct zijn beperkingen voor d e k a t e van regionale detaillering op. D e landelijke-waterbehoeften bestaan echter uit d e som van de regionale behoeften. Hierdoor diende toch vaak tot in de regio's afgedaald te worden. Om deze redenen heeft soms een vrij grove schematisatie plaats moeten vinden. Dit heeft tot gevolg gehad dat bepaalde uitkomsten, die voor een wat

-\so

Afb. 2 - Gemiddelde chronologische o~~erscl~rijdingskrommer~ van de marimitnl waterbel~oeftevoor agrarisclte doeleinden.

groter gebied nog we1 realiteitswaarde hebben, niet zonder meer met plaatselijke omstandigheden in de praktijk zijn te vergelijken. Voorbeelden hiervan zijn de berekende veranderingen van de grondwaterstanden. De lezer van de PAWNrapporten en de nota: 'De waterhuishouding van Nederland' dient hiermede bij de interpretatie van de resultaten rekening te houden. Sterk regionale conclusies zijn niet met de hier te bespreken methodieken te trekken. Dit is een zaak voor regionale studies. Het bestuderen van de gevolgen van de mogelijke maatregelen in zoveel mogelijk facetten vereist een brede opzet van de studie. Ook hier dient om dezelfde redenen als bij de regionale uitwerking, de mate van

TABEL 111- Aari~loervan water naar en waterbehoefin iri zrcid~vestelijkNederlarid (gemiddeldover de aanReReven maar~d). (m3 1 s )

April

Mei

Juni

Behoeften Benodigde Rijnafvoer

606 700

686 792

836 976

729 846

65 1 75 1

583 675

Minimum maandgemiddelde Minimum daggemiddelde Jaar van voorkomen

832 800 '2 1

985 820 '2 1

986 9 10 '34

1.011 920 '49

8 15 755 '49

782 750 '49

Zlrid

Juli

Au~ustus September

detail beperkt te blijven. Als gevolg hieman zijn de door het PAWN-team ontwikkelde modellen soms veel sterker geschematiseerd dan doorgaans bij de modellen van de verschillende sectoren zelve gebruikelijk is. Vaak behoeven de hier genoemde beperkingen de beleidsrelevantie van de resultaten van dit onderzoek niet aan te tasten. Een voorbeeld moge dit verduidelijken. Indien de studie zou uitwijzen dat de kosten van een bepaalde maatregel de baten met een factor ldoverschrijden, dan heeft het weinig zin om ten koste van veel moeite, met een nadere detaillering de baten enige tientallen procenten nauwkeuriger te bepalen. Voor de oplossing van de waterhuishoudkundige problemen is in principe een groot aantal maatregelen van verschillende aard " voorhanden. Hierbij beschikt men over maatregelen op zowel het technische als het bestuurlijke vlak. Zo kan men denken aan het aanleggen van bepaalde werken (gemalen, kanalen en dergelijke) om de wate~oorzieningsmogelijkhedente vergroten, alsmede aan maatregelen die de vraag beperken (door bijvoorbeeld de invoering

d

A N A L Y S I S OF EXISTING SITUATION

, BOTTLE N E C K S A N A L Y S I S OF FUTURE SITUATION WITH EXISTING POLICIES

SCREENING OF ALTERNATIVES

'

NUMEROUS

ITERATION POLICY

SENSITIVITY ANALYSIS

A -

DESIGN

A -

A PROMISING

ASSESSMENT OF IMPACTS

COMPARISON

-b

OF POLICIES

-b

DECISIONMAKING

PREFERRED POLICY

Afb. 3 - Stnges of policy m~o!ssi.~ in PA IVN.

van heffingen of het hanteren van bepaalde verboden). O m tot een goed en evenwichtig beleid te komen, zal men a1 deze maatregelen afzonderlijk, maar ook in al hun onderlinge combinaties op hun vele gevolgen voor de samenlevingmoeten onderzoeken. Dit is een te omvangrijke taak. Daarom is hierbij gebruik gemaakt van een door de Randcorporation ontwikkelde gefaseerde aanpak (zie afb. 3), waarbij het aantal in detail te bestuderen varianten binnen redelijke grenzen blijft. In het schema zijn een drietal fasen te onderscheiden, te weten: 1. D e selectie van veelb.elovende maatregelen (in de Randterminologie: screening). Bij deze fase worden de verschillende maatregelen afionderlijk en op een globale wijze op hun bruikbaarheid getoetst. Deze fase werkt als een grove zeef. 2. Het ontwerpen van beleidsvarianten (policy-design). In deze fasen worden de verschillende maatregelen, die de screeningsfase overleefd hebben, op een zo goed mogelijke wijze tot beleidsvarianten gecombineerd. 3. D e analyse van de gevolgen van deze beleidsvarianten (impact-assessment).

Bij deze fase worden de gevolgen van de onder 2 gevonden varianten in zoveel mogelijk facetten bepaald en zo overzichtelijk mogelijk gepresenteerd, zodat voor de beslisser een keuze mogelijk wordt. ./ - PA WN-sj,steer,ldiRgrn,,r,

