Betrouwbaarheidsanalyse van stofbalansen Hella PomariusWaterschap Rivierenland Beleidsafdeling Water...

Betrouwbaarheidsanalyse van stofbalansen

Hella Pomarius Waterschap Rivierenland Beleidsafdeling WaterTeam Wateradvies

Carlijn Bak Deltares

2 februari 2010

Betrouwbaarheidsanalyse van stofbalansen

Toekomstig project

Plan van aanpak (concept)

Nog niet statistisch verantwoord

Graag ideeën en mogelijkheden

Inhoud presentatie

Waarom stofbalansen en betrouwbaarheid

Definities

Plan van aanpak

Voorbeelden

Vervolg

Bronnenanalyse stofbalansen

Stroomgebiedbeheerplannen gebaseerd op bronnenanalyse (ER-2000)

Kloppen de emissies wel ? Goede maatregelen gekozen? Klopt de effectiviteit van

de maatregelen wel?

Stofbalansen opstellen

Bronnen Fosfor (%); Alm & Biesbosch zomer

Effluent RWZI

Huishoudelijk afvalwater

Overstorten

Regenwaterriolen

Industrie

Glastuinbouw

Meemesten

Uit- en afspoeling

Waterinlaat

Kwel

Atmosferische depositie

Waarom stofbalansen ?

Controle: IN = UIT + retentie/processen

Inzicht in processen en retentie

Inzicht in kwaliteit van de emissiedata Meetgegevens (waterschap, RIVM) Emissieregistratie Literatuur Schattingen

Stofbalans oppervlaktewater

Voorbeeld stofbalans stikstof

Stikstof

-500.000

-400.000

-300.000

-200.000

-100.000

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

jaar zomer winterkg/j

N

Sluitpost

Q Infiltratie

Q onttrekking industrie

Q onttrekking landbouw

Q wegz water

Q uitlaat

Verkeer (schepen)

Landbouw en natuur

Huish. lozing

Overstorten

Industr. lozing

RWZI

Q kwel water

Q inlaat

P water

Totaal IN 389.733 kg/jTotaal UIT 238.825 kg/j

Sluitpost/retentie -148.768 kg/j38,2%

Voorbeeld stofbalans fosfaat

Fosfaat

-25.000

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

jaar zomer winterkg/j

P

Sluitpost

Q Infiltratie



Q wegz water

Q uitlaat

Verkeer (schepen)

Landbouw en natuur

Huish. lozing

Overstorten

Industr. lozing

RWZI

Q kwel water

Q inlaat

P water

Totaal IN 20.130 kg/jTotaal UIT 12.438 kg/j

Sluitpost/retentie 7.679 kg/j38%

Voorbeeld stofbalans koper

Koper

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

jaar zomer winterkg

/j P

Sluitpost

Q Infiltratie



Q wegz water

Q uitlaat

vuurwerk

Verkeer (overig)

Verkeer (schepen)

Bouwmateriaal

Landbouw en natuur

Huish. lozing

Overstorten

Industr. lozing

RWZI

Q kwel water

Q inlaat

P water

Totaal IN 150 kg/jTotaal UIT 191 kg/j

Sluitpost/retentie -42 kg/j

~ - 20%

Waarom betrouwbaarheidsanalyse ?

Onzekerheden in stofbalansen onzekerheid in emissiebeperkende maatregelen onzekerheid in effectiviteit van maatregelen

(SGBP)

Betere inschatting doelrealisatie (chemie, ecologie) Onzekerheden van waterkwaliteitsmodellen Optimale meetfrequentie van stoffen (in- en uitlaten) Aanknopingspunten voor verbeterpunten ER

Waarom betrouwbaarheidsanalyse ?

Gevoel versus statistische aanpak

Meerwaarde van statistische aanpak Gevoel is persoonlijk Reproduceerbaarheid Hard maken van gevoel Betere kwaliteit informatie (nader onderzoek, meten,

ontbrekende informatie)

Betrouwbaarheidsanalyse

Plan van aanpak (concept)

Samenwerking met: Deltares (onzekerheid in ER data) STOWA (thema: omgaan met onzekerheden) Andere waterschappen

2 waterschappen actief mee doen aantal waterschappen geinteresseerd

Wageningen Universiteit

Doel van het project

Ontwikkelen van een geschikte methode voor bepalen betrouwbaarheid van stofbalansen

Bepalen wanneer een stofbalans voldoende betrouwbaar is

Inzicht in: Relatieve en absolute onzekerheid van werkelijke vracht Welke posten de grootste onzekerheid vertonen. Naar welke posten meer onderzoek moet plaatsvinden

2 of 3 stoffen, 2 of 3 gebieden

Definities

OnzekerheidsanalyseOnderzoek waarbij de onzekerheid in de waarden van modeluitvoer of een meting gekwantificeerd worden.

