Modelinstrumentarium koelwater

Inleiding

Beperking van koelwaterlozingen vormt, mede door de recente warme zomers en de verwachte klimaatverandering, een actueel probleem. Waterbeheerders staan gesteld voor vragen omtrent koelwaterlozingen, verspreiding, milieueffecten, beoordeling van vergunningen, verdeling van warmtelozingen tussen bedrijven etc. In 2004 is onder de vlag van NBW een nieuw beoordelingssystematiek voor warmtelozingen opgesteld hetgeen nu wordt geïmplementeerd. In deze nieuwe systematiek staat het onvangende water centraal. Met behulp van modellen wordt inzicht verschaft in de werking van het watersysteem en de effecten van warmtelozingen hierop. Voor gedetailleerde beschouwingen van de effecten van warmtelozingen worden driedimensionale modellen gebruikt. Om een landelijk of regionaal beeld te krijgen zijn dergelijke detailmodellen echter niet bruikbaar. Daarom is in 2003 begonnen met de ontwikkeling van een relatief eenvoudig maar landelijk ééndimensionaal modelinstrumentarium waarmee de temperatuur van de Rijkswateren kan worden berekend onder invloed van meteorologie en koelwaterlozingen.

Doelstelling

Het modelinstrumentarium bestaat uit een landelijk SOBEK model, inclusief de DELWAQ (waterkwaliteit) module. Met dit instrumentarium kan naast de waterbeweging ook de watertemperatuur eendimensionaal in ruimte en tijd worden berekend. Het modelinstrumentarium moet ondersteuning bieden bij de beantwoording van vragen op een drietal terreinen.

1. Ondersteuning bij beleids- en onderzoeksvragen:
   • Langjarige trends in relatie tot klimaatverandering.
   • Bepalen van optimale verdeling van koelwatergebruik. Waar kan ik het beste als eerste korten in periode van droogte. Waar kan de capaciteit het beste worden uitgebreid.
   • Wat is het effect van bovenstroomse lozingen. In beeld brengen van onderlinge beïnvloeding.
2. Ondersteuning bij waterbeheer
   • Vroegtijdig waarschuwen bij op handen zijnde problemen.
   • Bepalen van optimale verdeling van koelwatergebruik. Waar kan ik het beste als eerste korten in periode van droogte. Waar kan de capaciteit het beste worden uitgebreid. In dit geval op korte termijn om normoverschrijding te voorkomen.
   • Inschatten van de effectiviteit van mogelijke maatregelen
3. Vergunningverlening/handhaving
   • Eendimensionale randvoorwaarden van door lozers uit te voeren lokale berekeningen t.b.v. de beoordeling van vergunningen.

Het model

Basis van het model is een landelijk hydrodynamisch SOBEK model. Het landelijke model is een samenvoeging van verschillende (al bestaande) SOBEK deelmodellen en omvat Maas, Rijntakken (Waal, Nederrijn, Lek en IJssel), het Noordelijke Deltagebied, Amsterdam-Rijnkanaal en Noordzeekanaal, Markermeer, IJsselmeer, Randmeren en Vecht (zie figuur).

In 2003 is gestart met de ontwikkeling van de temperatuurmodule. Deze module is getest voor de Maas. Door de goede resultaten is het model verder uitgebreid zodat in 2006 het landelijke model kon worden geverifieerd.

De temperatuur van het oppervlaktewater wordt berekend met behulp van twee modules;

• een proces waarin de natuurlijke temperatuur wordt berekend met een warmtebalans op basis van de meteorologie en desgewenst lozingen.
• een tweede proces berekend de afkoeling van het water dat ten opzichte van de achtergrondtemperatuur is verhoogd, meestal specifiek als gevolg van warmtelozingen.
  In principe kan de complete warmtebalans met het eerste proces worden berekend. Voor een praktische presentatie is er echter voor gekozen om de verhoging van de watertemperatuur als gevolg van lozingen en de daarop volgende afkoeling te bepalen met het tweede proces. Op deze manier kan onderscheid gemaakt worden tussen bijdragen van meteorologie en lozingen. In (SOBEK landelijk temperatuurmodel, 2004) is een complete beschrijving van de theorie gegeven.

De gegevens die specifiek voor de temperatuurmodellering moeten worden verzameld zijn te onderscheiden in drie groepen; meteorologie, koelwaterlozingen en randvoorwaarden:

• De meteorologische variabelen zijn globale instraling, windsnelheid, luchttemperatuur, luchtvochtigheid, zonneschijnduur en luchtdruk.
• De koelwaterlozingen worden in het model opgelegd als warmtevracht (met als eenheid MW (Mega Watt)) waarin het debiet, de inname- en lozingstemperatuur zijn verdisconteerd. In het landelijke model zijn 70 belangrijke industriële lozingen opgenomen.
• De temperatuur aan de randen van het model moeten beschikbaar zijn of geschat worden, evenals de temperatuur van laterale lozingen.

Informatie

Het modelinstrumentarium is nog niet uitontwikkeld. Gedacht wordt aan een koppeling met NHI (Nationaal Hydrologisch Instrumentarium) en op langere termijn een koppeling met driedimensionale modellen. Dit zijn bestaande lokale modellen rond centrales of getij-beïnvloede systemen. Ondanks deze ontwikkelingen is het huidige model operationeel en de schematisatie kan aan geïnteresseerden worden geleverd. Voor de SOBEK rekenkern is echter een licentie nodig.