-

-.-.-.-

Gegevensatroorn

~~~J~~

Door deze procedure te volgen worden we1 alle maatregelen bestudeerd, maar vindt de detailuitwerking slechts voor een beperkt aantal combinaties plaats. Bij deze methodiek zijn een aantal iteraties mogelijk. Hierdoor kunnen op grond van de analyseresultaten nog andere combinaties aan de te onderzoeken beleidsvarianten worden toegevoegd; maar kan ook de beslisser invloed op het verloop van de studie uitoefenen. In een later stadium is aan het oorspronkelijke schema nog een probleemverkennende fase toegevoegd. Hierbij wordt onderscheid gemaakt in een fase waarbij de problemen in d e huidige omstandigheden worden geanalyseerd en een fase waarbij de gevolgen van een autonome groei van de verschillende belangen wordt onderzocht, zonder dat het waterhuishoudkundige beleid wordt aangepast. De vier hierboven geschetste fasen (probleemanalyse, screening, policy-design, en impact-assessment) zijn niet alle op eenzelfde evenwichtige wijze doorlopen. Als gevolg van de gevonden resultaten heeft met name de screeningsfase relatief veel aandacht gekregen. Binnen het screeningsonderzoek heeft de nadruk vooral op de analyse van de maatregelen ter verbetering van de landbouwwatervoorziening gelegen. Dit laatste houdt verband met het feit dat de landbouw verreweg de grootste gebmiker van het water uit het waterhuishoudkundige systeem is. Bij de PAWN-studie is een aantal sectoren in beschouwing genomen, te weten: - landbouw - scheepvaart - drinkwatervoorziening - industrie - elektriciteitsvoorziening - natuur en milieu.

verschillende aspecten (bijvoorbeeld geld, aantallen, vogels etc.) op CCn noemer (bijvoorbeeld procenten) worden gebracht; 2. een fase, waarbij gewichten aan de verschillende aspecten worden toegekend. Bijvoorbeeld: het handhaven van een groot aantal vogels is driemaal zo belangrijk als het verminderen van de landbouwschade; 3. de feitelijke berekening van het beoordelingscriterium. Aan de hand van een sterk vereenvoudigd voorbeeld dat in tabel IV is opgenomen zal getracht worden het een en ander te verduidelijken. In dit voorbeeld moet een keuze gemaakt worden tussen drie mogelijkheden om naar Parijs te reizen, te weten met behulp van de auto, de trein en het vliegtuig. Voor deze drie mogelijkheden zijn de belangrijkste gegevens, waarop doorgaans een keuze gebaseerd wordt, aangegeven. Naast reistijd en reiskosten zijn hier enkele kwalitatieve elementen opgenomen zoals privacy en het aantal uren van de reistijd dat men onder stress reist. Bij dit laatste aspect moet men bij de auto denken aan de tijd dat men wacht in files, bij de trein de tijd dat men sjouwt met zijn bagage en bij het vliegtuig naast dit sjouwen met bagage de tijd die met Impact-assessment Kenmerkend voor de PAWN-studie is, dater inchecken en dergelijke gemoeid is. In de standaardisatiefase worden deze op zich in deze fase niet getracht is om de verschilonvergelijkbare aspecten vergelijkbaar lende berekende gevolgen van een bepaalde gemaakt. Hierbij worden de reele grootheden variant onder CCn noemer te brengen. Bij de in kunstmatige omgezet. Voor deze presentatie van de resultaten blijven de standaardisatiefase zijn vele methoden gevolgen van de verschillende maatregelen beschikbaar. Z o kan men het altematief dat voor de beschouwde sectoren uitgedrukt in o p een bepaald aspect het beste voldoet de hun oorspronkelijke eenheden. Dit kunnen zeer verschillende parameters zijn, zoals geld, waarde 1 meegeven, het alternatief dat het slechtst voldoet de waarde 0 en de overige vcrandcringen in de grondwaterstanden, de alternatieven een waarde hiertussen, waarbij mate van doordringing van hct Rijnwater in dc regio, het gcdeelte van hct drinkwater dat volgens de oorspronkelijke verhoudingen uit he; gondwater wordt bereid en dergelijke. lineair ge'interpoleerd wordt. In dit voorbeeld Daarnaast zijn ook kwalitatieve argumenten, is het steeds evident wat het beste en wat het slechtste alternatief voor elk aspect is; in de zoals 'dit lijkt beter dan dat', gehanteerd. Deze aspecten worden op een overzichtelijke praktijk is dit veelal veel minder duidelijk. wijze gepresenteerd. Rand gebmikt hier de Aan de hand van de hier geschetste term 'score cards' voor. Aan de hand van standaardisatiemethode (I) is de bovenste deze tabellen kan de beslisser zich een tabel in de tweede tabel omgezet. Door een oordeel over de betreffende variant vormen voorkeur voor een van de aspecten uit te en een keuze maken. Eventueel kan hij hierbij spreken kan deze standaardisatiematrix in door het toevoegen van kleuren aan deze andere omgezet worden. Bijvoorbeeld als tabellen geholpen worden (bijvoorbeeld men de reiskosten 2 x zo belangrijk vindt als groen voor de beste score binnen een bepaald d e overige aspecten, door de factoren van de aspect en rood voor de slechtste). tweede tabel voor de reiskosten met 2 te In deze fase is bewust van het toepassen van vermenigvuldigen. O p deze laatste matrix bepaalde technieken, zoals bijvoorbeeld de wordt de wiskundige bewerking uitgevoerd multicriteria-analyses afgezien. Hienoor is en wordt elk alternatief in een waarde een aantal redenen te geven. Om deze uitgedrukt waaruit het te prefereren alterbezwaren duidelijk te kunnen maken moet natief zou moeten blijken. wat dieper o p deze technieken worden Voor het toekennen van de preferenties en ingegaan. voor de wiskundige bewerkingen is een groot Bij d e multicriteria-analyses is een groot aantal methoden voorhanden. Hier is er voor aantal verschillende berekeningsmethod e eenvoud van de argumentatie van uitdieken voorhanden. Ruwweg zijn hierbij gegaan dat alle aspecten op dezelfde wijze gewaardeerd worden en dat de wiskundige drie fasen te onderkennen, te weten: 1. een standaardisatiefase, waarbij de bewerking bestaat uit het optellen van de Voor elk van deze sectoren is getracht de gevolgen van een verandering in het te voeren beleid met een of meer modellen te kwantificeren. Voor het merendeel van de hier genoemde sectoren is dit in redelijke mate gelukt. Voor wat betreft de sector natuur en milieu zijn de resultaten echter nogal pover gebleven. In afb. 4 zijn schematisch de relaties tussen de verschillende modellen aangegeven. In de buitenste ring zijn de sectorale modellen terug te vinden, in d e binnenste ring zijn de modellen opgenomen, die de fysische componenten van het systeem beschrijven. Het hart van het schema wordt ingenomen door het distributiemodel. Dit model berekent voor een gegeven scenario de waterverdeling over Nederland en doordat het gebruik maakt van de informatie, die de sectorale modellen toeleveren, bepaalt het eveneens de schade, die de verschillende bij de waterhuishouding betrokken belangen bij die waterverdeling ondeninden. Met dit model zijn het mere"deel van de analyses venicht. Het is in alle vier hierboven genoemde studiefasen toegepast.

gevonden coefficienten. Op grond van deze methode zou het alternatief met de trein gekozen zijn, dit heeft de hoogste totaalscore. Aan de hand van dit voorbeeld zullen de bezwaren tegen de multicriteria-analyse duidelijk gemaakt worden. Deze zijn: 1. D e methoden zijn vaak niet voldoende onderscheidend. De uiteindelijke uitkomsten verschillen niet voldoende in grootte om een redelijke keuze op te baseren. Moet in dit voorbeeld nu werkelijk de trein gekozen worden omdat dit alternatief de hoogste score heeft? Hier zou het nog kunnen maar in de werkelijkheid zijn dergelijke verschillen veel te klein om een redelijke keuze op te baseren. Vooral als er wordt uitgegaan van uitkomsten van modelberekeningen met al hun bijbehorende onzekerheden. Slechts in enkele gevallen komt het voor dat de uitkomsten van de multicriteria-analyses voldoende verschillen om een redelijke keuze op te baseren. In deze gevallen is de keuze echter veelal dermate evident, dat zonder een dergelijke ingewikkelde berekening een beslissing genomen kan worden. 2. D e methoden zijn versluierend. In een (te) vroegstadium van het onderzoek worden subjectieve elementen geintroduceerd. Volgens de voorstanders van dit soort methoden zou de beslisser (dus in ons land de politiek) de betreffende prioriteiten vast dienen te stellen. In de praktijk zal het zeIden of nooit mogelijk zijn om de politiek op een dergelijk moment bij het onderzoek te betrekken. Mocht dit in een enkel geval nog we1 lukken dan zal men over het algemeen toch bijzonder huiverig zijn om uitspraken met betrekking tot gewichten te doen waarvan men de consequenties niet kan overzien. Voor deze problemen wordt we1 een oplossing gevonden, door de analist de rol van de beslisser te laten spelen en bijvoorbeeld een milieuvriendelijk en een economisch aantrekkelijk scenario te ontwikkelen. Het nadeel hienan is dat er altijd subjectieve elementen (wat is milieuvriendelijk en wat is economisch aantrekkelijk) vroeg en vaak onherkenbaar worden geintroduceerd. 3. Voor die gevallen waarbij er sprake is van meer dan CCn beslisser (en dat is vaak het geval) ontstaan er specifieke problemen. Wiens gewichten worden er gebruikt? Het zal veelal onmogelijk zijn om tussen de verschillende beslissers overeenstemming over de te hanteren gewichten te bereiken, tenvijl er soms we1 overeensternming (elke groep met zijn eigen argumenten) over een bepaald alternatief verkregen kan worden. 4. De methoden zijn ondoorzichtig. Ze berusten vaak op vrij gecompliceerde wiskundige technieken. Hierdoor zal het moeilijk zijn om aan bijvoorbeeld een politicus uit te leggen waarom hij uitgaande van zijn gekozen preferenties een bepaald

alternatief zou moeten kiezen, vooral wanneer d e keuze niet overduidelijk is (zie het gestelde onder 1). De berekeningsresultaten zelf zeggen hem niets. 5. D e methoden zijn gevaarlijk. De keuze die er met betrekking tot de standaardisatie van de verschillende aspecten gemaakt wordt, kan de uiteindelijke beslissing beinvloeden. Aan de hand van het voorbeeld in tabel IV kan dit worden aangetoond. Wordt hier een standaardisatiemethode toegepast waarbij het beste alternatief de waarde i krijgt toegewezen, het slechtste de waarde van het quotient van de laagste en de hoogste score en de overige de waarde van de laagste en de betreffende score, dan wordt de matrix in het onderste deel van de tabel verkregen. Optellen van de coefficienten geeft in dit geval een voorkeur voor de auto. 6. Bij de toepassing van de multicriteriaevaluatiernethoden gaat relevante informatie verloren. Twee alternatieven met dezelfde uitkomsten kunnen toch volkomen verschillende voor- en nadelen hebben. 7. Voor een juiste toepassing van de methoden is het noodzakelijk dat de waarde van elk meegewogen aspect onafhankelijk van de grootte van alle andere aspecten is. D e kans dat aan CCn belang (bijvoorbeeld het economische) onbedoeld meer gewicht wordt toegekend, moet bepaald niet uitgesloten worden geacht. O m deze redenen is van het toepassen van multicriteria-evaluatietechnieken bij de PAWN-studie afgezien en is voor de methode van de score-card gekozen. Hierbij blijft het probleem bestaan, dat de beslisser onvergelijkbare zaken ten opzichte van elkaar dient af te wegen, maar dit is dan ook zijn taak.

De landbouwmodellering Inleiding Aan de landbouw is in de PAWN-studie veel aandacht besteed. De belangrijkste reden hiervoor ligt in het feit dat ontwikkelingen in deze sector, zoals de ontsluiting van gebieden voor watertoevoer en de toepassing van beregening, het waterhuishoudkundig beheer in belangrijke mate bepalen. Om inzicht te verkrijgen in de samenhang tussen landbouw en waterbeheer zijn modellen ontwikkeld, die op verschillende ruirntelijke niveaus werkzaam zijn, te weten: - de plotmodellen, die de fysische processen in bodem en gewas beschrijven; - het 'district hydrologic and agriculture model' (DISTAG), dat de resultaten van de plotmodellen samenvoegt op het niveau van een district (PAWN-gebiedseenheden, die qua grootte vergelijkbaar zijn met waterschappen); - het distributiemodel (DM) dat de waterverdeling over de belangrijkste Nederlandse

TABEL IV - Drie mottieren om nanr Pnriis te rei7en.

Totale reistijd (u) Totale reiskosten (f) Reistijd onder stress (u) Privacv

Auto

Trein

16 l I0 6 veel

14 2 10 I iets

Auto

Trein

Vliegtuig 4 330 2 weinip

Standaardisatiemethode I Vliegtuig

Totale reistijd Totale reiskosten Reistijd onder stress Privacy

0 I 0 I

0.17 0.45 I 0.5

I 0 0.8 0

Totaal

2.0

2.12

1.80

Standaardisatiernethode I1 Auto

Trein

Vliegtuig

Totale reistijd Totale reiskosten Reistijd onder stress Privacy

0.25 I 0.17 I

0.29 0.52 I 0.5

1 0.33 0.50 0

Totaal

2.42

2.3 1

1.83

oppervlaktewateren simuleert, onder meer gebruikmakend van de resultaten van DISTAG. Alvorens de genoemde modellen zullen worden besproken, zal de in PAWN gehanteerde gebiedsschematisatie worden toegelicht. Daarna zal kort worden ingegaan o p een tweetal deelanalyses die in het onderzoek een belangrijke rol hebben gespeeld: de afleiding van de basisdrainagefuncties voor de hoge gronden en de opstelling van beregeningsscenario's. Tot slot zullen enkele resultaten van toepassingen van het modelleninstrumentarium worden gegeven. Rrtimtelijke schematisatie Om de varierende omstandigheden wat betreft neerslag, grondsoort, gewas, en dergelijke in Nederland in de landbouwmodellering tot uitdrukking te brengen, is een drietal ruimtelijke eenheden geintroduceerd, te weten de districten, subdistricten en plots. De indeling in districten is voornamelijk gebaseerd o p de indeling van Nederland in afwateringseenheden; in totaal worden 77 districten onderscheiden. Een district bestaat uit stedelijk en agrarisch gebied, natuur en open water. Invoergegevens die per district ten behoeve van de rnodelberekeningen worden toegeleverd zijn onder meer de oppervlakten van genoemde typen bodemgebruik, neerslag- en verdampingscijfers (ontleend aan de gegevens van de 15 KNMI-regio's) en de gewenste en minimaal vereiste hoeveelheden water voor doorspoeling van het in het district gelegen oppervlaktewater. Binnen een district kunnen verschillen aanwezig zijn in grondsoort en drainagekarakteristiek (interactie tussen gronden oppervlaktewater). Daartoe zijn de districten onderverdeeld in totaal 144 srtbdistricten.

Voor de schematisering van de grondsoorten is gebruik gemaakt van de Bodemkaart van Nederland. De hierop voorkomende bodemtypen zijn toegewezen aan de 20 standaardgronden, die door Rijtema op basis van bodemfysische eigenschappen worden onderscheiden. De indeling van de hoge gronden met het oog op de aanwezige drainagekarakteristiek komt bij de beschrijvingvan de deelanalyses aan de orde. Vele van de benodigde invoergegevens worden o p het niveau van het subdistrict gespecificeerd, zoals de bodernfysische eigenschappen (PF-curve, k(y3-relatie), het areaal dat van oppervlaktewater kan worden voorzien en de hoeveelheid kwel of wegzijging. Verschillen binnen een subdistrict in gewastype en beregeningstoestand (geen beregening, beregening met grond- of oppervlaktewater) zijn tot uitdrukking gebracht door de introductie vanplots: een plot vormt de gesommeerde oppervlakte van de cultuurgrond in een subdistrict met een bepaalde combinatie van gewastype en beregeningstoestand. Aan een plot kan geen geografische betekenis worden toegekend. Voor elk van de 13 onderscheiden gewastypen is informatie verzameld omtrent de gewasfactor, met behulp waarvan de potentiele verdamping wordt afgeleid uit de openwaterverdamping (volgens het KNMI), de bewortelingsdiepte (afhankelijk van de grondsoort), de potentiele opbrengst in guldenslha (afhankelijk van de droogtegraad van het jaar) en schadecoefficienten, die de gevoeligheid van het gewas voor droogte- en zoutschade weergeven. In de context van het jaar 1976 zijn in totaal circa 1.250 plots onderscheiden. Door wijziging van de beregeningstoestand van een deel van het gewasoppervlak kan het aantal plots veranderen.

NEERSLAG

4

RFRFGFNING

UIT OPI

WATER

u WORTELZONE

---"-,AONDERGRONO

(BASIS1 DRAINAGE

--

Afb. 5 - kvaterstrornert birtrten eert plot.

De modellen O p het niveau van een plot zijn een drietal modellen ontwikkeld, te weten het plotwatermodel, het plotzoutmodel en het plotschadel kostenmodel. In hetplohvatemodel worden de hydrologische processen voor tijdstappen van een decade (circa 10 dagen) gesimuleerd. Het bodemprofiel van een plot is opgesplitst in twee lagen, de wortelz8ne en de ondergrond (onverzadigde en verzadigde z8ne). Gegeven de meteorologische omstandigheden worden voor elk van de beide lagen de waterbalansen opgesteld. Uitwisseling van water tussen beide balanssystemen vindt plaats door middel van capillaire opstijging en percolatie. Het rekenschema voor de onverzadigde zbne is gebaseerd op de uitgangspunten van Rijtema. De schematisatie vanhe verzadigde grondwaterstroming (inclusief de interactie met het oppemlaktewatersysteem) wordt later bij de deelanalyses bes~rOken. Afb. geeft een Overzicht van de waterstromen. die in het lotw water model in beschouwing worden genomen. Belangrijke uitkomsten van het model ziin de drainage " of infiltratiehoeveelheid, de beregeningsvraag, relatieve verdamping (verhouding tussen actuele en potentiele verdamping) en de grondwaterstand. Het plotzoutmodel berekent op basis van de in het plotwatermodel bepaalde waterstromen het chloridegehalte van het bodemvocht in de wortelz8ne en o n d e r ~ o n d . Het chloridegehalte van het oppemlaktewater en van eventueel aanwezige kwel wordt als invoer gebruikt. Bij de berekeningen wordt over het algemeen uitgegaan van volledige menging in beide bodemlagen: in plots met glastuinbouw is echter voor een meer verfijnde aanpak gekozen waarbij met een zekere doorspoeling van de bodem rekening wordt gehouden.

Het plotschnde- en plotkostenmodel bepaalt (zowel in fysisch als in financieel opzicht) de gewasschade als gevolgvan een bodemvochttekort (droogteschade) enlof een te hoog chloridegehalte (zoutschade) en, indien beregening plaatsvindt, de variabele kosten van deze beregening (arbeids- en energiekosten). De droogteschade wordt per decade vastgesteld aan de hand van de in het plotwatermodel berekende waarde van de relatieve verdamping. De zoutschade is een functie van het chloridegehalte in de wortelzbne en wordt eveneens berekend per decade. Aan de bepaling van de beregeningskosten hebben gedetailleerde analyses ten grondslag gelegen. Modellen zijn ontwikkeld, die de meest geschikte beregeningssystemen aangeven en het feitelijke gebruik daaman simuleren onder verschillende omstandigheden wat betreft bedrijfsstructuur, gewastype en bronvan het beregeningswater.

D e modellen zijn gebruikt om de energie- en arbeidskosten per mm beregeningsgift en per ha vast te stellen. Deze informatie is ingevoerd in het plotkostenmodel. D e resultaten van de plotmodellen in termen van drainage naar of van infiltratie vanuit het oppemlaktewater, beregeningsvraag, landbouwschade en beregeningskosten worden door het DZSTAG-model gesommeerd op het niveau van het district: de per plot berekende grondwaterstand wordt naar rat0 van het oppervlak vertaald in een districtsgemiddelde grondwaterstand. In de door DISTAG voor het oppemlaktewater in het district opgestelde waterbalans zijn ook waterstromen als stedelijke afvoer, open waterverdamping, industriele lozingen en onttrekkingeh en doorspoelbehoefte van het oppemlaktewater verdisconteerd. E& belangrijke aanname is daarbij dat het volume open water in het district en dus ook het oppervlaktewaterpeil constant wordt gehouden. Uiteindelijk mondt dit per district uit in de berekening van het lozingsdebiet of d e inlaatbehoefte. Deze informatie (voor 77 districten) wordt doorgegeven aan het distributiemodel (DM) dat de wateren zoutbeweging over de belangrijkste Nederlandse wateren per decade simuleert. De waterhuishoudkundige infrastructuur is geschematiseerd in een netwerk dat 92 knopen (lozings- enlof onttrekkingspunten) en 154 takken (rivierof kanaalsecties) omvat. Tot de invoergegevens van het DM behoren naast de resultaten van het DISTAG-model: regels voor de watemerdeling (ontleend aan de praktijk van het waterbeheer), capaciteit van de takken en grootte van de watertoevoer en zoutbelasting via de grensoverschrijdende rivieren. Het DM beoordeelt in hoeverre aan de vraag naar water vanuit de districten kan worden

Afb. 6 - Reloties ttrsse,t de ntodellerz. I

(

PLOT GEGEVENS

t MODEL 1 vraag I

DISTRICT AGGREGATION

DlSTRlBUTlE MODEL

MODEL

--------

I-( I

I levering I

WATER

L-

-

PLOTMODELLENJ - - - - - -- --

voldaan, waarbij ook rekening wordt gehouden met andere geen verbruikers van het oppemlaktewater, zoals de scheepvaart en de drinken industriewate~oorziening. Indien bijvoorbeeld als gevolg van een geringe rivierafvoer of opmaalcapaciteitvia een kanaal slechts een beperkte hoeveelheid water beschikbaar is, vinden kortingen op de vraag naar water plaats. Zo kunnen schutbeperkingen voor de scheepvaart worden ingevoerd, maar kan ook de doorspoeling of beregening in de districten worden gereduceerd. Regels voor dit kortingsmechanisme zijn in de programmatuur van het DM opgenomen. In het geval dat niet volledig aan de watewraag van de districten kan worden voldaan, worden het DISTAG-model en de plotmodellen opnieuw aangeroepen teneinde de gevolgen van deze beperkte watertoevoer in termen van droogte- en zoutschade en beregeningskosten te kumen kwantificeren. De in het voorgaande beschreven samenhang tussen de verschillende modellen staat schematisch weergegeven in afb. 6.

Deelanalyses Het watertransport in de verzadigde z6ne wordt in het DISTAG-model sterk vereenvoudigd weergegeven. Voor deze benadering is gekozen omdat in dit opzicht gedetailleerde modellen over het algemeen veel invoergegevens (bijvoorbeeld kD- en c-waarden) vragen en bovendien in het gebmik nogal kostbaar zijn. In het DISTAG-model wordt de verzadigde grondwaterstroming gesimuleerd door middel van de opstelling van de waterbalans. Waterbalanspostenworden als randvoorwaarde opgegeven,zoals de kwel en grondwateronttrekking door waterleidingbedrijven of worden op een iteratieve wijze bepaald zoals de afvoer van grondwater naar het oppe~laktewater.Deze laatste flux,de drainage, is op de lage gronden verondersteld een functie te zijn van het verschil in grondwaterstand en oppe~laktewaterpeil. Voor de hoge gronden ontbreekt een dergelijke directe relatie met het oppemlaktewaterpeil. Om in deze leemte te voorzien zijn de basisdrainagefunctiesafgeleid, die het (eveneens lineair veronderstelde)verband tussen de grondwaterstand en de afvoer van grondwater weergeven. De drainagekarakteristiekwordt in belangrijke mate bepaald door de geohydrologische kenmerken van het desbetreffendegebied. Op basis van deze kenmerken is het hoge deel van Nederland ondemerdeeld in 16 zogenaamde grondwaterregio's (afb. 7). Teneinde enige nadere gedifferentieerdheid in de drainagekarakteristiek aan te brengen wordt binnen deze grondwaterregio's onderscheid gemaakt tussen gebieden met ondiep grondwater (veeljariggemiddelde grondwaterstand minder dan 1 m beneden

I

1

Afb. 7 - Itideling in grondwaterregio's.

maaiveld) en gebieden met diep grondwater waarin de veeljarig gemiddelde grondwaterstand zich meer dan 1m beneden maaiveld bevindt. Voor elk van de subregio's is een basisdrainagefunctieafgeleid. Hierbij is uitgegaan van de 2-maandelijkse waarnemingen van 224 landbouwbuizen en putten over de periode 1968- 1977 uit het archief van Grondwaterstanden (DGV-TNO). Deze buizen en putten zijn afhankelijk van de lokatie toegewezen aan de 16 grondwaterregio's en vemolgens aan de hand van de veeljarig gemiddelde grondwaterstand aan de desbetreffende subregio. Door middeling van de waarnemingen van de in de subregio aanwezige buizen en putten is voor elke subregio een tijdreeks van (gebiedsgemiddelde) grondwaterstandenover de periode 1968- 1977verkregen. Met een aangepaste versie van het plotwatermodel waarin het vastgestelde grondwaterstandsverloop als (onder)randvoorwaardeis ingevoerd, is vervolgens de drainage van de verschillende subregio's berekend. Tenslotte is door middel van regressie-analyse het verband tussen grondwaterstanden drainage, de drainagefunctie, bepaald. Voor wat betreft de effecten van grond-

wateronttrekkingen op de hoeveelheid drainagewater is aangenomen dat bestaande onttrekkingen zijn verdisconteerd in de gemeten g&dwaterstanden en dusookinde met behulp hieman afgeleide basisdrainagefunctie. Toekomstige veranderingen in de grondwaterwinningworden als een extra afvoercomponent ingevoerd en resulteren in een verlaging van de (gemiddelde) grondwaterstand in de subregio. In werkelijkheid zal een (geconcentreerde) grondwaterwinning door waterleidingbedrijven en industrieen een over het be'invloedingsgebied in ruimtelijk opzicht a1 dan niet sterk varierende grondwaterstandsverlagingtot gevolg hebben. Aan de hand van onderzoek [Van Lanen, e.a., 19831in het gebied De Glindhorst (Gelderse Vallei) is gebleken dat de door DEMGEN berekende grondwaterstandsverlagingin het algemeen wordt overschat, wanneer deze wordt vergeleken met de gebiedsgemiddelde verlaging die uit de berekeningsresultaten van het model GELGAM is af te leiden. Een tweede deelanalyse waaraan in PAWN veel aandacht is besteed, is de bepaling van de oppemlakte cultuurgrondwaarop, naar verwachting, in de toekomst beregening zal

plaatsvinden. Gezien de onzekerheden in de ontwikkeling van de toepassing van beregening is een drietal beregeningsscenario's opgesteld. De omvang van de beregening in 1976, afgeleid uit de in dat jaar gehouden ICW-enquste, is als laag scenario aangemerkt. Volgens dit scenario wordt, landelijk gezien, op circa 13% van de cultuurgrond beregening toegepast. Het hoge scenario kan worden beschouwd als een bovengrens van het beregend areaal, terwijl het tussen-scenario het rekenkundig gemiddelde vormt van het lage en het hoge scenario. Aan de bepaling van het hoge beregeningsscenario liggen gedetailleerde analyses en modelberekeningen ten grondslag. Dit scenario specificeert per subdistrict en gewastype het oppervlak waarvoor de netto baten van beregening maximaal zijn. Informatie over de schadevermindering (baten) door beregening en beregeningskosten (arbeids- en energiekosten) is verkregen met behulp van het DISTAGmodel. De wijze van berekenen blijft hier verder buiten beschouwing: alleen de resultaten zullen worden toegelicht en kort zal worden ingegaan op een aanname in de berekeningen die uiteindelijk tot een zeer optimistische visie ten aanzien van de ontwikkeling van beregening heeft geleid. Met dit laatste wordt gedoeld op de kunstmatige verhoging van de opbrengsten (in guldenslha) van met name g a s teneinde het berekende niveau van beregening in overeenstemrning met de praktijk te brengen. Bij d e analyse van de modelresultaten bleek namelijk dat vooral voor het gewas g a s het berekende niveau beduidend beneden de huidige ( 1976) beregeningsomvang lag. Een CCnduidige verklaring voor deze discrepantie is moeilijk te geven. Waarschijnlijk spelen overwegingen, die niet in de modelberekeningen tot uitdrukking zijn gebracht, een rol bij de beslissing van de agrarier om tot beregening over te gaan. Z o kan door de aanschaf van een beregeningsinstallatie het bedrijfsrisico in droge perioden worden beperkt. Ook kan het in tegenstelling tot de praktijk in rekening brengen van arbeidskosten leiden tot een onderschatting van het beregend areaal. Nagegaan is in hoeverre de baten vermeerderd zouden moeten worden om beregening in een omvang, zoals in 1976is waargenomen, volgens de berekeningen nog juist rendabel te doen zijn. Voor het gewasgras bleek dit het geval te zijn nadat de baten (i.c. de grasopbrengsten) met ongeveer een factor 2 waren vermenigvuldigd. Deze zogenaamde ' g a s multiplier' is zowel bij de bepaling van het hoge beregeningsscenario alsook bij de beoordeling van waterhuishoudkundige maatregelen toegepast. In verband met het overwegend aandeel van grasland in het

voorziening beogen. Hier zullen de resultaten van enkele behoefteberekeningen worden Beregende oppervlakte getoond. D e behoefte aan grondwater in de in % van de oppewlakte land- en tuinbouw zal worden vergeleken cultuurgrond met de geplande grondwateronttrekkingen CBS-landbouw~ebied PAWN SWLT ten behoeve van de drinken industriewatervoorziening en met de thans winbaar geachte Noordelijk zeekleigebied hoeveelheid grondwater. Tot slot zal worden Hollandse droogrnakerijen en IJsselrneerpolders ingegaan op het gemeenschappelijk belang Zuidwestelijk zeekleigebied van zowel de landbouw als de drinken Rivierkleigebied industriewate~oorzieningbij de uitvoering Lossgebied van wateraanvoerplannen. Noordelijk weidegebied Bij d e bepaling van de waterbehoefte in de Westelijk weidegebied land- en tuinbouw wordt hier, evenals in de Noordelijk zandgebied nota: 'De waterhuishouding van Nederland', Oostelijk zandgebied onderscheid gemaakt tussen een huidige en Centraal zandgebied toekomstige situatie. De huidige situatie Zuidelijk zandgebied komt vooiwat betreft de watervoorzieningsVeenkolonien mogelijkheden, het aantal beregeningsOverig Noord- en installaties, en dergelijke overeen met de Zuid-Holland omstandigheden in het jaar 1976. Volgens de Nederland PAWN-berekeningen is in dat jaar ca. 1.300 miljoen m3 aan het oppervlaktewatersysteem onttrokken; de omvang van de beregening met grondwater bedroeg ca. 250 miljoen m3 totale landbouwareaal in Nederland (tabel VI). Deze hoeveelheden stemmen (ca. 60%) worden de resultaten hierdoor in redelijk overeen met het door Van Boheemen belangrijke mate be'invloed. en D e Wilde [ 19791 vastgestelde waterHet in PAWN vastgestelde hoge gebruik in deagra&che sector. beregeningsscenario staat, per CBSZoals ook uit tabel VI blijkt, wordt in de landbouwgebied, weergegeven in tabel V. huidige situatie de aanvullende waterTer vergelijking is de prognose van de voorziening van de land- en tuinbouw voor Studiecommissie Waterbehoefte Land- en Tuinbouw [SWLT] vermeld. Deze commissie het merendeel vanuit het oppervlaktewater eerealiseerd. In de toekomst kan daar in is in 1977 ingesteld door de ministers van zekere zin verandering in optreden, Landbouw en Visserij en van Verkeer en aangezien vooral in de hoge zandgebieden Waterstaat naar aanleiding van de problemen, die zich in het droge jaar 1976 in een uitbreiding van de beregende cultuurgrond te verwachten is. In deze gebieden d e land- en tuinbouw ten aanzien van de ontbreken over het algemeen de aanvoerwatervoorziening hebben voorgedaan. D e door SWLT opgestelde raming van de in mogelijkheden van oppervlaktewater, zodat d e toekomst beregende oppervlakte cultuur- d e landbouw daar voor beregening is aangewezen op het grondwater. Een probleem grond is gebaseerd op de resultaten van daarbij is dat, zeker wanneer beregening uit onderzoek naar de toepassing van begrondwater op grote schaal (volgens het hoge regening, gegevens van bedrijfsdeskundigen beregeningsscenario) wordt toegepast, en resultaten van enqugtes. In haar eindaanzienlijke verlagingen van de grondwaterrapport (1980) concludeert de commissie, stand kunnen optreden, waardoor schade dat het aangegeven hoge beregeningsniveau waarschijnlijk niet bereikt zal worden en dat kan worden toegebracht aan andere bij het een ontwikkeling van de beregening volgens grondwater betrokken belangen. Beperking van het grondwatergebruik in de een tussen-scenario realistischer lijkt. landbouw en van de hiermee gepaard gaande negatieve effecten op de grondwaterstand Enkele res~lltatenvan de Iandbouwmodelkan worden bereikt door de aanvoer van berekeningen oppervlaktewater. Daartoe heeft in het kader Het in de nota: 'De waterhuishouding van van de PAWN-studie op grond van een Nederland' [ 19831geformuleerde beleid en beheer stoelt voor een groot deel op analyses globale kosten-batenanalyse een eerste met het hierboven besproken modelleninstrumentarium. De rekenresuitaten hebben TABEL VI - Ornvang /let tvatergebnrik (in 106rrr3) onder meer betrekking op de waterbehoefte in d e Iund- en nritrbo~ovin 1976 [volgetls PAWN ert nanr Van Boheernetl etl De Wilde. 19791. in de land- en tuinbouw en de financiele gevolgen voor deze sector van veranderingen beregening infiltratie beregening in kwantiteit en kwaliteit van het beschikbare PAWN 470 830 250 water. Het laatste vormt een belangrijk Van Boheemen en gegeven bij de beoordeling van maatregelen 420 940 300 De Wilde die een verbetering van de landbouwwaterTABEL V - Toekomstige beregetlde oppen'lakre c t r l t ~ r u r ~ ot~01,etts ~ ~ d PA WN e t ~S1VL T [ 19801.

-

behoeft door de landbouw een minder sterk beroep op het grondwater te worden gedaan. Een zeker niet te veronachtzamen neveneffect van wateraanvoer is dat op de hoge gronden een belangrijk deel van het aangevoerde water vanuit de leidingen en sloten in de bodem infiltreert en zo ten goede komt aan het grondwater. Dit kan leiden tot een vermindering van de nadelige gevolgen van grondwateronttrekkingen door andere belanghebbenden zoals waterleidingbedrijven. Afb. 8 geeft een indruk van de wijziging van de grondwaterstand onder invloed van de uitvoering van wateraanvoerplannenten opzichte van een situatie waarin over (nagenoeg) geen wateraanvoermogelijkheden wordt beschikt en beregening op grote schaal vanuit het grondwater plaatsvindt. Vooral in het zuidelijk zandgebied treden aanzienlijke grondwaterstandsstijgingen op. In principe zou hierdoor zelfs de winbare hoeveelheid grondwater kunnen toenemen. Samenvattend kan worden gesteld dat met de aanvoer van oppervlaktewater naar de hoge gronden behalve landbouw ook de drinken industriewatervoorzieningkan worden gediend. Van de kant van de waterschappen wordt dan ook steeds meer de behoefte gevoeld wateraanvoerprojecten niet uitsluitend vanuit een landbouwkundigoogpunt te bezien maar ook de drinken industriewatervoorzieningbij de voorbereiding en kosten van uitvoering te betrekken. Afb. 8 - Wijzigingvan degerniddeldegrond1vaterstandet1 in eenI e-rtreerndroogjaar onderinvloed van ~vateraanvoerpla~znen (per PA WN-district).

selectie van de in studie zijnde wateraanvoerplannen plaatsgevonden. Deze plannen zijn ontleend aan de resultaten van een inventarisatie die door de Unie van Waterschappen in samenwerking met de Rijkswaterstaat in 197811979 onder de waterschappen is uitgevoerd. In totaal zijn in de PAWN-studie 65 plannen in beschouwing genomen, waarvan na evaluatie 46 plannen rendabel bleken te zijn. Na uitvoering van deze 46 plannen is wateraanvoer op ca. 65% van de oppe~1aktecultuurgrondin Nederland mogelijk (in de huidige situatie kan ca. 45% van het landbouwareaal van oppervlaktewater worden voorzien). Benadrukt wordt dat de gevolgen voor natuur en landschapvan de aanvoer van 'gebiedsvreemd' oppervlaktewater ten behoeve van de landbouw bij de beoordeling van de plannen buiten beschouwing zijn gebleven. Realisering van de geselecteerde wateraanvoerplannen betekent dat, uitgaande van het hoge beregeningsscenario, de behoefte aan oppe~laktewaterin een extreem droog jaar als 1976 met ongeveer een factor 2 zal toenemen. De omvang van het (bruto) grondwaterverbruik in een dergelijk jaar

staat vermeld in tabel W. Ter vergelijking zijn de in 1990 verwachte grondwateronttrekking door de drinken industriewatervoorziening en de winbaar geachte hoeveelheid grondwatervermeld (beide naar het Structuurschema Drink- en Industriewatervoorziening 1980).Hoewel het gebruik van grondwater voor beregening per regio sterk kan verschillen en nog onduidelijk is op welke wijze de grondwateronttrekkingen door de landbouw in relatie moeten worden gebracht met de winbare hoeveelheid grondwater, lijkt de conclusie gerechtvaardigd dat de landbouw mede bij de verdeling van de beschikbare hoeveelheid grondwater in beschouwing moet worden genomen. Door de aanvoer van oppervlaktewater

De modellering van de drinken industriewatervoorziening Inleiding Bij de modellering van de drinken industriewatervoorziening hebben de relaties tussen deze sector en het grondwaterbeheer de meeste aandacht gekregen. De oppervlaktewaterinname is kwantitatief gezien vanuit het oogpunt van het nationale oppewlaktewaterbeheer van geringe betekenis. Slechts bij onttrekkingen aan de grote rivieren kunnen er soms plaatselijk problemen ten aanzien van de scheepvaart ontstaan. Het gebruik van grondwater heeft voor de drinken industriewatervoorzieningeen aantal belangrijke voordelen. Zo is de kwaliteit van het onttrokken grondwater vrijwel constant en in het algemeen nog

TABEL VII - Toekomsrigegrondwateronnrekkbzg(in 106m3)door de landboltw en drinken ind~~~trie~vaten~oorzieni~ig in eel1 sihratie zonder en met rrifvoeringvan ~vateraat~voerplannen. Landbouw Drink- en Winbaar geachte extreem langjarig industriewaterhoeveelheid droog jaar droog jaar gemiddelde voorziening grondwater zonder aanvoerplannen 1.545 890 545 1.380 1.940 1.130 660 405 met aanvoemlannen

uitstekend te noemen. Hierdoor is het mogelijk goed drinkwatervoor lage kosten te produceren. Daarnaast heeft het grondwater een lage temperatuur zodat het ook voor koeldoeleinden gebruikt kan worden. Het onttrekken van grondwater door deze sector heeft echter invloed op andere sectoren. De onttrekkingen kunnen grondwaterstandsverlagingenen een afname van de beekafvoeren tot gevolg hebben, die op hun beurt weer nadelige effecten voor de landbouw, de natuur en het milieu met zich mee kunnen brengen. Bij het formuleren van het beleid met betrekking tot het grondwater dienen de belangen van de drinken industriewatervoorzieningtegen de belangen van de hiergenoemde sectoren afgewogen te worden. In principe kunnen de onttrekkingen aan het grondwater van de drinkwaterbedrijven en de industrie venninderd worden. De drinkwaterbedrijven kunnen bijvoorbeeld ten koste van extra uitgaven en een kwaliteitsverlies van het geleverde produkt op oppervlaktewater als bron overgaan, terwijl dkjndustrie door het gebruikte water te recirculeren de omvang van zijn onttrekkingen kan verminderen. De overheid kan een dergelijk gedrag initieren door bijvoorbeeld het invoeren van heffingen op de onttrokken hoeveelheid grondwater en het instellen van verboden om in bepaalde gebieden grondwater te onttrekken. Voor de bepaling . - van de gevolgen van dit soort maatregelen zijn een viertal modellen ontwikkeld: het Industry Response Simulation Model (IRSM), het door het Rijksinstituut voor Drinkwatervoorziening ontwikkelde Drinking Water Model (RIDDWM), het Response Design Model (RESDM) en het Drink- en Industriewater Model (DIWM).

IRSM IRSM is ontworpen als een grondwaterheffingenmodel voor de industrie, dat de gevolgen voorspelt van een grondwaterheffing in termen van kosten en watergebruik. Door het invoeren van schaduwprijzen voor grondwater kunnen met dit model ook de gevolgen worden voorspeld van een regionaal restrictief beleid ten aanzien van grondwater. Deze laatste toepassing is sinds het aannemen van de Grondwaterwet beleidsrelevanter dan de toepassing van heffingen op grondwater. Het model omvat een gegevensbestandvan ruim 100 grondwateronttrekkende industrieen. In dit bestand zijn naast enkele algemenere gegevens, cijfers opgenomen over onttrokken hoeveelheden grondwater, de koelwaterhoeveelheden,de hoeveelheid water die gerecirculeerd kan worden, de afstand tot het oppervlaktewateren de drinkwaterprijs. Voor het gebruik van

grondwater is een beperkt aantal alternatieven mogelijk, te weten: - overschakelen op oppervlaktewater; - overschakelen op drinkwater; - recirculeren van reeds gebruikt water. Naast deze kosten van de alternatieve wate~oorzieningzijn in het model ook de kosten van de heffing opgenomen.Het model vergelijkt nu voor elk individueel grondwateronttrekkend bedrijf de kosten van de heffing met die van de alternatievewatervoorziening en kiest de goedkoopste manier om in de waterbehoefte te voorzien. Per bedrijf kunnen de uitkomsten sterk variben. Dit loopt van het volledig staken van de grondwateronttrekking(bijvoorbeeld als er geheel op drinkwater wordt overgegaan) tot het handhaven van de bestaande onttrekking (in dit geval is het zonder meer betalen van de heffing de goedkoopste oplossing). De berekeningen worden door IRSM uitgevoerd op individueel bedrijfsniveau, maar de uitkomstenworden geaggregeerd tot districtsniveau en hoger. De opgelegde heffing in IRSM betreft de bruto onttrekking. Een retourbron voor schoon koelwater wordt niet als een negatieve onttrekking en derhalve als een besparings-

mogelijkheid voor grondwater gezien. ~ e i wijze e van modellering is zo gekozen, omdat de nouvellevan de Grondwaterwet de mogelijkheid niet bood om hierdoor op het te betalen heffingsbedrag te besparen. In IRSM is de lozingskant buiten beschouwing gebleven. Evenmin kunnen de effecten van lozingsheffingen op de waterinname worden bestudeerd. Bij lage grondwaterheffingen heeft dat weinig gevolgen, maar bij hogere heffingen kunnen de modelresultaten daardoor belangrijk afwijken van de 'realiteit'. Onder andere zullen bij hoge heffingen te hoge kostenstijgingen worden berekend. De modeluitkomsten zijn nog redelijk betrouwbaar tot een heffing van ongeveer een gulden per m3 onttrokken grondwater. Voor de onttrekkingen in context 1976 is uitgegaan van de onttrekkingen zoals deze in 1976 werkelijk plaatsvonden. Voor het bepalen van de situatie 1990 is een aantal aannamen gedaan. De groei in de vraag naar grondwater vanuit de industrie is gelijkgesteld aan de produktiestijging. Hiertoe zijn binnen de industrie 7 sectoren onderscheiden, te weten: I. Voedings- en genotsmiddelenindustrie

K, -I

Afb. 9 - Vergelijking resriltaten standaard en gernodifkeerde versie IRSM.

:

miljoenen onttrokken grondwater m3 hoeveehed in per jaor

200

150

\

100

\

\

\

50

--

0

som von de onttrokken hoeveelheid en het extra drinkwatergebruik in miljoenen m3 per jaor

---

200

KT

= gemodificeerd = korte termijn reaktie

100 50 0

kostenstijging in miljoenen guldens per joar

;!i/

150

,_----100 50 0 0,2

0,L

0.6

0,8

1,0

grondwaterheffing in guldens per rn3

2. 3. 4. 5. 6. 7.

Textielindustrie Papierindustrie Chemische en aanverwanteindustrie Basismetaalindustrie Metaalproduktenindustrie Overige industrie. Voor de produktiestijging zijn (inrniddels achterhaalde) hoge groeiverwachtingen per sector van het Centraal Plan Bureau (CPB) aangehouden. Bij deze groeiverwachtingen is aangenomen, dat alle bedrijven in een sector dezelfde groei kennen. Tenslotte dient nog opgemerktte worden dat dit model alleen de kosten voor de industrie op lange termijn bepaalt. Er zal immers enige tijd verlopen voordat de berekende faciliteiten zijn aangelegd. Op korte termijn staat er voor de afzonderlijke bedrijven geen andere weg open dan domweg de heffing te betalen. In afb. 9 is een voorbeeld van enkele berekeningsresultaten voor twee versies van het model bij een oplopende heffing (tot 1 gulden) gegeven. Uitgezet zijn: - de onttrokken hoeveelheid grondwater door de industrie; - de som van de onttrokken hoeveelheid grondwater door de industrie en het extra drinkwatergebruik; - de kostenstijging. Bij een heffing van ongeveer 70 cent per m3 wordt door de industrie geen grondwater meer bespaard. De werkelijke besparing op het grondwatergebruikis echter veel minder. Doordat de industrie op het gebruik van drinkwater overgaat (dat in Nederland voor het grootste deeluit het grondwater wordt betrokken) is de netto besparing veel beperkter. Wordt hier ook rekening mee gehouden dan wordt bij een heffing groter dan 30 cent geen verdere besparing op het grondwatergebruik gerealiseerd.

Afb. 10 - Schema RIDDWM.

de modelschematisatievan de drinkwaterproduktie van Nederland opgenomen. De uitvoervan het model bestaat uit de totale drinkwate~oorzieningskosten,een overzicht RZDDWM van de geproduceerde hoeveelheden water RIDDWM is een lineair programmeringsper grondwater- en oppemlaktewatermodel dat is ontwikkeld bij het Rijksinstituut voorzieningspunt en een overzicht van de voor Drinkwatemoorziening. Het model getransporteerde hoeveelheden water. Door de drinkwatemraag en de beschikbare minimaliseert voor een bepaalde vraag naar drinkwater de drinkwaterproduktiekostenbij hoeveelheid grondwater te varieren kan een inzicht verkregen worden in de voor de een gegeven aantal gronden oppewlaktedrinkwatemoorzieningbenodigde inkswaterwinningsprojecten en transportstructuur. mogelijkheden. De bij dit model toegepaste De toegepaste modellering heeft een aantal gebiedsindelingis zo gekozen, dat deze aansluit bij die van andere modellen. Hierbij beperkingen. zijn de districten echter zodanig samen1. De schematisatieis vrij grof. Per provincie wordt gewerkt met een vraagpunt en grondgevoegd dat zij zoveel mogelijk met de wateronttrekkingspunt. Het model kan dan verschillendeprovincies overeenkomen. Voor elk van deze pseudo-provincieszijn de ook alleen op landelijke schaal toegepast worden. onttrekkingspunten van het grondwater en 2. Bij het opnemen van de oppemlaktede vraagpunten van het drinkwater samenwaterprojecten is er van uitgegaan dat de gevoegdtot CCn onttrekkingspunten CCn huidige praktijk ten aanzien van de voor de vraagpunt. Voor een aantal pseudodrinkwatemoorziening beschikbare provincies is er een aanvullende waterhoeveelheden grondwater niet drastisch voorziening in de vorm van CCn of meer gewijzigd wordt. Hierdoor is er slechts een oppewlaktewaterprojecten. In afb. 10 is