BetrouwbaarheidOnzekerheid met waarschijnlijkheidsberekening (bijvoorbeeld 68%, 95% of 99%)

Definities

variantie gemiddelde kwadratische afwijking van het gemiddelde; mate waarin de waarden onderling verschillen, van het gemiddelde

afwijken standaardafwijking, wortel uit de variantie, waarbij door 1 vrijheidsgraad

minder wordt gedeeld

standaardfout standaardafwijking van het steekproefgemiddelde, te berekenen uit de

standaardafwijking van de steekproef gedeeld door de wortel uit de omvang van de steekproef .

absolute onzekerheid in ± kg/j

variatie coëfficiënt quotiënt van standaardafwijking en gemiddelde relatieve onzekerheid in ± %

2

1

1( )

1

N

ii

sda X XN

Definities

betrouwbaarheidsinterval geeft de range aan waarbinnen de werkelijke waarde ligt met waarschijnlijkheid, meestal 95% dus range voor gemiddelde vracht is van

vracht – 2 * standaardfout tot vracht + 2 * standaardfout

vracht = 100 kg; standaardfout = 10 kg; betrouwbaarheidsinterval (met waarschijnlijkheid van 95%)

= van 100-20 kg tot 100+20 kg

Plan van aanpak

Stap 1: Uitwerken statistische methode

Stap 2: Welke betrouwbaarheid is voldoende ?

Stap 3: Bepalen betrouwbaarheid waterbalans• Stochastisch schatten van balansposten in

waterbalansen onderwerp promotie Joost Heijkers, HDSR

• Eerste resultaten en methoden gebruiken• Geen dubbel werk

Plan van aanpak

Stap 4: relatieve onzekerheid in %= variatie coëfficiënt

koperbalans Quarles van Ufford

IN UITneerslag 7 ± 50%inlaat 38 ± 30% uitlaat -175 ± 30%kwel 1 ± 80% wegzijging -1 ± 50%RWZI 7 ± 10% onttrekking landbouw 0industr. lozing 2 ± 50% infiltratie -15 ± 50%overstorten 14 ± 40%huish. lozing 3 ± 100%landbouw en natuur 76 ± 50%verkeer (overig) 3 ± 200%vuurwerk 6 ± 100%

Plan van aanpak

Stap 4: absolute onzekerheid = standaardafwijking

betrouwbaarheidsinterval

koperbalans Quarles van UffordINneerslag 3,6 - 11 kg UITinlaat 26 - 49 kgkwel 0,1 - 1,8 kg uitlaat 123 - 228 kgRWZI 6,2 - 7,6 kg wegzijging 0,5 - 1,5 kgindustr. lozing 1 - 3 kg infiltratie 7,5 - 22,5 kgoverstorten 8 - 19 kghuish. lozing 0 - 5,4 kglandbouw en natuur 38 - 114 kgverkeer (overig) 0 - 9 kgvuurwerk 0 - 12 kg

Plan van aanpak

Stap 4: Vaststellen van elke vrachtpost:

Variatie coëfficiënt (= relatieve onzekerheid in %) Standaardafwijking/-fout (= absolute onzekerheid in kg) Betrouwbaarheidsinterval (= bandbreedte werkelijke vracht) Statistische verdeling binnen de bandbreedte

Hoe doe je dat? Verschillende typen emissiedata in stofbalans

Emissiedata: metingen

inlaat, uitlaat, RWZI

Onzekerheid: debiet (gemeten, model) methode Joost Heijkers concentratiemeting (frequentie, verdeling) vrachtberekeningsmethode (interpoleren, blokmethode) meetfouten

debiet x

concentratie

vracht


Concentraties en vrachten

Precisie maat voor toevallige fout of relatieve fout door steekproeven van concentratiemetingen en meetfrequentie