beperkt aantal in het model opgenomen. Dit heeft tot gevolg dat als de beschikbaarheid van het grondwater sterk wordt gereduceerd, het model onbetrouwbaar wordt, hetgeen onder andere tot uiting komt in de te hoge drinkwaterproduktiekosten. 3. Bij de optimalisatie wordt alleen het financiele aspect meegenomen. Andere in de praktijk relevante aspecten zoals de betrouwbaarheid van leveringen de kwaliteit van het geleverde water worden niet meegenomen.

RESDM en DIWM Bij het uitvoeren van afzonderlijke berekeningen met de hiemoor genoemde modellen wordt met de onderlinge be'invloeding en het feit dat beide sectoren van dezelfde beperkte hoeveelheid grondwater gebruikmaken geen rekening gehouden. Dit wordt ondemangen door toepassing van de modellen RESDM en DIWM. Met deze modellen wordt de beschikbare hoeveelheid grondwater optimaal over beide sectoren verdeeld. Het enige verschil tussen beide modellen bestaat hierin, dat DIWM uit een

regionaal en waterschapsniveau noodzakelijk zijn. De hoofdinfrastructuurbehoeft in deze omstandigheden sIechts op enkele plaatsen in zeer beperkte mate aangepast te worden. Geen van de in het verleden noodzakelijk u Z l W 1400 geachte grootschalige veranderingen van de 9 3 hoofdinfrastmctuur bleken noodzakelijk. Op de achtergronden van deze laatste Z conclusiewordt later teruggekomen. Hier zal 0 W 2 1200 in verband met de doelgroep van deze cursus z voornamelijk op de tweede hoofdconcIusie z 1100 van het onderzoek ingegaan worden. Z W Deze conclusie heeft betrekking op het h OPE WATER TRANSPORTKOSIEN 8 x o PROJECTEN grondwater. 1W I Uit de knelpuntenanalyseis naar voren I I A gekomen dat er in de toekomst bij voort% \ zetting van het huidige beleid, door de toenemende onttrekkingen voor de drinken W industriewatervoorzieningen de groei van de beregening uit het grondwater belangrijke problemen te verwachten zijn. Bij een optimistischevisie ten aanzien van de groei van de economie en de rentabiliteit van de PERCENTAGE GRONDWATER I N DRINKWATER beregening uit het grondwater kunnen er zich I belangrijke grond~aterstandsda~in~en Afb. I I - Relatie ttissen minimale totale prodttktie en tra~sportkosterren percentage grondwater in drinkwater. voordoen. Deze dalingen liggen -- in dezelfde orde van grootte van en komen boven op de iteratieve rekenprocedure van RIDDWM en sector pas na de feitelijke berekening van het dalingen, die zich reeds in het recente verleden hebben voorgedaan. Indien men in IRSM bestaat terwijl bij RESDM resultaten distributiemodel plaatsvindt. Het voor deze sector ontwikkeldemodel gaat hierbijuit van ogenschouw neemt, dat de reeds opgetreden van IRSM in RIDDWM zijn opgenomen. een door het distributiemodel aangeIeverd dalingen volgens deskundigen a1 aanmerkeDe integratie van beide modellen in CCn gegevensbestand. lijke negatieve gevolgen voor de natuurlijke model heeft tot gevolg gehad dat ook de Met deze combinatie van modellen is het waarden van ons land hebben gehad, dan zal nadelen van beide modellen gecombineerd merendeel van de analyses verricht. Voor de het duidelijk zijn dat de voorspelde verdere worden. opstelling van de nota: 'De waterhuishouding verlagingen zoveel mogelijk voorkomen In afb. 11 zijn enkele resultaten van de dienen te worden. Hiemoor zijn bij de modellen opgenomen. Hieruit blijkt hoe sterk van Nederland' zijn ruwweg een achthonderdtal berekeningen met het PAWN-studie een groot aantal maatregelen de beschikbaarheid van het grondwater de distributiemodel gemaakt. onderzocht. Naast de reeds besproken totale kosten be'invloeden. Links van het Een van de belangrijkste conclusies, die uit mogelijkheden ter vergroting van de minimum wordt de kostenstijging veroordeze analyses getrokken kan worden is dat oppe~laktewateraanvoerzijn de volgende zaakt door de toenemende rol, die het zelfs bij de gunstige aannamen ten aanzien maatregelen bestudeerd: oppe~laktewaterbij de drinkwatervoorziening speelt. Rechts van het minimum van de rentabiliteit van de beregening slechts - invoering van een heffing op de grondwateronttrekkingen van de industrie; wordt de kostenstijging veroorzaakt door de een vrij beperkt aantal maatregelen op toenemende transportkosten van het TABEL VIII - Her effect van een hefing van 20 cent op degrondwateronltrekkingenvan driesectoren. drinkwater met pondwater als grondstof. V)

Resultaten van het In het distributiemodelworden de belangen van de verschillende sectoren met elkaar in verband gebracht. De landbouwmodellen maken hierbij, zij het soms in vereenvoudigde vorm, deel uit van het rekenprogramma van het distributiemodel. De koppeling met de modellen van de drinken industriewatervoorziening wordt gerealiseerd door met de uitkomsten van deze modellen de invoerbestanden van het distributiemodel aan te passen. Ook de resultaten van de overige sectoren, zoals de scheepvaart en de elektriciteitsvoorzieningzijn in het distributiemodel opgenomen, zij het dat de berekening van de gevolgen voor de laatste

Besparing grondwatergebruik in milj. m3/jaar - door drinkwaterbedriiven - door industrie - dooi landbouw

Landbouw

-

Drinkwaterbedrijven 78

totaal

Verdeling additionele kosten in miljoenen guldens per jaar - Landbouw extra droogschade heffing a afname variabele beregeningskosten afname vaste beregeningskosten 0

totaal

- industrie technischematr. heffing drinkwaterbedrijven technische matr. heffing a

-

-

14 204

Het getal tussen haakjes is de schade die zou ontstaan bij het betreffende beregeningsscenario, maar als de grasbaten niet dubbel werden geteld.

Industrie - 18

invoering van een heffing op de grondwateronttrekkingen van de drinkwaterbedrijven; - invoering van een heffing op de grondwateronttrekking van de landbouw voor de beregening; - beperking van de grondwateronttrekkingen voor de drinken industriewatervoorziening; - toepassing van de winbare hoeveelheden voor de grondwateronttrekkingen voor de drinken industriewate~oorzieningen de beregening in de landbouw; alsmede het toekennen van prioriteiten daarbinnen. Wil men met behulp van een heffing het grondwatergebmik van de drinkwaterbedrijven terugdringen dan zal de opgelegde heffing hoog moeten zijn (ongeveer 70 cent per m3). Dan pas gaat de drinkwatervoorziening op het gebmik van oppervlaktewater over. Aangezien deze heffingin de prijs van het drinkwater doonverkt en een dergelijke stijging en het gebmik van oppe~laktewatervoor de bereiding van drinkwater als nadelig voor de volksgezondheid beschouwd wordt, is deze maatregel als niet effectief verworpen. De heffing op het gebruik van het grondwater door de industrie brengt, zoals reeds gezegd, weinig netto besparingen met zich mee. D e industrie gaat op het gebruik van drinkwater over, zodat ook met deze maatregel niet het beoogde doe1 bereikt wordt. D e analyse van de gevolgen van de invoering van een heffing op het grondwatergebruik voor de beregening heeftzich beperkt tot het bestuderen van een hefEing van 20 cent per m3. Dit omdat voor elk ander heffingsbedrag een nieuw beregeningsscenario gemaakt diende te worden, hetgeen nogal wat werk met zich meebracht. In tabel VIII zijn de resultaten van de berekeningen met een heffing van 20 cent voor de drie sectoren onderling vergeleken. Hieruit volgt dat bij een heffing op de grondwateronttrekkingen van d e landbouw de grootste netto besparing wordt gerealiseerd. Daarentegen neemt de droogteschade flink toe. Deze kosten worden echter gecompenseerd doordat er rninder voor beregening uitgegeven behoeft te worden. Bovendien dient nog rekening gehouden te worden met het feit dat: - het aan heffing betaalde bedrag nationaaleconomisch gezien geen kosten zijn. Het is slechts een overdracht van CCn deel van de Nederlandse bevolking (de boeren)aan een andere (de staat); - door de introductie van de grasmultiplier een deel van de droogteschade niet reeel is. Corrigeert men voor deze factoren dan blijft er slechts 6 miljoen gulden per jaar aan reele nationaal-economische schade over. Vergelijkt men dit met de bedragen, die er bij d e heffing van 20 cent per m3 op de grondwateronttrekkingen van de drinkwater-

T A B E L IX - Het effect van het oprrerrlert tart de Iartdbotiwor~ttrekki,rger~ ortder de ~vinbare/toeveel/~edertert ltetstellen tlart prioriteitert daarbirtrterl. Conte.rt 1990. Grondwatergebruik in miljoenen rn3/jaar

Huidig Beleid

Prioriteit Landbouw

Prioriteit Drink- en industriewatervoorzienin.e

door drinkwaterbedrijven - door industrie - door landbouw -

totaal Verdelirtg nddihonele kostert irt t?tiljoertengtilderts per jaar - Landbouw extra droogschade afname variabele beregeningskosten afname vaste beregeningkosten -

totaal industrie drinkwaterbedrijven

-

-

13 (7)' 5 7

-

-

1

-

9 17

(-6)l

248 (1.55)' 65 68

-

115 (22)l -

-

Het getal tussen haakjes is de additionele schade, die zou ontstaan bij het betreffende beregeningscenario. maar als de grasbaten niet dubbel werden geteld.

bedrijven ( 14 miljoen gulden per jaar) en de industrie (27 miljoen gulden per jaar) betaald moet worden dan is de conclusie gewettigd dat, indien men een heffing op het grondwatergebruik van CCn van de drie sectoren overweegt, die op de onttrekkingen van de Iandbouw het meest aan te bevelen is. De huidige Grondwatenvet biedt de mogelijkheid tot het invoeren van een remmingsheffing echter niet. Daarom is deze mogelijkheid bij de nota: 'De waterhuishouding van Nederland' verder buiten beschouwing gebleven. Het beperken van de grondwateronttrekkingen van de drinken industriewatervoorziening door middel van de reductie van de winbare hoeveelheden Ievert, zoals te verwachten was, een redelijke besparing van het grondwatergebruik op. Deze reductie gaat echter we1 met hoge additionele kosten gepaard, tenvijl het positieve effect op de grondwaterstanden maar zeer beperkt is. (Minder dan bij de invoering van een heffing o p de landbouwonttrekkingen voor beregening). In verband hiermee en de te venvachten negatieve gevolgen voor de volksgezondheid is deze maatregel bij de verdere behandeling buiten beschouwing gelaten. Tenslotte nog enkele opmerkingen over de laatst genoemde maatregel: het mede betrekken van de onttrekkingen van de landbouw bij de winbare hoeveelheden. Ten aanzien van deze maatregel is in het verleden weleens gesteld dat men beide onttrekkingen (drinken industriewater enerzijds en landbouw anderzijds) niet zou mogen optellen en vergelijkenmet de winbare hoeveelheden. Dit omdat de effecten op de grondwaterstandzo verschillend zouden zijn. Deze uitspraak is maar zeer ten dele waar. Bij de onttrekkingen van drinkwaterbedrijven onder een slechtdoorlatende laag komen de effecten op de grondwaterstand redelijk overeen met die van de verspreide

landbouwonttrekkingen. Bovendien is bij het vergelijken van de som van de onttrekkingen met de winbare hoeveelheid het effect op de grondwaterstand zelf niet in het geding, maar de optelbaarheid van beide effecten afionderlijk. In zijn artikel in het tijdschrift H,O heeft Van der Giessen aangetoond dat, mits men van wat grotere gebieden uitgaat, het superpositie beginsel voor beide typen onttrekkingen redelijk opgaat (lokaal geldt dit echter niet altijd). Op grond hiewan is voor een eerste verkenning van de problematiek bij d e PAWN-studie onderzocht wat het betekent, indien zowel de grondwateronttrekkingen van de drinken industriewatervoorziening als die van de landbouw voor beregening aan de winbare hoeveelheden moeten voldoen. Bij de toekenning van de winbare hoeveelheden aan de drinken industriewatervoorziening aan de ene zijde en de landbouw aan d e andere zijde ontstaat een extra graad van vrijheid. Deverdeling van de beschikbare hoeveelheden zou op grond van een optimalisatie kunnen geschieden. Gezien de complexe structuur van de toegepaste modellen, was het niet mogelijk de landbouw bij de optimalisatie te betrekken. Daarom is een wat andere benadering gekozen. Hierbij zijn twee situaties onderzocht; CCn waarbij de landbouw prioriteit heeft en de drinken industriewatervoorziening met het resterende gedeelte genoegen moet nemen en CCn waarbij de prioriteit precies omgekeerd is. In tabel IX zijn de resultaten van deze berekeningen opgenomen, waarbij ze zijn vergeleken met die van een situatie waarbij d e drinken industriewate~oorzieningwe1 maar de landbouw niet onder de winbare hoeveelheden valt (dit komt mwwegovereen met d e huidige situatie). In eerste instantie lijkt de conclusie gewettigd dat bij de verdeling van het grondwater landbouw prioriteit zou behoren te krijgen. Landbouw ondewindt immers de

grootste schade; zelfs als er rekening gehouden wordt met de kosten van beregening ( 114 miljoen gulden per jaar voor de landbouw ten opzichte van 26 miljoen gulden per jaar voor de drinken industriewatervoorziening). Betrekt men echter ook hier de niet reele baten, die door de invoering van de grasmultiplier ge'introduceerd worden, bij de beschouwing, dan blijken de extra kosten voor de beide sectoren dezelfde orde van grootte te hebben. Als men verder nog in ogenschouw neemt, dat de landbouwschade ten opzichte van een voor de landbouw zeer gunstige uitgangspositie is bepaald en rekening houdt met het volksgezondheidsaspect, dan lijkt het niet zo zinnig om de huidige prioriteit, die de drinken industriewatervoorziening geniet, te veranderen. Het lijkt echter verstandig, gezien de invloed op de grondwaterstand, om de onttrekkingen aan het grondwater voor de beregening van de landb&uwgewassenniet ongelimiteerd te laten groeien. Resumerend kan gesteld worden dat ten aanzien van het grondwater de volgende maatregelen zinvol zijn te achten: I. De verbetering van de aanvoer van oppervlaktewater. Aangezien dit in droge perioden voornamelijk met Rijnwater zal dienen te geschieden, is deze oplossing ook niet zonder problemen. 2. Het opleggen van beperkingen aan de groei van de beregening uit het grondwater.

Nota 'De waterhuishouding van Nederland' uit 1983 Doe1 en status van de nota Het doel van de nieuwe nota is tweeledig. In d e eerste plaats worden de hoofdlijnen van het regeringsbeleid inzake de waterhuishouding van Nederland vastgelegd. Daarbij wordt uitgegaan van de definitie van waterhuishouding zoals deze is opgenomen in de concept-wet op de waterhuishouding. Deze luidt: 'de overheidszorg die zich richt o p het o p en in de bodem vrij aanwezige water, met het oog op de daarbij betrokken belangen. Daarnaast wordt in de nota het voorgenomen beheer van de rijkswateren geschetst opdat andere overheden en

watergebmikers hun beleid hierop kunnen afstemmen. Hiermee wordt een iteratieprocedure opgang gebracht, die moet gaan plaatsvinden tussen het regionale beleid en dat van de rijksoverheid. Thans bevindt de nota zich nog in het concept-stadium. Wel heeft een zeer intensief overleg met de betrokkenen plaatsgehad.

Kenmerken van de nota In tegenstelling tot de nota van 1968 wordt uitgebreid ingegaan op alle belangen die betrokken zijn bij de waterhuishouding. Het gaat daarbij om: a. de veiligheid; b. de primair op het menselijk gebruik gerichte belangen: - agrarische sector - elektriciteitsproduktie - huishoudens - industrieen dienstverlenende sector - scheepvaart - visserij - waterrecreatie c. natuur en landschap: - aquatische levensgemeenschappen - terrestrische levensgemeenschappen. Van deze belangen zijn de wensen nagegaan, de problemen gesignaleerd, en oplossingen in het kader van de waterhuishouding geanalyseerd. Daarbij wordt ten opzichte van de vorige nota meer aandacht geschonken aan de waterkwaliteit, zoals de invloed op de watertemperatuur van het koelwater van de elektriciteitscentrales, de gevolgen van de wateraanvoer op de waterkwaliteit en het eutrofieringsprobleem. De infrastrztchorr D e nota '83 geeft zowel een visie op de hoofd-infiastructuur als op de regionale stmcturen, zij het dat de laatste een indicatief en voorlopig karakter heeft. Diverse regionale wateraanvoerprojecten lijken rendabel, dit in tegenstelling tot de grote nationale projecten als de Noord-Zuid koppeling, de grootschalige voorraadvorming in het IJsselrneer en de IJsselkanalisatie. Dit betekent dat enkele hoofdconclusies uit de vorige nota, te weten de noodzaak van een Noord-Zuid koppeling en een grootschalige

TABEL X - Vergelijkbtg t7nne~tkelecijfers rnirde notn: 'De ~t~nterlrrrislrorrdi~tg \lot1 Nederlnnd' [I9681en de PA IVN-snrdie. Noord, zomerltnlfnnr

te voorzien uit oppervlaktewater Areaal landbouw in ha Landbouwwaterbehoefte in mln. m3 Drink- en industriewatervoorziening in mln m3 Doorspoeling (behoefte in mln. m3)

Nota '68 95% droog jaar 1.100.000 1.650 4602 1.550

PAWN jaar 1959l 725.000 1.3003 60 1.350

Verschil 350 400 200

-

950 bij benadering een 95% droog jaar esclusief spaarbekken IJsselmeer maximum scenario

TABEL XI - Vergelijkirtg vn11deprog~tosesvon het rrit de 17otn: 'De Drirtk- en itldrrsm'en'nten~erbnrik tc~oterl~rtisholtdir~g vat1 Nederln~rd'[ l Y 6 5 ] en her Srrrrctrrtrrsclte~~tn Drink- en 111drtstrie~~nfen~oorzie11i11g fdeel d: D e re~erit~nsbeslissi~td.

Waterverbruik in Nederland (mlnliaarl

2000

rlotn ' 6 8

bevolkingsverbruik industrieel verbruik 'extra' industrieel verbruik S D l V (concept-regerin_gsbeslissing)

maximum scenario basis scenario

2.268 1.812

voorraadvorming niet langer worden onderschreven. Een belangrijke verklaring hiewoor is dat nu uitgegaan wordt van een lagere vraag. In tabel X wordt dit geiillustreerd door een vergelijking te maken tussen de vraag in een 95 % droog zomerhalfjaar voor het Noordelijk deel van Nederland volgens de nota '68 met de vraag, zoals deze volgens de PAWNstudie in de toekomst zou kunnen zijn, als de hydrologische en meteorologische omstandigheden van het jaar 1959 zich opnieuw zouden voordoen. Het totale verschil in een dergelijke zomcr zou 950 miljoen m3 water bedragen, hetgeen overeenkomt met een wnterschijf van -t 8 0 cm op het huidige IJsselmeer. Opvallend is de sterke reductie van de vraag naar oppervlaktewater voor de sector drinken industriewatervoorziening. Deze reductie vindt zijn oorsprong in de veel lagere ramingen van het waterverbruik in deze sector. Vergelijking van de nota '68 met de (concept)regeringsbeslissinginzake het Structuurschema Drink- en Industriewatervoorziening geeft een daling van de raming van meer dan 70% te zien (tabel XI).

Het beheer D e nota geeft ook een visie op het beheer. Geschetst worden uitgangspunten voor de organisatie van het waterbeheer. Tevens wordt ingegaan op de prioriteiten in perioden van schaarste aan water. E r is globaal sprake van 3 niveaus. - Niveau 1, een categorie met de hoogste prioriteit, deze bevat de sector drinken industriewatervoorziening en de waterbehoefte voor peilbeheersing (voorzover deze verband houdt met de stabiliteit van kades en dergelijke). - Niveau 2, bevat de beregening, de scheepvaart en het gebruik van water als koelwater bij de elektriciteitsproduktie. Binnen deze categorie dient in het algemeen eerst het gebmik van koelwater te worden beperkt, vervolgens dienen beperkingen aan d e scheepvaart te worden geaccepteerd, (schutten met volle kolken, vaardieptebeperkingen en dergelijke) en in laatste instantie dient de beregening te worden verminderd.

- Niveau 3, bevat de categorieen door-

spoeling en verziltingsbestrijding.In geval van schaarste dient het waterverlies dat hiermee gepaard gaat als eerste te worden beperkt.

De planvorming In de nota wordt een groot aantal aangrijpingspunten voor de planvorming op provinciaal niveau gegeven. Dit betreft zaken als: inzicht in ht rijksbeleid, de hoofdinfrastructuur, het voor de regio beschikbare water, de prioriteitentegenstelling. Tevens wordt aangegeven welke aspecten bij de formulering van het provinciale beleid aan de orde moeten komen. Met name zal de provincie zich geplaatst zien voor een strategische keuze tussen enerzijds de mate waarin grondwater onttrokken mag worden en anderzijds de mate waarin oppervlaktewater moet worden aangevoerd. Alhoewel voor een aantal gebieden de aanvoer van oppervlaktewaterten behoeve van de beregening een alternatief lijkt, is ook dit alternatief niet zonder problemen. De aanvoer van met name het Rijnwater zal invloed hebben op de regionale waterkwaliteit. In hoeverre dit geaccepteerd kan worden, zal nader op provinciaal niveau moeten worden bekeken. Evaluatie methodiek Uit het voorgaande is duidelijkgeworden dat aan de nota '83 een andere, veel intensievere methodiek ten grondslag heeft gelegen. Gepoogd is om de relaties van alle belangen met de waterhuishouding modelrnatig te benaderen, opdat een kwantificering van de knelpunten mogelijk zou worden. Daarbij is, daar waar dit zinvol was, het belang uitgedrukt in economische grootheden. Daar waar dit niet mogelijk of zinvolwas,zijn grootheden gekozen, die een zo goed mogelijke indruk geven. Daarmee is bereikt dat de kosten en de baten (in 'brede' zin) van een ingreep in de infrastructuurkonden worden bepaald. Een arbitraire keuze van een 95% droge zomer of junimaand als maatstaf voor de benodigde infrastructuur kon daardoor worden vermeden. Tevens is door deze methodiek inzicht verkregen in de te stellen prioriteiten bij schaarste. Ook de mate van regionaal detail is een opvallend verschil met de nota '68. In plaats van enkele landsdelen te beschouwen, is het land opgedeeld in 77 districten. Bovendien is het waterhuishoudkundigesysteem vrij nauwkeurig gemodelleerd. Hierdoor konden ook regionale knelpunten worden opgespoord. Een en ander betekent niet dat de studie volmaakt is. Gebleken is dat de effecten van natuur en landschap nog onvoldoende konden worden beschreven. Nader onderzoek wordt nodig geoordeeld.

Hiervoor is inmiddels de Studiecommissie Waterbeheer, Natuur, Bos en Landschap ingesteld. Alles overziende kan echter worden geconcludeerd dat de uitgevoerde beleidsanalyse (PAWN) zeer waardevol is gebleken bij het formuleren van het rijksbeleid inzake de waterhuishouding en het beheer van de rijkswateren. Een dergelijke aanpak kan worden aanbevolen ter voorbereiding van de provinciale waterhuishoudingplannen.Daarbij kan dan gebruik gemaakt worden van de in de PAWN opgedane kennis en ervaring. Literatuur Rijkswaterstaat(1968). De Waterhuisholcdingvan Nederland.

Rijkswaterstaat( 1983). De Waterhuishoirdingvan Nederland (in voorbereiding). Randcorporation 11983). Policy Analysis of Watermanage~entfor the heetherlank (20 delenf Pulles, J. W. ( 1984). Een beleidsanalvsevan de waterhirirhouding van Nederland (PAWN) (in voorbereiding). SWLT ( 1980). Shrdiecommissie Waterbehoefie Land- en Tirinbotrw. Aanvullende watewoorrieningvande land-en tuinbouw. Boheemen, P. M. van en Wilde, J. G. S. de (1979). De watervoorziening van land- en hrinboirw in hetdrogejaar 1976. Regionale Studie ICW 15. Lanen, H. A. J. van, Giessen, A. van der. Meinardi, C. R. en Silva, W. ( 1983). Vergelijkingvan demodellen D E M G E N (PA W N ) en G E L G A M ten aanzien van het voorspellen van effecten van permanenre en geconcentreerde grondwatenvinning. Nota RIDIRWS (Wen W). Giessen, A. van der ( 1983). Hydrologisch effect van verschillende rypen grondwateronmekkingen in relatie tot de winbare hoeveelheden. H,O, 23.

vartleggeo functtes en ecoiqsrhe doeistelimgen oppwviaktenteren lAnvB e x a t l l W Y a t

t o e t s q waterkvalltett am de nwmn per fvrrtie

D e in dit artikel genoemde kwaliteitsdoelstellingen, werden door het Rijk vewolgens vastgelegd in een AMvB ex. art. 13 en 15 WVO getiteld 'Regelen inzake kwaliteitsdoelstellingen en metingen oppewlaktewater'. In de AMvB worden normen gegeven voor oppewlaktewateren met de functies (afb. 4): - oppewlaktewateren voor de drinkwaterbereiding; - oppewlaktewateren waarin wordt gezwommen; - oppewlaktewateren waarin vissen leven; - oppewlaktewateren waarin schelpdieren leven. De normen zClf zijn opgenomen in de bijlagen en betreffen voornamelijk fysischchemische parameters, 53 voor 'drinkwater', 17 voor 'zwemwater', 14 voor 'viswater' en 19 voor 'schelpdienvater'. Door de vastlegging in een AMvB hebben deze normen een wettelijke status in afwijking van de eerder genoemde normen voor de basiskwaliteit die meer indicatief zijn. Overziet men dit stelsel van wetsartikelen en AMvB's, dan is de bedoeling van de wetgever duidelijk. In afb. 5 is dit in een schema aangegeven. In de waterkwaliteitsplannen dienen de functies van de oppewlaktewateren in het plangebied te worden aangegeven (AMvB ex art. 11 van de WVO), vewolgens dient de kwaliteit getoetst te worden aan de normen van de AMvB ex art. 13; voldoet de kwaliteit niet, dan dienen de maatregelen aangegeven te worden, nodig om wC1 aan de kwaliteit te voldoen,,binnen de in dezelfde AMvB aangegeven tennijnen. 2. De concept-waterkwaliteitsplannen 2.1. Toetsing aan de normen Wat is de indruk van de, op dit moment, 3 1 december 1983, bekende concept-waterkwaliteitsplannen?

In het navolgende wordt hier zeer in het kort o p ingegaan waarbij vooral wordt gelet op de hiemoor aangeduide 'hoofdlijn' zoals deze door de wetgever wordt geeist. In afb. 6 is aangegeven welk percentage van de monsterpunten in de oppewlaktewateren, voor zover uit de concept-plannen was na te gaan, voldoet aan de hiewoor genoemde normstellingen. Doordat van verschillende parameters niet altijd gegevens beschikbaar bleken, met name niet van de zogenaamde microverontreinigingen, moeten de vermelde percentages als maxima worden beschouwd. Wanneer er van deze microverontreinigingen wC1 gegevens waren, voldeden ze overigens meestal aan de normen. In de gevallen, waarin bijvoorbeeld is aangegeven dat 0% van de monsterpunten aan de normen voldoet, moet hieruit niet worden geconcludeerd dat ten aanzien van 5lle parameters de normen worden overschreden. In tegendeel, meestal voldeed de meerderheid van de parameters aan de normstellingen, doch waren er een aantal waaraan niet werd voldaan. D e overschrijdingen betroffen echter meestal wC1 belangrijke parameters zoals zuurstof, fosfaat, stikstof, chloride, ammonium, etc. en mogen daarom niet gebagatelliseerd worden, zoals in enkele concept-plannen soms wordt gedaan. 2.2. Korte schets van 4plannen Helaas is het hier niet mogelijk uitvoerig in te gaan o p alle nu bekende plannen. Volstaan wordt met een korte schets van 4 plannen, 1 voor een rijkswater (de Maas) en 3 provinciale plannen (Noord-Brabant, Noord-Holland en Utrecht). Deze 4 lijken ook representatief voor de overige 15 plannen. In de hierna volgende korte bespreking zal vooral aandacht worden gegeven aan de voorgenomen maatregelen en aan de vraag of deze toereikendzijn om de waterkwaliteit binnen de vereiste termijn aan de normen te laten voldoen.

Afb. 6. Percentage van de monsterpunten dat voldoet aan de normen

WKP Bovenrivieren Benedenrivieren N2.K. - A-RX. IJsse(meer Maas Friesland Noord- Holland Utrecht Noord - Brabant Limburg

basiskw drinkw zwemw visw. % % % % 0 nvt 7 20

0 0 0 0 0 5 2 3

0

0 0 0 0 nvt nvt

0 nvt nvt

7 0 0 0 ? 5 5

14 10 0 ?

0

?

15 7 ?

?

0

2.2.1. Maas Uit het concept-waterkwaliteitsplan Maas (aug. 1983) blijkt dat op geen enkel monsterpunt wordt voldaan aan de normen voor de basiskwaliteit. De overschrijdingen betroffen meestal de paramaters: olie, vrij ammoniak, totaal fosfaat, cadmium, kwik, zink, fenol, polycyclische aromaten, yHCH e n faecale coli. Ook werd niet aan de 'drinkwater' normen voldaan. De overschrijdingen betroffen vooral de parameters: olie, totaal fosfaat, cadmium, kwik, zink, lood, arseen, fenol, yHCH en faecale coli. De normen voor 'viswater' werden vooral overschreden ten aanzien van ammonium, vrij ammoniak en zink. D e normen voor 'zwemwater' werden vooral ten aanzien van faecale coli niet gehaald. De in het plan gepresenteerde maatregelen betreffen vooral de bouw, respectievelijk verbetering van rioolwaterzuiveringsinrichtingen, grotendeels reeds bekend van de plannen van de aangrenzende waterkwaliteitsbeheerders en tevens een aantal maatregelen bij bedrijven. Over het effect van deze maatregelen op de waterkwaliteit wordt alleen gesteld: 'A1 zal door de voorgenomen saneringen in het plangebied en in de aangrenzende gebieden in Nederland de kwaliteit van het Maaswater verbeteren, echter mede gezien in verhouding tot de totale belasting van de Maas van buiten het plangebied mag niet verwacht worden, dat de invloed van deze verbetering in Nederland alleen zodanig zal zijn, dat hierdoor binnen de planperiode (1983-1993) enige kwaliteitsdoelstelling gehaald zal worden'. 2.2.2. Provincie Noord-Brabant In het concept-voorontwerp waterkwaliteitsplan van de provincie Noord-Brabant (oktober 1983) wordt onder andere het volgende gesteld: 'Op deze plaatsen (de Brabantse oppervlaktewateren) voldoet de waterkwaliteit aan de ruime woordelijke omschrijving van de IMP-basiskwaliteit. Uit de toetsing van de kwaliteit van bedoelde wateren aan de normen van de IMP-basiskwaliteit blijkt echter dat het merendeel daar bij lange na niet aan voldoet'. In het concept-plan wordt een Noord-Brabantse basiskwaliteit geformuleerd, zijnde de IMP-basiskwaliteit waarvan, zoals het plan stelt: 'een beperkt aantal normen zodanig wordt vermimd dat d e waterkwaliteit, die thans in een 'gemiddeld' gesaneerd gebied in NoordBrabant aanwezig is, daaraan voldoet'. D e 39 parameters worden verdeeld in 'dwingende' normen (de Noord-Brabantse basiskwaliteit) en 29 'richting gevende' normen. Het plan stelt: 'De richting gevende normen worden binnen deze planperiode in het algemeen niet haalbaar geacht'.

waterkwaliteitsplannen tevens koersbepalend respectievelijk koersbevestigend. Waarop zijn deze waterkwaliteitsplannen nu vastgelopen ten aanzien van de trits functiesnormen-maatregelen? Uit de plannen blijkt dat de oorzaak ligt in de combinatie van de factoren: onvoldoende geld, macht en kennis.

Geld: Het tempo van de waterkwaliteitsverbetering wordt vooral bepaald door de beschikbare middelen, verkregen via de zogenaamde zuiveringsheffing, vooral vereist voor de bouw van rioolwaterzuiveringsinrichtingen. Sinds de economische situatie in ons land is verslechterd, is het verzet tegen een voortgaande verhoging van de heffingen sterk toegenomen. Kenmerkend zijn de circa 5.000 bezwaarschriften die tegen het ontwerp-waterkwaliteitsplan van NoordHolland zijn ingediend en vrijwel alle protesteren tegen een verdere verhoging van d e heffing; nodig om het 'minimum-zuiveringspakket' uit te voeren, een pakket van maatregelen nog onvoldoende om de normstellingen te bereiken. Dit is een 'hard' politiek gegeven en is landelijk aanwezig. Het milieu heeft niet meer de hoogste prioriteit.

Mnchr: met de 2e factor, onvoldoende macht, wordt bedoeld dat de v e ~ u i l i n guit het buitenland niet met de WVO kan worden tegengehouden, maar ook dat bijvoorbeeld d e invloed van de landbouw op de waterkwaliteit, met name van de veehouderij, nog niet wettelijk is te beheersen. Kennis: met de 3e factor, onvoldoende kennis, wordt bedoeld, dat, hoewel dit in de concept-plannen vaak slechts zeer verborgen wordt aangeduid, in feite nogzeer veel kennis ontbreekt om concreet aan te kunnen geven met welk pakket van maatregelen wkl aan de normstellingen kan worden voldaan. D e vele factoren die de actuele waterkwaliteit bepalen, vooral ook de diffuse vervuilingsbronnen, zijn in vele wateren maar zeer beperkt bekend, zowel ten aanzien van hun omvang als ten aanzien van hun invloed. Door deze drie factoren: onvoldoende geld, macht en kennis is het begrijpelijk dat de opstellers van de plannen er niet in slaagden aan de bedoelingen van de wetgever te voldoen.

4. Hoe nu verder D e meest waarschijnlijke onhvikkeling ten aanzien van deze concept-waterkwaliteitsplannen lijkt dat ze, na voltooiing in 1984 en 1985, vrij geruisloos worden vastgesteld. Dit ondanks het feit dat ze gCCn van alle de bedoeling van de wetgever ook maar benaderen voor wat betreft het, binnen de aangegeven termijnen, voldoen aan de

normstellingen. Hoewel voor de provinciale waterkwaliteitsplannen geen goedkeuring door de rijksoverheid is vereist, heeft het rijk toch we1 een mogelijkheid om in te grijpen. Artikel 12, lid 4 van de gewijzigde WVO stelt: 'Onze Minister van verkeer en waterstaat kan in overeenstemming met onze Minister van volksgezondheid en milieuhygiene aan provinciale staten een aanwijzing geven omtrent de inhoud van het plan'. Dat de rijksoverheid van deze bevoegdheid gebruik zal maken lijkt echter niet zo waarschijnlijk. De tegenwind ten aanzien van d e vereiste financien voor de concrete effectuering van de normstellingen is zeer krachtig geworden. Bovendien: stel dat de provinciebesturen via een 'aanwijzing' gemaand worden tot meer concrete maatregelen gericht op voldoen aan de normstellingen maar de daarvoor vereiste extra uitgaven worden weggestemd in de provinciale staten respectievelijk de algemene besturen van de waterschappen? In principe kan het rijk dan weer zijn goedkeuring onthouden aan het tarief zuiveringsheffing. Deze strijd lijkt echter uitzichtloos. Gebruik van het middel van de 'aanwijzingen' lijkt daarom niet waarschjijnlijk in de sfeer van harde maatregelen. Was het opstellen van deze waterkwaliteitsplannen dan we1 verantwoord indien van tevoren was te voorzien dat ze op het meest essentiele punt, de concrete maatregelen, niet aan de bedoeling van de wetgever zouden voldoen? Dit is verantwoord, wordt we1 gesteld, omdat aan deze waterkwaliteitsplannen nog een andere functie is toegedacht. Het concept waterkwaliteitsplan Maas stelt: 'Bij de vaststelling der eisenstellende functies wordt er van uitgegaan, dat in de planperiode d e kwaliteit van het water in het buitenland, en vooral van bovenstrooms, mede als gevolg van onderhandelingen zodanig zal verbeteren, dat de door Nederland nagestreefde kwaliteitsdoelstellingen, welke als basis de EG-normen hebben, haalbaar zijn.' Uit citaten in verschillende kwaliteitsplannen voor de rijkswateren en uit mondelinge informatie komt naar voren dat het de bedoeling is de verantwoordelijke overheden in Duitsland, Frankrijk en Belgie te bedelven onder onze indrukwekkende stapel waterkwaliteitsplannen, hen er mee overtuigen dat Nederland er alles aan doet en dat ook zij hun plichten in het kader van de E G moeten nakomen. Het is echter de vraag of het buitenland erg onder de indruk zal komen van deze plannen nadat men ze kritisch heeft doorgenomen. Van een beroep op de EG-normen mag ook niet teveel venvacht worden. De kwaliteit van de Rijn en de Maas voldoet bij binnenkomst in ons land niet aan de normstellingen ten aanzien van basis-

kwaliteit, 'drinkwater', 'viswater' en 'zwemwater'. Maar de kwaliteit voldoet meestal wkl aan de 'harde kern' van de EG-normen. Met de 'harde kern' wordt hier bedoeld de normen waartoe de lid-staten zich verplicht hebben in ieder geval aan te zullen voldoen, de zogenaamde 'imperatieve' normen. De Nederlandse normen in het Ih4P en de AMvB ex art. 13, zijn echter scherper geformuleerd dan deze EG-normen. Het lijkt niet waarschijnlijk dat Nederland het buitenland zou kunnen dwingen tot extra maatregelen vanwege overschrijding van alleen voor Nederland geldende normen. O p de redenen van deze aanscherping, tegen d e adviezen in van onder andere de Comrnissie voor de Waterverontreiniging van de Raad van de Waterstaat, kan hier niet uitvoerig worden ingegaan. Verwezen wordt naar het artikel van ir. Blom. Daaruit blijkt onder andere dat het vooral de vrees bij de Rijksoverheid is geweest, dat ruimere normen tot 'opvulling' zouden leiden. Aangezien het 'standstill-beginsel' dit opvullen in principe reeds verhindert, duidt deze vrees op een gebrek aan vertrouwen in d e waterkwaliteitsbeheerders. Het is de vraag of dit we1 gerechtvaardigd is. Is alle werk voor deze waterkwaliteitsplannen dan voor niets geweest? Is de naar schatting 4 miljoen gulden hieraan besteed, dan letterlijk in het water gegooid? Gelukkig zijn er ook pluspunten. Velen, die aan deze plannen zwoegden, hebben gesteld dat ze weliswaar niet veel concreet nieuws ten aanzien van maatregelen bevatten, maar dat het goed is geweest alles weer eens op een rijtje te zetten. De conceptplannen dienen nu reeds als naslagwerken voor allerlei gegevens over lozingen etc. Belangrijker is echter dat in deze waterkwaliteitsplannen de grenzen van het waterkwaliteitsbeheer op basis van d e WVO zichtbaar zijn geworden. Tussen de regels door is te lezen dat bij de huidige beschikbare rniddelen, waarvan de grenzen maatschappelijk (= politiek) zijn bepaald, de verbetering van de waterkwaliteit niet verder versneld kan worden. Het is tevens de niet voorziene verdienste van d e waterkwaliteitsplannen duidelijk te hebben gemaakt dat een verdere verbetering van de waterkwaliteit niet alleen een zaak is van verbetering van rioolwaterzuiveringsinrichtingen of het opstellen van lozingsvergunningen voor bedrijven maar vooral ook van de aanpak van andere bronnen, voor een deel diffuus enlof wettelijk met de huidige WVO niet te saneren. Dat ten aanzien van de effecten o p de waterkwaliteit van deze andere bromen van watervervuiling nog veel onzekerheid heerst. Per gebied en per oppervlaktewater blijken deze invloeden verschillend. Wat de reele mogelijkheden zijn van verdere sanering, behoeft nog veel

onderzoek waarbij waterkwaliteitsmodellen, veel meer dan tot nu toe, een rol moeten 'pelen' Uit de concept-plannen komt een toenemende aandacht naar voren ten aanzien van de ecologische functies van de oppervlaktewateren. Voorzien kan worden dat de huidige financiele lasten voor de waterkwaliteitsbeheerders, voortkomende uit de recente en nog in gang zijnde bouw van rioolwaterzuiveringsinrichtingen, over 5 i 10jaar zullen zijn verminderd. Bij een gelijkblijvende heffing, zal dan mogelijk ruimte ontstaan voor nieuwe zaken. Het zou een verloren kans betekenen wanneer de komende periode van 5 B 10 jaar niet besteed zou worden aan het verder uitdiepen van de in de waterkwaliteitsplannen genoemde problemen. D e rijksoverheid zou de rijkswaterstaatdirecties en provincies kunnen opdragen de in d e waterkwaliteitsplannen gesignaleerde onzekerheden en problemen verder uit te werken en binnen een concreet aangegeven periode met deelplannen te komen, zonder dat CCn van beide partijen zich overigens bij voorbaat vastlegt ten aanzien van de uitvoerbaarheid. Daarbij kunnen ook kwaliteitsdoelstellingen een rol spelen. Kortom de rijksoverheid zou in een kritische maar open discussie aan kunnen dringen op verdere uitdieping van de problemen per beheersgebied. O p deze wijze vervult zij haar rol als beleidsvormer en toezichthouder op een werkelijk verantwoorde wijze en zullen haar voorstellen succesvol zijn. Literatuur Prol~i~tcinnl tvaterk~vnliteitsplonNoord-Hollnnd. Provinciaal bestuur van Noord-Holland, onhverp december 1982, Haarlem. Wnterk~vnliteitsplnnLirnbtrrg. Provinciaal bestuur van Limburg, concept juni 1983, Maastricht. tVnterkrvnliteitsplnt~Noordzeekm~anl-At?~sterdnr~t-Rijlknnnnl. Rijkswaterstaat directie Noord-Holland en directie Utrecht, onhverp september 1983, Haarlem. Nota vnrt omtv~tllirtgop her Waterk~vnliteitspln~~ Friesl~rnd 1979. Provinciale waterstaat van Friesland, augustus 1983, Leeuwarden. IVnterk~vnliteitsplnrtprol'btcie Utrecht. Provincie Utrecht. ontwerp juli 1983. Utrecht. LVnterkn~nliteitsplnnNoord- Brnbnnr. Provincie NoordBrabant, concept-voorontwerp oktober 1983, 's-Hertogenbosch. tVnterkwoliteitsplanpro~~ittcie Friesland 1979. Provinciale waterstaat van Friesland, november 1979. Leeuwarden. IVaterk~valiteitsplnnZtlidelijke Deltan~ntemt.Rijkswaterstaat directie Zeeland, concept augustus 1983, Middelburg. Woterkn~nliteitsplnnK~tshvateren.Rijkswaterstaat directie Noordzee, concept 24 augustus 1983, Rijswijk (Z-H). Wnterk~vnliteitsplnrrBovetlrillierett. Rijkswaterstaat directie Bovenrivieren, concept maart 1983,Amhem. IVnterk~vnliteitsplnt~ Benedettrivieren. Rijkswaterstaat directie Benedenrivieren, ontwerp mei 1983. Dordrecht. LVaterk~vnliteitspln,~ Drenthe. voorlopige teksten vnrt de nlgemene hoofdsnrkken voor het corlcept-wnterk~taliteit.~plan Drerlthe. Provincie Drenthe, november 1983, Assen. Wnterkwnliteitsplnn IJsseln~eergebied.Rijkswaterstaat directie Zuiderzeewerken, concept april 1983. Lelystad. LVnterk~vnliteitsplmlMaas. Rijkswaterstaat directie Limburg, concept juli 1983, Maastricht.

Blom, G. Vertnling van EG-richtlijnen in her oppervlakte~vaterbeheerin Nederland. H,O ( 16), nr. 25 (december 1983) pp. 580-583. Maat, H. J. ter (1983). Waterk~valiteitsbeleidin de ~vnterk~valitei&plannen. Recreatie en toerisme, nr. 8, pp. 320-324.

@ @ @

De toepassing van waterkwaliteitsmodellen voor het beleid en beheer van het Grevelingenmeer

1. Inleiding Ter begeleiding van transformaties van ecosystemen in het Deltagebied verricht de Hoofdafdeling Milieu en Inrichting van de Deltadienst (DDMI) toegepast waterkwaliteits- en ecologisch onderzoek. Op basis van verworven kennis worden adviezenverstrekt. D e transformaties hebben betrekking op de overgang van getijdewateren naar een systeem met gereduceerd getij en naar stagnante zoete, zoute en brakke systemen als gevolg van de uitvoering van de Deltawerken. Met de verandering van het

ecosysteem en de infrastructuur door aanleg van dammen, wegen en sluizen, wijzigen zich ook de functies die het bekken in principe kan vervullen. Nieuwe maatschappelijke wenselijke mogelijkheden dienen zich aan, oude functies zijn soms niet (goed) meer mogelijk. Z o kan de natuurwaarde achteruitgaan of andere accenten krijgen, de visserijfunctie verdwijnen (mossel- en oestercultures) of veranderen (van zout naar zoet), de mogelijkheid tot recreatie toenemen, de zoetwatervoorziening voor de landbouw verbeteren, etc. Deze veranderingen in de functies, de mogelijke conflicten die er tussen de diverse functies kunnen optreden (bijv. recreatie of scheepvaart versus natuur) en de vele alternatieven met betrekking tot de ecologische ontwikkelingen vragen om een duidelijk beleid voor de bekkens. Het beleid is te omschrijven als het stellen van doelstellingen en prioriteiten voor de bekkens, het maken van keuzes ten aanzien van de gewenste ontwikkeling en de zorg dat het beleid wordt uitgevoerd. Voorbeelden van beleidsvragen zijn de vraag naar de wijze van afsluiting van de Oosterschelde en de keuze van zout of zoet Grevelingenmeer. D e uitvoering van het eenmaal gekozen beleid kan geschieden door middel van het beheer (vergunningen met betrekking tot lozingen, doorspoelbeheer, beheer stormvloedkering etc.), inrichtingsplannen (lokaties recreatiefaciliteiten, bescherming natuurgebieden, reservering voor visserij) en uitvoering van werken (dammen, sluizen etc.).

Het spreekt voor zich dat voor de beantwoording van beleids- en beheersvragen onderzoek nodig is. Dit onderzoek is te omschrijven als het verwerven van kennis, om o p grond daarvan verwachtingen te geven over de effecten van bepaalde transformaties, ingrepen en beheersmaatregelen. Modelontwikkeling vorrnt een integraal deel van dit onderzoek. In het navolgende zal bij wijze van illustratie [zie ook Stortelder, 19831nader worden ingegaan o p een tweetal modeltoepassingen voor het Grevelingenmeer ter beantwoording van de volgende beleids- en beheersvragen: - Welk beheer dient gevoerd te worden om het zoutgehalte van het Grevelingenmeer op peil te houden zonder gevaar voor stratificatie en zuurstofloosheid, en rekening houdend met de visintrek? (par. 3). - Wat is de te verwachten waterkwaliteit met betrekking tot eutrofieringsaspecten bij een eventuele keuze voor een zoet Grevelingenmeer (par. 4). Tenslotte zal in par. 5 een korte discussie worden gewijd aan de toepasbaarheid van de modellen. 2. Iets over het huidige Grevelingenmeer Het Grevelingenmeeris een zout meer. Het is ontstaan na afsluiting van het GrevelingenTABEL I - Enige r?~orfo~tretrischepnrnmeters 11at1het Gre~~elingenmeer bij her hlridige slreefpeil sntr NA P-0.2 rn. Wateroppervlakte 107 kmz Oppervlakte eilanden en platen 3 1 km2 Gemiddelde diepte 5.4 m Maximum diepte 48.0 m Volume 579.1 O6 m3 Lengte 73 km Breedte 4-10 km Peil NAP - 0. I tot -0.3 m

estuarium met de Grevelingendam ( 1964) en d e Brouwersdam (I97 1). Zie afb. 1. D e morfologie van het meer herinnert aan zijn verleden. D e twee voormalige getijdegeulen zijn nog aanwezig: de noordgeul en de zuidgeul. Beide lopen ze van oost naar west. Vooral de zuidgeul kent vele putten die gescheiden zijn door zadels. Ongeveer 65% van het meer is minder dan 5 m diep, en ongeveer 46% is minder dan 2,5 m diep. Enige morfometrische parameters zijn vermeld in tabel I.

3. Stratificatie- en zuurstofmodel Grevelingenmeer 3.1. De problematiek Sinds de afsluiting met de Brouwersdam in 197 1 daalde het chloridegehalte in het Grevelingenmeer langzaam maar zeker van 17 gC1-/I tot 13 gC1-/I in mei 1978. Deze dalingwerd veroorzaakt door de uitslag van brak polderwater en door neerslag. O m de aanwezige zoutwaterlevensgemeenschappen van de ondergang te redden werd besloten het meer te verversen met Noordzeewater via een inmiddels gerealiseerde sluis in de Brouwersdam. Door tijdens hoogwater in te laten en tijdens laagwater te spuien bleek het in principe mogelijk in het meer een zoutgehalte van 16 gC1-/I te garanderen [De Vos e.a., 19801. D e verversing introduceert een nieuw probleem. Tijdens het inlaten duikt het zwaardere Noordzeewater naar beneden en vormt een vrij stabiele onderlaag. E r ontstaat dus een gelaagdheid ofwel een stratificatie van het meer. De uitwisselingvan watermassa's tussen boven- en onderlaag wordt nagenoeg onmogelijk en daarmee bijvoor-

Afb. I - Knnrt vat, her Greveli~rge~znreer. De georceerdegebieden stonn permnnetrt droog. 1

I

OVERFLAKKEE

SCHOUWEN

-N.A. P.

-

wind een kans te geven het meer v66r de opwarming van het water in de bovenlaag te doen destratificeren. Zodoende zou de omvang van de stratificatie beperkt blijven tot die van de plaatselijke thermische stratificatie, welke sinds de afsluiting in 197 1 optrad. Sinds 1980 wordt het Grevelingenmeer inderdaad alleCn 's winters vewerst. D e effecten zijn zoals voorzien in de beleidsanalyse. D e beleidsanalyse deed de behoefte voelen aan een sirnulatiemodel. Enerzijds om de aanwezige kennis van processen, die een rol spelen bij stratificatie en de zuurstofhuishouding beter te kunnen benutten, anderzijds om het voorgestane beleid te onderbouwen en/of eventueel te verbeteren. Bijvoorbeeld zou op grond van modelresultaten een scenario kunnen worden ontwikkeld dat gunstiger is voor de visserij. Sluiting in de lente verhindert namelijk de import van vislarven uit de Noordzee.

NOORDGEUL

I

Afb. 2 - Gescltet~toriseerdet~okkertittdelirtgen lettgreprofiel I V I I I lter Gre~'elirtgeto~teer.

beeld ook het transport van zuurstof. Dit kan met name in de zomer tot zuurstofarmoede of zelfs zuurstofloosheid in de onderlaag leiden. Immers juist daar en dan wordt zuurstof gebruikt, onder andere voor de afbraak van gesedimenteerde algen. In de zomer van 1979 werden de gevolgen van de stratificatie voor de zuurstof-

huishouding manifest: van de Grevelingenbodem werd geheel zuurstofloos, organismen stierven door zuurstofgebrek. Het in dat jaar gevoerde beheer - verversen gedurende het gehele jaar - bleek na een analyse [Bannink e.a., 19791voor verbetering vatbaar. De sluis zou slechts in de winter gebruikt moeten worden om, na tijdige sluiting in het voorjaar. de menging door

Afb. 3 - Sclternotisarie vmt de ~vorerbolortsvoor l~okj. l'ak i ligr terz njesrett vat1 vnk j. l'oor verkhzrittg ~ ~ nde t t sy~~tbolett, zie

VAK

it

VAK j

VAK k

3.2. Het model Het model berekent de diepte van de spronglaag (grenslaag tussen boven- en onderlaag) en het chloride- en zuurstofgehalte in boven- en onderlaag. Elk van beide lagen afzonderlijk wordt ideaal gemengd verondersteld. De diepte van de spronglaag is indicatief voor de omvang van de stratificatie en het gebied dat zuurstofloos kan worden. -

-

Aanvankelijk werd voor het gehele Grevelingenmeer CCn onderlaag en CCn bovenlaag onderscheiden. Deze schematisatie leverde geen goede resultaten op vanwege het grillige bodemprofiel van het meer: verschillende diepe putten worden gescheiden door zadels. Nu is het meer verdeeld in S vakken (zie afb. 2), elk met ten hoogste twee ideaal gemengde lagen. De berekeningen die door het model worden uitgevoerd komen neer op een soort veredeld boekhouden. Ze zijn gebaseerd op een water-, een chloride-, een warmte- en een zuurstofbalans, welke per laag zijn opgesteld. De posten van iedere balans corresponderen met fysische en biologische processen. Voor vak j zijn de verschillende posten van de waterbalans in afb. 3 weergegeven. D e in deze afb. gebruikte symbolen hebben de volgende betekenis: Vb : volume bovenlaag van vak j; Vo : volume onderlaag van vak j; Qn : debiet t.g.v. neerslag; Qp : debiet t.g.v. polderlozingen; Qv : debiet t.g.v. verdamping; Qm : debiet t.g.v. menging van de bovenlagen door wind; Qji : debiet van de bovenlaag van vak j naar de bovenlaag van vak i;

spronglaag (z) te destilleren. Bij gebruik van de symbolen uit afb. 3, en aangenomen dat Qij naar de onderlaag gaat, geldt:

Diepte van de spronglaag ( m ) 01

dZ-- (Qe

dt

50 D

J

F

1

I

M

-

A

M

J

J

berekend

A

S

gemeten

Chloride (kg/m3) I

I

Hierin is A(z) de oppervlakte van de spronglaag op diepte z. De totale set differentiaalvergelijkingen wordt numeriek gei'ntegreerd, waarbij gebruik wordt gemaakt van een variabele stapgrootte. Tijdens dit berekeningsproces worden steeds beslissingen genomen. Afhankelijk van de actuele positie van de spronglaag ten opzichte van een zadelhoogte in een vak zal bijvoorbeeld water uit de onderlaag naar een volgend vak stromen of niet.

Per vak zijn uit de balansen differentiaalvergelijkingen af te leiden voor de toestandsvariabelen van het systeem. Zo is uit de waterbalans voor de onderlaag op eenvoudige wijze een vergelijking voor de diepte van de

Een echte verificatie van het model moet nog plaatsvinden. Desondanks is het al enkele malen naar tevredenheid toegepast om praktische beheersvragen te beantwoorden. Ook is er kwantitatieve ondersteuning aan te

bovenlaag : -

berekend

onderlaag :

berekend

. +

gemeten gemeten

Afb. 4 - De reslrltnterr t7nrrde cnlibrotie 1~0111tet strotificntietnodel voor vnk 4. Periode december 1978 tlnz septetnber 1979.

Een totaal zoet meer zal dus vak voor vak een zoute onderlaag krijgen als de sluis open staat: eerst zal in vak 1 de spronglaag oplopen tot de hoogte van het zadel tussen vak 1 en 2 bereikt is, dan volgt vak 2 tot dezelfde hoogte, vervolgens stijgen de onderlagen in vak 1 en 2 samen tot de hoogte van het zadel tussen vak 2 en 3, enz. (zie afb. 2). D e posten van de chloridebalans per laag en per tijdstap bestaan uit de relevante debieten

Qij)/A(z)

vermenigvuldigd met de corresponderende chlorideconcentraties. De dichtheid van de laag wordt berekend op basis van de chlorideconcentratie en de temperatuur. Voor de zuurstofbalans spelen behalve de reeds genoemde processen ook andere fysische en biologische processen een rol. In elke bovenlaag zijn het reaeratieproces en het fotosyntheseproces van primaire producenten van belang. Deze processen zijn gernodelleerd met behulp van formules die respectievelijk op literatuurgegevens en metingen berusten. Voorts wordt in elke laag zuurstof gebruikt, onder andere bij de afbraak van dood organisch materiaal en ten gevolge van de respiratie van levende organismen. Dit zuurstofverbruik is gemodelleerd door twee relaties. Zowel voor de bodem als voor de waterfase wordt een op metingen gebaseerd verband tussen zuurstofverbruik en de temperatuur gebruikt.

Zuurstof ( g/m3 )

Qkj : debiet van de bovenlaag van vak k naar de bovenlaag van vak j; Qij : debiet van de onderlaag van vak i naar de boven- of onderlaag van vak j, voor j= 1 : het debiet door de Brouwerssluis; Qjk : debiet van de onderlaagvan vak j naar d e boven- of onderlaag van vak k; Qe : debiet t.g.v. entrainment. De keuze tussen boven- of onderlaag bij Qij en Qjk wordt bepaald op grond van de dichtheid van het instromende water en die van het water in boven- en onderlaag van het ontvangende vak. Het entrainmentdebiet is het watervolurne dat per tijdseenheid wordt afgeschraapt van de onderlaag door windgei'nduceerde stroming in de bovenlaag.

-

3.3. Resultaten en disc~issie Voor de ijking van het model is gekozen voor de periode december 1978 t/m September 1979. Van die tijd bestond er namelijk een uitgebreide set verticaalmetingen, omdat toen de verversing van het meer juist was opgestart. Vergelijking van de modelresultaten en de metingen leidde onder andere tot enkele wijzigingen met betrekking tot de zuurstofhuishouding en tot het toevoegen van een proces dat water uit de bovenlaag mengt bij het water dat vanaf de sluis of vanaf een drempel omlaagstroomt naar de onderlaag. D e resultaten van de calibratieprocedure zijn voor vak 4 getoond in afb. 4. Blijkbaar worden de positie van de spronglaag en de chloridegehalten van boven- en onderlaag redelijk berekend. Voor zuurstof is de overeenkomst met de meetgegevens minder goed. Dit wordt veroorzaakt door het gebrek aan kennis en het minder deterministische karakter van de relevante biologische processen. Hoewel er feitelijk nog geen gevoeligheidsanalyse heeft plaatsgevonden is al we1 duidelijk dat de onzekerheid van de modelresultaten vooral wordt bepaald door die van de (vele) invoergegevens. Met name de onzekerheden in de gegevens die gerelateerd zijn aan het weer zullen bij voorspellingen van invloed zijn. De benodigde invoer bestaat, behalve uit de beginstand, uit tijdreeksen betreffende: - de inlaat via de Brouwerssluis met de bijbehorende chloride- en zuurstofgehalten en temperatuur; - de temperatuur van de bovenlaag; - de windsnelheid; - de debieten ten gevolge van neerslag, verdamping en polderlozingen.

1 ,

----

+ Qjk

Grevelingenmeer aangegeven. De beleidsanalyse baseert zich hierbij op enerzijds de kwaliteit van een zout of een zoet Grevelingenmeer en anderzijds op de eisen die aan een zout of zoet Grevelingenmeer gesteld moeten worden om aan de belangen van natuur, visserij, recreatie en landbouwwatemoorziening tegemoet te kunnen komen. Door een confrontatie van de kwaliteit met de eisen, en eventuele kosten, kunnen de consequenties van de keuze Grevelingenmeer zoet of zout zichtbaar gemaakt worden en kan een verantwoorde keuze gemaakt worden. De prognose met betrekking tot de kwaliteit vaneen zout of een zoet Grevelingenmeer is opgesteld door de Werkgroep Uitgangssituaties tenvijl de eisen die gesteld moeten worden aan de diverse belangen van een zout of zoet Grevelingenmeer zijn geforrnuleerd door de Werkgroepen Ecologie, Visserij, Recreatie en Landbouw [RWS, 19821. Voor een overzicht van de gevolgde werkwijze en de belangrijkste conclusies van eerdergenoemde Werkgroepen wordt venvezen naar v. d. Meulen e.a. [1984]. De beleidsanalytische nota is in 1983 verschenen [RWS, 19831en verkeert momenteel in het stadium van het bestuurlijk overleg, waarna de Minister van Verkeer en ~ a t e r s t a aeen t keuze zal maken, naar verwachting in 1984. In het kader van dit artikel. waarin het gaat o m modeltoepassingen, zal alleen nader worden ingegaan op de prognose van de kwaliteit van een zoet Grevelingenmeer met betrekking tot chloride en de eutrofieringstoestand.

1933

+ 2 7. van de t ijd zomer (apr il t/m sept ) 16 van de 792decaden = 2 r . van de tijd

1940

1950

1960

1970

1976 I I

winter 1

1

1

1

1

1

1

1

1

j

l

f

l

m

]

zomer 1

1

1

l

l

l

l

l

l

a

l

l

l

l

I

1

1

1

20

10 l

m

l

j

l

j

1

winter 1

1

1

1

1

1

1

1

3

1 3 0 l

a

l

s

l

o

l

n

l

d

Ajb. 5 - De decade11~c'aarir~ orn~oldoe~tde )cratervoor peilbeheersirlg llmt eel1 zoet Gre~~elirtge~rnieer bescl~ikbnoris.

ontlenen voor de hoofdlijnen van het huidige beleid. Een gedetailleerde beschrijving van het model is in voorbereiding [Bannink e.a., in voorbereiding].

4. Modeltoepassingen ten behoeve van de keuze zoet of zout Grevelingenmeer 4.1. De problernatiek Na het gereedkomen van de Deltawerken ontstaat de mogelijkheid om het huidige zoute Grevelingenmeer te verzoeten door zoet water vanuit het Volkerakmeer in te laten via de hevel in de Grevelingendam (zie afb. I). Bij de vraag naar een zoet

Grevelingenmeer zijn de wensen met betrekking tot de landbouwwatemoorziening overheersend, waarbij met name de beschikbaarheid van zoet water voor Schouwen en een gedeelte van Goeree primair is. Uiteraard zijn er ten aanzien van het water verschillende belangen te onderscheiden, waarbij het erom gaat bij het te voeren beleid en beheer alle belangen tezamen optimaal te dienen. De belangenafweging ten aanzien van het Grevelingenmeer vindt plaats o p grond van een zogenaamde beleidsanalyse. In deze beleidsanalyse worden voor verschillende belangen afzonderlijk de waarderingen voor een zout of een zoet

4.2. Chloride prognose voor een zoet Grevelingenmeer Het chloridegehalte van het Grevelingenmeer zal hoofdzakelijk bepaald worden door het lozen van brak poldenvater, zoutindringing door de dammen en de scheepvaartsluis, neerslag en verdamping en de beschikbaarheid van zoet water. Indien voldoende zoet water beschikbaar is kan de zoutlast op het meer als het ware uitgespoeld worden. De beschikbaarheidvan zoet water wordt echter beperkt door een randvoonvaarde, die bepaalt, dat van de totale beschikbare hoeveelheid zoet water op het Hollandsch Diep altijd getracht moet worden een minimum afvoer van 625 m3/s door de Nieuwe Watenveg te handhaven teneinde ernstige verzilting van MiddenHolland te voorkomen. De dan nog resterende hoeveelheid zoet water is in principe beschikbaar voor onder andere doorspoeling van het Grevelingenmeer. In de planvorming die voortvloeit uit de nieuwe wet Waterhuishouding zal in de toekomst nog een genuanceerde afweging betreffende dit aspect moeten plaatsvinden.

Gezien de infrastructurele werken (onder andere aanlegsteigers, toegangen tot jachthavens en dergelijke) is het streven gericht op het handhaven van het peil op NAP-0,2 m. Uit berekeningen die werden uitgevoerd met een hydrologische tijdreeks voor de jaren 1933- 1976 bleek de beschikbaarheid van zoet water in ca. 2 % van de tijd onvoldoende om het streefpeil te handhaven [RWS, 198 I]. In extreme situaties, zoals bijv. in 1949, zou het peil gedaald zijn tot NAP-0,88 m (afb. 5). Gemiddeld genomen is er ca. 7 m3/s nodig om het peil te handhaven. Wanneer men een extra zoetwaterdebiet van 50 m3/s wil realiseren, om de chloridebelasting o p het Grevelingenmeer als het ware uit te spoelen, dan blijkt dat hienoor in ca. 3 % van de tijd onvoldoende water beschikbaar is. Bij een extra zoetwaterdebiet van 100 m3/s is in ca. 9% van de tijd onvoldoende water beschikbaar. Gegeven de randvoonvaarde van de beschikbaarheid van zoet water, alsmede de lozingssituatie met betrekking tot chloride, is het betrekkelijk eenvoudig een chloridegehalteprognose te maken bij diverse doorspoelscenario's. Aangenomen wordt hierbij dat het Grevelingenmeer geschematiseerd kan worden als een 'ideale menger'. Uit afb. 6 blijkt dat zonder extra doorspoeling een brak meer zal ontstaan met een chloridegehalte van ca. 2 g CI-/I. Met een extra doorspoeling van 50 m3/s wordt een aanzienlijke verlaging van het chloridegehalte verkregen (tot gemiddeld ca. 0,4 g CI-/I), tenvijl met een doorspoeling van 100 m3/s nog een relatief geringe extra verlaging wordt bereikt (tot gemiddeld ca. 0,3 g CI-/I). Door het brakke poldenvater af te leiden en de scheepvaartsluis in de Grevelingendam te verplaatsen zou nog een verdere verlaging van het chloridegehalte bewerkstelligd kunnen worden (afb. 6). Voor de functie landbouwwatenoorziening is een chloridegehalte van 0,3-0,s g C1-/I gewenst [RWS, 19821. Zoals uit de chlorideprognoses blijkt is een extra doorspoeling van minimaal50 m3/s gewenst, teneinde aan dit criterium te kunnen voldoen. Daar dit zoet water voor doorspoeling afkomstig is uit de Rijn en Maas, die beide substantiele hoeveelheden nutrienten en toxische stoffen bevatten, is de eis voor een relatief laag chloridegehalte strijdig met betrekking tot de toxische aspecten en de eutrofiering. De filosoifie met betrekking tot deze aspecten is het zoveel mogelijk reduceren van de nutrienten en toxische stoffen belasting. 4.3. Prognose met betrekking tot de ez~trofieringstoestnnd Eutrofiering is in Nederland CCn van de meest serieuze waterkwaliteitsproblemen van het zoete oppenlaktewater waardoor in

- Huidige inlrastructuur ---- Afleiding polderwater e n verplaatsing scheepssluis Variabel peil lussen N.A.P 0.3m e n N.A.P-0.3m

I

1

7 m 3 h nodig voor peilhandhaving

Maximum Gemiddelde Minimum

-

Extra zoet water debiet

I

I

Afb. 6

- Progtlose van c/~loridegel~nlre~~ w~tleert zoer

Gre~lelirzgetlr?~eer.

hoge mate de kwaliteit van het ecosysteem en de daaraan toe te kennen functies bepaald wordt. Venvachtingen met betrekking tot de eutrofieringstoestand voor een zoet Grevelingenmeer zijn om deze reden dan ook belangrijk voor de beleidsanalyse Grevelingen zoet-zout. Voor de studie Grevelingen zoet-zout zijn een drietal voorspellingsmethodieken gebruikt nl. een structuumodel (BLOOMCHARON) en twee empirische methoden, te weten de Vollenweider en de CUWVOmethode. Deze voorspellingsmethodieken zullen allereerst in het kort worden besproken. Het strz~ct~rzrrmodel BLOOM-CHARON Dit model omvat het fytoplanktonmodel BLOOM I1 en het chemisch model CHARON. Het fytoplankton model BLOOM I1 is gebaseerd op nutrientenbalansen en de detritus- en fytoplanktonbalans. Het model maakt gebruik van een optimalisatietechniek, lineaire programmering, om het potentiele fytoplanktonmaximum-in-evenwicht te berekenen in overeenstemming met de heersende abiotische omstandigheden. Het fytoplanktonmaximum kan worden beperkt door de beschikbaarheid van fosfaat-, stikstof-, siliciumverbindingen en licht. Afhankelijk van de omstandigheden kiest het model uit tien in het model opgenomen fytoplanktonsoorten die combinatie, die het meest efficient van de beschikbare nutrienten en licht gebruikmaakt. Voor een meer

gedetailleerde beschrijving van dit model wordt venvezen naar Los [ 1980, 19821. Voor dit model zijn een zeer groot aantal invoergegevens nodig. Als procesparameters moet onder andere ingevoerd worden de sterftesnelheid, mineralisatiesnelheden, en per algensoort onder andere de specifieke extinctiecoefficient, koolstof-chlorofyl ratio, respiratiesnelheid en produktie-licht responscurve. Voorts dienen een aantal bekkenkarakteristieken zoals temperatuurverloop, totale nutrientengehalten, achtergrondsextinctie, mengdiepte, verblijftijd en instraling te worden ingevoerd. Het model levert onder meer de chlorofylconcentraties en de samenstelling van de algenbiomassa. Het model CHARON berekent de chemische samenstelling van een aquatisch systeem als resultaat van de externe belasting, de uitwisseling met lucht en bodem, interne processen en de afvoer [De Rooij, 1980, 1982al. E r wordt een onderscheid gemaakt tussen snelle en langzame processen. Voor de snelle processen wordt telkens de evenwichtssituatie berekend. Bij koppeling van beide modellen levert BLOOM I1 de algenbiomassa's aan het chemisch model CHARON en deze laatste levert dan weer de beschikbare nutrienten voor algengroei. Het gekoppelde model is gecalibreerd en geverifieerd voor het IJsselmeer [De Rooij e.a., 1982bl. Echter op grond alleen hienan is het nu nog niet goed mogelijk de voorspellende waarde van het model kwantitatief te bepalen. Weliswaar wordt het model geacht de 'state of the art' te presenteren ten aanzien van de chemische en biologische processen, maar op een aantal essentiele punten is de proceskennis momenteel nog dermate beperkt dat de prognoses met enig voorbehoud behandeld dienen te worden. Dit betreft met name de volgende processen: - het verticaal bewegingsmechanisme van blauwalgen, dat ze in staat stelt een gunstig lichtklimaat op te zoeken; - de uitwisseling van nutrienten aan het grensvlak waterlbodem; - de sterfte van fytoplankton. In het model is nu een empirische relatie opgenomen. Sterfte ten gevolge van graas door zooplankton is in het gekoppelde model niet opgenomen. Bovendien zal er we1 altijd een onzekerheid in model(parameters) en invoer blijven bestaan. Hetgeen van invloed is op de prognose. Het huidige model is onder lichtbeperkte omstandigheden bijvoorbeeld erg gevoelig voor de invoergrootheid achtergrondsextinctie. Om de onzekerheid in de uiteindelijke prognoses voor een zoet Grevelingenmeer enigszins te kwantificeren zijn naast het model BLOOM-CHARON nog twee andere voorspellingsmethodieken toegepast.

Rooij. N. M. de ( 1980). A chernicalmodel to describe nutrietmr dytmamics in lakes. In: J. Bamca and L R. Mur (Eds.), Junk Publishers. Den Haag. pp. 139- 149. Rooij, N. M. de (1982a). Berekenit~gentoekomstige Volkerakrvaterkwaliteit varz het mete Gre~~elitmget~meer. meer en Zoommeer. WaterloopkundigLaboratorium Delft. R 164411645. Rooij. N. M. de, Smits. J. G. C., Los, F. J.. Stans, J. C. Groot. B. de en Klomp. R. ( 1982b). Otlderzoek rlaarde invloed van een aantalmogelijke beheersmaatregeletmop de eutrofiiring van het IJsselmeer. Waterloopkundig Laboratorium Delft. R1552. RWS, Directie Waterhuishoudingen Waterbeweging. District Zuidwest ( 1981). Water- en chloridebalansen voor eerm m e t Grevelirmgenmeerten behoeve van shtdie Grevelitmgen zotct-zoet. Nota 2 1.00 1.09. RWS. Directie Zeeland ( 1982). Nota's van de werkgroepen Uitgangssituaties. Eeologie, Visserij. Recreatie en Landbouw. RWS, Directie Zeeland ( 1983). Concept eindnota 'Keuze zout of zoet Grevelingenmeer'. Stortelder. P. B. M. ( 1983). Toepassing van modellen opper~~laktewaterkwclliteit bij beleid. beheer en ormderzoek irm het Deltagebied. In: Modellering waterkwaliteit met microcomputers. Stichtingpostacademiale vorming gezondheidstechniek. Vollenweider. R. A. ( 1976). Advatmces in deft~itmgcritical loading levelsforphosphorrcs it1 lake eutrophicatiotm. Mem. Inst. Idrobiol.. 33,pp. 53-83. Vos, C. P. de, Vink. J. S. L., Bannink. B. A. en Leentvaar. J. ( 1980). Waterqttality impacts e-rchanging rvnter benveet~ sea and a closed estttaw. Prog. Wat. Techn., Vol. 13, pp. 27 1-285.

-.

-

-

Toepassingsmogelijkheden voor waterkwaliteitsmodellen

O p basis van een korte terreinverkenning rondom het begrip wiskundig model wordt aangegeven op welke wijze dit 'instrument' kan worden ingezet ten behoeve van enerzijds onderzoek en anderzijds beheer en beleid op het gebied van het watermilieu. In een wiskundig model wordt de beschikbare kennis van de te modelleren werkelijkheid op een systematischewijze in de vorm van wiskundige formulesvastgelegd. Uit analyses van modelresultaten kan blijken dat op belangrijke aspecten nog onvoldoende kennis aanwezig is. Het verzamelen van deze

IR. B. G. M. VAN DE WETERING Rijksinstituut voor Zuivering van Afvalwater

ontbrekende kennis bijvoorbeeld door de uitvoering van nader veld- of laboratoriumonderzoek, kan op deze wijze worden gestuurd en gestructureerd. Met een model kunnen ook voorspellingen worden gedaan zodat het instrument kan worden ingezet bij de beantwoording van beheers- of beleidsvragen. Het geheel wordt toegelicht aan de hand van een aantal concrete voorbeelden uit de praktijk van het RIZA. 1. Inleiding Bij de opstelling van de nota 'de Waterhuishouding van Nederland' is veelvuldig gebruik gemaakt van resultaten die de 'PAWN-studie' heeft opgeleverd.De in deze studie uitgevoerde beleidsanalyse is gebaseerd op een 'model' van de Nederlandse waterhuishouding [lit. 91. In het Indicatief Meerjaren Programma Water 1980-1984 is het beleid met betrekking tot het waterkwaliteitsbeheer weergegev'en. Bij de uitwerking in waterkwaliteitsplannen blijkt echter een behoefte te bestaan aan een nadere onderbouwingvan dit beleid [lit. 101. In het navolgende wordt aangegeven op welke wijze hierbij gebruik gemaakt kan worden van wiskundige modellen. De ontwikkeling van een wiskundig model verloopt in een iteratief proces volgens een aantal stappen. In een korte beschrijving van dit proces-wordt aangegeven welke voordelen en mogelijkheden het gebruik van modellen en de modelontwikke~in~ zelf met zich mee brengen. Als een kort intermezzo wordt geschetst, wat genoemd zou kunnen worden de ontwikkeling van de modelontwikkeling,een stukje geschiedenis dus. Ter illustratie van de genoemde toepassingsmogelijkheden wordt ingegaan op een aantal concrete toepassingen

van waterkwaliteitsmodellen uit de praktijk van het RIZA, waarna een en ander in algemene zin zal worden samengevat. 2. Een wiskundig model In de meest algemene zin is een model een afbeelding van (een deel van) de werkelijkheid. Dit kan een schaalmodel zijn (bijvoorbeeld een vliegtuigmodel in windtunnelonderzoek) maar ook een model in de vorm van wiskundige formules. Een wiskundig model, waarin relaties tussen kenmerkende grootheden van de af te beelden werkelijkheid (het systeem) in wiskundige formules worden vastgelegd, is op deze wijze een kwantitatieve vastlegging van de kennis over deze relaties. Het te modelleren systeem en de kennis daarover kan relatief eenvoudig zijn, zoals bijvoorbeeld wanneer een gemeten waterhoogte in een rivier met een zgn. Q-h-relatie wordt omgerekend naar de waterafvoer in die rivier. Er zijn echter ook modellen van zeer complexe systemen, bestaande uit verschillende compartimenten (bijvoorbeeld water, lucht en bodem) met daarin een heel netwerk van relaties. Kenmerkend is steeds dat alle gemodelleerde relaties kwantitatief zijn vastgelegd, zodat voorspellingen kunnen worden gedaan over het gedrag van grootheden als andere grootheden worden gewijzigd. Deze gestructureerde mogelijkheid tot voorspellen is echter niet het enige nut van de toepassing van wiskundige modellen. Andere methodische voordelen zijn: de reproduceerbaarheid: verschillende gebruikers kunnen dezelfde uitkomsten produceren; de verifieerbaarheid: met behulp van metingen van gemodelleerde grootheden is na te gaan of de opgenomen model-relaties juist zijn weergegeven, zodat een kwantitatieve toetsing van kennis mogelijk is;

gevoeligheidsonderzoek is mogelijk: door de belangrijkste modelparameters te varieren, kan de gevoeligheid van de voorspellingen voor de verschillende grootheden worden nagegaan. Daarmee kan worden aangegeven in hoeverre de nauwkeurigheid van de voorspellingen wordt beinvloed door onvolledigheid en onnauwkeurigheid; sturing nader onderzoek: uit analyses van de modelresultaten kan blijken dat op een aantal belangrijke aspecten nog onvoldoende kennis aanwezig is. Het verzamelen van deze ontbrekende kennis, bijvoorbeeld door de uitvoering van nader onderzoek kan op deze wijze worden gestuurd en gestructureerd; integratie van kennis: met name voor complexe systemen vormt een model als het ware een knooppunt van de kennis uit verschillende vakgebieden. Onderzoekers uit deze vakgebieden kunnen via het model met elkaar 'converseren' en ook, zoals hiemoor a1 is opgemerkt, in hun onderzoek gestuurd worden.

3. De modelontwikkeling De ontwikkelingvan een wiskundig model is een iteratief proces, waarin een aantal duidelijk te definieren stappen zijn te onderscheiden (afb. 1). In de eerste stap van dit proces, de modelformulering, wordt het te modelleren systeem beschreven, systeemgrenzen worden vastgelegd en aannames gedaan. De modelvergelijkingen die in deze fase worden opgesteld zullen in het algemeen gebaseerd zijn op via vakliteratuur beschikbare kennis. Voor een waterkwaliteitsmodel is dit bijvoorbeeld kennis over chernische evenwichten en reacties, transport-, uitwisselings- en omzettingsprocessen.Vaak moeten ook de fysische en geografische karakteristieken van het systeem worden vastgelegd. Voor een model van een rivier zijn dit bijvoorbeeld

Afb. 2 - lndeling van waterk~valireitsmodellentzaar complexiteit,beschikbare kennis en informatie.

I sirnulatie

scenario's

I

resultaten & I

water - stofbalans onderzoek

I

I

i nvoer

afvoer

o verdamping

0 regenval 0 kwel o b e l a s t i n g via IJssel O d i f f u s e belasting opuntbelasting

Owegzi jging Ouitlaat Oonttrekkingen waterkwal i t e i tsgegevens geometrische gegevens 1

I

randvoorwaarden onderzoek

modelonderzoek

randvoorwaarden onderzoek

nutrientenmodel

meteorologic

i n t e r s t i t i e e l water bodemsamenstel ling

+

I

I

I

CHARON

I. t

f.

simulatie belasting via IJssel b i j verschillende scenario's m.b.v. het ri viermodel I.lODQUAL

algenbloeimodel BLOO1.1 I I calibratie verificatie gevoel i gheidsonderzoek simulatie procesparameters

Afb. 3 - Sclterrtntisclt o~~erziclzt IJnrtcle orrderlirtge reloties irt her project Ilrrrrerk~\~oliteirsv~odel IJ.~.~ellr~eer.

De structuur van dit model is aangegeven in afb. 4. Opgenomen zijn de zuurstof-BODhuishouding en daamaast de nutrienten stikstof en fosfaat. Voor de bouw van een model voor de Rijn is de rivier geschematiseerd, waarbij tevens een groot aantal grote zijrivieren zijn meegenomen (afb. 5 ) . Deze schematisatie is met name gebaseerd op de gei'nventariseerde hydrologische gegevens. Daarnaast is een inventarisatie van waterkwaliteits- en Afb. 4 - Sclter~~ntisntie vnrt /let n~nterkn~nliteitsrrtodel

hl0DQlJAL.

T REAERATIE

lozingsgegevens uitgevoerd. Voor wat betreft de lozingsgegevens is gebruik gemaakt van inventarisaties van de Internationale Rijncommissie. Het betrof hier gegevens over de plaats en de grootte van de lozing, de herkomst (huishoudelijk of industrieel) de mate van zuivering en de tot 1985 geplande saneringsmaatregelen. Met behulp van deze gegevens werd het model gekalibreerd en geverifieerd. Het 'Rijnmodel' is gebruikt om aan te geven

welke effecten venvacht mogen worden van 'fosfaatbeperkende maatregelen' in het stroomgebied van de Rijn. Een van de maatregelen die wordt ovenvogen is de vervanging van fosfaat in wasmiddelen. Dit heeft natuurlijk niet alleen tot gevolg dat het fosfaatgehalte afneemt. Er komt iets voor in de plaats. In een aparte studie is onderzocht welke concentratieniveaus venvacht kunnen worden voor de stoffen die fosfaat kunnen vervangen [lit. 41. In afb. 6 wordt een overzicht gegeven van de resultaten voor NTA. Aangegeven is hoe de concentratie NTA afneemt als gevolg van zuivering, verdunning en afbraak in de rivier. Voor de werkgroep IJsselmeer was echter het effect op de fosfaatbelasting van het IJsselmeer via de IJssel van meer belang. Het IJsselmeer wordt echter ook nog vanuit andere gebieden belast met fosfaat. Een overzicht van de bijdrage uit de verschillende bronnen en het effect van saneringsmaatregelen hierop wordt gegeven in tabel I. Duidelijk is dat de bijdrage vanuit Nederland relatief klein is (20% van het totaal) en dat dus maatregelen alleen in Nederland (scenario I) slechts een beperkt effect hebben op deze belasting. Uiteindelijk gaat het echter om het effect van een verrninderde belasting op de algengroei in het Usselmeer. Deze berekeningen zij uitgevoerd met behulp van de modellen CHARON en BLOOM II. CHARON is een chemisch model waarin met behulp van massabalansen, de massa-actiewet en de kinetiek van chemische processen de chemische samenstelling van een aquatisch systeem wordt berekend. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een lineaire programmeringstechniek (een optimalisatietechniek).

Het model BLOOM I1 bepaalt, eveneens met behulp van lineaire programmering, het potentiele fytoplankton-maximum dat in o ~ e r e e n s t e m m i nis~met de heersende abiotische omstandigheden (temperatuur, nutrientengehalten, licht). Het model Iciest uit de opgenomen soorten fytoplankton (10 of meer) die combinatie, die het meest efficient van de omstandigheden gebruik maakt. In afb. 7 is het schema van de nutrientencyclus van de gekoppelde versie van CHARON en BLOOM II weergegeven. Voor meer gedetailleerde informatie kan worden venvezen naar de literatuur [lit. 51. Tabel I1 geeft een samenvatting van de voornaamste resultaten van het onderzoek. Alleen bij zeer vergaande maatregelen in het gehele stroomgebied (scenario V) wordt een significante beperking van de algenbiomassa voor het Noordelijk deel van het IJsselmeer voorspeld. Hierbij moet echter worden opgemerkt dat zelfs in deze situatie in de tweede helft van het jaar nog steeds een dominantie van blauwalgen wordt aangegeven. In het Ketelmeer en het zuidelijke deel van het IJsselmeer werd in geen van de doorgerekende scenario's een significante verbetering voorspeld. Opmerkelijk hierbij is dat bijvoorbeeld in Afb. 6 - Ol~erziclrtnlogelijke NTA-co~~centrnties (Lobit111985).

TABEL I - Fosfnntbelnsti~rg11n1chet IJsselmeer- Ketel~neerbij ~~erschillerlde snr~eringsscertnrio's(tori Pljaar). (Lozi~zgssitrmtie1985, Irydrologie 1977178). I

I1

111

IV

v

IJssel-buitenland IJssel-Nederland Zwartemeer-buitenland Zwartemeer-Nederland Overige bronnen (Nederland)

7.027 (=78%) 809 (= 9) 144 (= 2) 474 (= 5 ) 556 (= 6)

7.027 142 I44 203 444

4.245 399 102 36 1 495

4.245 142 102 203 444

2.189 142 68 203 444

totalen

9.010 (100%)

7.960 (88%)

5.602 (62%)

5.136 (57%)

3.046 (34%)

I : I1 : 111: IV: V :

geen speciale maatregelen fosfaatvervanging en defosfateringalleen in Nederland fosfaatvervanging in Nederland en buitenland als 111 met defosfatering alleen in Nederland fosfaatvervanging en defosfatering in Nederland en buitenland.

TABEL I1 - Fosfnnt en clzlorofjd irr Ire! rroordelijk deel van /let IJsselmeer. (Lozi~lgssir~ratie 1985, Irydrologie 1977178). tot P (mgP1L) iaar~emiddelde

Chlorofyl (mg/m3) iaar~em.

zomer~em.

maximum

situatie 1977178 gemeten - berekend maatregelen: - geen - 111 - v : WL: CIJWVO: -

in wasmiddelen in het Nederlandse en buitenlandse stroomgebied. 111: fosfnniver~~n~lgbrg V : fosfaoh~ervn~lgirlg in wasmiddelen en defosfaten~tgin het Nederlandse en buitenlandse stroomgebied.

scenario I11 (fosfaatvervanging in wasmiddelen in Nederland en buitenland) al we1 een aanzienlijke reductie van de fosfaatbelasting van het IJsselmeer (met 38%, zie tabel I) alsook van het fosfaatgehalte in het meer wordt berekend. Door de beperkte lichtvoorziening onder water en de relatief korte verblijftijd werkt dit hier echter niet door in een vennindering van de algenbiomassa. D e modeluitkomsten zijn vergeleken met de resultaten volgens empirisch vastgesteld verband tussen fosfaat- en chlorofylgehalte in Nederlandse wateren (de zogenaamde CUWVO-relatie). Hierbij is we1 gebmik gemaakt van de voor de verschillende scenario's berekende fosfaatgehalten in het IJsselmeer. Deze toetsing geeft alleen voor scenario V een aanmerkelijk verschil te zien. D e CUWVO-relatie geeft hier een significant grotere verbetering te zien dan met behulp van BLOOM I1 werd berekend. Hieruit is geconcludeerd dat nog nader onderzoek nodig is naar de betekenis van dit scenario V voor de algengroei in het IJsselmeer. Voor het beleid met betrekking tot de bestrijding van de eutrofiering in het IJsselmeer heeft deze studie een aantal duidelijke consequenties gehad. Het IJsselmeergebied is door de CUWVO ingedeeld als categorie I gebied. Dat wil zeggen dat de aanpak van de fosfaatbelasting een hoge prioriteit dient te krijgen. Hierbij wordt echter aangetekend dat uitvoering van def~sfaterin~smaatre~elen in het Nederlands

stroomgebied in samenhang met de voortgang van fosfaatbeperkende maatregelen in het buitenlandse stroomgebied van de Rijn moet worden bezien. Door Nederland is een aanzet gegeven voor het overleg in de Internationale Rijncommissie. Naast consequenties voor het beleid heeft de studie ook richting gegeven aan het verdere onderzoek o p eutrofieringsgebied. Gebleken is onder andere dan de tot nu toe gebruikte biomassa-metingen voor verbetering vatbaar zijn. Verder is gebleken dat de beschikbare kennis van de groei en sterfte van de verschillende algensoorten en van de uitwisselingsprocessen tussen water en bodem nog beperkt zijn. Wat dit laatste betreft wordt onder meer uitgegaan van de aanname dat de afgifte van fosfaat door het bodemslib evenredig zal afnemen met de fosfaatbelasting. In werkelijkheid magdeze situatie pas na een zekere tijd worden verwacht. Bij d e TH Twente wordt momenteel een uitgebreid onderzoek o p dit punt uitgevoerd [lit. 61. Een tweede studie, waarbij gebmik is gemaakt van een waterkwaliteitsmodel is het zogenaamde 'diepe-puttenonderzoek'. In het IJsselmeergebied wordt op een aantal plaatsen in zandwinputten tot op dieptes van 30-45 meter zand gebaggerd. Z o wordt bijvoorbeeld in het IJmeer momenteel o p ongeveer 11%van het oppewlak zand gewonnen, waardoor de gemiddelde diepte van het gehele meer met io'n 50% zal toenemen. Volgens bestaande

plannen wordt het winningsgebied uitgebreid tot ongeveer 16% van het totale oppervlak waardoor de gemiddelde diepte zou kunnen verdubbelen. De afbraak van bezonken organisch materiaal (dode algen) veroorzaakt een hoge zuurstofbehoefte in de onderste waterlagen in de put. Met name in de zomer, tijdens periodes met een temperatuursstratificatie, kan hierdoor in deze onderste laag zuurstofloosheid ontstaan doordat de aanvoer van zuurstof uit de bovenlaag is geblokkeerd. Ook kan het vergroten van de gemiddelde diepte gevolgen hebben voor de waterkwaliteit van het gehele meer. Inzicht in deze effecten enmet name de vraag welke rol de geometrie van de put hierin speelt, is van belang bij de verdere uitwerking van de plannen voor de zandwinning. In de eerste fase van de studie is de aandacht beperkt tot de zuurstofhuishouding [lit. 71, waarbij werd vastgesteld dat de invloed van de geometrie van de put op de zuurstofhuishouding beperkt is. Hierbij wordt echter aangetekend dat de geometrie mogelijk we1 van invloed kan zijn op het ontstaan van thermische stratificatie en op de verticale menging in de put. Dit aspect dat in de de eerste fase niet is onderzocht, wordt in een vervolgonderzoek nader bekeken. In de dagelijkse praktijk van een waterkwaliteitsbeheerder is het niet altijd nodig, en soms is het zelfs niet mogelijk, om beheersvragen met behulp van uitgebreide modellen in vaak tijdrovende studies te beantwoorden. Een voorbeeld van een betrekkelijk eenvoudigmodel, waarmee zeer snel de gewenste resultaten kunnen worden verkregen is het zogenaamde calamiteitenmodel Rijn. Regelmatig komen bij het RIZA meldingen binnen van ongelukken op of langs de Rijn, waarbij giftige stoffen in de rivier zijn terechtgekomen. Een maatregel die in zo'n geval vaak nodig is, is het stoppen van de inname van Rijnwater bij Jutphaas ten behoeve van de produktie van drinkwater. Ook worden altijd extra en vaak zeer intensieve en kostbare bemonsteringen en analyses uitgevoerd. Het is gewenst dat op het moment dat zo'n melding binnenkomt, snel en (omdat vaak 's nachts of in een weekend moet worden gewerkt) met eenvoudige middelen kan worden nagegaan wanneer de concentratiepiek van deze verontreiniging op een bepaalde plaats in de rivier zal aankomen en hoe hoog het concentratie-niveau dan ongeveer zal zijn. Voor dit doe1is door het WLeen betrekkelijk eenvoudig model ontwikkeld, waarmee onder andere afhankelijk van de plaats van het ongeluk, de geloosde hoeveelheid en de afvoer van de Rijn de concentratie-piek kan

-

LOADINGS FROM OUTSIDE POTENTIAL FLUSHING LOSSES

(PRECIPITATED AND ABSORBED)

NUTRIENT I N NUTRIENT I N L I V E ALGAE

MORTALITY

SUSPENDED * FRAGMENTS OF

SEDIMENTATION

DEAD ALGAE

NUTRIENT EXCRETION

NUTRIENT I N

I N BOTTOM

ZOOPLANKTON

(SEDIMENT AND INTERSTITIAL WATER)

I MOBILIZATION OF BOTTOM NUTRIENTS Afb. 7 - Schema van de n~ttriet~tencycli in degekoppelde Itersie van C H A R O N e n B L O O M II.

worden gevolgd. Het model, dat oorspronkelijk ontwikkeld is voor een tafelrekenmachine, wordt bij het RIZA gedraaid op een HP 85 tafelcomputer die dag en nacht beschikbaar is. Veel aandacht is besteed aan een eenvoudige (Nederlandstalige) handleiding, zodat ook niet-computerdeskundigen het model kunnen gebruiken. Voor de Maas is een vergelijkbaar calamiteitenmodel ontwikkeld.

6. Besluit In het voorgaande is in algemene zin en met een toelichting voor een aantal specifieke projecten aangegeven voor welke doeleinden een zinvol gebruik van waterkwaliteitsmodellen kan worden gemaakt [zie ook: lit. 81. Meer in concreto kan worden gesteld dat waterkwaliteitsmodelleneen grote rol kunnen spelen in de beleidsvoorbereidingten aanzien van de eutrofieringsbestrijding. Hiemoor kan door middel van modellen een relatie worden gelegd tussen lozingen in een bepaald stroomgebied, de aanpak hiewan en effecten van deze aanpak. De aanpak van andere zogenaamde 'grijzelijststoffen', specifieke verontreinigingen veelal afkomstig van de industrie, is een benadering per bedrijf, of zo mogelijk per bedrijfstak noodzakelijk, omdat meestal geen algemene, voor een geheel stroomgebied toepasbare saneringsmaatregelen beschikbaar zijn. Het gebruik van waterkwaliteitsmodellen hierbij ten behoeve van het beleid beperkt

zich tot de grote lozers en de effecten daawan op de ontvangende wateren. Lozingen van zogenaamde 'zwarte-lijststoffen' worden stringent aan banden gelegd. Doelstelling is het beeindigen van de verontreiniging. Het beleid richt zich op de toepassing van 'schone technologic' en het hergebruik van afvalstoffen. Het gebruik van waterkwaliteitsmodellen vindt hier plaats in de onderzoekssfeer, met name in het onderzoek naar het gedrag van relevante toxische stoffen in het milieu. Door middel van veldonderzoek, experimenteel laboratoriumonderzoeken modelonderzoek moet meer inzicht worden verkregen in de paden en lotgevallen en mogelijke effecten op organismen van deze stoffen. Deze kennis van het gedrag van microverontreinigingen is van belang voor de prioriteitenstelling en normstelling. Een belangrijk deel van de inspanning van onder andere het RIZA wordt besteed aan monitoring van allerlei stoffen. Met name voor microverontreinigingen wordt dit een steeds kostbaarder aangelegenheid. Modelonderzoek kan hier bijdragen tot een qptimalisatie van deze inspanning. En last but not least vormt modelonderzoek een wezenlijk onderdeel van ecosysteemonderzoek dat een basis moet verschaffen voor een waterbeheer op ecologische grondslag.

Literatuur 1. Klomp, R. ( 1982). Vanrneetgegevens tot beleidsitzjoin een historisch perspecfief. In: Symposium waterkwaliteit en modellering; 5 jaar ervaring milieuhydrodynamica. Waterloopkundig Laboratorium, 26 nov. 1982. 2. Klomp, R. en Pagee, J. A. van (1980). Een modelmntige benaderirig vn~ide waterkwaliteit van de Rijn. H,O 13 (1980) blz. 365. 3. Modqrral; eetz ~~rrdimensionanl steady state waterkwaliteitsmodel voor rn~ierstelsels. Waterloopkundig Laboratorium nota R 1056 IV. juli 1981. 4. Polyfosfaat-t-ventangende stoffen in het stroomgebied van de Rijn. Waterloopkundig Laboratorium, nota R 1462, november 1979. 5. WaterkwrrliteitsmodelIJsselmeer; onderzoek tiaar de itivloed van een aantalmogelijke beheersmaatregelenop de errfrofiringvntt het IJsselmeer. Waterloopkundig Laboratorium nota R 1552,juni 1982. 6. Van Raaphorst, W. e.a. (1985). Otrderzoek naarde fosfaatrrinvisseli~rgtrrspl water en bodem in het VelrrwemeerlDronternreer.H 2 0 18 (1985) blz. 17. 7. Pagee, J. A. van e.a. (1984). Modelling of hypolymic water qrrality in deep pits created by sattd dredging in the Lake IJssel area. Waterloopkundig Laboratorium, publikatie no. 323, augustus 1984. 8. Hosper, S. H. (1982). Waterk~vnlifeitsmodelle~i bezietr vanrrit her beleid' In: Symposium waterkwaliteit en modellering; 5 jaar ervaring milieuhydrodynamica. Waterloopkundig Laboratorium, 26 nov. 1982. 9. Sprong, T. A. e.a. (1984). De tzotn 'De Waterhlrislioudi~zgvan Nederlarrd' en her voor deze nota verriclife onderzoek. H,O 17 (1984) blz. 292. 10. De Ruiter. M. A. (1984). Waterkwaliteitspln~~nen eri IMP, koersbepaletidofpapiere,r tijgers? H20 17 (1984) blz. 522.

Modelling for Water Supply Planning

1. Introduction The purpose of this paper is to provide an overview of modelling for planning of water supply systems. This topic covers a wide range of issues, and all we can hope to accomplish in this limited space is to elaborate some general matters relating to the philosophy of - modelling, and then to describe some specific techniques. The remainder of this chapter is devoted to the general issues, and subsequent chapters will be devoted to the specifics. The use of models for water supply system management may by viewed as a hierarchy (see Figure 1). At the top are long-range

URI SHAMIR Faculty of Civil Engineering.

'4

Technion - Israel

A

Institute of Technology. Haifa. Israg1

hierarchy. The top levels involve considerations of the global economy, tradeoffs between sectors, the 'social rate of discount', etc. At the bottom levels we are on firmer ground of bank loans, market interest figures, financing, and simple accounting. The middle range of the hierarchy may have to consider elements of both ends. The models in the hierarchy should ideally be linked in the 'vertical' direction. Decisions of higher models form the framework and guidelines within which the lower models operate. The lower models, on the other hand, elaborate, verify andlor modify functions used by the higher models: hydrologic, hydraulic, technologic and economic equations, and the values of the coefficients appearing in them. This paper will concentrate on the middle two levels of the modelling hierarchy. But, first, a few general observations.

demands: annual quantity, seasonal distribution, hourly distribution over the day, required pressure, quality, reliability. The management of demands can be achieved through a variety of means: technological (new fixtures, lower pressures, etc.) economic (pricing schedules, including peak-demand penalties, etc.), legal and administrative, educational. Including the demand management option within the overall water resources management scope reflects the philosophy that an optimal balance should be sought between the level of service and the cost to society of providing this service. 1.2. Planning, Design and Operation Next, consider the three interrelated phases of supply system management: planning, design and operation. Planning is the process of selecting the overall layout of a water supply system, i.e., the way in which the various components are linked together.

1.1. Demand Management The dimensions and characteristics y e set in First, we advance the proposition that as models which consider the entire region in a water resources planners we should consider the design phase. Operation is divided into highly aggregate fashion, and are essentially two: operating plans, and real-time control. the demand to be part of the 'managed economic planning models in which water is world'. The traditional attitude taught us that The first of these is the determination of but one component, integrated with demands are given exogenously, by forecasts, which controllable elements (pumps, valves) demography, settlement, economic are to be operated (onloff, openlshut) under that it is our responsibility to meet the development and other considerations.At each of a number of 'typical' andlor 'critical' this level the time horizon is typically several demands in the most efficient way, and that loading conditions (demand patterns), decades, and the analysis should consider the we are not supposed to try and modify these demands through management. This attitude usually one to three such loadings. This is uncertainty of climate variations, future done as an integral part of the design process is slowly giving way to one which includes economic conditions, development plans. 'demand management' as an explicit decision and is called 'operating policy'. The second The results of such models provide the component, namely real-time control framework for water supply planning, which option. Demand management should be [Shamir, 19811, deals with on-line decision understood as any action taken for the is the topic of this paper. making, minute by minute, to determine purpose of modifying parameters of the Below these economic planning models, if such are used in the model hierarchy, come Figure I - Tlte Hierarclt~lof Models, their Cl~aracteristics,flttd btterrelatiotts. the water supply planning models. In the long-range models, detail and accuracy are TIME DETAIL PLOW O F CLIHATE AND HORIZON ACCURAIX INEORMATlON ECONOMICS HYDROLOGY HYDRAULICS sacrificed for a comprehensiveview. Hydrologic considerations are dominant, while hydraulics and detailed operation are represented in an approximate way. As the planning models become more detailed and specific, the time horizon is reduced, the time periods are made smaller, hydrological DECADES WATER SECTOR variations are still important, and the hydraulics are included in more detail and accuracy. I DETAILED PLANNING I Below these come the design and operation models. Hydraulics and operation under a few 'typical' loadings (also called 'design DESIGN AND conditions') andlor 'critical' conditions are OPERATING POLICIES dominant. Hydrologic considerations appear SEASONS mostly as constraints or guidelines. Design and operation models are used to aid in selecting facility sizes and characteristics. Finally, at the bottom of this hierarchy, come the real-time control models. They assume all system components to be fixed and in place, and aim at determining the optimal (e.g., Legend: Direction of flow minimum energy cost) operation over some Range of relevance, and - - - - partial relevance time period, such as 24 hours. The role of economicsvaries down the

I

1

I

(

the operating decisions. This last part does not fall under the general topic of this paper, and will therefore not be discussed further. Modelling of water supply systems is aimed most directly at the design phase, in that the explicit decision variables are the dimensions and properties of reservoirs, pipelines, pumps, valves, and other appurtenances. The model is constructed toreflect a rather specific conceptual plan of the system, that is, which sources will be considered, the overall topology, location of major facilities, etc. If the model is allowed to 'zero' variables, then its results may contain deletions of some facilities introduced bv the modeller. In this fashion some of the planning is done by the model itself. Another approach, described in more detail by de Bruijn [I9841 and Kop [ 19841, is a simulation model which generates the plan, i.e. the layout of the components, according to a set of rules which determine the relative attractiveness of alternative facilities. For example, some 'affinity' between sources and demand points may be used to generate a set of source-consumer links, which constitute the general layout of the supply system. Such models are rather rare, and, as stated above, the majority of water supply system models address the design issues directly, and the planning issues somewhat indirectly. Design models must include due consideration of the operating policy, as defined above. This is probably the aspect on which modelling fails more often than on any other. First, selection of the appropiate loading conditions to be included in the formulation of the model is no easy matter. They should be selected so that the system proposed by the model can operate properly under all conditions. This is the test of operational feasibility. The second criterion. for selection of the loading conditions to be included in the model is that the objective function of the model reflects correctly the relative costs of investments, on the one hand, and of operation, on the other. Another difficulty is that tractability and computational feasibility of the model ~ r e c l u d ethe use of but a small number of loadings, usually one or two, and sometimes three. Finally, it must be remembered that planning and design models include only what was called earlier 'operating policies', i.e., independent operation states for the selected loadings, and not a sequential set of operating instructions over, say, 24 hours. It is sometimes found that the system proposed in the solution by the model cannot operate properly in reality. More work remains to be done in this area. The topic may be defined as: how to include instantaneous hydraulics and real-time operation in models for long range planning and design of water supply systems.

1.3. Objectives and Constraints Planning and design of water supply systems are done under given constraints and objective functions. Constraints and objectives may exchange roles, depending on the general directives under which the analysis is being conducted and/or specific circumstances. For example, water quality is often treated as a constraint, i.e. a certain quality must be maintained, and the objective may be to meet the demands with minimum cost, under the quality constraint. In other circumstances, quality may be an objective to be optimized, as demonstrated by Brinkmann [ 19841. A similar situation exists with respect to reliability. Usually it is considered a constraint, according to which a prescribed level of reliability must be maintained (for this the quantity 'reliability' must be precisely defined and quantifiable). Alternatively, reliability may be considered an objective, as is discussed by Tangena [ 19841. This dual role, of objectives and/or constraints, should be clearly stated. The planner should try to introduce into the model only those constraints which truly represent limitations that cannot be violated. It is best to try and put all others as objectives and deal with the planning as a multipleobjective problem. 1.4. Deterministic and Stochastic Analysis We know well that the water supply systems we plan will operate under conditions which we cannot forecast fully and exactly. Randomness is to be expected in all components of the supply system: quantity and quality of water in the sources, demands, performance of treatment facilities, availability of pipelines, pumps, and other equipment due to failures, economic data, etc. Ideally, we would like to consider all such random variables explicitly in our model, but this is not feasible. First data are often not sufficient to allow estimation of probabilities, and sometimes not even to assess the range of possible outcomes. Second, stochastic models are difficult to formulate. There are some basic conceptual issues on how to plan in the face of uncertainty, which still await good practical answers. Just as one example, consider the fact that 'reliability of supply' is not a firm concept, and we are still struggling with its definition. Other papers in this course [Tangena, 1984; de Jong, 19841 may demonstrate these difficulties. Finally, the difficulty in using stochastic models is also computational. Even if a stochastic model can be formulated in principle, it may not be tractable computationally. In the face of all these difficulties, there are several things which can and should be done. First, solutions obtained with deterministic models should be tested by sensitivity analysis. This means running the model many

times, while varying parametrically those variables which have been found to have the largest effect on the decisions to be made. The permutations of variable combinations are usually too extensive to test exhaustively, and a limited subset must be selected. Still, sensitivity analysis is an important phase of all modelling work. Another approach is to use stochastic optimization models, such as chanceconstrained linear programming, in which certain stochastic aspects are included explicitly. Source and demand stochasticity can be sometimes treated in this way, provided the model is not too complex, and if probabilities can be estimated. A relatively recent development is the use of what is called the statistical-analytical approach. The probability distributions of outcomes (e.g., water supplied to consumers) are computed analytically, using the probability distributions of inputs (e.g., quantity of water in the source) and the functional description of how the water supply system transforms inputs to outputs (e.g., by using storage, treatment and conveyance facilities, with a prescribed operating policy). This procedure is possible only for relatively simple system configuration, as has been demonstrated by Howard and Shamir [I9761 for a system of lakes, by Shamir and Howard [I98 11 for analyzing the reliability of supply, and by Lvovsky [I9841 for analysis of a supply system with two sources, a random demand and a treatment and conveyance subject to random failure events. The analysis of reliability in the IODZH study [Tangena, 19841also attempts to derive analytic expressions for the reliability, given certain statistics of facility failures and repair. A similar approach has been used by De Jong [1984]. Monte Carlo methods (also called stochastic simulation) rely on numerical experimentation with the system modelusing synthetic data generated for the random variables. The synthetic data are generated in the computer, using the statistical model of the random variables (probability distributions, time-series model, etc.). The outcomes of each 'experiment' are recorded, and after a sufficiently large sample has been generated it is analyzed, moments and/or probabilities of outcomes are computed, and these are then used in the decison making. 1.5. Time Horizons and Time Steps Planning is usually done for several decades ahead, and must therefore consider the changing levels of demand over time, on the one hand, and the variability of climate and water resources, on the other. Such long range planning models should ideally be 'dynamic', in the sense that they consider

simultaneously the state of the system at all future time. A 'static' model, in this context, is one which looks at only one point in future time, the so-called 'planning horizon', which is the ultimate stage of development for the system presently under consideration. Such a model ignores the 'capacity expansion' aspect, and therefore does not tell us how to space the development over time. To overcome some of this efficiency, the model can be run for a number of time horizons, and the various solutions obtained are then 'coordinated' by the analyst, possible through repeated iterative runs of the model, modifying constraints between runs to make the whole sequence of solutions match. The time periods in a planning model are usually years and seasons, sometimes down to months. Smaller time periods, down to daily and even hourly, are considered only in more detailed design and operation models. 1.6. Optimization and Simulation Optimization models are prescriptive, in that their solution is the best decision to be madeaccording to the model formulated and its objective function. To make it possible to actually compute such an optimal solution, optimization models are always schematized, aggregated, linearized or otherwise simplified, at least to a certain degree, and can therefore not be expected to yield a solution which is either actually feasible or exactly optimal. Simulation models, on the other hand, are descriptive. Given values of all the decision variables, the simulation model computes the outcomes - physical, economic or other. Because the computations are incremental, in the sense that not the whole system has to be viewed and solved together, and no optimization is attempted in the simulation itself, the model can be much more detailed and accurate than for optimization. These properties suggest that planning studies may well benefit from having both optimization and simulation models, using them jointly. The optimization model performs a screening role: it deletes from further consideration solutions which are obviously inferior, and points to promising solutions which can then be submitted to more detailed and accurate evaluation by the simulation model. The simulation model determines whether a solution proposed by the optimization model is actually feasible, and, through sensitivity analysis, examines its optimality. The simulation results can provide a better understanding of the system, and may point to improvements in the optimization model. Also, its results can improve the values of coefficients in the constraints andlor objectives of the optimization model.

2. Long Range Planning Models 2.1. Strllchtre and Components Static planning models look at one point in future time, and generate a plan whose decision variables are: - Capacities of facilities for source utilization: well fields, impoundment reservoirs, treatment facilities. - Seasonal operation of these facilities: the quantities of water produced each season at each source. - Capacities of links: conveyance pipelines, pumping stations, distribution systems. - Seasonal operation of these links. - Certain of the demands may also be decision variables, in particular those which are used as inputs to an economic production system (agriculture, industry). Drinking water demands are normally considered to be given exogenously to the model, and are therefore fixed and not to be decided upon.

second 5-year period is the most crucial one for the analysis. Decisions made today will become an operational plan in 5 to 10 years, as a rule. The remaining time periods are included in the model so that longer range developments and decisions are explicitly considered, since they definitely have an impact on shorter range decisions. Still, accuracy and detail in these periods is somewhat less important, because the results generated for those future times will, in all probability, have another chance for review and re-evaluation before they become actual operational plans.

2.2. Methods of Solzltion Linear programming is the most common optimization method, one that is widely available and relatively convenient to use. A majority of the water supply planning models are therefore based on this method. Several non-linearities are inherent to water Constraints of the model include: resources systems, but as the time horizon of the model expands these non-linearities tend - Limitations on annual and seasonal extraction from the sources, due to to be 'smeared out', and a linear model becomes more and more appropriate. For hydrological, technical andlor legalexample, while the instantaneous flow institutional considerations. through a pipe is a highly non-linear function - Continuity equations at all points of the system, i.e. inputs into a 'node' equal outputs of its diameter, it is quite reasonable to define for a pipeline an annual 'canying capacity' plus storage. - Limitation on sizes of facilities, due to any (i.e., the total volume which can be moved consideration outside the control of the water through it on the average in a year) and have planner, such as availability of land, legal a cost function which is linearly proportional aspects, etc. to it, leaving the details of how this canying - Limitation on the availability of capital capacity is translated (optimally) into andlor operating funds. diameters, pump capacities and configura- Requirements for the quality of service, tions, operating rules, etc., to a separate such as on quality and reliability of the detailed analysis. If groundwater sources are included in the supply. system, their hydrologic balance equations appear among the model constraints. A water supply is planned to optimize For phreatic aquifers these equations are (minimize or maximize, as appropriate) one non-linear, because transmissivity depends or more of the following objectives: on the water levels, which are not known in - Total cost advance. Similarly, reservoir equations may - Level of service (e.g., reliability) be non-linear, for example when hydropower - Water quality is generated from a reservoir and the energy - Public health produced is proportional to the product of - Environmental effects the flow -a decision variable -and the head, - Benefits resulting from the use of water. which is determined by the reservoir level, This is not an exhaustive list, by any means. In dynamic planning models similar decision itself a dependent decision variable. variables appear for each one of the planning Further non-linearities appear in the periods, which are typicallyseveralyears long objective function. Costs are usually each, say 5 or 10 years. The size of the model functions of the form c = kxm,where the cost, c, is a function of the decision variable, x, is thus multiplied by the number of periods raised to a power, m, found to be usually in considered. A typical dynamic model may have three to five time periods, for example, the range 0.6-0.8. (This represents the 'economies of scale' effect). 5,5, 10 and 10 years, for a total planning Many of these non-linearities can be handled horizon of 30 years. The first period is the through rather simple linearization-andtime during which past decisions are being iteration procedures: a linear function is implemented, and the plan under fitted at the value of the decision variable consideration can have no impact, except, expected in the solution, the resulting linear possibly, stopping projects which have model is solved by LP, the solution is already been committed, if this is at all checked, and, where appriopriate, another politically and technically possible. The

linearization is substituted. Experience teaches us where and how to linearize, and, in most cases, very few iterations (2 to 5) are sufficient to converge to an acceptably accurate solution. Alkan and Shamir [I9801 developed such a static linear programming model for multiple objective planning of a regional water supply system in the arid south of Israel. Much attention was given to proper linearization of the hydraulic and cost equation. Two water qualities are identified, and are delivered through two seperate supply systems. The optimization model used in the Integral Study of Drinking Water Supply to the Province of South Holland (IODHZ) is also typical of a static linear programming planning model. A sub-potable system and a potable system, connected at points where sub-potable water may be converted into potable water by treatment, are postulated. Hydrologic and hydraulic constraints are considered, and the model is used for multicriteria analysis. Aggregation, schematization and linearization are used to make the model tractable computationally by LP. This makes it actually a 'screening model'. By this we mean that it serves to screen out inferior parts of the feasible solution set, and to point to solutions which look promising. These solutions guide the more detailed and accurate analysis which is needed to ascertain that they are indeed feasible and optimal, by simulation. The TEKUMA model [Schwarz, 19831is 'dynamic', and allows simultaneous consideration of all the following: several sequantial time periods (e.g., 5-5-10-10 years for a 30 year planning horizon), several climatic-hydrologic conditions (e.g., mean, dry, wet) which determine the available water in the sources and/or the demands, each assigned its probability of occurance, and the model computes expected values of outcomes; several seasons of the year; seasonal and annual storage; demands which are decision variables (i.e., are not imposed as constraints and are therefore to be determined as part of the optimal solution). TEKUMA is actually a computer language, in a sense, because it allows the planner to input only the basis data, and specify the types and formats of output he desires. The system has a 'matrix generator', which expands the input data and prepares the input for the LP routine (MPSX or APEX 111, which have the same input format), and a 'report writer' which extracts from the standard MPSX output the nessary data and puts out convenient tables of results. 3. Design and Operation Models While the models discussed in the previous section are adequate for long range planning, it is necessary to use a different type of model

when the more specific design and operating policy are being considered. Here we get down to a more accurate description of the hydraulics, which was not included explicitly in the planning models.

19841 this component of the overall optimization procedure has been replaced by a more powerful and efficient variable metric method (the BFGS quasi-Newton method), and the procedure renamed LPVM.

3.1. Structure nnd Components The decision variables include: - Diameters of pipelines (or equivalent variables, as will be discussed below). - Capacities of pumps. - Sizes and elevations of reservoirs. - Operation of the pumps and valves under a number of prescribed loading conditions. The optimization is subject to several types of constraints, including: - Demands have to be met. - Mass balance at nodes. - The physical laws which give the head loss in pipes and other hydraulic elements, or the head gain in a pump, as a function of flow. - Continuity of the hydraulic grade line along paths in the network (around loops, between two reservoirs). - Minimum andlor maximum admissible heads at nodes in the system. - Sizes of elements (e.g., pipe diameters) are commercially available. The optimization is typically for cost minimization, combining capital and the present value of operating costs.

4. Network Analysis and Simulation By now, hydraulic network solvers and simulators have become standard tools of analysis. Many programs exist, and it is beyond the scope of this paper to discuss their features in any detail. We mention them here merely to emphasize that they are necessary as supplementary tools for any design and operation modelling. Network solvers yield the flow and pressure distributions throughout a system for given operation and boundary conditions. This requires solution of a set simultaneous nonlinear equations, which is performed by an iterative process. A simulator follows the performance of the system over time, and is needed only when there is operational storage. It cames out a sequence of flow solutions, linked through changes in reservoir levels due to inflows and outflows. These two tools are needed to test the feasibility of the hydraulic performance of the system.

3.2. Method of Solution A transformation of variables is performed for the pipes: each is assigned a number of 'candidate diameters', and is allowed to be made of a number of segments, each having one of these diameters. For a given flow distribution in the system this allows formulation of the optimization as a linear program. In branching networks the flows in all links are fixed once the demands are known. Thus the optimal design and operation of a branching network for several loadings can be cast as an LP [Shamir, 19791 and solved quite easily. In looped networks the flows depend on the design, and are therefore not known in advance. An optimization method called LPG, for Linear-Programming-Gradient [Shamir, 19791deals with the problems in a hierarchical fashion, iteratively. A flow distribution in the network is selected, which has only to satisfy continuity at all nodes, for each of the loadings considered. A linear program is set up and solved, giving the optimal values of all decision variables. Using data from this solution, including the dual variables of the hydraulic-grade-line constraints, a change in the flows throughout the network is computed, such that the new distribution yields a better (cheaper) LP solution. The change in the flow distribution is performed by a gradient search (the G in LPG). Recently [Saphir, 1983; Saphir et al,

5. Conclusions Modelling is a powerful tool to aid decision making for water supply planning. Following the discussion in previous sections, the main points to be emphasized are: - Modelling for water supply planning is a hierarchy of models, each to be used for a particular level of the management structure. - Demands should be viewed as part of the management scope, and demands should be included as decision variables in the models, wherever appropriate. - Multiple objectives should be recognized, and, if feasible, the models should be designed to seek the 'best compromise' solutions. - It is important to consider the randomness of supply, demand and system performance. Wherever possible, stochastic analysisshould be carried out explicitly. When this is not possible, at least sensitivity analysisshould be performed to test the feasibility and optimality of proposed solutions under the range of expected conditions. - Optimization and simulation models can be used in a coordinated fashion, each covering for the other's defficiencies, thereby strengthening considerably the modelling as an aid to decision making. Bibliography Alkan. D. and Shamir, U. ( 1980). 'M~rltiplePlatlni~gof a Regional Water Resolrrces System'. pp. 439-465 in Operations Research in Agric~tltureand Water Resources. Ed. by D . Yaron and C. Tapiero, North Holland.

Brinkmann, F. J. J. 'Drittk~vaterkwaliteitalsplattningscriterimrm'. In preparation. Bruyn. P. J. de. 'Eetm simttlatiemodel, hmrlpmiddel bij planvorntitmg'. H,O 17 (1984) 264. Jong, J. J. de. 'Case-Study: modeltoepassittg bij de Drinkwaterleidit~gRotterdam'. In preparation. Kop, J. H. 'Systmatiseringe modelgebrmtikbijhet Tweede Tienjarenplan van de VEWIN'. H,O 17 ( 1984) 54 1. Lvovsky. M. ( 1984). Statistical-Analytical Methods for Analysis of Water ResorrrcesSystems' (in Hebrew). M.Sc. Thesis, Faculty of Civil Engineering, Technion- Israel Institute of Technology. Meyers. S. and Shamir. U.(1982). 'OptimalAnniral Operation of a Water Sripply and Dktributiotm System'.

Advances in Water Resources. Vol. 5, pp. 240-247. Saphir. Y. N. (April 1983). 'Optimization of Water Distribution Systems' (in Hebrew). M.Sc. Thesis, Faculty of Industrial Engineeringand Management. Technion Israel Institute of Technology. 159p. Saphir. Y. N.. Shamir. U. and Avriel. M. (1984). 'An ittproved method for optimization of water dism'biilion systems'. In preparation. Schwarz, J. ( 1983). 'Use of Mathematical Programnzing in the Matmagement and Development of Israel's Water Resources'. Tahal Consulting Engineers Ltd., Israel, I I p.

Shamir. U. ( 1979). 'Optimization in Water Distribution Systems Engineering'. Mathemarical Programming, Stlidy I I: Engineering Optimization, ed. by M. Avriel and R Dembo. North-Holland. pp. 65-84. Shamir. U. ( 1980). 'Applications of Operations Research i n Israel's Water Sector'. European Journal of Operations Research, vol. 5, pp. 332-345. Shamir, U. (June 1981). 'Real-Time Control of Water Smrpply systems'. Proceedings of the International Symposium on Real-time Operation of Hydrosystems,ed. I by T. E. Unny and E. A. McBean. Univenity of Waterloo, Canada, pp. 550-562. Shamir. U. ( 1983). 'Experiencesin Mtrltioblective Plannbtg and Managemetttof Water Resortrces Systems'.

Hydrological Sciences Journal. Vol. 28, No. I, pp. 77-92. Shamir, U. and Howard. C. D. D. (July 198 I). 'Water Supply ReliabilityTheory'. Journal of the American Water Works Association, Vol. 73, No. 7. pp. 379-384. Tangena, B. H. 'Leveringszekerheidalsplanningscriteriitm'. In preparation.

Het simulatiemodel DRISIM, hulpmiddel bij planvorming

Samenvatting De planvorming met betrekking tot de drinkwate~oorzieningis uitgegroeid van een lokaal, ge'isoleerd gebeuren tot een samenhangend geheel van procedures voor planvorming, waarin al in een vroeg stadium een groot aantal alternatieven op een groot aantal aspecten vergeleken en beoordeeld moet worden. Daarbij stelt het op elkaar afstemmen van diverse plannen die voor de planvorming drinkwate~oorzieningvan belang zijn, eisen aan de uitwisselbaarheid van informatie. Dit betreft onder andere

mogelijke alternatieven en gehanteerde uitgangspunten voor effectkenmerking. Hierdoor ontstaat de behoefte aan nieuwe hulpmiddelen. Een van deze hulpmiddelen betreft een simulatiemodel waarmee alternatieven voor de onhvikkeling in de tijd van een voorzieningssysteem gesimuleerd kunnen worden. De structuur en werkingvan het model worden besproken. mede aan de hand van enkele modeltoepassingen. 1. Inleiding Ooit liep men naar de pomp en haalde hvee emmertjes water: de consument als exploitant van een waterleidingbedrijf in miniatuur. Tegenwoordig draait men de kraan open: de participatie in het proces van produktie en distributie van leidingwater blijft beperkt tot het periodiek voldoen van nota's. Deze teruggang in complexiteit van handelingen, benodigd voor het beschikken over voldoende en betrouwbaar water, betreft alleen de consument: voor de producent is de ontwikkeling tegengesteld geweest. Immers, om aan de toenemende vraag te kunnen blijven voldoen moesten nieuwe ruwwaterbronnen aangeboord, of bestaande bronnen kunstmatig aangevuld worden. Het genoegen moeten nemen met een mindere kwaliteit grondstof gaf aanleiding tot de ontwikkeling van complexe zuiveringstechnologieen, en de geogafische spreiding van het voorzieningssysteem tot omvangrijke en grootschalige distributienetwerken. En tenslotte nam de betrokkenheid van nationale en regionale overheden toe om redenen van zorg voor volksgezondheid, toedeling van schaarse middelen (ruimte, grondwater) aan potentiele gebruikers, en zorg voor natuur en landschap. De hier geschetste ontwikkeling heeft het proces van planvorming verbonden aan de uitbouw (en instandhouding) van het voor-

zieningssysteem in sterke mate be'invloed. Ten eerste is dit uitgegroeid van een lokale, min of rneer geisoleerde aangelegenheid tot een op regionaal en nationaal niveau sarnenhangend geheel van planprocedures. Ten tweede is het aantal daarbij in beschouwing te nemen alternatieven om aan een stijgende vraag te voldoen toegenomen door het kunnen aanwenden van niettraditionele ruwwaterbronnen en zuiveringssystemen en de vergrote mogelijkheden voor interregionaal transport. Ten derde dienen in een vroeg stadium al effecten van de te maken keuzen op uiteenlopende doelstellingen ingeschat en afgewogen te worden. Illustratief voor deze ontwikkeling is onder andere het Integraal Onderzoek naar de Drinkwatervoorziening Zuid-Holland (IODZH), waarin elk der drie genoemde aspecten een rol speelden. De ten behoeve van het Tienjarenplan door de VEWIN uitgevoerde integratiestudies, alsmede de studie naar aspecten van de openbare watervoorziening in de PAWN-studiel (AOW-PAWN) kunnen als andere voorbeelden gelden. In het navolgende worden de opzet en gebruiksmogelijkheden van een simulatiemodel, DRISIM, besproken, mede aan de hand van de toepassing van dat model in deze drie studies. Dit model werd ontwikkeld in het kader van het IODZH door het Waterloopkundig Laboratorium, het R I D en het adviesbureau Wils Systems Analysis.

3. Benaderingswijze en modelstructuur De keuze om een op simulatie gebaseerde benaderingswijze te volgen kwam voort uit een aantal kenmerken van enerzijds het object en anderzijds het proces van planvorming. Hiewan worden er enkele kort genoemd. - Het dynamische karaktervan het systeem: niet alleen een (gewenste) toekomstige situatie, maar ook de wijze waarop deze vanuit een bestaande toestand bereikt wordt moet in beschouwing genomen worden. - De niet-lineanteit van het systeem: de relaties tussen systeemgrootheden zijn veelal niet-lineair. met name in de sfeer van zichtbaar te maken effecten zoals kosten, kwaliteit of effecten op natuur en landschap. - De gewenste flexibiliteit: het te gebruiken model mag geen beperkingen opleggen ten aanzien van de mate van (ruimtelijk) detail, de te onderzoeken varianten, of de wijze waarop effecten zichtbaar gemaakt worden. - De behoefte aan systematiek: alternatieven moeten op systematische wijze gegenereerd en onderzocht kunnen worden. Dit betreft zowel de vormgeving van alternatieven als de effectkenmerking. * Policy Analysis of Watemana_eemmtfor the Netherlands.

Het belang van inzicht in samenhang en werking van het systeem: het 'waarom' is veelal belangrijker dan het 'in welke mate'. - De noodzaak van acceptatie van resultaten: de gebruikers van de berekeningsresultaten moeten deze, bn de wijze waarop ze verkregen zijn, begrijpen en aanvaarden, hetgeen betekent dat de uitgangspunten voor berekeningen en de gebruikte invoergegevens bespreekbaar en vanuit de praktijk herkenbaar moeten zijn. -

Centraal in de benaderingswijze staat de simulatie van alternatieven voor de ontwikkeling van een te beschouwen drinkwate~oorzieningssysteem.Simulatie houdt in dat de ontwikkelingvan het systeem gedurende een bepaalde periode, bijvoorbeeld 30 jaar, (tijd)stap voor (tijd)stap wordt nagebootst. De hierbij achtereenvolgens doorlopen stappen reflecteren verschillende fasen in het proces van planvoming. Als eerste wordt de ontwikkeling van de vraag naar drinkwater in het beschouwde gebied geraamd. Het hier beschreven model betreft overigens een versie waarvoor de vraag als gegeven wordt ingevoerd. Hiervan uitgaande wordt voor elke tijdstap de wijze van behoeftedekking vastgesteld, welke aangeeft hoe door gebruik te maken van de (potentieel) beschikbare capaciteit van produktie- en transportmiddelen (projecten en leidingen) aan de vraag naar water wordt voldaan. Vervolgens wordt de benodigde produktie van projecten en transport door leidingen vergeleken met de aanwezige capaciteit. Hierbij wordt voor elk tijdstip nagegaan of en hoeveel nieuwe capaciteit gerealiseerd moet worden. Na deze stap zijn zowel de ge'installeerde capaciteit en produktieniveaus, als de benodigde capaciteitsuitbreidingen voor projecten en leidingen bekend. Tenslotte kunnen op basis daarvan uiteenlopende effecten berekend worden, in termen van kosten, kwaliteit, leveringszekerheid, maar ook effecten op natuur, landbouwschade en dergelijke. De effectberekening kan of in het model zijn opgenomen, of in separate effectstudies worden uitgevoerd. De geschetste berekeningsgang is herkenbaar in de structuur van het simulatiemodel DRISIM (afb. 1). Centraal staan de modulen voor produktie-toewijzing en capaciteitsplanning, gevolgd door de effectberekeningen. De modulaire structuur van het model maakt dit tot een flexibel onderzoeksinstrument. Zo kan de behoefte-ontwikkeling ook in een afzonderlijk vraagmodule gegenereerd worden, waarbij een terugkoppeling op grond van kosten (of kwaliteit) mogelijk is. Ook het aantal zichtbaar te maken effecten, en de daarbij te hanteren uitgangspunten, zijn door het wijzigen of toevoegen van effect-modules te varieren.

verbruik

voorkeuren

I produktie-

produkties

taevijring

en debieten

--

k06te11

t

leveringrrekerheid

L

I

Afb. I - Het sit?~~rlntie~~rodel D R I S I M : Strlrctrrrtr el1 su/~irnhnngt~rssetl~?~odltles.

3. Schematisatie Om een voorzieningssysteem te kunnen simuleren, dient deze in geschematiseerde vorrn in het model gebracht te worden. Hiervoor wordt de geografische begrenzing van het te beschouwen systeem bepaald en worden alle elementen in het systeem geidentificeerd. De kenmerkende elementen zijn: - vraagpunten: delen van het systeem waarvan de vraag geconcentreerd gedacht kan worden in CCn punt, bijvoorbeeld de ingang van een distributienet; - projecten: bestaande en mogelijk in de toekomst te realiseren produktiemiddelen; - leidingen: bestaande of nog te realiseren faciliteiten voor transport van water tussen ruwwaterbronnen, projecten en vraagpunten; en - leveringsmogelijkheden: alle combinaties van projecten en vraagpunten waarvan ter dekking van de behoefte in de vraagpunten gebruik gemaakt kan worden. Deze elementen worden zowel op het niveau van drinkwater als van halffabrikaat gespecificeerd. De mate van detail waarin het voorzieningssysteem geschematiseerd wordt, volgt onder andere uit: - de aard van de vraagstelling, en daarmee de ornvang van het te beschouwen systeem; - het benodigde onderscheidend vermogen; en - de aard van en met name de verschillen tussen de te onderzoeken varianten. Een eenmaal gekozen schematisatie is overigens niet onveranderlijk: met het toenemende inzicht in samenhang en werking

van het systeem kunnen delen daarvan met meer detail of juist meer geaggregeerd in de schernatisatie opgenomen worden. Ter illustratie zijn de schematisaties van het voorzieningssysteem weergegeven zoals aangehouden in AOW-PAWN (afb. 2. I) en de VEWIN-studie (integratieregio Twente, afb. 2.2). De verschillen in detaillering van zowel vraagpunten, projecten als infrastructuur spreken voor zich. Er dient op gewezen te worden dat een grote mate van aggregatie, bijvoorbeeld door samenvoeging van afzonderlijke grondwaterprojecten, toelaatbaar is voor het simuleren van de behoeftedekking en capaciteitsontwikkeling, maar niet voor de kenmerken van effecten zoals investeringskosten of effecten op natuur. Bij het bepalen daarvan zal hiermee rekening gehouden moeten worden, bijvoorbeeld door de betreffende projecten eerst te 'disaggregeren'.

4. Produktietoewijzingen capaciteitsplanning 4.1. Prodzrktietoelvijzing Door middel van de produktietoewijzing verkrijgen de varianten de gewenste vorm: de 'sturing' van varianten in een te onderzoeken richting voor de ontwikkeling van het voorzieningssysteem vindt hier plaats. Er zijn twee wezenlijk verschillende mogelijkheden voor sturing in het model gebracht, te weten sturing door middel van randvoorwaarden ten aanzien van de rnaximaal mogelijke capaciteit van produktiemiddelen en sturing door middel van voorkeuren voor dekking van de behoefte in vraagpunten. Randvoonvaarden voor de maximale

capaciteit van produktiemiddelen zijn gedeeltelijk als vaststaand gegeven, zoals bijvoorbeeld beperkingen die voortkomen uit (geo)hydrologische kenmerken van de ruwwaterbron. Hieronder vallen ook tijdelijke beperkingen die samenhangen met de termijn waarop een nieuw project of een projectuitbreiding op z'n vroegst gerealiseerd kan worden als gevolg van de tijd die gemoeid is met het verkrijgen van de benodigde vergunningen of het tot ontwikkeling brengen van een nieuwe technologic. Daarnaast echter kunnen projecten door het opleggen van randvoonvaarden met uiteenlopende omvang in de oplossing gebracht worden. D e aldus 'vrijwillig' opgelegde beperkingen kunnen dan op hun effect onderzocht worden. Voorkeuren reflecteren de wijze waarop de behoefte dekking in de vraagpunten tot stand komt door het achtereenvolgens aanwenden van de beschikbare produktiecapaciteit. Dit betreft zowel voorkeuren van vraagpunten voor projecten (vraagpunt 1 krijgt zo mogelijk water uit project A, vervolgens zonodig uit project B etc.) als voorkeuren van projecten voor vraagpunten (project B voorziet als eerste vraagpunt 2, vervolgens zo mogelijk vraagpunt I etc.). In afb. 3 is een eenvoudig voorbeeld van het mechanisme van de produktietoewijzing gegeven. Deze voorkeuren kunnen worden vertaald in een CCnduidige volgorde voor het toewijzen van leveringen, waarin alle leveringen naar afnemende voorkeur gerangschikt zijn. Bij het doorlopen van de berekeningsgang wordt voor elk jaar in de gesimuleerde periode de behoeftedekking in de vraagpunten vastgesteld door de leveringen volgens de voorkeursvolgorde toe te wijzen. De per leveringsmogelijkheid toegewezen hoeveelheid wordt bepaald op grond van de resterende (nog niet gedekte) behoefte in het vraagpunt, en de resterende (nog niet toegewezen) capaciteit van de projecten. De resterende vraag en de resterende capaciteit worden na elke toewijzing met de toegewezen hoeveelheid verminderd. De totaal toegewezen hoeveelheden bedragen per vraagpunt ten hoogste de behoefte en per project ten hoogste de maximale capaciteit in het betreffende jaar. De benodigde produktie van projecten en debieten door leidingen volgen uit het sommeren van alle leveringen vanuit een project respectievelijk door een leiding.

4.2. Capociteitspkmnii~g Uitgaande van de voor elk tijdstip bekende produkties en debieten kunnen de benodigde capaciteitsuitbreidingen vastgesteld worden. ~ i e r t o wordt e de in een bepaald jaar benodigde produktie vergeleken met de dan beschikbare capaciteit. Deze beschikbare capaciteit is de som van de in het begin van de

.

vraagpvoten Projekten voor Projekcen voor Projekceo voor 1nfrmLrukL""r ---1nfrasrrukruur -lnfrastrukt~ur 0

A

-........

drinkvarer (gcondvar~r) drxnkvattr (overig) vwrbehandtld water ilrpliciet impliciet r r drempcluaarde cxplieier

I

Afb. 2. I - Schenlarhtie tratl her Nederlotrdse ~~oorzietritrgssysteern ( A 0 W-PA WN). Afb. 2.2 - Sclrenmtisatie vat1 her ~~oorzieninsssteetn Tlvetlteen omstrekerl ( VEWIN-Itrtemtiestirdie)

1

simulatieperiode aanwezige capaciteit en de eerder, in het a1 doorlopen deel van de simulatieperiode, gerealiseerde capaciteitsuitbreidingen. Is de beschikbare capaciteit onvoldoende dan volgt een capaciteitsuitbreiding. De omvang van de benodigde uitbreiding wordt bepaald met behulp van een methode die uitgaat van het minimaliseren van de eenheidskostprijs gedurende de gebruiksduur (uniteit). Hierbij wordt rekening gehouden met het verloop van de met de nieuwe capaciteit te realiseren produktie, de vorm van de investe~gsfunctie en de aan te houden disconteringsvoet. Zoals eerder is opgemerkt, is de herkenbaarheid van de berekeningsresultatenvanuit de praktijk een belangrijke voorwaarde voor acceptatie van die resultaten, juist wanneer het model direct ten behoeve van overleg gebruikt wordt. Met name in de VEWINstudie bleek dat de uniforme wijze van dimensionering onvoldoende tegemoet kwam aan het scala van methoden, overwegingen en uitgangspunten dat door de verschillende bedrijven gehanteerd wordt. Verschillen in 'bedrijfsfilosofie', een overigens moeilijk grijpbaar begrip, en specifieke kenmerken van de in capaciteit uit te breiden projecten liggen hieraan ten grondslag. Als gevolg hiervan is de mogelijkheid in het model opgenomen om de omvang van capaciteitsuitbreidingen,van projecten zowel als leidingen, als zijnde vast gegeven in te voeren. Hiervan is dankbaar gebruik gemaakt, en aldus werden herkenbaarheid en acceptatie van berekeningsresultaten bevorderd. Aangezien echter het verloop van de produktie van een bepaald project tussen de varianten aanmerkelijk kan verschillen, en de door de bedrijven aangedragen omvang van uitbreidingen gebaseerd was op een bepaalde verwachting betreffende de ontwikkeling van de te realiseren produktie, betekende deze stap we1 een aanmerkelijke hoeveelheid huiswerk voor de betrokken bedrijven.

5. Effectkenmerking Na de besproken gedeelten van het simulatiemodel doorlopen te hebben, zijn de varianten bekend, in termen van geinstalleerde capaciteit en gerealiseerde produktie voor alle elementen in het voorzieningssysteem, alsmede de op verschillende tijdstippen benodigde capaciteitsuitbreidingen.Deze informatie vormt de basis voor de effectkenmerking. De effecten die aan een variant verbonden zijn ('scores op criteria') worden daarbij steeds bepaald als de som van alle bijdragen door de afzonderlijke elementen in het voorzieningssysteem.Naast aggregatie over elementen, resulterend in het verloop in de tijd van de effecten, kan op uiteenlopende wijze een verdergaande aggregatie over de jaren in de gesimuleerde periode plaats-

VEWIN-studie, AOW-PAWN): enkelvoudige niet-lineaire relaties tussen systeemkenmerken en effecten; - kwaliteit, leveringszekerheid (IODZH): complexe stelsels van niet-lineaire relaties; en - effecten op natuur (IODZH), effecten op landbouw (PAWN): afzonderlijke modellering van effecten met behulp van studies naar inpassing, hydrologische modellen en dosis-effectrelaties.

11 0 :

projekt A projekt B 1

behoefte

/ A

vraagpunt I vraagpunt 2

hoogste voorkeur A

1

tweede voorkeur B

2

hoogste voorkeur B

A fb. 3 - Eel1 voorbeeld vnri prodrrkrieroen~ijzit~g.

vinden. Afb. 4 geeft hiervan een voorbeeld, D e zichtbaar te maken effecten hangen samen met de doelstelling van het onderzoek, de belangen die onderling gewogen dienen te worden, en de criteria die daarbij gehanteerd worden. De beoordelingscriteria die gehanteerd kunnen worden, betreffen in het algemeen die welke verbonden zijn aan het belang van een goede drinkwatervoorziening, zoals kosten, kwaliteit, leveringszekerheid en risico's voor de volksgezondheid. Daarnaast kunnen criteria in aanrnerking komen die anderssoortige belangen tot uitdrukking brengen zoals werkgelegenheid, energieverbruik, gegenereerde afvalstoffen, landbouwschade en effecten op natuur en landschap. Het zal duidelijk zijn dat een aantal van de genoemde criteria overlappen: energieverbruik is impliciet opgenomen in kosten; wanneer aan de norm voldaan wordt door het zonodig uitbreiden van zuiveringsmiddelen komt kwaliteit impliciet tot uitdrukking in kosten; landbouwschaden zijn kosten, etc. Desalniettemin kan het wenselijk zijn dergelijke effecten te expliciteren. D e wijze waarop effecten zichtbaar gemaakt (kunnen) worden, loopt uiteen en wordt onder meer bepaald door: - het belang dat aan het betreffende effect gehecht wordt; - d e aard van de relaties tussen het effect en de hoedanigheid en het gebruik van het voorzieningssysteem;

- de beschikbare gegevens alsmede de

bestaande kennis en inzichten omtrent die relaties; en - randvoonvaarden met betrekking tot tijd en geld. Als voorbeelden voor enkele van de gehanteerde methoden kunnen genoemd worden: - effecten op volksgezondheid (IODZH): kwalitatieve beoordeling door een panel van deskundigen; - gegenereerde afvalstoffen (IODZH): enkelvoudige lineaire relaties tussen systeemkenmerken en effect; - kosten, energieverbruik (IODZH,

6. Modelgebruik De eerste ervaringen met het gebruik van het sirnulatiemodel zijn opgedaan in het IODZH. Dit onderzoek werd uitgevoerd in opdracht van de provincie Zuid-Holland en de toenmalige ministeries van V&M en CRM. Het model werd toegepast op de regio Zuid-Holland ten behoeve van het op systematische wijze identificeren van alternatieven voor de ontwikkeling van het voorzieningssysteem in de provincie en het o p een groot aantal criteria onderling vergelijkbaar maken van de alternatieven. Door de aard van de probleemstelling is aan het berekenen van effecten veel aandacht besteed. De daarbij gehanteerde methoden zijn veelal in het kader van de studie zelf ontwikkeld. De varianten kregen vorm door het systematisch varieren van de maximale capaciteit van groepen projecten zoals bijvoorbeeld oppervlakte-infiltratie in de duingebieden, diepinfiltratie of oevergrondwaterwinning. De voorkeuren zijn daarbij weinig gevarieerd, en de opgelegde randvoorwaarden bepaalden welke projecten met welke omvang in de varianten voorkwamen. De modeltoepassing in het IODZH is prod~iktgericht:doe1 is het onderling vergelijken van alternatieven. Van interactie met de gebruikers van de berekeningsresultaten (de opdrachtgevers) is slechts in beperkte mate sprake geweest. Een tweede toepassing van het sirnulatie-

Afi. 4 - Eetl ~~oorheeld vrnl berekerlrle kosretl: Iler verloop ~wtrgecro~~rrleerde gegerliscotrteerrle i~n~esreritlge~l.

5

60-

D A

0 3

5

-----------50-

4

------

______>

- - -- - - - -

I

I -

I

&O-

------

30 -

-

20 -

--

----

10.

o1980

1990

2OM)

vARIIHT

1

VARIAM 6 VIRIIHT 5 VIRUHT

7

2010

model vond plaats in opdracht van de VEWIN in het kader van het voorbereiden van het Tweede Tienjarenplan. Hierbij werd voor een zestal delen van het Nederlandse voorzieningssysteem door de betrokken waterleidingbedrijven gezamenlijk onderzocht of een technische integratie van afzonderlijke voorzieningsgebiedenmogelijk was en welke voor- en nadelen hieraan verbonden waren. In deze studie is hetmodel gebruikt om, in meer detail dan in het IODZH, varianten uit te werken in de vonn van behoeftedekking en capaciteitsontwikkeling van produktie- en transportmiddelen en het berekenen van de aan een variant verbonden kosten. Hierbij zijn veelal consequent zowel voorkeuren als capaciteitsbeperkingen gevarieerd, en zijn niet alleen de gevolgen van afstel, maar ook van uitstel van bepaalde projectuitbreidingen onderzocht. In gezamenlijk overleg tussen de betrokken bedrijven zijn de varianten vewolgens beoordeeld op een aantal andere aspecten, waaronder kwaliteit, leveringszekerheid en beinvloeding van belangen van derden (natuur, landbouw). Het gebruik van het model in dit kader is vooral procesgericht: door de in het model vastgelegde systematische en min of meer uniforme benaderingswijze wordt een structuur voor het door de bedrijven te voeren overleg verkregen. De interactie tussen analyst en gebruiker(sgroep) is bij deze toepassing bijzonder intensief. De aanvangsfase van elke deelstudie werd steeds gekenmerkt door een leerproces, waarin men het model, met mogelijkheden en beperkingen, leerde kennen en gebruiken. Een derde toepassing vindt in opdracht van de Rijkswaterstaat plaats in het kader van de PAWN-studie. Met behulp van het model, dat het gehele Nederlandse voorzieningssysteem beschrijft, worden de gevolgen van in PAWN te onderzoeken waterhuishoudkundige maatregelen voor de sector van de openbare watemoolziening bepaald. Het model DRISIM vormt hierbij een onderdeel van het gehele PAWN-instrumentarium dat het waterhuishoudkundig systeem van Nederland beschrijft. In de studie AOW-PAWN wordt uitgegaan van een vaste, gegeven, voorkeursstelling. Deze voorkeuren zijn afgeleid uit de visie van de sector op de ontwikkeling van het voorzieningssysteem zoals beschreven in het Tienjarenplan en het Structuurschema. De sturing van varianten verloopt geheel door rniddel van randvoorwaarden met betrekking tot de maximale capaciteit van met name de grondwaterprojecten. Deze randvoorwaarden zijn direct gerelateerd aan een in PAWN te onderzoeken maatregelen, uitgedrukt in de voor de drinkwatervoorzienine" beschikbare (beschikbaar gestelde) hoeveelheid grondwater. De modeltoepassing in deze studie is

produkt- kn procesgericht. Produktgericht omdat in PAWN sprake is van een belangenafweging, mede op grond van de gevolgen van mogelijke maatregelen voor de betrokken belangen. Procesgericht omdat, zij het impliciet, geraakt wordt aan de afstemming tussen verschillende procedures van planvonning, in dit geval betrokken op de Drink- en Industriewatewoorziening en de Waterhuishouding. Door het toepassen van vergelijkbare modellen met gebruikmaking van onderling consistente gegevensbestanden worden bestaande inzichten en voornemens, en wijzigingen daarin, op relatief eenvoudige wijze overdraagbaar en bespreekbaar. Een dergelijke ontwikkeling komt de afstemming tussen Tienjarenplan, Structuurschema en de Nota Waterhuishouding ten goede.

Kostenaspecten in planningsmodellen voor de drinkwatervoorziening

1. Inleiding In plannings- of beleidsstudies vormen de kosten van beleidsalternatieven van oudsher een belangrijk criterium. Tegenwoordig worden in toenemende mate ook andere criteria in beschouwing genomen, maar weg te cijferen vallen de kosten nimmer. Andere alternatieven dan de goedkoopste krijgen een serieuze kans, zolang de kosten bepaalde grenzen niet overschrijden. ophet gebied van de drinkwatervoorziening is ditzelfde beeld waar te nemen. Criteria met betrekking tot natuur en landschap en

afkortingen met de volgende betekenis gebruikt: [mln gld] I(t) = investering in jaar t [mln gld] O(t) = opbrengst in jaar t A(t) = afzet in jaar t [mln m3] v = variabele kosten [gld/m3] r = rente- of disconteringsvoet [ - ] n = levensduur of looptijd [jaren]

e. Netto-contnnte~vaarde De netto-contantewaarde (NCW) is gelijk aan de som van gedisconteerde opbrengsten minus gedisconteerde investeringen minus gedisconteerde variabele kosten. Gekozen wordt voor het alternatief met de hoogste netto-contantewaarde.

a. Gedisconteerde investeringen Bij deze methode wordt alleen naar de gedisconteerde investeringsbedragen (GI) gekeken. Gekozen wordt het alternatief waarvoor het totaal aan gedisconteerde investeringen het laagst is.

NCW

n

In formule: G I = 2 1(t)/(l+r)' t=O

recreatie worden in beschouwing genomen naast criteria met betrekking tot de drinkwatervoorziening, zoals kwaliteit, leveringszekerheid en kosten. Een interessant voorbeeld in deze zin is de IODZH-studie [I], waarin vele alternatieven voor de drinkwatervoorziening in Zuid-Holland zijn onderzocht. In het kader van de vakantiecursus wordt in andere voordrachten nader ingegaan op de aanpak van kwaliteit en leveringszekerheid in planningsmodellen. In deze voordracht zullen bepaalde kostenaspecten nader worden belicht, varierend van eenvoudige kostenfuncties tot meer gedetailleerde kostenberekeningen. Gestart zal worden met een algemeen investeringsprobleem.

2. Investeringsprob!eem Het algemeen investeringsprobleem is een bijna klassiek probleem. Het betreft de 'beste' keuze uit een aantal alternatieven waarvoor op verschillende tijdstippen verschillende investeringen moeten worden gedaan. Voor de oplossing van het investeringsprobleem komen in de praktijk diverse methoden voor. De meeste methoden hebben overigens we1 een belangrijk basisprincipe gemeen, namelijk het principe van disconteren. Disconteren is het omrekenen van investeringen of uitgaven die in de toekomst worden gedaan naar een (willekeurig) basisjaar door een rente- of disconteringsvoet in rekening te brengen. Zodoende kunnen investeringen of uitgaven die op verschillende tijdstippen worden gedaan, onderling vergelijkbaar worden gemaakt. De belangrijkste methoden voor oplossing van het investeringsprobleem worden hieronder besproken. In de formules worden

(I)

Voorbeeld. Alternatief A: een investering ineens van 10 mln gld in 1984. Alternatief B: een gefaseerde investering van 6 mln gld in 1984 en een van 6 mln gld in 1990. Rentevoet 10%. Disconteren naar het basisjaar 1984 levert voor alternatief A 10 mln gld op en voor alternatief B: 6 + 3,4 = 9,4 mln gld. Gekozen wordt voor alternatief B. Uitstel van een gedeelte van de investering is in dit geval dus voordelig: de 6 mln gld van 1990 is gedisconteerd slechts 3,4 mln gld waard.

In formule: =

5

t=O

[0(t)-1(t)-v.~(t)]/(l+r)'

(5)

f. Unui'teit D e unuiteit (u) is een vast, constant bedrag aan kapitaallasten dat toegerekend moet worden aan elke geproduceerde eenheid (bijv. m3 water) gedurende de gehele looptijd. De unu'iteit is dus een kostprijs per eenheid produkt. Gekozen wordt voor het alternatief met de laagste unu'iteit. D e unu'iteit wordt berekend uit de gelijkstelling van gedisconteerde opbrengsten en gedisconteerde investeringen (formule 6). Uit de definitie van de unu'iteit volgt dat de opbrengsten gelijk zijn aan de afzet vermenigvuldigd met de unu'iteit (formule 7). Door substitutie volgt formule 8, waaruit de unuiteit direct kan worden berekend. Deze is dus gelijk aan het quotient van gedisconteerde investeringen en gedisconteerde afzet.

b. Gedisconteerde lritgnven Bij deze methode worden de gedisconteerde uitgaven (GU) in beschouwing genomen, bestaande uit de investeringen en de variabele kosten. De variabele kosten zijn afhankelijk van de produktie of afzet. Gekozen wordt voor het alternatief met het laagste totaal aan gedisconteerde uitgaven. In formule: GU

=

5 [l(t)+v.~(t)]/(l+r)t

t=O

c. Pay-outperiode Hierbij wordt gekeken naar de tijd (p) waarin de investeringen weer worden terugverdiend. Het principe van disconteren wordt bij deze methode niet toegepast. Gekozen wordt voor het alternatief met de kleinste pay-out periode. P

[O(t)-I(t)] = 0

I n formule:

t=O d. Interne rentevoet D e interne rentevoet (x) is die rentevoet waarbij de gedisconteerde opbrengsten precies gelijk zijn aan de gedisconteerde investeringen. Gekozen wordt het alternatief met de hoogste interne rentevoet.

In formule:

5

t=O

[0(t)-I(t)]/(l+x)'

=0

(4)

Bij bovenstaande methoden zijn nog enkele opmerkingen te maken. Indien de afzet gedurende de gehele looptijd constant is, dan komt de unuiteitenmethode overeen met de meer bekende annuiteitenmethode. Voorts komt bij een NCW = O de nettocontantewaardemethode overeen met de unuiteitenmethode. Inflatie kan expliciet in de formules worden meegenomen, door de term 1 + r te vervangen door 1 r - i, waarbij i het inflatiepercentage voorstelt.

+

3. Investeringsfuncties Investeringsfuncties zijn functies waarin het verband is gegeven tussen een bepaalde ontwerpparameter enerzijds en het benodigde investeringsbedrag anderzijds. Een gebruikelijke ontwerpparameter is de capaciteit, maar diameter of volume komen evenzeer voor. D e algemene formule voor de hier te behandelen investeringsfuncties luidt:

I

= axb

+ cx+ d

(min < X < max) (9)

waarin: I = investeringsbedrag X = ontwerpparameter a,b,c,d = constanten

I

afzetstijging = q (mln m3/jaar) levensduur = 4 0 jaar rentevoet = 8%

,

De exponent b heeft in het algemeen een waarde tussen 0 en 1, waarmee een positief schaaleffect tot uitdrukkingwordt gebracht. Dit schaaleffect geeft aan dat naarmate de ontwerpparameter groter wordt, de investeringen per eenheid capaciteit dalen. Bouwen in grote eenheden is dan relatief voordelig. In tabel I staan enkele veel gehanteerde investeringsfunctiesvoor drinkwaterprojecten, transportleidingenen aanvullende zuiveringswerken.

'

TABEL I - I n v e s t e r i n s n c e l~riisoeil1980J. zoet grondwater I = 6,0CAPo,S3 oevergrondwater I = 8,4CAPo.53 duininfiltratie I = 8,4CAP0.s3+ 0,6CAP diepinfiltratie I = 10,1CAP0*53 + O,7CAP oppervlaktewater I = 8,6CAP0.73 spaar-Iprocesbekken I = (0.72t + 4,20)CAP0.53 t=verblijftijd [maanden] transportleiding I = 0.07CAP0.63+ 0.85 coagulatie+snelfiltratie 30% van oppewlaktewater beluchting+snelfiltratie 15% idem actief-koolfiltratie 20% idem onthardinglaanharding 5% idem I CAP

= investering [mln gld] =

capaciteit [mln m3]

vollooptijd (jaren) 4. Unuiteit en vollooptijd O p het gebied van de drinkwatewoorziening moeten vaak grote investeringenworden Afb. 2 - Verba~idtr~iurteiten ~~ollooptijd vat1 trarisportleidi~~gen brj variabele litleaire afzet. gedaan in nieuwe werken voor winning en zuivering of voor transportleidingen. genoemd. Gedurende de vollooptijd is er dus A(t) = q.t voor tT gevallen beperkt zijn en slechts geleidelijk wordt duidelijk gemaakt in afb. I. CAP = q.T stijgen totdat na een aantal jaren de Als wordt aangenomen dat de toekomstige waarin: uiteindelijke produktiecapaciteitwordt afzet lineair verloopt van nu1 tot de CAP = capaciteit bereikt. De tijdsduur vanaf de start tot aan produktiecapaciteit (zie afb. I), dan bestaan in jaar A(t) = het tijdstip waarop de volledige produktietussen afzet, vollooptijd en capaciteit de q = afzetstijging capaciteit wordt bereikt, wordt de vollooptijd volgende verbanden: T = vollooptijd n = levensduur Afb. I - Capaciteit en onderbezetting. afzet

4

onderbezetting * ...a, -

capaciteit / produ ktie

0 a d

t=o

t=n

t =T

tijd ?ol~oodtijd

(10) (11) (12)

[mln m3] [mln m31 [mln m3/jaar] [jaren] [jaren]

Hoe moeten de onderbezettingsverliezen worden doorberekend in de kostprijs? Het zou onjuist zijn deze verliezen ten laste te brengen van de niet volledige produktie in de beginjaren, omdat de ge'installeerde capaciteit juist is gebaseerd op de toekomstige, hogere afzet. Beter is dan ook de verliezen te verschuiven naar de toekomst, wanneer de volledige produktie zal zijn gerealiseerd. Een zeer geschikte methode daarvoor is de unui'teitenmethode [2,3,4]. Bij deze methode moet de toekomstige afzet zo goed mogelijk worden geschat, hetgeen soms grote onzekerheden met zich brengt. Zodra in de praktijk de feitelijke abet duidelijk afwijkt van de afzetprognoses, dan zal de unui'teit opnieuw berekend moeten worden.

5 . Gedetailleerde kostenberekeningen Soms is het noodzakelijk gedetailleerde kostenberekeningen op te zetten, bijvoorbeeld bij studies waar een hoge betrouwbaarheid van de berekeningsresultaten worden verlangd. In bepaalde gevallen worden daartoe gehele voonieningssystemen in een simulatiemodel doorgerekend. D e werkwijze daarbij is als volgt [ 5 ] . Bestaande en eventuele toekomstige projecten en leidingen worden in een samenhangend netwerk gebracht. Onder invloed van een toewijzingsprocedure gaat er water door het netwerk stromen en we1 zodanig dat aan de vraag naar water in de vraagpunten wordt voldaan, terwijl de produktiecapaciteiten van projecten niet worden overschreden. Een dergelijke simulatie wordt voor vele jaren in de toekomst uitgevoerd, zodat er een tijdsbeeld ontstaat van de produktie van drinkwater bij de verschillende projecten en van het transport door de leidingen. Door nu van ieder project en van iedere leiding een soort boekhouding bij te houden, kunnen de kosten voor produktie en transport nauwkeurig worden berekend. Op het moment dat de simulatie start moeten gegevens bekend zijn omtrent de schuldenlast, de te betalen renten en de boekwaarden der activa.

afzetstijging = q ( m l n m 3 1 j a a r ) l e v e n s d u u r = 40 j a a r rentevoet = 8 %

vollooptijd ( j a r e n )

Door de vollooptijd kleiner of groter te kiezen verandert de te installeren capaciteit. Maar als die verandert, verandert ook het te investeren bedrag en daarmee de unu'iteit. Bij de behandeling van de investeringsfuncties kwam reeds naar voren dat door een positief schaaleffect het bouwen in grote eenheden relatief voordelig is. Aan de andere kant nemen dan ook de onderbezettingsverliezen toe, vooral als een hoge rentevoet wordt gehanteerd. Welke capaciteit kan dan het beste worden gebouwd? Het antwoord is eenvoudig: die capaciteit waarbij de unu'iteit minimaal is. De capaciteit waarvoor dit geldt wordt de optimale capaciteit genoemd; de bijbehorende vollooptijd heet de optimale vollooptijd.

zuiveringsinstallaties, zie afb. 2 en 3. Uit de afbeeldingen is de minimale unu'iteit en de optimale vollooptijd af te lezen. Tevens valt te constateren dat bij kleine variaties rondom de optimale vollooptijd de unu'iteit nauwelijks wijzigt. In tabel I1 zijn enkele veel gehanteerde waarden voor projecten en transportleidingen verzameld. Bij de berekeningen kan het volgende worden opgemerkt. In bijzondere gevallen blijkt de optimale vollooptijd onafhankelijk te zijn vande afzetstijging, zie bijvoorbeeld afb. 3. Dit verschijnsel treedt op, indien in de algemene investeringsfunctie (formule 9) de constanten c en d gelijk zijn aan nul. Dit kan ook wiskundig worden aangetoond, maar het bewijs blijft hier achterwege.

D e berekening van de unu'iteit kan eenvoudig geschieden met behulp van de formules 8,10, 11, 12 en de gewenste investeringsfunctie. Vooraf moet een keuze worden gedaan voor de vollooptijd en moet de afzet worden geschat. Het is ook mogelijk bij variabele afzet de unu'iteit grafisch uit te zetten als functie van de vollooptijd. Dit is gedaan voor transportleidingen en voor oppervlaktewater-

TABEL I1 - O p t i ~ ~ mvollooptijd le ett ntirtbnole ~ittrrifeitbij eetl littenire ofiet (q = 11111tt tn31jnrrr,r = 8%. t1= 40jnnr). Optimale Minimale vollooptijd unui'teit [jaren] [ct/m3] zoet grondwater 12 25 oevergrondwater 12 33 duininfiltratie 9 4I diepinfiltratie 9 49 oppervlaktewater 7 53 transportleidingen 25 1.1 per km

In een simulatiemodel zoals hierboven geschetst, worden drie soorten investeringen onderscheiden. Vervangingsinvesteringen; deze zijn nodig om verouderd materieel te vervangen door nieuw. Investeringen in nieuwe produktie- en transportcapaciteit; deze zijn nodig om de produktie- en transportcapaciteit te vergroten, teneinde aan de toekomstige vraag te voldoen. Investeringen in zuiveringscapaciteit; deze zijn nodig als de kwaliteit van het gezuiverde water niet meer voldoet aan de normen. De zuiveringscapaciteit wordt dan uitgebreid met een of meer zuiveringsstappen. D e financiering van allerlei bedragen is een vrij ingewikkelde zaak. De hoofdlijnen van d e financiering zullen worden toegelicht aan de hand van een relatieschema, zie afb. 4. Eerst zal echter het onderscheid tussen vaste en variabele kosten worden verklaard. Onder de vaste kosten worden verstaan de kapitaallasten, bestaande uit afschrijvingen en rente. De vaste kosten zijn onafhankelijk van de produktie of de afzet. D e variabele kosten zijn daarentegen we1 afhankelijk van de produktie. Het betreft kosten als onderhoud, bediening, energie en chemicalien. D e vaste kosten worden gefinancierd uit drie bronnen, te weten afschrijvingen, reserves en

t e financieren b e d rag

I

4;~;,arde afschrijvingen

I.

plann~ngstekort

intern financierings tekort

-

ge'investeerde reserves

A s c h u l d e n .4 -

leningen

middelen beschikbaar voor financiering

,

financiering

leningen. Het benodigde bedrag wordt in eerste instantie gefinancierd uit afschrijvingen. D e boekwaarde der activa is hierbij van belang. Is het benodigde bedrag groter dan d e afschrijvingen dan treedt er een planningstekort op. Dit bedrag kan worden gereduceerd tot het zogenaamde interne financieringstekort door de reserves aan te spreken. Het bedrag wat dan nog niet gedekt is, moet worden geleend. Overschrijden de bronnen het te financieren bedrag, dan wordt het verschil toegevoegd aan de reserves. Uit de reserves worden verder de aflossingen gedaan van de schulden, die zijn opgebouwd uit de nietafgeloste leningen. Over de schulden wordt rente betaald. D e variabele kosten worden vaak veel minder gedetailleerd berekend. De reden hiervan is waarschijnlijk dat deze kosten in T A B E L 111- Variabele kosten (prijspeil1980). Kostenpost onderhoud en bediening coagulatiemiddelen poederkool/korrelkool ontharding breekpuntschlorering veiligheidschlorering energie: zoet grondwater oevergrondwater duininfiltratie diepinfiltratie oppervlaktewater transaortleidinr!

aflossing

Variabele kosten Ict/m31

4 4 5 5 6 0.1-0.2 oer km

vergelijking tot de vaste kosten betrekkelijk gering zijn, zodat het de moeite van een ingewikkelde modellering niet loont. Met een redelijke schatting kan de fout ten opzichte van het totaal binnen de perken worden gehouden. In tabel I11 zijn voor enkele kostenposten de geschatte variabele kosten vermeld. 6. Nawoord In planningsvraagstukken gaat het meestal om een eenmalige keuze uit meerdere alternatieven. Praktijkgegevens zijn daarbij niet of nauwelijks voorhanden. Het is dan toch we1 zaak over redelijk betrouwbare gegevens te beschikken die bij de studies kunnen worden gebruikt. Afhankelijk van de studie moeten dit globale danwel meer gedetailleerde gegevens zijn. In deze voordracht zijn diverse methoden gepresenteerd, die in enkele studies op het gebied van de drinkwatervoorzieninghun nut hebben bewezen. Naast de eerder genoemde IODZH-studie [I] kunnen worden genoemd de WAAM-studie [6] en het drinkwatermodel in de PAWN-studie [7]. Bij d e rijksoverheid zijn de methoden toegepast ter onderbouwing van de Structuurschema's drinken industriewatervoorziening. De VEWIN hanteert enkele methoden bij de financieel-economische berekeningen ter onderbouwing van het tweede Tienjarenplan [8].

Literatuur 1. Stuurgroep Integraal Onderzoek Drinkwatervoorziening Zuid-Holland ( 1983). Ei~ldrnpport. 2. Schroeff, H. J. van der (1970). Kosterl en kostprijs, deel 2. Kosmos, Amsterdam. 3. VEWIN (1972). Kostprijsberekeningenen tariefstelli~~g bij en-gros leveringen. VEWIN, Rijswijk. 4. Bevenvijk. M. en Smeets, M. (1974). Fasering tlan de in bnlesteringen in de drink- e11 irldi~~trie~vnten~oorzie~~i~tg Nederland. H,O (7) 1974, nr. 1. 5. Bresser, A. H. M. (samensteller) (198011982). Beschrij~~blg varr onderdelen van het simiilatiernodel (+ aanvulling). Deelrapport 4 van het Integraal Onderzoek Drinkwatewoorziening Zuid-Holland. 6. Commissie Wijde Aa-Andelse Maas (1979). Deelrnpport I . 7. Koster, P. K. an$ Langeweg, F. (1982). A cost nlirzimizntion analysis of thefritlire drinking waterslipply in the Netherlandas (part of the Policy Analysis of the Water nlnrlagertlertt b1 the Netherlands). RWS-Communications nr. 3 1. Rijkswaterstaat, The Hague. 8. VEWIN (198 1). Grondslagen ten behoeve van de ~ I nveede Tienjarer~plan. VEWIN. Rijswijk. opstelling I ~ Oher

Evaluatie van drinkwaterkwaliteit ten behoeve van planning

Toepassing in het Integraal Onderzoek Drinkwatervoorziening Zuid-Holland (IODZH) 1. Inleiding Reeds meer dan tien jaar geleden zijn de eerste ontwikkelingen ingezet om de drinkwaterkwaliteit ook bij de planning een belangrijke rol te laten spelen. In de Nota Basisplannen [I] en het Structuurschema Drink- en Industriewatervoorziening[2] komt dit beperkt tot uitdrukking. Een nieuwe impuls aan deze ontwikkeling is gegeven in het Integraal Onderzoek Drinkwatervoorziening Zuid-Holland ( I O D W ) [3]. D e opdracht voor dit onderzoek werd gegeven door de toenmalige Minister van Volks-

F. J. J. BRINKMANN RIVM

Parameters met normen en

1- y Kwalitalieve

I

Kwaliteitsindex

Kwalilatiev

Add~tionele Veiligheidsindex volksgezondheidsindex

1 ) beoordelingsgrondslag: volksgezondheid

Afb. I - Hoofdgroepert vml dri~ikrvnterkwoliteitmspecten. A. H. M. BRESSER RIVM

gezondheid en Milieuhygiene, mede narnens d e Minister van Verkeer en Waterstaat, de Staatssecretaris voor Cultuur, Recreatie en Maatschappelijk Werk en namens Gedeputeerde Staten van Zuid-Holland. Het onderzoek werd tussen 1979 en 1983 uitgevoerd door een groot aantal instellingen onder projectleiding van het toenmalige Rijksinstituut voor Drinkwatervoorziening. De taak van de voor het onderzoek ingestelde Stuurgroep was: - het initieren, het doen zritvoeren en her begeleiden van onderzoek met betrekking tot de toekomstige drinkwatervoorziening van Zuid-Holland en dedaarmeesamenhangende belangen in een onderling verband; - het ititbrengen van een rapport over de mogelijke oplossingen voor de vraagst~tkken met betrekking tot de toekomstige drinkwatervoorziening met aanduiding van de gevolgen van deze oplossingen voor de daarmee verband ho~ldendebelangen. Uit deze taakstelling volgt dat een groot aantal mogelijke oplossingen beoordeeld dienden te worden op hun gevolgen voor een groot aantal belangen. In het onderzoek zijn daamoor instrumenten ontwikkeld (modellen) die een systernastische vergelijking van oplossingen mogelijk maakten. D e kwalitatieve aspecten van de drinkwatervoorziening werden opgenomen in een simulatiemodel [4]. In afb. 1zijn de hoofdlijnen geschetst van de benadering bij de behandeling van de drinkwaterkwaliteitsaspecten. I n d e kwaliteitsindex zijn die drinkwater-

kwaliteitsaspecten ondergebracht waarvoor meetwaarden beschikbaar zijn en waarvoor normen zijn gesteld. In hoofdstuk 3 wordt hierop ingegaan. De additionele volksgezondheidsaspecten zijn de moeilijk normeerbare chemische en biologische kwaliteitsparameters, waarvoor bovendien veelal weinig meetgegevens beschikbaar zijn. Deze groep wordt in hoofdstuk 4 nader behandeld. D e veiligheidsindex omvat een aantal moeilijk kwantificeerbare, voor de volksgezondheid belangrijke, criteria, welke vooral gerelateerd zijn aan de aard van bron en proces. In hoofdstuk 5 wordt een en ander verder uitgewerkt. In hoofdstuk 6 wordt een korte beschouwing gewijd aan onzekerheden en d e wijze waarop daar in het IODW mee is omgegaan. Daarin wordt tevens de verdeling van verantwoordelijkheden voor de resultaten en conclusies aangegeven. Omdat het begrip waterkwaliteit de basis vormt voor d e gehele exercitie wordt in hoofdstuk 2 eerst hieraan aandacht besteed.

2. Waterkwaliteit Hoewel in d e Nota Basisplannen [I] een reeks kwaliteitsparameters wordt genoemd, speelde hierin uiteindelijk alleen chloride een r b in ~ d e planning. In het Structuurschema Drink- en Industriewatervoorziening [2] is reeds een bredere opvatting over het begrip waterkwaliteit merkbaar, a1 resulteerde dit nog niet in een meer genuanceerde behandeling van de planning. Met de ontwikkeling van de kennis is sinds het uitkomen van het Structuurschema het aantal parameters, waarmee waterkwaliteit wordt gekarakteriseerd, gestaag gegroeid. De richtlijn van de Europese Gemeenschappeninzake water bestemd voor menselijke consumptie [5], bevat 62 parameters, die alle een relatie hebben

met d e volksgezondheid. Het waterleidingbesluit, dat inmiddels in het Staatsblad is gepubliceerd [6],bevat 65 parameters waarvoor normen worden gesteld of waaraan waarschuwingsniveaus zijn verbonden. In de recente guidelines van de World Health Organization (WHO) [7,8] is voor het eerst uitwerking gegeven aan criteria voor organische microverontreinigingen. Daarmee wordt het totaal aantal kwaliteitsparameters uitgebreid tot 7 5 . Toch is zelfs met een dergelijk groot aantal parameters het referentiekader voor de kwaliteits- en volksgezondheidsaspecten niet compleet. Naast de, in cijfermatige normen, te kwantificeren aspecten blijft er een groep aspecten bestaan waarvoor exacte kwantificering o p een zeker moment nog niet mogelijk is en waarvoor daarom geen normen of richtwaarden zijn aan te geven. Bovendien zijn aan het begrip drinkwaterkwaliteit aspecten verbonden die waarschijnlijk nimrner in getalsmatige grootheden, gebaseerd op metingen, zijn weer te geven. Veelal betreffen ze karakteristieken van de bron of het zuiveringssysteem en zijn het interpretaties van risico's en controlemogelijkheden bij het gehele proces van winning, zuivering en distributie. In het waterleidingbesluit wordt hier rekening mee gehouden, voor de produktie uit oppervlaktewater, waarvan de kwaliteit sterker schommelt en het gebruik meer risico's inhoudt, is een meer frequent en uitgebreid analyseschema opgesteld dan voor de produktie uit grondwater. De WHO benadrukt in verschillende publikaties en richtlijnen het belang van onder meer bronobservatie. Voor planningsdoeleinden waren deze aspecten voor zover bekend echter nog niet verder uitgewerkt. Door het grote aantal aspecten dat bij het meten van de vele parameters en het toetsen van de uitkomsten aan normen in acht genomen moet worden is oordeelsvorming over 'de' kwaliteit van het drinkwater geen eenvoudige zaak. Zelfs een deskundige op dit terrein gaat uit van een vereenvoudigd beeld. Hij zal in de praktijk zijn oordeel baseren op gegevens over slechts een aantal, door hem bewust of onbewust geselecteerde aspecten. Deze weegt hij onderling, impliciet of expliciet. Bij de beoordeling van bestaande projecten heeft deze benadering reeds het nadeel van subjectiviteit, doch bij de planvorming, waarbij vele mogelijkheden onderling worden vergeleken, moet ze minder gewenst worden geacht. O m in dit kader tot een bruikbare waarderingsmethode te komen is een systematische vereenvoudiging volgens

objectieve criteria te verkiezen. Daarvoor is een selectie en aggregatie noodzakelijk van het grote aantal aspecten. Weging van parameters of aspecten onderling is daarbij onontkoombaar. De volgende hoofdstukken gaan in op de systematiek die hiervoor in IODZH-kader is toegepast. 3. Kwantitatieve behandeling van de kwaliteitsaspecten 3.1. Werkwijze Zoals in de vorige paragraaf reeds is aangegeven, leidt het in beschouwing nemen van alle 75 kwaliteitsparameters niet tot een bruikbare kwaliteitsmodule. Deze kan we1 verkregen worden door het aantal kwaliteitsparameters terug te brengen tot een hanteerbaar aantal. Aan de hand van een drietal selectiecriteria (zie 3.2. voor details) werd het aantal parameters dat in beschouwing genomen zou moeten worden teruggebracht tot veertien. De invloed van de drinkwaterkwaliteit op de volksgezondheid vertoont bij deze duidelijke verschillen; in de procedure voor het tot stand brengen van de kwaliteitsmodule werden daarom deze verschillen in een afzonderlijke beoordelingsstap tot uitdrukking gebracht. Daarbij werd ervan uitgegaan dat de concentraties van de parameters zich op normniveau (waterleidingbesluit 1984) zouden bevinden. Om de beoordeling nog te verfijnen werd bij de onderscheiden parameters nog een correctiefactor ge.htroduceerd, teneinde de verschillen in waardering van tussen normniveau en detectiegrens liggende concentraties tot uitdrukking te brengen (par. 3.3.). Tenslotte werden met behulp van deze gegevens en factoren de concentraties van de parameters berekend, die met de minimaal toe te passen zuivering zouden worden verkregen. Daarbij werd als criterium aangehouden dat voor geen enkele parameter de norm gedurende meer dan 10% van een bepaalde tijd overschreden zou mogen worden. Afb. 2 geeft het rekenschema weer. Uit de berekende concentraties, de waarderingsfactoren en de correctiefactoren voor de veertien verschillende geselecteerde parameters werd tenslotte de kwaliteitsindex voor de verschillende systemen van bron en zuivering berekend. 3.2. Selectie van parameters Na een eerste proefneming in 1982, waaraan een drietal deskundigen uit het RID deelnam, werd besloten voor de eindfase van het IODZH een panel van deskundigen te formeren voor de selectie- en beoordelingspunten rond de aspecten drinkwaterkwaliteit en volksgezondheid. Aan het panel werd deelgenomen door in totaal vijf deskundigen afkomstig uit de Hoofdinspectie Milieu-

I

Bronnen

i

I

)& Taetsing aan drinkwaternormen Alnemers

sene berekeningsstappen de concentratie in het drinkwater bij de geplande enlof minimaal benodigde zuivering. 3.3. Weging van parameters onderling De concentraties voor veertien parameters zijn een weinig hanteerbaar geheel als het om vergelijking van geplande watervoorzieningssystemen gaat. De invloeden van de afzonderlijke parameters op de volksgezondheid zijn duidelijk verschillend. O m een samenvattend beeld te verkrijgen dienden de parameters onderling te worden gewaardeerd.

Afb.Z - Reker~sclterrlovoor dri~tk~vaterk~c~olireit.

hygiene, het Keuringsinstituut voor Waterleidingartikelen, de Vereniging van Exploitanten van Waterleidingbedrijven in Nederland, het Rijksinstituut voor de Volksgezondheid en het Rijksinstituut voor Drinkwatervoorziening. Het eindverslag van dit panel is als deelrapport 17 van het I O D Z H verschenen 191. D e eerste activiteit vanhet panel was het selecteren van parameters die bij het IODZH van belang waren. Uit de lijst van 65 parameters opgenomen in het (toenmalige ontwerp) Waterleidingbesluit 1984 werd in een drietal ronden geselecteerd. De criteria voor selectie en de uitkomsten waren achtereenvolgens: - aanwezigheid van meetgegevens voor de bronnen: 33 resterende parameters; - in het ruwe water overschrijding van de drinkwaternorm voor CCn of meer bronnen voor niet bij de eerste eenvoudige zuiveringsstap a1 gemakkelijk te venvijderen parameters: 16 resterende parameters; - correctie voor dubbeltellingen: 14 resterende parameters (zie tabel I).

D e beoordeling heeft in eerste instantie plaatsgevonden op het belang van een parameter als de concentratie op het nonnniveau lag. Daarbij is gebruik gemaakt van paarsgewijze vergelijking volgens de methode van Saaty, zoals aangepast door De Graan [lo]. De deskundigen-in dit geval het panel - vergelijken uit een verzameling telkens twee objecten - in dit geval parameters -met elkaar en spreken hun oordeel uit over het relatieve belang van de objecten voor een tevoren bepaalde doelstelling - in dit geval de volksgezondheid. D e oordelen worden uitgedrukt op een door Saaty ontworpen schaal. Deze methode houdt een zekere overtalligheid in. E r worden meer oordelen gegeven dan nodig is om d e objecten te rangschikken en te waarderen. Deze overtalligheid wordt benut voor het bepalen van de consistentie in de oordelen en voor het nuanceren van het resultaat, waarvoor in eerste instantie een vrij grove schaal wordt gebruikt.

De oordelen van de verschillende panelleden zijn uiteraard niet volledig gelijk. In tabel I zijn de gemiddelde oordelen gegeven van het Voor deze veertien parameters werden panel met daarbij een maat voor de overeengemiddelde en standaardafwijking bepaald stemming: de concordantie. Een hoge van de concentratie in de bron en via een concordantie betekent een grote mate van eenstemmigheid over het belang van een TABEL I - Geselecteerde porotneters met ~veegfnctoren parameter. Uit tabel I is te lezen dat de en concordontie. panelleden voor het merendeel van de Parameter Weeefactor Concordantie 1 parameters tot een vergelijkbaar oordeel Cadmium 20,3 kwamen. Alleen over fluoride en kleur Arseen 17.0 bestond verschil van mening. Dit bleek op Lindaan 12.7 fundamenteel verschil van inzicht te zijn Nitraat gebaseerd en bleef ook na verdere discussie Fluoride bestaan. Ammonium Opmerkelijk is dat vier van de parameters Kleur Natrium meer dan 60% van het totale gewicht voor hun rekening nemen. Mangaan

Temperatuur IJzer Calcium Droogrestt Chloride

'

som

100

In later stadium niet kwantitatief behandeld om rekentechnische redenen.

Voor sornmige stoffen zulIen de berekende concentraties in het drinkwater o p of dicht. tegen d e norm liggen, maar voor de meeste stoffen liggen de concentraties daar ver onder. Over het verloop van de waardering tussen de concentratie o p normniveau en op de detectiegrens kan verschillend worden

TABEL I11 - Additionele volksgezor~d/~eidsirzdices. Basiswaarde' Groeo additionele volksprojecten gezondheidsindex Marge - 0,87/+0,73 oppe~lakte-infiltratie 2.37 die~infiltratie 2.69 - 0,59/+0,5 1 oppervlaktewaterzuivering 0.94 - 0,34/+0,56 oevergrondwaterZ 0,79 - 0,39/+0,5 1 zoet grondwater 9.56 - 0,97/+ 1.54 6,93 - 2,13/+ 1,77 brak grondwater ~

2

-

basiswaarde = gemiddelde beoordeling van de panelleden van toepassing op nieuw gedefinieerde projecten.

zuivering, grondwaterprojecten tussen 0,87 en 0,96 en ontziltingsprojecten rond 0,92.

O = detectiegrens N = norm Waterleidingbesluit W = weeglactor

1 Afb. 3 - Clrrve voor de k~vnliteitspnrnrneters tlisser~(D,O) en (N, I ) voor erlkele ktunliteitspnrnr?teters.

gedacht. Dit verloop is niet per definitie lineair. Het panel was van mening dat de in tabel I gegeven weegfactoren hiemoor geconigeerd dienden te worden. Hieraan is nadere uitwerking gegeven door de panelleden het door hen gedachte verloop van d e weegfactoren tussen detectiegrens en normwaarde te laten schetsen in een weegfactor - versus - concentratiediagram. Het voor de panelleden gemiddelde verloop van d e waardering is in afb. 3 gegeven voor enkele componenten [9]. Ook bij deze procedure bleken op sokunige plaatsen duidelijke verschillen van mening tussen de panelleden, gefundeerd op verschillen in inzicht over het belang van componenten bij bepaalde concentraties voor de volksgezondheid. Voor de verwerking in het IODZH was het verloop in grote lijnen voldoende: concaaf of convex. D e grootheden benodigd om een kwaliteitsindex te berekenen zijn hiermee aanwezig. Uit de concentraties, de weegfactoren en de correctiefactoren kan met behulp van onderstaande formule een kwaliteitsindex bepaald worden.

TABEL I1 - Additionele ~~olksaezot~dt~eidsnspecten Weegfactor Genotoxische stoffen Adsorbeerbaar organisch gebonden halogeen Radio-activiteit Vluchtig organisch gebonden halogeen Reuk en smaak

26,75 24.44 20,75 14,34 13.75

Cj is de berekende concentratie in het drinkwater; Cdjis de detectiegrens voor de bepaling van component j ; CNjis d e normconcentratie voor component j uit het Waterleidingbesluit (1984).

Als alle stoffen een gemiddelde concentratie op normniveau zouden hebben, de slechtst denkbare 'toegelaten' kwaliteit water, dan zal het rechterlid van de formule gelijk zijn aan I en de kwaliteitsindexgelijk aan 0. Door de gehanteerde berekeningsmethodiek is dit in het I O D W onmogelijk. D e slechtst denkbare kwaliteitsindex als de gemiddelde concentratie + de standaardafwijking gelijk zou zijn aan de norm voor alle parameters is dan ca. 0,2. Als de slechtste kwaliteit oppervlaktewater in Zuid-Holland zodanig zou worden gezuiverd dat voor de meest kritische parameter juist de norm wordt -gehaald met maximaal 10% overschrijding, dan is de kwaliteitsindex ca. 0,8. In de praktijk zullen dus waarden tussen 0,8 en 1 voorkomen. Hierbij geeft de index j de betreffende Oevergrondwaterprojecten hebben volgens parameter aan: wj is de weegfactor conform tabel I voor deze berekeningsmethoden een index tussen 0,83 en 0,84, infiltratieprojecten rond 0,90, parameter j; fjis de correctiefactor vanwege het niet-lineair oppervlaktewaterprojecten met spaarverloop, afgeleid uit de curven zoals in afb. 3 bekkens tussen 0,82 en 0,92 afhankelijk van (concentratie-afhankelijk) weergegeven; de bron en de mate van voorraadvorming en

4. Additionele aspecten van volksgezondheid Ook voor de (nog) niet genormeerde of niet gemeten stoffen in en eigenschappen van water is in eerste instantie getracht langs de lijnen die in hoofdstuk 3 zijn geschetst tot een aparte index te komen. De eerste stap daarin was het selecteren van aspecten c.q. parameters, de tweede stap het toekennen van gewichten hieraan. Hoewel deze exercitie niet tot een positief resultaat leidde, is ze toch illustratief en instructief te noemen. In tabel I1 zijn de parameters gegeven die werden geselecteerd en het gemiddelde gewicht dat volgens de paarsgewijze vergelijking met de methode-Saaty [lo] hieraan zou kunnen worden toegekend. D e concordantie was echter dermate slecht, 0,20 over de drie eerstgenoemde parameters, dat van een verdere uitwerking op deze wijze is afgezien. In het panel bestond geen overeenstemrning over het relatieve belang van deze afkonderlijke groepen voor de volksgezondheid bij niveaus zoals die in drinkwater voorkomen. In plaats van de hiervoor gegeven benadering is besloten om de additionele volksgezondheidsaspecten in totaliteit te behandelen en de diverse combinaties van bronnen en zuiveringen rechtstreeks hierop te beoordelen. Om daarbij niet een te groot aantal oordelen te hoeven geven, zijn de projecten in clusters vergeleken. Daarbij zijn clusters van min of meer gelijksoortige projecten onderscheiden. Uit elk van de clusters is een representant gekozen. D e zes representanten zijn vervolgens paarsgewijs vergeleken op volksgezondheidsaspecten. De clusters zijn in tabel ILI gegeven tezamen met het resultaat van de afweging. De representanten waren: grondwater: het project Vijfheerenlanden; brak grondwater: het project Alphen; diepinfiltratie: het project Katwijk; oppervlakte-infiltratie: het project Scheveningen-Wassenaar; oppervlaktewaterzuivering: het project Kralingen; oevergrondwater: het project Lek-noord.

Systematisering en modelgebruik bij het tweede tienjarenplan van de VEWIN

1. Inleiding Het tweede tienjarenplan van de VEWIN* is het tweede plan in de reeks van voortschrijdende middellange tennijnplannenvan en voor de gezamenlijke waterleidingbedrijven in Nederland. Het plan bestrijkt de periode van 1984 tot en met 1995 (12 jaar). De algemene doelstelling van het tienjarenplan kan als volgt worden geformuleerd: - het bevorderen van een consistente en tijdige besluitvorming op de diverse bkl$dsniveaus in relatie met de openbare watervoorziening, speciaal op de gebieden van mimtelijke ordening en waterbeheer;

TR.J. H. KOP Hoofd Planbureau VEWIN

'A1b de planning nog zo wel' 'De werkelijkheid achterhaalt haar snel' technische doelstelling in enge zin van het tienjarenplan, zijnde de capaciteitsplanning van waterleidingtechnische werken voor winning en produktie (van drinkwater en ander water) voor de periode 1984-1995; en in het bijzonder tot de daarbij toegepaste systematiseringen het modelgebmik. Ten behoeve van de openbare watervoorziening in circa 180 voorzieningsgebieden telde Nederland per I januari 1984 26 1 verspreid over het land liggende produktiepunten voor drinkwater en ander water, zie afb. 1. Met het oog op de verwachte groei van het waterverbruik in de planningsperiode,zie afb. 2, zullen volgens de concept-versievan

het tweede tienjarenplan waarvan de definitieve versie naar verwachting eind 1984 uitkomt, 66 van deze 261 produktiepunten worden uitgebreid en zullen mim 30 nieuwe produktiepunten moeten worden gesticht; zie verder tabel I. Bii het voorbereiden van het tweede tienjarenplan zijn de voorzieningsgebieden en produktiepunten niet aikonderlijk beschouwd, maar in hun samenhang. Bij deze integrale aanpak was het in het licht van het grote aantal technische mogelijkheden (plaats en fasering van capaciteitsuitbreidingen bijvoorbeeld) noodzakelijk om van de planningsinstmmenten 'systematisering' en 'modellering' gebruik te maken. 0nder 'systematisering' wordt in deze context verstaan: de systematischeindeling en indikking van het planningsmateriaal en de systematischeaanpak van de benodigde

het bieden van een mogelijkheid om inhoud en strekking van de middellange tennijnplanning van de openbare watervoorziening effectief en harmonieus te verwerkenin de waterhuishoudkundige plannen van rijk en provincie (met inbegrip van de waterschappen), in de streekplannen en in de gemeentelijkebestemmingsplannen; - het verstrekken van informatie ter ondersteuning van een tijdige vergunningverlening voor het totstandkomen van de benodigde waterleidingtechnischewerken. Het onderhavige artikel beperkt zich tot de problematiek die samenhangtmet de

-

*

Zie voor een omschrijvingvan de in dit artikelgebezigde afkortingen en enkele gehanteerde tennen en begrippen de verklarende lijst in hoofdstuk 9.

TABEL I - Openbare watervoorziening. Programmering vart produktieptcnten in de planperiode (1984-1995). Oppervlakte- GrondProduktiepunten water water Totaal a. Situatie per I januari 1984

- aantal

24

237

261

677

900

1.577

3 13

31 105

34 118

c. Uit te breiden produktiepunten 6 - capaciteit (mln m3/j) 20

60 96

66 116

d. Produktiepunten met produktievennindering - aantal - capaciteit (mln m3/j)

8 21

10 49

1 8

6 8

7 16

26

262

288

674

1.072

1.746

- totale capaciteit

(mln m31j) b. Nieuwe produktiepunten

- aantal - capaciteit (mln m3/j) - aantal

2 28

e. O p te heffen produktiepunten - aantal - capaciteit

(mln m3/j)

f. Situatie per 3 1 december 1995 - aantal - totale capaciteit (mln m3/j)

A

ONTZOUTI NGSINSTALLATI E

1

i mlnmk

1

I

- . - .-A

I

-A-

-A A-

Totalegeinstalleerdeca~aciteit(A+E) zonder koppellng Totaie geinstalleerde capaciteit(A+E) met koppeling Geinstalleerde capacltelt pompstationA

-Werkelijkverbruik

------ Flaming Tieniarenplan'78 -- - - Flaming TweedeTienjarenplan

I 1980

1985

1990 Jaar

I

Afb. 2 - Overziclrt waten~erbr~iiken 1950 tot en met 1982 en geraarnde neno waterbehoeften tot en met 1995.

bewerkingen van dit (ingedikte) planningsmateriaal. Onder 'modellering' wordt begrepen het ten eerste schematiseren van de werkelijke omstandigheden (infrastructuur bijvoorbeeld) en het vervolgens zo duidelijk mogelijk zichtbaar maken van aanwezige en mogelijk optredende problemen en mogelijke oplossingen daarvoor door middel van het opstellen en doorrekenen van verschillende scenario's (varianten en altematieven). Met behulp van de instrumenten 'systematisering' en 'modellering' was het mogelijk de grote hoeveelheid planningsmateriaal op een efficiente en overzichtelijke wijze te bewerken en de resultaten van de berekeningen op een overzichtelijke wijze te presenteren en te laten convergeren naar de voor het tienjarenplan geselecteerde oplossingen, c.q. voorgestelde maatregelen. O m het vele rekenwerk snel te kunnen verrichten en vooral de resultaten snel,, en OD een overzichtelijke wijze beschikbaar te krijgen, was de computer een onontbeerlijk hulprniddel. Het benodigde computerprogramma is ontwikkeld door het Waterloopkundig Laboratorium te Delft. Een en ander kon snel geschieden, omdat het programma nauw aansloot op een reeds ontwikkelde en een in ontwikkeling zijnde gecomputeriseerde aanpak van integrale planning in den lande; zie onder meer H,O 13I84 'Het sirnulatiemodel DRISIM, hulpmiddel bij planvorming'van de hand van ir. P. J. de Bruijn. In de hiernavolgende tekst wordt de gevolgde planningsgang slechts in hoofdlijnen &eergegeven. Tevens worden, mede naar aanleiding van de opgedane ervaring, enkele s

,

Afb. 3 - Voorbeeld van her effect van koppeling van 2 pompstations op de totaal geii~stalleerdecapaciteit.

aanbevelingen gedaan voor de systematisering en modellering bij de toekomstige aanpak van de middellange termijnplanning van de openbare watervoorziening in 2. Probleemstelling In haar essentie komt de capaciteitsplanning' van de waterleidingtechnische werken voor winning en produktie in het kader van de middellange termijnplanning op het volgende neer. Gegeven de groei van de waterbehoefte in een voorzieningsgebied kan die groei worden gedekt door: a. gefaseerde uitbreiding van CCn of meer bestaande winnings- en produktiemiddelen, verder projecten genoemd, binnen het voorzieningsgebied; b. het stichten van nieuwe projecten binnen het voorzieningsgebied, a1 of niet in fasen; c. het betrekken van water uit projecten gelegen buiten het voorzieningsgebied (de zogenaamde en-gros-levering); d. een combinatie van de mogelijkheden onder a, b en c. Een belangrijk aspect bij de capaciteitsplanningis dat de groei in capaciteit altijdmet sprongen gepaard gaat. D e grootte van de sprong bepaalt de lengte van de vollooptijd. Gedurende de volloopperiode is er dus altijd sprake van overcapaciteit. Men kan die overcapaciteit minimaliseren door de grootte van de capaciteitsprongen zo klein mogelijk te maken, doch gewaakt moet worden voor te korte vollooptijden (met een vergrote kans op het niet bijtijds beschikken over voldoende capaciteit bij een afwijkend behoefteverloop in vergelijking tot de

prognose) en oneconomisch construeren. Door het koppelen van projecten in een voorzieningsgebied kan het ene project profiteren van de tijdelijke overcapaciteit van het andere. Daarmee kan een uitbreidingvan d e capaciteit worden uitgesteld. Dit is vanzelfsprekend alleen economisch interessant als de kosten van de transportmiddelen en het transport zelf (energie) voor de benodigde koppeling ten minste worden gedekt door de 'winst', die een gevolg is van het uitstellen van de investeringen voor de capaciteitsuitbreiding. Aan de hand van een zeer eenvoudig voorbeeld is in afb. 3 te zien hoe door het koppelen van 2 identieke pompstations, met een identiek waterbehoefteverloop de maximale overcapaciteit van de gezarnenlijke pompstations tot de helft wordt teruggebracht. In afb. 3 verschuift de behoefte aan een capaciteit van 2 1 mln m3 per jaar van 1982 naar 1987 en die van 3 1 mln m3 per jaar van 1991naar 1995. Het belangvan het uitstellen van capaciteitsuitbreidingen wordt groter naarmate d e groei van de waterbehoefte onzekerder wordt. Analoog aan het koppelen van projecten binnen een voorzieningsgebied bestaat de mogelijkheid voorzieningsgebieden te koppelen, in de wandeling technische integratie van voorzieningsgebieden genoemd. 3. Systematisering D e systematische bewerking van het planningsmateriaal heeft plaatsgevonden in twee stappen.

Verzameling potenti8le uit te brelden en nieuwe projecten

Waterbehoefte en capacltelt In min m3/j

4 Keuze projecten aan de hand Pervoonieningsgebied

' -

,

van 5 hoofdaspecten

+

Gaselecteerde venameiing potentliie uit te breiden en nieuwe winnings- en produktiemiddelen als input voor technische integratie

-----

Capaciteitsplanning geselecteerde projecten aan de hanavan de voorkeursopiossing

A

-- - - --

--

Opstalien scenario's

1

Kwantificerenen kwalificarenscenario's m.b.v. ,,VEWiN-model" Totale regio <

4 Evaluatievan de scenario's

4 Keuzevoorkeursoplossing

4.5 4

'-'-'-'-L

GRiJN 4.5

0 1980

A GRIJN- 1.2

1985

3.2. Tweede stap: werkwijze per type regio De tweede stap betrof het systematiserenvan de werkwijze, die leidt tot de selectie van CBn oplossing voor de capaciteitsplanning, de voorkeuroplossing, in het tienjarenplan. 3.2.1. Werkwijze in niet-integratieregio's In de niet-integratieregio's kon de selectie van de voorkeuroplossing beperkt blijven tot BCn procedure per afzonderlijk voorzieningsgebied. Deze selectieproceduregeschiedde in 2 stappen. Als eerste werden uit het potentieel van mogelijk uit te breiden bestaande projecten en mogelijke nieuwe projecten de voor de benodigde capaciteitsuitbreiding in aanmerking komende projecten geselecteerd. Vewolgens werd de capaciteitsuitbreiding gespreid over de geselecteerdeprojecten, zowel naar plaats als in de tijd. In principe is een iteratieprocedure (terugkoppeling) tussen de twee stappen (stadia) mogelijk. D e stappen zijn evenwel meestal gescheiden en in de aangegeven volgorde uitgevoerd. De bij deze capaciteitsplanningte maken keuzen zijn steeds getoktst aan 5 hoofdaspecten (zie verder hoofdstuk 4). Afb. 5 toont het resultaat van de capaciteitsplanning voor een voorzieningsgebiedin een niet-integratieregio. De capaciteitsuitbreiding vindt plaats door een gefaseerdeuitbreiding van het bestaande pompstation 'Gilzerbaan', gevolgd door de stichtingvan een nieuw pompstation 'Klooster'. 3.2.2. Werkwijze in integratieregio's, zie afb. 6

-

1990

JAAR

Afb. 6 - Werkwijze in integratieregio's.

Leverlngdoor GOUD

.-.A

-. .

a,.

1995

--

Afb. 7 - Voorbeeld van de dekking van de waterbehoefre van een voorzieningsgebied in een integratieregio.

Door de samenhang van de voorzieningsgebieden ligt het voor de hand alle mogelijke uitbreidingen van bestaande en alle (zinnig) mogelijke nieuwe projecten ten behoeve van de regio in hun totaliteit te beschouwen. Om het werk te beperken is uit pragmatische overwegingen de volgende procedure gekozen. Allereerst wordtper voorzieningsgebied uit de populatie van bestaande en potentieel te stichten projecten een beperkte verzameling van uit te breiden en nieuwe projecten geselecteerd, die als 'zo realistisch mogelijk' kan worden gekenschetst.Het toetsen aan de 5 hoofdaspecten (zie hoofdstuk 4) is hierbij een belangrijk hulpmiddel. Deze verzamelingvan projecten dient vervolgens als input voor de modelleringsfase ten behoeve van de gehele regio. In de modelleringsfase wordt de produktie, die voor de dekking van de geraamde behoefte noodzakelijk geacht wordt, volgens verschillende scenario's verdeeld over de beschikbare projecten. In hoofdstuk 6 wordt op deze fase nader ingegaan. Het vervolgens evalueren van de scenario's vindt wederom plaats aan de hand van voornoemde 5 hoofdaspecten. Hieruit volgt een voorkeuroplossing voor de toedeling (allocatie) van de capaciteitsuitbreiding voor de gehele regio, gespecificeerd per project. Tenslotte wordt hiemit per voorzieningsgebied de geplande dekking van de waterbehoefte afgeleid. In afb. 7 wordt een voorbeeld gegeven van de dekking van de waterbehoefte van een

voorzieningsgebied in een integratieregio. N.B. Door de preselectie van 'realistische' potentitle projecten in de eerste fase bestaat de kans dat een eventueel veelbelovende oplossing met een of meer niet geselecteerde projecten niet in beschouwingwordt genomen. Met het oog op de beperking van de hoeveelheid werk is dit risico genomen; vooral omdat de kans op een dergelijke gebeurtenis bijzonder klein wordt geacht.

4. Toetsings- c.q. beoordelingsaspecten Bij de keuze van (locaties van) nieuwe projecten en bij de toedeling van de capaciteitsuitbreidingvan bestaande en nieuwe projecten zijn steeds dezelfde toetsings- en beoordelingsaspectenvan belang. Ter wille van de overzichtelijkheiden hanteerbaarheid zijn die aspecten ondergebracht in 5 hoofdgroepen, hoofdaspecten genoemd, te weten: - bedrijfstechniek en bedrijfsvoering; - belemmeringen voor de waterwinning; - kosten; - beinvloeding van de landbouw; - beinvloeding van het milieu. De eerste 3 hoofdaspecten bepalen zich tot en zijn typisch gericht op het interne bedrijfsgebeuren,management en beleid van een betrokken waterleidingbedrijf de laatste 2 hoofdaspecten dragen het karakter van een effect-rapportage. Deze laatste 2 hoofdaspecten hebben tevens een extern-informatieve functie; bijvoorbeeld voor de grondwaterplamen die door de provincies

worden opgesteld. Die informatie is per definitie onvolledig, omdat zij vanuit de optiek van de bedrijhtak is verzameld ten bkhoeve van de capaciteitsplanningen niet ten behoeve van een neutrale effectrapportage. Voor de hoofdaspecten 'bedrijfstechniek en bedrijfsvoering', 'belemmeringen voor de waterwinning' en 'bei'nvloeding van het milieu' geven de tabellen II,111en IV een indicatie van de aspecten per hoofdaspect, 'elementen' genoemd, en de eventueei te beschouwen~informatieper 'element' die aan de orde komt per uit te breiden en nieuw te stichten project.

5. Optimalisering Bij het selecteren van projecten en het komen tot een voorkeursoplossing voor de capaciteitsplanningin integratieregio's en niet-integratieregio's zijn, zoals gesteld, steeds dezelfde 5 hoofdaspecten als toetsingscriteria gehantee;d. In hoofdstuk 7 wordt in hoofdlijnen aangegeven hoe dat is gebeurd. Het resultaat van een en ander is steeds als 'zo goed mogelijk', 'realistisch', 'zinnig' en dergelijke gekwalificeerd. Bewust is niet naar optimalisering van oplossingen gestreefd,

TABEL I1 - Onderverdelingvan her hoofdmpect 'Bedri$techniek en bedri$suilvoering'. Element

Eventuele informatie per element

I. Beschikbaarheid

- Tijd, nodig om winplaats te verkrijgen - Tijd, nodig voor verkrijgingvergunningen

winplaats

-

2. Kwaliteit grondstof

Tijd, nodig voor realiseringwinmiddelen

- Waarden voor kwaliteitsparameters -

Overschrijdingvan gestelde normen

- Trendmatige ontwikkelingenvan kwaliteitsparameters 3. Kwantiteit grondstof

-

Behoefte op jaarbasis, bijvoorbeeld gedurende planperiode

- Winbare hoeveelheden op jaarbasis -

Wateraanbod in droge jaren

- Eenvoud - Kwetsbaarheid - Aansluiting op huidige technologic - Bediening, onderhoud - Produktie afvalstoffen -

5.

Energie- en chemicalienverbmik

- Fase~gsmogelijkheden - Koppelingsmogelijkheden - Spreiding van winmiddelen

b,"z:z,"f,":heid -

Kwetsbaarheid trans~ortsvsteem

N.B. Informatie over de benodigde tijd bij element 1 biedt een maat voor de moeite die de realisering van een project vraagt.

met het oog op de volgende onzekerheden: a. het tijdstip waarop de oplossing optimaal diende te zijn; b. ten aanzien van welk hoofdaspect of combinatie van (hoofd)aspectende oplossing optimaal diende te zijn;

TABEL 111- Onderverdelingvan her hoofdaspect 'Belemmeringenvoor de waterwinning'. Element

Eventuele informatie per element

1. Afvalverwerking

- Vuilstorten,vuilverbranding -

Composteerbedrijven

- Afvalverwerkingsbedrijven - AfvalwatemiveMgsinstallaties - Ondergrondseopslag chemisch en radio-actief afval - Voeivelden -

Autokerkhoven

- Begraafplaatsen 2. Transport en overslag

-

Auto-, spoor- en vaanvegen

- Pijpleidingen van derden -

3. Niet-industriele bebouwing

4. Industrieterreinen

Benzinestations

- Burgervliegvelden - Stedelijke bebouwing -

Extensieve bebouwing voor onder meer de onderdelen riolering opslag van olieprodukten benzinestations en dergelijke ziekenhuizen, sanatoria

- Chemischeen metaalindustrie -

Voedingsmiddelen-en veevoerindustrie

- Hout-, cellulose- en papierindustrie - Laboratoria - Andere nutsbedrijven 5. Recreatie

-

Verblijfsrecreatie (campings, bungalowparken)

- Intensieve dagrecreatie (pretparken, zwembaden en dergelijke) -

6. Landbouw

Extensieve dagrecreatie (wandelgebieden en dergelijke)

- Intensieve veehouderij -

Tuinbouw, inclusief bloembollenteelt

- Akkerbouw, veeteelt, bosbouw 7. Militaire terreinen

- Kazemes -

Oefenterreinen

- Vliegvelden 8. Doorboringen en afgravingen

- Mijnbouw -

Gas- en olieboringen

- Zoutwinning - Zand- en grindwinning

c. de gebmikswaarde en realiteitswaarde van een optimaliseringsmodelbij de aanwezigheid van meer dan CCn optimaliseringscriterium, c.q. (hoofd)aspect. O m toch naar een voorkeuroplossing te kunnen convergeren aan de hand van de 5 hoofdaspecten en deze oplossing 'ZO goed mogelijk', 'realistisch' en 'zinnig' te doen zijn, was veel informatie met betrekking tot de hoofdaspecten in diverse situaties noodzakelijk. Deswege is gekozen voor de methode, waarbij een verzameling is gecreeerd van een voldoend aantal verschillende oplossingen voor een voldoend ruim gesteld probleemgebied op basis van een goat aaital verschillende behoeftedekkingsscenario's. 6. Modellering 6.1. Algemeen Zoals gesteld in hoofdstuk 1wordt in dit verband onder modellering begrepen het allereerst schematiserenvan de werkeliike omstandigheden en het vervolgens zo duidelijk mogelijk zichtbaar maken van aanwezige en mogelijke problemen en mogelijke oplossingen daarvoor door middel van het opstellen en doorrekenen van verschillende scenario's. Aan de hand van de gevolgde procedure in integratieregio's, zie afb. 6, zal dit in hoofdlijnen worden verduidelijkt. Verondersteld is dat de preselectie van potentiele projecten, per afionderlijk voorzieningsgebied of deelvoorzieningsgebied,aan de hand van de 5 hoofdaspecten reeds heeft plaatsgevonden. De schematiseringvan de werkelijke omstandigheden, zie afb. 8, houdt in, dat - per (dee1)voorzieningsgebiedde afname van drinkwater in CCn vraagpunt wordt geconcentreerd,

- de afnamepunten van ander water in het

TABEL IV - Onderverdeli~~g van hethoofdaspect 'Be,nt~loedingvan hetmilielc'.

algemeen o p de werkelijke locaties worden gehandhaafd, - d e projecten op de bestaande, c.q. op de meest gerede nieuwe, locaties zijn aangegeven, - alleen die transportvoorzieningen worden opgenomen, die dienen voor het transport van water van projecten naar vraagpunten en van projecten naar projecten. Het gebeuren in de distributienetten in de voorzieningsgebieden, voor zover het geen transportfunctie heeft als in bovengenoemde zin. is buiten beschouwing gelaten. scenario's kunnen voor diverse variabele condities worden o~pesteld.zoals: - voorrangvan gebruik van zoet grondwater boven oppervlaktewater als grondstof bij toename van de drinkwaterbehoefte in de regio (uit een oogpunt van volksgezondheid, gelijkmatige kwaliteit, kosten, etc.); - 'bevriezing' van de grondwateronttrekkingen (met het oog op natuurbeheer en natuurbehoud, be'invloeding van de landbouw); - introductie van diepinfiltratie op technische schaal; - lirnitering van capaciteiten van projecten (op bepaalde tijdstippen); - voorrangvolgorde in de levering van projecten naar vraagpunten, - etc. D e scenario's zijn sterk gebonden aan de specifieke problemen van de regio. O m een goed overzicht van het problemenveld per regio te verkrijgen, is steeds getracht scenario's te genereren, die mirn uiteenliggen. Anderzijds is met het oog op de presentatie (overzichtelijkheid), evaluatie en interpretatie van de 'input' en 'output' van de

~l~~~~~

L .

u

- Floralvegetatie verspreiding vegetatietypen verspreiding relevante plantensoorten aanwezigheid natuurgebieden potentiele vegetatie - Fauna verspreiding regionaal relevante diersoorten - Landschapsecologische relaties

2. Milieuhygiene

-

3. Landschap

Spoelwaterlozing Slibproduktie Bodembelasting bij infiltratie Transport en gebmik van chemicalien

- Schaal -

S~NC~UU~ Karakteristieke elementen

4. Cultuurhistorische waarden

scenario's gestreefd naar een beperking van het aantal scenario's. Vaak geschiedde dit in stappen door eerst een groot aantal scenario's o p basis van enkele hoofdkenmerken en nog globale gegevens, te genereren en na kennisneming van deze eerste resultaten verder te gaan met een kleiner aantal. Voor dit beperkte aantal scenario's werden dan vervolgens, aan de hand van meer gedetailleerde gegevens en aanvullende kenmerken, bewerkingen en berekeningen uitgevoerd en aldus in het algemeen ook meer gedetailleerde resultaten verkregen dan tijdens de eerste stap. Afb. 9 toont CCn scenario, voor zover het de volgorde van leveringen van drinkwater betreft, in de regio Zuid-WestIZuid. (Voor d e goede orde wordt in herinneringgebracht, dat een scenario ook gekenmerkt kan worden door andere variabelen, als tijdstippen van uitbreiding en dergelijke.) Het eerste cijfer in een kolom toont de

Afb.8 - Kaart van de integratieregio ZW-Zuid met onderscheide~lvraagpunten en projecten. I

Eventuele informatie oer element

voorkeurvolgorde van een vraagpunt voor de levering uit een project (drinkwatervraagpunt BOZI, kolom 5, heeft een voorkeursvolgorde van levering uit de projecten MOND, ALTE*, HUSO*, BOZZ en ZEVE); het tweede cijfer toont de voorkeursvolgorde van een project voor levering aan een vraagpunt (project BOZZ, rij 7, heeft een voorkeursvolgorde van levering aan de vraagpunten BOZI, ZEVL, MIDZ, THOL en BOZD), zie ook afb. 8. Het eigenlijke kwantificeren en kwalificeren van de-scenario's, dat wil zeggen het respectievelijk uitdmkken van de scenario's in concrete gegevens en gegevens in beschrijvende zin, gebeurde voor zover mogelijkmet behulp van het VEWIN-model.

6.2. Het VEWZN-model, zie afb. 10 6.2.1. Algemeen Met behulp van het VEWIN-model is getracht de verkregen informatie per scenario onder te brengen in, en te verdelen over, 5 rubrieken, modulen genaamd. O m eenheid in de wijze van beschrijving van omstandigheden, berekeningen en selectie van oplossingen te brengen zijn de modulen qua inhoud op dezelfde manier gembriceerd en ingedeeld als de reeds genoemde 'hoofdaspecten' (zie hoofdstuk 4). D e deelontwerpen van de modulen zijn, conform de onde~erdelingvan hoofdaspecten in elementen, moduul-elementen genoemd. D e huidige kennis ten aanzien van feiten (emaringsmateriaal) en ten aanzien van het toepassen van de methode op zich maakte het slechts mogelijk de resultaten van de bewerkingen in de modulen 'Kosten' en 'Be~nvloedingvan de landbouw door de watenvinning' in concrete eenheden uit te drukken (te kwantificeren).' Evident is dat naarmate de uitgangsgegevens (input) minder nauwkeurig zijn, de uitkomsten

* Het programma laat gelijkwaardigelevering uit maximaal2 projecten toe.

EVALUATIE SCENARIO'S AAN OE HAND VAN MODUUL

Afb. I0 - Werken met her VEWIN-model.

Afb. 9 - Scenario voor de levering van drinkwater in de integratieregioZW-Zuid.

globaler worden, c.q. een grotere onzekerheidsmarge vertonen. Dit probleem deed zich vooral voor met betrekking tot 'beinvloeding van de landbouw door waterwinning' bij waterwinlocaties die nog slechts globaal konden worden gesitueerd. In dergelijke gevallen moest noodgedwongen teruggevallen worden op kwalitatieve beschrijvingen, of een zeer globale kwantificering. Een en ander heeft ertoe geleid dat het doorrekenen van de diverse scenario's met behulp van de domputer (voorlopig) beperkt moest blijven tot de moduul 'Kosten'. Ten aanzien van de modulen 'Bedrijfsvoering en bedrijfstechniek' (waarbinnen het aspect van de kwaliteit van de grondstof een rol speelt), 'Belemmeringen voor de waterwinning' en 'Milieu' moest voorshands geheel worden volstaan met een zeer globale presentatie van resultaten in beschrijvende en beschouwende zin. Ter illustratie van een kwantitatieve presentatie worden van het 'kostenmoduul' de berekeningsgrondslagen en enkele berekeningsresultaten ervan voor de integratieregio Twente getoond. 6.2.2. Het kostenmoduul De belangrijkste grondslag voor het kostenmoduul is, dat reeds gemaakte kosten (in het verleden) niet van belang zijn voor de uitkomsten - die kosten zijn nu eenmaal gemaakt en worden op de een of andere wijze gedragen c.q. verdisconteerd- en dat alleen nog te maken kosten meetellen. Ter vergelijking van berekeningsuitkomsten is gekozen voor de presentatie aan de hand van gedisconteerde kosten. Aldus worden alleen als kosten gepresenteerd:

'gedisconteerde marginale investeringskosten en integrale exploitatiekosten'. Beschouwde objecten met betrekking tot het kostenmoduul zijn: - projecten en - hoofdtransportvoorzieningen. Distributievoorzieningenblijven dus buiten beschouwing ! Als investeringen zijn beschouwd: - terreinkosten; - civieltechnische en bouwkundige werken; - werktuigbouwkundige en elektro-

technische voorzieningen; - bijkomende kosten als bouwrente (8%) en

voorbereiding

+ directie (15%).

Niet zijn bijvoorbeeld opgevoerd: - WIR, SIR etc.; -

BTW;

- vervangingsinvesteringenvan reeds

bestaande, dat wil zeggen op 1 januari 1980 aanwezige, voorzieningen; - een post onvoorzien. Exploitatiekosten zijn in aanmerking genomen voor: - chemicalienverbruik; - energie; - onderhoud (inclusief personeelskosten); - bediening (inclusief personeelskosten). Wat de discontering betreft is aangehouden: rekenperiode - 30 jaar peildatum - I januari 1980 disconteringsvoet - 8% inflatie - 0% afschrijving (ter bepaling van de restwaarde van investeringen - lineair economische levensduur van terreinen - oneindig

economische levensduur van civieltechnische en - 30 jaar bouwkundige werken economische levensduur van werktuigbouwkundige en elektrotechnische voorzieningen - 10 jaar N.B. In enkele gevallen zijn, bij wijze van gevoeligheidsanalyse, de aangehouden getallen gevarieerd. Zo is in enkele regio's het effect van een rekenperiode van 15 jaar enlof een disconteringsvoet van 4% en 12% nagegaan. 6.2.3. Enkele berekeningsresultaten voor de integratieregio Twente Voor de aangehouden schematisering (projecten en vraagpunten) wordt verwezen naar afb. 11. Uit een groot aantal scenario's werden er 4 gesele&eerd om tot de voorkeursoplossing voor het gebied te komen, zie tabel V. Bij de varianten 3 en 4 werd in de capaciteitsuitbreidingen voorzien door grondwater. Bij de varianten 5 en 7 zijn de grondwaterhoeveelheden gelimiteerd en is uitgeweken naar oppervlaktewater door middel van voorr&dvorming in spaarbekkens. De verschillen tussen de varianten in CCn categorie (3 en 4,5 en 7) kwamen voornamelijk voort uit een variatie in het patroon van leveringen van projecten naar vraagpunten. TABEL V - Berekende kosten in mln Hfl. voor vier ~eselecteerdescenario's in de inteeratiere~ioT~vente. -

~

Scenario

Investering

Exploitatie

Totaal

variant 3 variant 4 variant 5 variant 7

30,s 30,s 56.9 54.0

113,9 109.6 I 1 1.8 114,2

144.4 140.1 168.7 168.2

D e kostenverschillen tussen de grondwatervarianten (3 en 4) en de oppewlaktewatervarianten (5 en 7) zijn hoofdzakelijk veroorzaakt door het verschil in de gedisconteerde investeringskosten. Bij de raming van kosten is, zoals ook bij de overige integratieregio's, uitgegaan van specifieke ramingen per project en transportvoorziening en niet van gegeneraliseerde kostenfuncties. Dit brengt we1 extra werk met zich mee, maar een en ander sluit beter aan bij de werkelijkheid. Ter besparing van werk zijn enkele uitzonderingen gemaakt, bijvoorbeeld voor met elkaar overeenkomende transportvoo~zieningenin praktisch gelijkluidende situaties en condities. ~e resultaten van de kostenmoduul bleken uiteindelijk sterk bepalend voor de keuze van d e voorkeursoplossing voor de integratieregio Twente, omdat er met betrekking tot de overige rnodulen geen overwegende verschillen vielen te constateren tussen de varianten.

7. Evaluatie van moduulresultaten, keuze van de voorkeursoplossing Het evalueren van de scenario's en het kiezen van de voorkeuroplossing aan de hand van de kwantitatieve en kwalitatieve moduulresultaten dient o p een wijze plaats te vinden, die gestructureerd en acceptabel voor de opstellers (de bedrijfstak) en begrijpelijk en acceptabel voor de goedkeurende instanties (de overheid) is. Wil een directe bepalingsmethode aan deze voorwaarden voldoen, dan moeten de moduulresultaten door middel van een

systeem van objectieve waarderingseenheden vertaald kunnen worden in absolute getallen. Daardoor wordt het namelijk mogelijk om aan de scenario's (c.q. variantoplossingen) direct vergelijkbare 'scores' (puntenaantallen) toe te kennen. D e aanpak volgens deze methode, dat wil zeggen het toekennen van absolute waarden e n scores, stuit op de volgende moeilijkheden: - Slechts de resultaten van twee van de vijf modulen zijn in kwantitatieve zin beschikbaar. D e resultaten van drie van de vijf modulen zijn slechts in kwalitatieve zin beschikbaar. Bovendien behoeft 'kwantitatief niet synoniem te zijn met 'objectief interpreteerbaar', zie afb. 12. - D e belangrijkheid, c.q. het 'gewicht', van d e modulen is niet gelijk in het kader van de evaluatie en de keuze van de voorkeuroplossing. De bedrijfstak kent bepaalde grotere gewichten toe aan de 'intern gerichte' modulen 'Bedrijfsvoering en bedrijfstechniek', 'Kosten' en 'Belemmeringen voor de waterwinning' toe dan aan de 'extem gerichte' modulen 'Milieu' en 'Be'invloeding van d e landbouw'. O m aan deze moeilijkheden het hoofd te bieden bestaan er indirecte methoden, waarmede kwalitatieve gegevens (c.q. gekwalificeerde kwantitatieve gegevens) kunnen worden omgezet in getalsmatige waarden. Een van deze methoden is die van het paarsgewijze vergelijken, geent op hierarchische verwerking, zoals ge'introduceerd door Saaty. Hierbij kunnen zowel aan moduulelementen

Afb. I I - Kaart van de integratieregio Ttvente met onderscheiden vraagprinten en projecten.

als modulen gewichten worden toegekend en tenslotte aan ieder scenario (variantoplossing) een score. Deze werkwijze berust o p d e methode dat bij de paarsgewijze vergelijking van zaken (moduulelementen onderling, modulen onderling, scenario's onderling aan de hand van de resultaten per moduulelement) steeds een waarde-oordeel gegeven wordt in de vorm van scores, zie tabel VI. Een vereiste hierbij is, dat dit vergelijken geschiedt door een panel van deskundigen. ~ epanel t dient voldoende groot te zijn om de mate van concordantie en discordantie bij het toekennen van de scores, in casu een maat voor de waarde van de scores, o p een redelijk betrouwbare wijze tot uiting te laten komen. In d e afbeeldingen 13 tlm 15 worden aan de hand van fictieve resultaten voor gewichten en scores d e achtereenvolgende stappen getoond om met behulp van een panel of panels te komen tot een score ter vergelijking van 2 scenario's. In het voorbeeld worden de twee scenario's. ondanks de verschillen in kosten, belemmeringen voor de waterwinning, etc., TABEL VI - Voorbeeld van het toedienet1 van 'scores' bij pnarsgewijs vergelijken (onlleend nan Saafy). Beoordeling

Score

praktisch gelijk Iets (in Lichte mate) gunstigerhelangrijker Duidelijk (in behoorlijke mate) gunstigerbelangrijker Veel (in sterke mate) gunstigerlbelangrijker Zeer veel (in zeer sterke mate) gunstigerlbelangrijker

I 3 5 7

9

Afb. I? - Interpretatie van de kwantificeerbare rexiIraten van een modziul (kosten).

Resultaten in hoeveelheden (kosten)

Rangschikken volgens bruto hoeveelheden

Netto hoeveelheden= bwto hoeveelheden minus steeds geliikblijvendeposten per variant

netto hoeveelheden (netto gedisc. totale marg. kosten c.q. netto gedisc. marg. investeringen c.q. netto gedisc. exploitatiekosten)

..

7f

PRmUXTEVIOOELEH TRA-RTLERIINGEII

--- TRANSPORT MOGELLM ZO14DFR WEERKOSIEH I.0.v HUIMGE SITUATE

t.b.v. indeling (subjectief)

1 Waarderingsmaat toekennen aan klassen

Resultaten onderbrengen in de klassen en vewolgens waarderen

MOOUUL

MODUUL-ELEMENTEN MODUUL

Omschrljvrng

Gew~cht

I

0.30

I I

BelernrnenngenI voor de waterwrnnlng I

0,20

1

I I I I Kosten

Beinvloedlng van de landbouw (doorde waterwlnnlng) Milleu

Beschlkbaaheldven de wlnplaats Kwalrte~tvandegrondstof Kwanthertvan de grondstof Technologle Lever~ngszekehe~d Afvafverwerklng Transport en overslag Niet industnele bebouwlng lndustrieterreinen Recreatle Landbouw Milrta~reterrelnen Dwrboringen en afgrav~ngen

1

I

1 1

1

1

Omschniv~ng 030 625 0.25 0,lO 0.10

Ornschriw~ng

Gewrcht

Bednjfsvoering

bednjfstechnlek

0.20 0 125 01075 0.15 0.075 0.20 0.1 25 0,05

I

Gew~cht

Beschikbaarhe~d winplaats Kwallteltgrondstof Kwantlteltgrondstof Technologle Leveringszekerhe~d

II

SCENARIO I

0,25 0.1 0 0.10

I

SCENARIO II

I 0.30

Gedlswnteerde rnarglnalekosten

I 1

0.05

Resultantevan positleve en negatteve be~nvloed~ng in oogstresultaten

I

I I 10,15

I

1

1

1

I

MODUUL-ELEMEMEN

Gewlcht I

I

Bednfisvoerlng I en bednjfstechn~ek

Ornschriwrng

I I 1

1.00

1.00

I I

I I 1 1 1

Natuur Mllteuhyglene Landschap Cultuu~~stonschewaarden

0.40 0.30 0.20 0.10

Afb. 13 - Voorbeeld vangewichtstoedelingaanmodrilen (doorpanels) ten behoeve van

waardering van varianten (scenario's)in een bepaalde regio.

op basis van de resultaten van de 5 modulen tenslotte als gelijkwaardigbeoordeeld. Met betrekking tot het evalueren van de scenario's en het doen van de keuze van de voorkeuroplossing ten behoeve van het tienjarenplan leverde de gevolgde methode van het paarsgewijze vergelijken, met de daaraanverbonden methode van 'scoren', de volgende bezwaren op: I. Ten einde redelijk betrouwbaar, realistisch te kunnen scoren bij het vergelijken van scenario's op basis van de resultaten per moduulelement, was een grote mate van gedetailleerdheidvan gegevens nodig, in het algemeen veel groter dan overeenkwam met de globaliteit van projecten in het kader van de middellange termijnplanning. Dit gold in het bijzonder voor projecten, geprojecteerd aan het eind van de planperiode en projectonderdelen als waterwinlocaties. 2. Toetsing en vergelijking op het niveau van moduulelementen bleek nog niet altijd Afb. 15 - Voorbeeld van her afwegen van 2 scenario's op basis van de resultaten voor 5 modiilen. SCENARIOll

Afb. I4 - Voorbeeldenvan her afwegen van 2 scenario's op basis van de resultaten voor het modrcrtl 'bedrijfivoeringen bedriifstechniek'.

(goed) mogelijk doordat met betrekking tot bepaalde moduulelementen: a. bepaalde (feiten)kennisontbrak; b. er onzekerheid heerste over de interpretatie van de resultaten, een onzekerheid die ook door studie en beraad niet op korte termijn kon worden weggenomen. Het punt a. gold bijvoorbeeldmetbetrekking tot het moduulelement 'Leveringszekerheid' in het moduul 'Bedrijfsvoering en bedrijfstechniek'. Afb. 16illustreert de onderdelen,in de keten van grondstof tot en met distributie, die van belang zijn voor de leveringszekerheid.Het probleem valt te splitsen in een deterh s t i s c h deel enken stochastischdeel. De noodzakelijke toetsing aan 'de praktijk' van het stochastischedeel bleek duidelijk in het gedrang te komen door gebrek aan voldoende statistischegegevens. Het punt b. manifesteerde zich bijvoorbeeld bij het moduulelement 'Kwaliteit grondstof bij de vergelijking van scenario's, als de grondstof in de betrokken gevallen (mimschoots) aan de normen voldeed. Gewichtstoedelingaan de componenten, waardering van de componentengrootten (concentraties en dergelijke), te volgen

handelwijze in de praktijk (ten aanzien van de planning) bij geconstateerdeverschillen in grondstoffen, die alle aan de normen voldoen etc. etc., zijn punten die aanleiding gaven en nog geven tot onzekerheid. Afb. 17 tracht een en ander te illustreren. 3. De schijn van exactheid van de scores. Scores zijn in het algemeen het resultaat van een subjectievemeningsvorming, uitgedrukt in kwantitatieve eenheden (punten). Dit geldt in het bijzonder ten aanzienvan het vergelijken van resultaten van kwalitatief beschreven moduulelementen.Ook alzou bij iedere score tevens de mate van de opgetreden discordantie of concordantie worden opgegeven, dan nog is het moeilijk, zo niet ondoenlijk om per score de negatieve afwijking en de positieve afwijking ten opzichte van de vermelde score te bepalen in relatie tot een vooraf aangenomen c.q. vastgestelde 'band- of intervalsgrens' (scorewaarde nog voor 90% reeel, bruikbaar of betrouwbaar bijvoorbeeld). 4. Het optreden van het verschijnselvan nivellering in de eindscores. Onder eindscores wordt in dit verband verstaan: de resulterende score per scenario. Naarmate het aantal te vergelijken scenario's

MODUUL

Afb. 16 - Onderdelen van belang voor de leveringszekerheid in de keten van grondFIof tot en met distributie.

-

bedrilfstechniek

Kosten de landbouw

0,165

0.135

Oppervlaktewater

de landbouw Grondwater

'zreliguur 14

VOORRAADVORMING

GRONDSTOF

dewaterwinning

de waterwinning

I

Strwrngebleden

I I 1 Intrekzones 1 Aqulfers Zoetlzout grens

Transport

,

ZUlVERlNG

OlSTRlBUTlE

Chernisch

structuur

Ondergronds Bwen~mnds

Transport

WELK WATER IS BETER ROCKANJE I OF II EN WAT DOEN WE METDIEUITSPRAAK? ROCKANJE ll Temperatuur

wlsselend tussen 15'Cen20'C

Chloridegehalle. constant 150 rng CI

Chlorldegehalte constant 5 0 mg CI

Kleur

Kieur

: 2 mgll PI

: 1.2 Smaak Overlge componenten als b ~ ]

7 mgll Pi

Smaak Overlge wmponenten als blj Rochange l

Afb. 17 - Kwaliteits~vaarderingsprobleem bij wateren die (ruimchoots)aan de normen voldoen.

stijgt en het aantal moduulelementen aan de Indien het VEWIN-model wederom gebruikt hand waarvan de scenario's vergeleken wordt voor volgende middellange termijnworden, moet dezelfde beoordelingsruimte plannen, is het opportuun de modulen (het scoreveld) voor een steeds groter aantal 'Bedrijfsvoering en bedrijfstechniek' en scores worden gebmikt. De mimte voor 'Belemmeringen voor de waterwinning' te verschillen tussen de scores, de ruimte voor ontwikkelen en uit te diepen. Dit geldt in het de beoordeling van het onderscheid tussen de bijzonder voor het moduul 'Belemrneringen scenario's wordt daardoor tevens kleiner. voor de waterwinning'. E r treedt als het ware een nivellering op in scoreresultaten. Het middel om met behulp De drie modulen 'Bedrijfsvoering en van scores te onderscheidenwordt hierdoor bedrijfstechniek', 'Belemmeringen voor de rninder effectief. waterwinning' en 'Kosten' zijn intern gericht (zie ook hoofdstuk 4). Het verdient Ten behoeve van het tweede tienjarenplan aanbeveling, aangezien het tienjarenplan een van de VEWIN is voor de evaluatie van de plan van de bedrijfstak is, voorkeurscenario's en de keuze van de voorkeuroplossingen volstaan met een vergelijking en oplossingen in hoofdzaak op deze modulen, selectie op een hoog aggregatieniveau:in het c.q. hoofdaspecten te baseren. Dit sluit niet uit, dat aandacht moet worden besteed door algemeen niet lager dan het moduulniveau. Voor een zo consistent mogelijk en realistisch de bedrijfstak aan de 'extern gerichte' resultaat hebben toetsing en meningsmodulen, c.q. hoofdaspecten, 'Milieu' en 'Beinvloeding van de landbouw'. vorming plaatsgevonden in grote werkgroepen van deskundigen van de water- Methoden, om vanuit de optiek van de leidingbedrijven, ondersteund en aangevuld bedrijfstak effecten van de waterwinning en waterproduktie op de natuurlijke en door ambtelijke meningsvonning in de gecultiveerde flora en fauna op een zo Regionale Werkgroepen. De gepresenteerde scenarioresultaten zijn zo concreet mogelijke wijze te vertalen, dienen nader bestudeerd en uitgewerkt te worden. goed mogelijk afgestemd op en in overeenstemming gebracht met de gewenste mate van gedetailleerdheid enerzijds en globaliteit De verantwoordelijkheidvoor de beooranderzijds voor de middellange termijndeling van de geplandeprojecten op basis van planning. 'Milieu' en 'Beinvloeding van de landbouw' Het grote nut van het VEWIN-model (met a1 ligt bij de overheid.Dit komt bijvoorbeeld tot zijn nog aanwezige onvolkomenheden en uitdrukking in de grondwaterplannen, die tekortkomingen) lag vooral in het snel, door de provincies worden opgesteld. overzichtelijk en op een gestructureerde Evenzo verdient het aldus aanbevelingom de wijze genereren en presenteren van effecten van waterwinning en -produktie op scenario's. De integratieproblematiek per 'Milieu' en 'Landbouw' zo concreet mogelijk regio werd hierdoor op een zo duidelijk aan te geven en te waarderen. (Dit zou mogelijke en objectieve manier zichtbaar overigens ook voor andere vormen van gemaakt. waterwinning, dan alleen die voor de openbare watervoorziening, moeten 8. Conclusiesen aanbevelingen gebeuren.) Het VEWIN-model is een bruikbaar Vooral het opstellen en uitwerken van 'tradehulpmiddel gebleken bij de planvorming off-functies tussen: voor de middellange tennijn. Het toepassen - 'Milieu' en 'Waterwinning en -produktie van modulen als hulpelementen voor het ten behoeve van de openbare waterbeschrijven en vergelijken van scenario's voorziening', bleek een goede werkmethode. - 'Milieu' en de 'Waterwinning ten behoeve Evenwel, inhoudelijk bezien en wat de van de industrie', verwerking op de computer betreft, is nog - 'Milieu' en 'Waterwinning ten behoeve slechts het moduul 'Kosten' redelijk van de landbouw', ontwikkeld en praktisch bruikbaar. is hierbij onontbeerlijk.

9. Omschrijvingvan enkele in de tekst gebruikte termen, begrippen en afkortingen 9.1. Termen en begrippen alternatief: Als bijlage bij het tienjarenplan gevoegde oplossing, die afwijkt van de in het tienjarenplan gepresenteerde voorkeuroplossing. Een alternatief wordt als minderheidsstandpunt door het desbetreffende bedrijf ingebracht. ander water: Water, via een apart leidingnet geleverd door de waterleidingbedrijven, dat niet bestemd is voor menselijke consumptie. Het betreft zowel water dat minder vergaand is gezuiverd dan drinkwater (halffabrikaat) als water dat een verdergaande zuivering heeft ondergaan (gedestilleerd, gedemineraliseerd). bedrijfstak: De gezamenlijke waterleidingbedrijven. bruto waterbehoefte: Netto waterbehoefte, vermeerderd met de noodzakelijke reserve. capaciteit: Produktievermogenvan een produktiemiddel op jaarbasis, bepaald op de wijze zoals is vastgelegd in de desbetreffende VEWIN-grondslag. deelvoorzieningsgebied: Voor planningsdoeleinden onderscheiden gedeelte van een voorzieningsgebied. Heeft over het algemeen geen absolute begrenzing. drinkwater: Water dat voldoet aan de kwaliteitseisen die worden gesteld met het oog op menselijke consumptie. drinken industriewatervoorziening: De leveringen van water via de waterleidingbedrijven en de eigen winningen van particulieren. De laatste met uitzondering van de onttrekkingen van zout en brak grondwater, de onttrekkingen van oppervlaktewater voor koeldoeleinden en de eigen onttrekkingen van gronden oppervlaktewater voor beregening en bevloeiing in de landbouw. integratie-regio: Gebied, waarbinnen in het kader van het tienjarenplan de mogelijkheden van technische integratie zijn bestudeerd. Er zijn voor het tweede tienjarenplan 5 integratie-regio's onderscheiden. netto-waterbehoefte: Waterbehoefte in enig jaar, geraamd op basis van de meest waarschijnlijk geachte ontwikkeling. produktiemiddel: Installatie voor de produktie van drinkwater of ander water. produktiepunt: Plaats waar drinkwater of ander water wordt geproduceerd. Regionale Werkgroep: In ieder van de 5 regio's werkzame VEWIN-werkgroep, bestaande uit vertegenwoordigers van: - de waterleidingbedrijven; - de provinciale planologische diensten en waterstaatsdiensten; - de 'Directie D van' het Ministerie van VROM; - de Rijkswaterstaat; - het planbureau van de VEWIN. reserve: Noodzakelijke ruimte tussen bruto

en netto waterbehoefte. De reserve dient om het hoofd te bieden aan een vraagnaar water, die op jaarbasis groter is dan werd geraamd. Oorzaken voor dit hogere jaarverbruik zijn onder meer extreem droge zomers en onvoorziene groei van industriele activiteit. spaarbekken: A1 of niet kunstmatig bovengronds bekken, waarin oppervlaktewater wordt opgeslagen alvorens het een verdere zuivering ondergaat. Doe1van het spaarbekken is het overbruggen van perioden waarin om uiteenlopende redenen geen ruw oppervlaktewater kan worden ingenomen. spoelwaterverbruik: Waterverbruik op het produktiemiddel onder meer ten behoeve van het schoonspoelenvan de filters. Het vormt het verschil tussen de onttrokken hoeveelheid en de in het net gebrachte hoeveelheid. technische integratie: Koppeling van voorzieningsgebiedenvan aanliggende bedrijven met het doe1 om door onderlinge leveringen ecn meer efficiente benutting van bestaande enlof toekomstige produktiemiddelen mogelijk te maken. tienjarenplan: Instrument van de bedrijfstak van de openbare watervoorzieningvoor de planning van winning en produktie voor de middellange termijn. Het vormt de voortzetting in de sectorlijn van de planvorming waarvoor het structuurschema het kader vormt. varianten: Oplossingen voor de behoeftedekking in een voorzieningsgebied,die vooralsnog als gelijkwaardig worden beschouwd. voorzieningsgebied: Gebied, waarbinnen de openbare watervoorziening door CCn waterleidingbedrijfwordt uitgeoefend. waterwingebied: Het gebied, direct gelegen rondom de winningsmiddelenen zodanig groot, dat het toestromende grondwater in het watervoerende pakket een verblijftijd van ten minste 60 dagen heeft. Binnen dit gebied zijn in principe alleen de directmet de waterwinning verband houdende activiteiten toelaatbaar. waterwinplaats: - Bij grondwaterwinning: de produktiemiddelen en het gebied binnen de beschermingsgrenzen. - Bij oevergrondwaterwi~ingen: voor de grondwatercomponentde produktiemiddelen en het gebied tussen de beschermingsgrenzen; voor de oppervlaktewatercomponent de geprojecteerde intrekzone. - Bij oppervlaktewaterwinningen:de plaats van onttrekking en opslag (boven- en ondergronds) en het produktiemiddel. winningsmiddel: Installatie voor de onttrekking van grond- of oppervlaktewater ten behoeve van de produktie van drinkwater of ander water. winvergunning: Vergunning vereist voor het onttrekken van grondwater door waterleidingbedrijven. Ze wordt verleend door de

Minister van VROM op grond van de Grondwaterwet Waterleidingbedrijven. Na het volledig van kracht worden van de Grondwaterwet is de vergunningvereist voor alle grondwateronttrekkingen boven een bepaalde hoeveelheid. Ze wordt dan verleend door de colleges van gedeputeerde staten. 9.2. Afiortingen Directie D: Directie Drink- en Industriewatervoorziening van het Ministerie van VROM. VEWZN: Vereniging van Exploitanten van Waterleidingbedrijvenin Nederland.

e . e

Computergesteunde besturing van rioolgemalen in West-Friesland-Oost (1)

In mei 1983 is een besturingssysteem voor 28 rioolgemalen in het oostelijk deel van West-Friesland in bedrijf gesteld. Deze rioolgemalen voeren af naar de regionale rioolwaterzuiveringsinrichting (rwzi) Wemershoof. De gezamenlijke capaciteit van deze rioolgemalen overtreft de hydraulische capaciteit van de rwzi. Het besturingssysteem is ge'installeerd om de maximale aanvoer naar de rwzi te beperken zonder dat de overstortingsfrequentie van de rioolstelsels wordt beinvloed. Het systeem maakt gebruik van de in de regio optredende

IR. K. BAKKER DHV Raadgevend Ingenieursbureau BV

IR. H. J. G. HARTONG* DHV Raadgvend Ingnieursbureau BV

+--effluentleiding

Afb. I - Overzicht gemalen en persleidingen.

spreiding in neerslaghoeveelheden en vormt een nieuwe toepassing van moderne computer- en telecommunicatietechnieken op het gebied van inzameling, transport en behandeling van afvalwater. Het onderhavige artikel is het eerste van een tweetal waarin de achtergronden,opzet, werking en realisatie van het besturingssysteem wordt uiteengezet. In dit eerste artikel wordt ingegaan op de aan het besturingssysteem ten grondslag liggende filosofie en uitgangspunten. Het tweede artikel wordt gewijd aan de opzet, de realisatie en de werking van het systeem.

Inleiding De rioolwaterzuiveringsinrichting Wervershoof voorziet in de behandeling van het afvalwatervan een groot aantal kernen in het gebied West-Friesland-Oost. Het verzorgingsgebiedbeslaat ongeveer 250 km2 en is globaal gelegen in de driehoek HoornEnkhuizen-Medemblik (afb. 1). In een eerder artikel in H 2 0 [I] kwamen algemene aspecten van de afvalwaterbehandeling in dit gebied reeds aan de orde.

* Tevens spreker over dit onderwerp tijdens de 36e vakantiecursus in drinkwatervooniening en afvalwaterbehandeling 'systeembenadering en modellering in de waterhuishouding'.

De rwzi Wervershoof is een oxydatiesloot, type Carrousel, met een biologische capaciteit van 100.000 i.e. (van 54 g BZVIdag) en een hydraulische capaciteit van 3.600 m3/h. De rwzi is medio 1980 in bedrijf genomen. Reeds in de realisatiefase van de rwzi werd onderkend dat de thans aanwezige capaciteit a1 vrij snel ontoereikend zou zijn. Voorlopig geldt dit nog niet voor de biologische, maar uitsluitend voor de hydraulische capaciteit. Het Hoogheemraadschap van de Uitwaterende Sluizen in Kennemerland en West-Friesland stond voor de keuze tussen een spoedige vergroting van de hydraulische capaciteit door het bijbouwen van nabezinktanks dan we1 het reduceren van de afvalwateraanvoer. Door beperking van het aanvoerdebiet zou de uitbreiding voorlopig kunnen worden uitgesteld en wellicht ook op langere termijn geheel of gedeeltelijk achterwege kunnen blijven. Uiteindelijk is gekozen voor beperking van het aanvoerdebiet. Deze beperking wordt gerealiseerd met behulp van een computergesteund centraal besturingssysteem voor de rioolgemalen in het verzorgingsgebied. Het systeem is sinds mei 1983 operationeel. Randvoorwaarde bij het ontwerp van het besturingssysteem was dat beperking van de afvalwateraanvoer naar de rwzi niet gepaard mag gaan met een verhoging van de overstortingsfrequentie van de aangesloten rioolstelsels.

Ontwikkeling van de belasting van de mzi Het vergunningenbeleid van het hoogheemraadschap is erop gericht de maximaal af te voeren waterhoeveelhedenuit gemeentelijke rioolstelsels vast te leggen op 36 liter per

inwoner per uur voor gemengde stelsels. Tezamen met eventueel overeengekomen industriele debieten bepaalt het bovenstaande de afvoewerplichting van het hoogheemraadschap ten opzichte van de gemeenten. Op basis van deze uitgangspunten en de maximaal toelaatbaar geachte overstortingsfrequentie worden de rioolstelsels en rioolgemalen gedimensioneerd. Toch kunnen de werkelijk te verpompen waterhoeveelheden en de werkelijk ge'installeerdepompcapaciteit zich anders ontwikkelen dan de afvoerverplichtingen de biologische belasting. Twee belangrijke oorzaken daawoor zijn de wijze waarop de capaciteit van rioolgemalen in de praktijk bepaald wordt en de daling van de woningbezetting. De mechanische onderdelen van rioolgemalen hebben een mechanische levensduur van 15 tot 20 jaar. Op deze levensduurwordt in het algemeen de te installeren capaciteit bepaald. Daardoor is bij stelsels-in-aanleg de bemalingscapaciteit doorgaans groter dan theoretisch nodig is. Fasering is in de praktijk slechts in beperkte mate mogelijk en dan nog slechts in de grotere gemalen. Door het grote aantal gemalen, circa 125, en de getrapte opbouw van het rioolwatersysteem (afb. 2) treedt bovendien in het verzorgingsgebied van de rwzi We~ershoofeen vrij sterke cumulatie op van zichzelf beperkte overcapaciteiten. Behalve de wijze waarop gemaalcapaciteiten worden bepaald, leidt ook daling van woningbezetting tot een grotere afvoer per inwoner. Deze ontwikkeling vindt met name in oudere stadswijken plaats en manifesteert zich in sterke mate in deze regio. De afvoer-

tijdsintervallen van enkele uren, niet homogeen verdeeld maar kenmerkt zich door soms grote plaatselijke verschillen in neerslaghoogte. Het gebied west-~nesland-0ostbevat een groot aantal gemengde rioolstelselsmet een sterke geografische spreiding. Onderzocht is de vraag welke spreiding in neerslaghoogte, zowel volgens de literatuur als uit eigen waarneming, binnen het beschouwde gebied verwacht mag worden. In de literatuur wordt op mime schaal aandacht besteed aan de relatie puntneerslag en gebiedsneerslag, doch nauwelijks aan de spreiding in neerslaghoogte op discrete punten.

Afb. 2 - Schenratisch overzicht bemalingsgebieden West-Frit~slatrd-Oost.

capaciteit in een eenmaal aangelegd rioolstelsel kan niet zonder meer worden teruggebracht wanneer het aantal inwoners in het gebied afneemt. De hoeveelheid regenwater op verhard oppervlak blijft immers gelijk en deze is in belangrijke mate bepalend voor de benodigde bemalingscapaciteit. Door deze ontwikkelingen zal in 1985 de gesommeerde afvoercapaciteit van alle op de rwzi aangesloten gemalen circa 5.800 m3/h bedragen bij een totale afvoerverplichting van ongeveer 5.200 m3/h (tabel I). Deze waarden zijn belangrijk hoger dan de hydraulische capaciteit van de rwzi van 3.600 m3/h. Hoewel het aantal aangesloten inwoners in 1985 ook tot ongeveer 140.000 zal zijn toegenomen lijkt de biologische TABEL I - Overzichtafvoerverplichting en geimtalleerde pompcapaciteiten van de belangrijkse gemalen in de regio West-Friesland-Oost. Waarden in m3/h

Gemaal

Verplichting elgen gbled

Groot Hoorn N~bbuwoudlWognum Sljhekarspel Abhekerk Westwoud +CAW Enkhulzen Stede Broec-Noord Stede Broec-Zuid Venhu~zen Past Gielenstraat Raadhu~slaan Lutjebroek Hoogkanpei Andqk Wervenhoof Medembltk Tw~skIOpperdoes HauwertlOostwoud

2.194 2 I6 90 90 82 626 I08 432 I80 36 18

totaal

5 206

*:

-

2 16 216 252 288 72 90

geinstalleerd opeentvolgend maximaal inslagpepell geinstalleerd 7.700' 480 2 LO 95 82' 747** 180" 700**

200 4.545** -

242' 205' 275. 350' 134* I 04* 5 809'

direct afvoerend naarde mi ": afvoerend naar de rwzl vla tussenpmaal Lutjebroek

7.700' 480 710 95 82' 747360** l.OOO** 260 45** 452.200' 2.42' 205%

275' 500' 134' 104'

capaciteit vooralsnog voldoende. Dit komt omdat in de biologische capaciteit van een rwzi doorgaans meer rek zit dan in de hydraulische, maar ook omdat op de rwzi Wervershoof per inwoner feitelijk slechts ongeveer 4 1 g BZVIdag wordt aangevoerd.

Oplossing voor het capaciteitstekort Traditioneel wordt de hydraulische capaciteit van een rwzi bepaald door sommatie "an de capaciteiten van de toevoergemalen.Devoor de hand liggende oplossing voor de bij de rwzi Wervershoof ontstane situatie zou dan ook zijn vergroting van de hydraulische capaciteit van de rwzi. Bij de sommatie van gemaalcapaciteiten wordt voorbijgegaan aan de vraag of alle gemalen tegelijkertijd op hun maximaIe capaciteit moeten kunnen werken. Zonder speciale maatregelen zal dit we1 regelmatig voorkomen. Gebleken is echter dat spreiding in de neerslaghoeveelheden in grotere gebieden aanzienlijk is. Het is daarom niet noodzakelijk dat, om overstortingen te voorkomen, alle gemalen in een verzorgingsgebied als dat van de rwzi Wervershoof tegelijkertijd hun maximale debiet verpompen. Het maximale aanvoerdebiet op de rwzi kan dus kleiner zijn dan de som van de pompcapaciteiten van alle toevoergemalen. Een centraal besturingssysteem voor de rioolgemalen in het verzorgingsgebied, dat rekening houdt met de effecten van neerslagspreiding, bleek daarom een aanzienlijke bijdrage te kunnen leveren in de oplossing van het capaciteitstekort.

6.442'

Neerslagspreiding en afkoerreductie De neerslag over een gebied is, gezien in

Inzicht hierin is verkregen door het bewerken van de neerslaggegevensvan het KNMI voor Hoorn, Enkhuizen, Hoogkarspel en Medemblik. Hierbij is gebruik gemaakt van dagsommen. De bewerkte gegevens zijn geverifieerd met de resultaten van een veel uitgebreider onderzoek naar het effect van neerslagspreiding[2,3]. Ter illustratie zal aan de hand van een eenvoudig voorbeeld een schatting worden gegeven van het neerslagspreidingseffectin West-Friesland en de gevolgen daarvan voor de hydraulische aanvoer naar de rwzi.

-

Uitgaande van de normen van het hoogheemraadschap kunnen de volgende uitgangspunten worden gehanteerd: rwa : 36 l/(inw. h) dwa : 12 l/(inw. h) verhard oppervlak : 40 m2/inw. pompovercapaciteit maximaal toelaatbaar geachte overstortingsfrequentie berging In het voorbeeld wordt ervan uitgegaan dat alle rioolstelsels in het gebied aan deze ontwerpnormen voldoen. Voor de eenvoud wordt verondersteld dat West-FrieslandOost kan worden onderverdeeldin drie deelgebieden op een onderlinge afstand van 18 km (afb. 3). A fb. 3 - Schematisatie~ebiedsirrdelin~.

TABEL I1 - Verekte reductie pompovercapaciteit. Deelgebled

I 11

+ 111

totaal

Afvoerverplichting N a a r m i 1985 (m3/uur) (m3/uur)

dwa (mYuur)

Pompovercapaclteit (mmluur) 0.60 0.12

2.700 3.100

2.200 1.400

730 1.000

5.20l1

3.600

1.730

1.

T--

r,/-"

w

WPffillElT

L

D

RWU

0

,-

I : gebied aangesloten op gemaal Groat-HOO~ I1 : gebied aangesloten op gemaal Lutjebroek 111: gebied 0mgeving Medemblik. Voor deelgebied I geldt de grootste afvoerverplichting, 2.200 m3/h. De afvoerverplichting voor de deelgebieden I1 en I11is tezamen 3.100 m3/h. Veronderstel dat in deelgebied I een kritische bui valt. Onder een kritische bui wordt verstaan een bui die juist niet tot een overstorting leidt. Om een overstorting te voorkomen moet in dit gebied dus de volledige pompovercapaciteit worden ingezet. Nu kan worden berekend hoe groot het neerslagverschil met andere gebieden moet zijn om bij gegeven capaciteit van de rwzi een overstorting te voorkomen (tabel 11). Uit tabel II blijkt dat de neerslag in de deelgebieden I1 en I11minimaal0,60-0,12 = 0,48 mm/h minder zal moeten zijn om in deze gebieden een overstortingte voorkomen. De vereiste spreiding in de neerslaghoeveelheden is dus:

/

/ //I' .

MAX ERECT

,--NEERSLAGSPFEQW

/'

/

II

CAPACITEIT le FASE R wu

////// I/-C'

,/

Q

-.+ESOMnEERC€ CAPP,UTEITEN -----*FMERVERRTHTHG

-

uttstel 2e fase

./

/

tl~d

-

Afb. 5 - Onhvikkeling waterhoeveelheden (schematisch).

AH, = 0,48 x T waarin: AHv = vereiste spreiding in neerslaghoeveelheden in mm T = buiduur in uren

AH, is in afb. 4 weergegeven door lijn (A). De te verwachten spreiding in neerslaghoeveelheden kan worden afgeleid uit [3] en bedraagt:

In dit voorbeeld wordt de neerslaghoogte in het punt van maximale neerslag, H,, gelijkgesteld aan de kritische neerslaghoogte in gebied I:

AHs,97.5= (0,11 h Z +0,146) (H,,,-7)

H,,,

waarin: AQ,97.5 = de verwachte spreidingin neerslaghoeveelheden in mm binnen een periode van 8 uur met een overschrijdingskans van 97,5% Z = onderlinge afstand in km = neerslaghoogte in punt van H,!, maximale neerslag in mm Bij een onderlinge afstand van 18 km wordt het verwachte minimale verschil in neerslaghoeveelheden voor 973% van de buien:

waarin: b = berging in mm T = buiduur in uren p.0.k. = pompovercapaciteit in mmlh

=

b +Txp.o.k.

zodat voor het voorbeeld geldt: H,

=

10

+ 0,6 xT

Substitutie geeft = 0,464 (3 + 0,6 x T) = 1,39 0,28 T

+

AHs.97.5 = 0,464 ( H m -7) Deze relatie, die de te verwachten spreiding in neerslaghoeveelhedenmet een overschrijdingskansvan 97,5% aangeeft, is eveneens weergegeven in afb. 4, lijn (B). In deze afbeeldingis bovendien de gemiddeld te verwachten spreiding weergegeven met lijn (C). Deze bemst op de relatie (zie lit.):

Afb. 4 - Vergelijking vereiste spreiding en re venvachten spreiding.

1

(mm)

2

W n

I2 .l

AH,,,,

=

0,464 (H,,

- 0,s)

Bij een kritische bui in gebied I, Hoorn, is de te verwachten neerslagspreiding voldoende om ook in de andere gebieden overstortingen te kunnen voorkomen als geldt:

o

i

2

3

~

5

6

A: MREISTE SPRElDlNG B: MRWACHTE SPREIDING (9' 5%) C: VERWACHTE SPREIDING GEMIDDELD

7

8

ouuR KWTLSCHEBUI

(h)

)

Hieraan wordt in dit voorbeeld voldaan voor buiduren kleiner dan 7 uur (afb. 4). Omdat slechts 4% van de buien een duur heeft van meer dan 250 rnin [4] is dit voldoende. Resumerend kan worden gesteld dat met een

hydraulische capaciteit van de rwzi van circa 70% van de gesommeerde verplichtingen kan worden volstaan, indien gebruik gemaakt wordt van het effect van de neerslagspreiding. Hierdoor is een aanzienlijk uitstel van de uitbreiding van de hydraulische capaciteit van de nvzi mogelijk (afb. 5).

Functiedefiniering O m gebruik te kunnen maken van de effecten van de aanwezige neerslagspreiding is een regelsysteem voor de gemalen nodig. Een dergelijk systeem registreert voortdurend de belastingtoestand in gemalen en rioolstelsels en stelt een zodanige combinatie in van bergingsbenutting en afvoercapaciteit dat aan alle randvoorwaarden wordt voldaan. Dit is alleen mogelijk met een centraal en automatisch werkend besturingssysteem. Aan een dergelijk systeem kunnen in algemene zin verschillende functies worden toegekend.

Kwantitntieve bewnking Beperking van de gelijktijdig af te voeren hoeveelheden afvalwater kan worden bewerkstelligd door rekening te houden met neerslagspreiding. Ook in niet-kritische situaties kan een afvlakking van piekafvoeren plaatsvinden. Kwalitntieve bewaking In de praktijk kan een centraal besturingssysteem een belangrijk instrument vormen voor het zoveel mogelijk beperken van de nadelige invloed van overstortingen, het voorkomen van overstortingen in de meest kritische situaties en het voorkomen van een sterke aanrotting van rioolwater door lange verblijftijden in rioolstelsel en persleidingen. Cnlnmiteitenbeheersiilg Bij calamiteiten, bijvoorbeeld persleidingbreuk, kunnen voorgeprogrammeerde scenario's automatisch worden uitgevoerd of kunnen condities worden geschapen waarin de gemalen met de hand op afstand kunnen worden bediend. Erzergiebespnrirzg De kwantitatieve bewaking heeft een toename tot gevolg van het aantal draaiuren in lagere pompcapaciteit tegenover een afname van het aantal draaiuren bij maximale capaciteit. Dit kan, afhankelijk van de structuur van het afvalwatertransportsysteem en de hydraulische flexibiliteit, resulteren in een aanzienlijke energiebesparing (30% en meer). Informatie-inwinning Voor de besturing van de rioolgemalen is een grote hoeveelheid informatie nodig over de belastingtoestand van de rioolstelsels, de

GEMALEN

-7

CENTRALE

i

VERWERKING

I

I

I KWANTITATIEVE BEWAKING

Cf

KWALITATIEVE

CALAMITEITEN

BEWAKING

BEHEERSING

1+ situatie in de gemalen en de rwzi. Het informatienetwerk dat al deze informatie verzamelt kan ook de functie vervullen van storingsmeldsysteem en informatiebron ten behoeve van een doelmatig beheer. Voor het besturingssysteem van WestFriesland ligt het accent op de kwantitatieve en kwalitatieve functies. Daarnaast moet het systeem als storingsmeldsysteem functioneren. Eventuele daaruit voortvloeiende acties in de zin van calamiteitenbeheersing worden met de hand gestart en automatisch uitgevoerd. Energiebesparing en informatie-inwinning zijn bijkomende voordelen van het systeem, deze functies vormen voor het project geen doe1 o p zich. Kwantitatief beheer van de waterhoeveelheden in de zin van het regelen van de aanvoer naar de nvzi in combinatie met het optimaal benutten van de beschikbare berging in de rioolstelsels en kwalitatief beheer van het oppervlaktewater in samenhang met overstortingen zijn onverbrekelijk met elkaar verbonden. Dit vereist een geintegreerde systeemwerking (afb. 6). Decentraal geregistreerde informatie over d e belastingtoestanden van gemalen en rioolstelsels wordt via telefoonlijnen overgedragen en centraal venverkt en opgeslagen. In het centrale besturingssysteem worden de kwantitatieve en kwalitatieve functies en de calamiteitenbeheersing als CCn geintegreerd pakket gerealiseerd. Centraal

PRIMAIRE FUNCTIES

t

uitgegeven commando's worden decentraal in de gemalen geeffectueerd. Het geheel of gedeeltelijk decentraal onderbrengen van de besturingsfuncties is niet mogelijk. Alleen in situaties waarin uitsluitend het accent ligt op voorgeprogrammeerde scenario's, zoals voor calamiteitenbeheersing, behoort een decentrale uitvoering tot de mogelijkheden. De structuur en de werking van dit geintegreerde systeem zullen in een volgend artikel worden belicht.

Slotbeschouwing Bij de regionale zuiveringsinstallatie te Wervershoof is een besturingssysteem in gebruik genomen dat de binnenkomende waterhoeveelheden beperkt tot de capaciteit van de nvzi. Hiermee wordt voorkomen dat de nvzi thans al hydraulisch overbelast zou worden en daarom uitgebreid moet worden met een 2e fase. Mede door de onzekerheden in de prognose mag dit uitstel een voordeel genoemd worden. Anderziids kan de 2e fase. wanneer het moment van ;itbreiding aangebroken is, met het besturingssysteem minder omvangrijk worden. Het moment van uitbreiden zal worden bepaald uit de ervaring die met het besturingssysteem wordt opgedaan. Door toename van het verhard oppervlak per i.e. wordt de verhouding rwa-dwa de laatste jaren steeds ongunstiger.

D e piekbelastingen op de rwzi worden hydraulisch gezien la&zaarn groter, zonder dat het aantal i.e.'s een overeenkomstige stijging te zien geeft. Het creeren van een grotere hydraulische capaciteit is zeer kostbaar. Door gebruik te rnaken van neerslagspreiding en van de beschikbare berging in de rioolstelsels, wordt de aanvoer naar de rwzi gereduceerd tot rninder dan de gesomrneerde verplichtingen, zonder dat dit de overstortingsfrequentie van de aangesioten stelsels nadelig bei'nvloedt. In West-Friesland-Oost verwachten wij met d e realisatie van het besturingssysteern, een goede en economisch verantwoorde oplossing gevonden te hebben. Literatuur I . Kuggelijn. C. H. De afvnl~vaterbeltartdelingin WestFrieslartd-Oost. H 2 0 (6) 1973. nr. 23.609-6 17. 2. Walter. J. en Hartong. H. Neerslag; interpretarie ten behoeve ilmt afval~vatersystemen.bijrortdere aspectetr. Stichting Postacadernische Vorming Gezondheidstechniek Cursus 'Riolering' 198 111982. 3. Bakker, K., Hartong. H. 1.G. en Walter, J. Verscl~illen in rteerslngltoogte ert de irt~~loed op de benodigde cnpaciteit van r~vzi's.H 2 0 ( 16) 1983. nr. 1. 17-21. 4, Schenkeveld. M. ( 1976). Artnlyse van de 5 nritttrtertreger~cijfers~lartDe Bilt. Intern rapport. DHV Raadgevend Ingenieursbureau BV. Arnersfoort.

Computergesteundebesturing van rioolgemalen in Westfriesland-Oost (2)

1. Meiding De behandeling van het rioolwater uit de regio Westfriesland-Oostvindt plaats op de rioolwaterzuiveringsinrichting(rwzi) Wervershoof. Het rioolwater wordt op de rwzi aangevoerd door middel van een netwerk van rioolgemalen en persleidingen. De gezamenlijke afvoercapaciteit van deze rioolgemalen is groter dan de hydraulische capaciteit van de rwzi, hetgeen noodzaakt tot besturing van de pompen in de rioolgemalen. Hienoor is een computergesteundbesturingssysteem ontwikkeld en ge'installeerd.

IR. H. J. G. HARTONG DHV Raadgevend Ingenieunbureau BV

ING.C.G.VAN DE POLL DHV Raadgevend Ingenieunbureau BV

ING. J. A. SURTNK Hoogheemraadschap van de Uihvaterende Sluizen in Kennemerland en Westfriesland

rioolgemalen tot zeer hoge kosten zou hebben geleid. Om deze redenen is een aantal rioolgemalen buiten het besturingssysteem gelaten. Dit betreft de kleinere, meest bovenstrooms gelegen rioolgemalen die relatief weinig bijdragen tot het neerslagspreidingseffect.Het buiten de besturing laten van bepaalde rioolgemalen doet in zekere mate afbreuk aan de ideale besturingsprincipeszoals in [2] is uiteengezet. Afwijkingenten opzichte van de ideale situatie zijn binnen bepaalde grenzen acceptabel te achten. Hierbij is als uitgangspunt gehanteerd dat de gezamenlijke capaciteit van de buiten de besturing gehouden gemalen niet meer mag bedragen dancirca 15% van de capaciteitvan het benedenstrooms gelegen rioolgemaal. De hierdoor te verwachten verhoging van de theoretische overstortingsfrequentie,die onder ongunstige omstandigheden beperkt blijft tot eenmaal per jaar, wordt door de positieve effecten van het besturingssysteem gecompenseerd. 2.2. Principe van de besturing In [2] is ingegaan op de functies die aan het computergesteund besturingssysteem in . Westfriesland-Oost zijn toegekend. De meest relevante functie is het beperken A@. I - Schematisch overzicht van het riootwatersysteem.

De besturing is zodanig dat de in de regio optredende spreidingin neerslaghoeveelheden zo optimaal mogelijk wordt benut. Over de aan het besturingssysteemten grondslag liggende principes is reeds eerder in dit tijdschrift gepubliceerd ([I]). In het onderhavige artikel wordt ingegaan op de werking en realisatie van het besturingssysteem. 2. Systeemontwerp 2.1. De in het besturingssysteem opgenomen rioolgemalen Het rioolwatersysteemin de regio WestFriesland-Oost wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van diverse 'takken' aaneengesloten onderbemalingen,zie afb. 1.Bij een besturing van de afvoer naar de rwzi dient zorg te worden gedragen voor een juiste afstemming van de afvoer via de verschillende rioolgemalen. Voorkomen dient te worden dat tijdens het afvoeren van regenwater bepaalde bemalingsgebieden onevenredig zwaar worden belast ten gunste van andere (bovenstrooms) gelegen bemalingsgebieden. Het voorgaande impliceert dat in principe alle rioolgemalen van gemengde stelselsin aanmerking komen voor opname in het besturingssysteem.Het aantal rioolgemalen in het in beschouwing genomen gebied is echter zo groot dat opname van alle

P

primait rioolgemaal

S

recundair rioalgemaal

T

tertiair rioalgemaal

73

van de gelijktijdig door de gemalen naar de rwzi afgevoerde waterhoeveelheden, daarbij gebruikmakend van spreiding in neerslaghoeveelheden. De besturing komt erop neer dat op geregelde tijdstippen de meest optimale bedrijfstoestandvan de te onderscheiden rioolgemalen door een centraal computersysteem wordt berekend, welke bedrijfstoestanden venolgens binnen bepaalde randvoorwaarden worden ingesteld. Hierbij wordt gebmik gemaakt van actuele gegevens omtrent de belastingtoestand van het rioolwatersysteem. Deze gegevensworden via telecommunicatie overgebracht naar de centrale computer. Het afleiden van de meest optimale bedrijfstoestand vindt plaats in een aantal stappen. Hierbij speelt de configuratie van het rioolwatersysteem een belangrijke rol. De afvoer van een bepaalde groep gemalen dient namelijk te worden afgestemd op de ingestelde of in te stellen afvoer van het benedenstrooms gelegen rioolgemaal. Voor een aantal gemalen wordt de maximaal toelaatbare afvoer gedicteerd door de hydraulische capaciteit van de rwzi. Dit besturingsprincipe leidt tot de volgende indeling van de rioolgemalen (zie ook afb. I). - Primaire rioolgemalen Deze gemalen voeren direct af naar de rwzi.

De gezamenlijke afvoer van deze gemalen dient te worden afgestemd op de hydraulische capaciteit van de rwzi. - Secundaire rioolgemalen Deze gemalen voeren af naar een primair rioolgemaal. Per groep secundaire gemalen dient de gezamenlijke afvoer te worden afgestemd op de afvoer via het primaire rioolgemaal.

Het besturingssysteem houdt rekening met bovengenoemde aspecten. Er zijn voorzieningen getroffen voor het geval spanningsuitvalop de rwzi optreedt of sprake is van capaciteitsverrnindering als gevolg van onderhoudswerkzaamheden aan de rwzi. Tevens is in het systeem een aantal noodstopprocedures ingebouwd en worden bii storingen calamiteitenscenario's

- Tertiaire rioolgemalen

De tertiaire gemalen voeren af naar een secundair of primair rioolgemaal. De in deze rioolgemalen in te stellen bedrijfstoestand is gelijk aan de bedrijfstoestand van het benedenstrooms liggende rioolgemaal. In plaats van tertiaire gemalen wordt we1 gesproken van volggemalen. In enkele bijzondere gevallen, bijvoorbeeld bij dreigende inwerkingtredenvan overstorten, wordt van dit volgprincipe afgeweken. De in te stellen bedrijfstoestand in de primaire en secundaire gemalen wordt afgeleid op basis van een prioriteitsafweging. Hierbij spelen onder meer de volgende aspecten een rol: 1. de relatieve waterhoogtein de kelder van het rioolgemaal als indicatie voor de mate waarin de aanwezige rioolbergingis benut; 2. de mate waarin overstortingen van het betreffende rioolstelsel in relatie tot andere lokaties ontoelaatbaar worden geacht; 3. de ingestelde bedrijfstoestanden in de voorliggende periode. Het laatstgenoemde heeft als doel om te bewaken dat geen onevenrediglange verblijftijden van het rioolwater in een bepaald rioolstelseloptreden. Bij de prioriteitsafwegingwordt niet alleen het direct op een gemaal aangesloten rioolstelsel in beschouwing genomen, doch alle bovenstrooms gelegen rioolstelsels voor zover deze in de besturing zijn opgenomen. De prioriteitsafweging leidt tot bedrijfstoestanden die voor de heersende belastingtoestand als optimaal worden geacht. Hierbij is de maximaal beschikbare afvoer van het hogere niveau rioolgemaal (of naar de rwzi) zo optimaal mogelijk benut. Opgemerkt wordt dat ten aanzien van dit aspect beperkingen aanwezig kunnen zijn in de vorm van capaciteit van de in de rioolgemalen ge'installeerde pompen. Een als optimaal afgeleide bedrijfstoestand kan niet altijd (direct) worden geeffectueerd. Hierbij spelen onder meer de volgende aspecten een rol: - storing in de gemalen; - maximaal toelaatbare schakelfrequenties; - minimale bedrijfstijden, minimale wachttijden; - gemalen op handsturing (bijvoorbeeldbij onderhoud of inspectie).

2.3. Besturingssituaties Ten aanzien van het besturingssysteem is onderscheid te maken in een tweetal bedrijfssituaties. Tijdens droogweersituaties vindt alleen regeliig plaats van de direct naar de rwzi afvoerende primaire rioolgemalen. De regeling beperkt zich hoofdzakelijk tot het beoordelen van de aangevoerde hoeveelheden naar de rwzi. De bedrijfstoestand.van de overige gemalen wordt in deze situatie lokaal geregeld door de kelderwaterstand en ingestelde inslag- en uitslagpeilen. In neerslagperioden waarbij de aanvoer van water naar de rwzi groter dreigt te worden dan de capaciteit van rwzi wordt overgegaan tot de feitelijke besturing van de in het systeem opgenomen gemalen. Besturing vindt ook plaats tijdens buitengewone bedrijfsomstandigheden,bijvoorbeeld een door onderhoudswerkzaamheden verminderde capaciteit van de rwzi. De besturing tijdens deze situaties vindt plaats overeenkomstig de eerder genoemde prioriteitsafwegingwaarbij de hydraulische rwzi-capaciteit zo optirnaal mogelijk wordt benut.

Het gehele besturingssysteem is geent op het principe van paraat en niet-paraat schakelen van pompen in de gemalen zonder direct ingrijpen in de regelkringen van de pompen. Het feitelijke aan- of uitschakelen van pompen gebeurt door de elektrotechnische installatie in het gemaal, op basisvan het al of niet bereikt hebben van inslag- of uitslagpeilen. In geval van storingen in het computer- of telecommunicatiesysteem,valt het gemaal terug op een in de elektrotechnische installatie vastgelegde, afvoertechnisch veilige paraat resp. niet-paraatschakeling varid6 te onderscheiden pompen (watchdog-functie). 3. Systeemrealisatie 3.1. Algemeen De plaats die een gemaal in de besturing inneemt en de wijze van telecommunicatie hangen nauw samen. Bij primaire en secundaire rioolgemalen is sprake van complexe prioriteitsafwegingen, hetgeen noodzaakt tot het centraal beschikbaar hebben van gedetailleerde informatie, waaronder analoge meetwaarden en een relatief groot aantal meldingen. Voorts dienen hoge eisen te worden gesteld aan snelheid, kwaliteit en betrouwbaarheidvan de gegevensoverdracht.Als communicatiemiddel tussen de primaire en secundaire gemalen enerzijds en de centrale computereenheid anderzijds, is de keuze bepaald op vaste PTT-lijnverbindingen. Bij de tertiaire gemalen worden minder hoge eisen gesteld aan de gegevensoverdrachten is de noodzakelijke gegevensoverdracht minder omvangrijk (C 8 digitale waarden). Voor deze gemalen is de keuze in principe

TABEL I - Overricht woe liitlverbindinaetl. Nummer

Naam

Type gemaal

Lutjebroek Enkhuizen-Noord Enkhuizen-Noord Enkhuizen-Zuid Stede-Broec-Noord

primair secundair tertiair tertiair secundair tertiair secundair tertiair tertiair tertiair tertiair tertiair tertiair primair primair tertiair primair primair secundair secundair secundair tertiair secundair tertiair tertiair tertiair tertiair

Stede-Broec-Zuid Venbuizen Torenweg Hem Oosterleek Burg. Zijpweg Raadhuislaan Past. Gielenstraat Hoogkarspel Wervenhoof Onderdijk Medemblik Hoom Grote Waal Oosterpoort Krijtenlaan Koewijzend NibbixwoudlWognum Wognum Nibbixwoud Sijbekarspel Abbekerk

Type verbinding vast vast via S270 kies vast kies vast kies kies kies kies kies kies vast vast kies vast vast vast vast vast kies vast vast vast kies kies

Opmerkingen doorpersgemaal toekomstig gemaal toekomstig gemaal

toekomstig gemaal

meting bepalend voor S6 10 meting bepalend voor S6 10 toekomstig gemaal toekomstig gemaal

bepaald op minder kostbare PTT-kiesverbindingen. De signaleringen commanderingvindt plaats op het niveau van vooraf gedefinieerde bedrijfstoestanden. Per gemaal wordt onderscheid gemaakt tussen een drietal bedrijfstoestanden, te weten: DWA, DWA-2 en RWA (zie tabel 11). TABEL Il - Relatie bedrijfstoestand -feitelijke ~omorenime. *

Bedrijfstoestand

Pompregime

DWA DWA-2 RWA

I pomp in laag toerental I pomp in hoog toerental 2 pompen in hoog toerental

* gemaal met 2 pompen met elk hoog en laag toerental.

De vertaling van een bedrijfstoestand naar het paraat resp. niet-paraat schakelen van de aanwezige pompen vindt plaats in de elektrotechnische installatie van de rioolgemalen. Eenzelfde vertaling vindt plaats binnen het centrale computersysteem.

De Geadat 8 1-8 onderstations beschikken over een geheugen waarin meetwaarden en meldingen worden opgeslagen. Op initiatief van de centrale computer vraagt de Geadat Afb. 2 - Oilerzicht hardivarecor~figiiratie.

3.2.2. Telecommunicatiesysteem Het telecommunicatiesysteem draagt zorg voor de wederzijdse gegevensoverdracht tussen de centrale computer en de elektrotechnische installatie in de gemalen. Het telecommunicatiesysteem bestaat uit een netwerk met vaste F"rT-lijnverbindingen en een netwerk met PTT-kiesverbindingen (zie afb. 2). Het netwerk met vaste

tertiaire gemalen

primaire en recundatregemalen

3.2. Hardware-aspecten Ten aanzien van de voor het besturingssysteem benodigde hardware kan onderscheid worden gemaakt tussen: a. de elektrotechnische installatie in de gemalen; b. het telecommunicatiesysteem; c. het centrale computersysteem met randapparatuur. In afb. 2 is een overzicht gegeven van de hardwarefiguratie. 3.2.1. Elektrotechnische installatie in de gemalen De elektrotechnische installatie van de rioolgemalen dient afgestemd te zijn op het te installeren besturingssysteem. Relaisomschakelingen, meetwaardeveranderingen etc. dienen via het telecommunicatiesysteem te worden overgebracht naar de centrale computereenheid. Anderzijds moeten de commando's van de centrale computereenheid via het telecommunicatiesysteem worden overgebracht naar de elektrotechnische installatie van de rioolgemalen. Bij de nog te bouwen rioolgemalen is met deze aspecten bij het ontwerp reeds rekening gehouden. Voor het merendeel was echter sprake van reeds bestaande gemalen. Aanpassing van de elektrotechnische installatie bleek in alle gevallen noodzakelijk.

8 1-8 centrale met een cyclustijdvan 10 - 20 s deze onderstations af. De gegevensoverdracht is beperkt tot toestandsvariabelen die ten opzichte van de vorige cyclus zijn veranderd. Deze cyclus kan worden onderbroken voor bevelsuitgiften. De bevelsuitgifte is alankelijk van de beslissingen van de besturingsoprogramrna's. Een kiesverbinding wordt alleen tot stand gebracht wanneer dit vanuit de besturingsfuncties noodzakeliik is. Het initiatief kan daarbij uitgaan van het Geatrans 23 onderstation in het rioolgemaal danwel vanuit de GT 23 centrale op bevel van het centrale computersysteem. De Geadat 8 1-8 centrale en de GT 23 centrale zijn gei'nstalleerd in het bedieningsgebouw van de rwzi Wemershoof. De onderstations van het type Geadat 8 1-8

lijnverbindingen is opgebouwd met behulp van: - 14 Geadat 8 1-8 onderstations; - modem met lijnaankoppeling; - 3 vaste PTT-lijnen; - Geadat 8 1-8 centrale (USSI). Voor de kiesverbindingen is de volgende apparatuur toegepast: - 12 Geatrans 23 onderstations; - 2 lijnkiezers; - GT 23 centrale. Een overzicht van het telecommunicatienetwerk kan worden ontleend aan tabel I en afb. 1.

5] GD818

P anderrtatton

anderrtatlon

-

varte l~lnverbtnd~ng

\\

modem

-

/

/

hsverblndlng

A /:

It~nk~ezerr G T 23 centrale

GDBl8

centrale

----

USSI

CVE

ll

I

rnachtnjrten

asynchrone term~nalcontroller

fl

aproep

I

T buffer accu

controller

modfomp EOmPUter

\

netspannlng

printer

fit dtsc controller

2 x 10 Mb ( backup )

2 x lOMb

consale controller

termlnal console

beeldrcherm termanal

en Geatrans zijn ingebouwd in de rioolgemalen. In beide communicatiewerken wordt de informatie-overdrachtgecontroleerdop eventuele fouten en zonodii herhaald. De berichtgeving uit de rioolgemalen wordt naast het ~entralemputersysteem ingevoerdin een machinistenoproepsysteem. Storingen in de rioolgemalen of in het communicatienetwerk worden derhalve doorgegeven, ongeacht de toestand van het centrale computersysteem. 3.2.3. Centrale computersysteem met randapparatuur De kern van het bestu~gssysteem wordt gevormd door een Modcomp 7840 procescomputer met 5 12 KByte werkgeheugen en 2x 20 hwyte discgeheugen (zie afb. 2). Via controllerszijn op de computer aangesloten: - de beide centralesvan het telecommunicatiesysteem; - een kleurenbeeldscherm voor de presentatie van schema's en procesgegevens; - een tweetal printers voor het vervaardigen van overzichten vanmeldingen, statistische gegevens, etc.; - een schrijfmachine- en een beeldschermterminal voor ctialoog met het computersysteem en voor onderhoud aan de programmatuur. Het centrale computersysteemmet randapparatuur is opgesteld in het bedieningsgebouwvan de rwzi Wervershoof (zie foto 1,2,3 en 4). 3.3. De besturingssoFh,are Het besturingssysteem is uitgevoerd als realtime-system. Kenmerkend voor een dergelijksysteemisdat de processendoor het computersysteem op de voet worden gevolgd, waarbij het tijdsverschil tussen veranderingen in bijvoorbeeld toestands-

Foto 1 - Opstelling bedienings- en presentafie-appaialuur. F ~ t 2o - Modcomp proceswmputer.

= Foto 4 - Overzicht bedn'ifitomranden via beddscherm.

variabelen en de verwerkinghiewan door het computersysteem zeer klein is. Dit stelt hoge eisen aan de programmatuur. Een bijzondere plaats wordt ingenomen door de data-acquisitie-programmatuur die via de centrales de dialoog met de onderstations verzorgt (zie afb. 3). Bij wijziging van toestandsvariabelen, meetwaarden, etc., wordt dit doorgegeven aan informatieverwerkingsprogrammatuur, die zorgdraagt voor vertaling en opslag van de informatie in het datamodel.

programmatuur wordt via een vooraf ingestelde cyclus geactiveerd. Voorts is de nodige programmatuur geinstalleerd die de gebruiker in staat stelt een gebruikersvriendelijkedialoog te voeren met het besturingssysteem, zoals het opvangen van bedrijfsgegevens en het invoeren van wijzigingen ten aanzien van het te besturen systeem.

implementatie van de besturingsprogramma's verleende het Hoogheemraadschapopdracht aan DHV ~ a a d ~ e v i Ingenieursbureau nd BV. Tevens verzorgde DHV de directie en het toezicht op de uitvoering. Aan AEG Telefunken Nederland NV werd opdracht verleend voor de leveringen installatie van de hardware en de programmatuur ten behoeve van de data-acquisitie, -verwerking en -presentatie. De aanpassing van de elektrotechnische installatie in de gemalen werd opgedragen aan ETB van der Veer BV. Een bijzonder aspect vormde het testen van hardware en software. Hierbij is gebruik gemaakt van een speciaal voor dit doe1 ontwikkelde sirnulatie-eenheid waarmee het gedrag van een vijftal gemalen kon worden gesimuleerd.

3.4. Bijzondere voorzieningen Gelet op de betekenis van het besturingssysteem is een aantalvoorzieningengetroffen Kenmerk van het datamodel is dat dit altijd ten behoeve van de bedrijfszekerheid zoals: de meest actuele informatie bevat. Voor - een noodstroomvoorziening voor het zover dit van belang is wordt de recent centrale computersysteem; binnengekomen informatie direct gepresen- - overspan~ngsbeveiligingvan het teerd (bijvoorbeeld storingsmeldingen)enlof computersysteem en de onderstations; opgeslagen op het schijfgeheugen. - airconditioning in de ruimte waar de Naast bovengenoemde software zijn de 5. Nabeschouwing computer staat opgesteld; besturingsprogramma's die zorgdragen voor - dubbel uitgev&rde schijveneenheid; Het besturingssysteem Wewershoof is in juli de eigenlijke besturing te onderscheiden. - watch-dog-relais in de onderstations, 1983 in bedrijf gesteld en is sedertdien Deze besturingsporogramma's maken waardoor bij uitval van de communicatie vrijwel ononderbroken operationeel. gebruik van de informatie die is opgeslagen in tussen gemaal en centrale computer (om wat Het systeem beantwoordt naar volle het datamodel. De besturingsprogramma's voor reden dan ook) het gemaal terugvalt in tevredenheid aan de gestelde venvachtingen. kunnen worden onderscheiden in een afvoertechnischveilige paraat- resp. niet- De controle van het sjsteem wordt verzorgd programmatuur voor besturing in droogparaatschakeling van de pompen in de door het personeel van de rwzi Wewershoof. weersituaties, meer uitgebreide programrna- rioolgemalen. Daarnaast is door het Hoogheemraadschap tuur voor besturing bij regenwaterafvoer en een functionaris belast met het beheer en een tijdbewakingssysteem.De besturings4. U i t v o e ~ van g het project onderhoud van het systeem. programmatuur geeft de resultaten van de Voor aan de uitvoering van het project Het besturingssysteem Wervershoof wordt diverse berekeningen en prioriteitsvoorafgaande studies en voor het opstellen gekenmerkt door een geihtegreerde afwegingen door naar de programmatuur die van het functioneel ontwerp en de systeemtoepassing van kennis op het gebied van zorgdraagt voor bevelsuitgifte. De besturings- specificaties, alsmede voor ontwikkelingen riolering, stedelijke hydrologie, elektrotechniek, automatisering en informatieAfb. 3 - Opboutv van de programmatici~r. verwerking. Deze bundeling en integratie van kennis heeft geleid tot een veelbelovende, ONOERSTATIONS economisch verantwoorde, toepassing van moderne technische hulpmiddelen in een tot nu toe conventionele omgeving. Een goede samenwerking tussen medewerkers van opdrachtgever,ingenieursI BEVELS bureau en systeemleverancier is daarbij van DATA AOUlSlTlE UlTGlFTE essentiele betekenis gebleken.

/

/

I

I

I DATA MODEL ACTUELE INFORMATIE PER ONDERSTATION

INFORMATIE V E R I E R I I N G

H 1 PRESENTATIE GEGEvENs

Literatuur 1. Bakker, K., Hartong, H. en Walter, J. (1983). Verschillen in neerslaghoogteen de invloed op de benodigde capaciteit van wzi's. H,O (16). 1983, N. I, blz. 17-2 1. 2. Bakker, K., Hartong, H. en Bentschap Knook, L. ( 1984). Comptctergesfetcnde&estt~ring van rioolgemalen in Westfriesland-Oost( I ) . H,0 ( 17), 1984, nr. 10, blz. 204-2 17 en 2 18.

1

1

PERMANENTE GEGEVENS OPSLAG

/ I

BESTURINGSPROGRAMMA'S

Inhoud

De nota: 'De waterhuishoudingvan Nederland' en het voor deze nota verrichte onderzoek ir. T. A. Sprong, ir. J. W. Pulles, ir. W. Silva en ing. R. R. Jansen 5 Waterkwaliteitsplamenen IMP,koersbepalend of papieren tijgers? -M. A. de Ruiter 2 1 De toepassing van waterkwaliteitsmodellenvoor het beleid en beheer van het Grevelingenmeer -1r. J. P. G.van de Kamer en ing. J. H. M. van der Meulen 26 Toepassingsmogelijkheden voor waterkwaliteitsmodellen - ir. B. G. M. van de Wetering 33 Modelling for Water Supply Planning -Uri Shamir 39 Het sirnulatiemodel DRISIM, hulpmiddel bij planvorming- ir. P. J. de Bruijn 44 Kostenaspecten in planningsmode~envoor de drinkwatervoorziening-ir. P. K. Koster 49 Evaluatie van drinkwaterkwaliteitten behoeve van planning - F. J. J. Brinkrnann en A. H. M. Bresser 53 Systematiseringen modelgebruik bij het tweede tienjarenplan van de VEWIN ir. J. H. Kop 57 Computergesteunde besturing van rioolgemalen in West-Friesland-Oost (1)-ir. K. Bakker, ir. H. J. G. Hartong en ing. L. A. Bentschap Knook 68 Computergesteunde besturing van rioolgemalen in West-Friesland-Oost (2)ir. H. J. G. Hartong, ing. C. G. van de Poll en ing. J. A. Surink 73

in de waterhuishouding'

Recommend Documents