Nauwkeurigheid maat voor systematische fout veroorzaakt door vrachtberekeningsmethode

(interpolatiemethode, intervalmethode, ect.)


jaarvracht

nauwkeurigheid = berekeningsmethode

werkelijke vracht

berekende vracht

precisie =

meetfrequentie steekproeven


kwel, neerslag

Onzekerheid: debiet = modelberekening, neerslagstations concentratie in de ruimte meetfouten

debiet x

concentratie

vracht

Emissieregistratie

emissieverklarende eenheid x

emissiebepaldende factor

vracht

Onzekerheid:•Emissieverklarende variabele•Emissiebepalende factor•Emissieroute naar water•Regionalisatie

Emissie (water) = EVV *EF* f(water)

Emissieregistratie

Betrouwbaarheidsclassificatie

klasse omschrijving

Agebaseerd op groot aantal metingen, representatieve locaties

Bgebaseerd op een aantal metingen, deels resprsentatieve locaties

Cbeperkt aantal metingen, aangevuld met schattingen van proces

Dgering aantal metingen schattingen op basis van aannames

Etechnische berekeening op basis van aannames

Emissieregistratie

Relatieve onzekerheid

klasse omschrijving afwijking

Agebaseerd op groot aantal metingen, representatieve locaties 10-30%

Bgebaseerd op een aantal metingen, deels resprsentatieve locaties 20-60%

Cbeperkt aantal metingen, aangevuld met schattingen van proces 50-150%

Dgering aantal metingen schattingen op basis van aannames 100-300%

Etechnische berekeening op basis van aannames > ???

Afwijking: 2x relatieve standaardfout ofwel 95% betrouwbaarheidsinterval

Emissieregistratie

Voorbeeld: vuurwerk emissie = 4 kg/j

EVV = D = 200%EF = C = 100%f water = D = 200%

√ (200%)2+(100%)2+(200%)2 = 300% =2*relatieve standaardfout

2*relatieve standaardfout = 12 kg/jBetrouwbaarheidsinterval (95%) = 0 – 16 kg/j

Overige emissiedata

Literatuur Schattingen en geschatte concentraties Etc.

Stap 5: Betrouwbaarheidsintervallen hele stofbalans

Bijvoorbeeld: 1000 trekkingen

INneerslag 3,6 - 11 kg UITinlaat 26 - 49 kgkwel 0,1 - 1,8 kg uitlaat 123 - 228 kgRWZI 6,2 - 7,6 kg wegzijging 0,5 - 1,5 kgindustr. lozing 1 - 3 kg infiltratie 7,5 - 22,5 kgoverstorten 8 - 19 kghuish. lozing 0 - 5,4 kglandbouw en natuur 38 - 114 kgverkeer (overig) 0 - 9 kgvuurwerk 0 - 12 kg

Stap 5: Betrouwbaarheidsintervallen hele stofbalans

Trekking met random generatoren(mogelijk Monte Carlo toets)

Analyse aantal trekkingen

Uitvoeren random trekkingen (bv 1000 x)

Stap 5: Resultaat trekkingen

= 1000 vrachten (INposten, UITposten en restpost)

Onzekerheid hele INposten, UITposten en sluitpost Variatie coëfficiënt (= relatieve onzekerheid in %) Standaardafwijking (= absolute onzekerheid in kg) Betrouwbaarheidsinterval

(range van gehele vracht en de sluitpost)

Resultaat

IN UITneerslag 7 ± 50%inlaat 38 ± 30% uitlaat -175 ± 30%kwel 1 ± 80% wegzijging -1 ± 50%RWZI 7 ± 10% onttrekking landbouw 0industr. lozing 2 ± 50% infiltratie -15 ± 50%overstorten 14 ± 40%huish. lozing 3 ± 100%landbouw en natuur 76 ± 50%verkeer (overig) 3 ± 200%vuurwerk 6 ± 100%Totaal IN 150 ± 50% Totaal UIT 191 ± 30%

75 - 225 kg 133 - 250 kg

Sluitpost/retentie 42 ± 60%

17 - 67 kg

Conclusie

Onderwerp is ingewikkeld

Samenwerking verschillende vakgebieden emissie deskundigen statistici

Vervolg

Eind februari helderheid over geld STOWA

Begeleidingscommissie vormen

Plan van aanpak definitief

Werkwijze uitwerken

Aan de slag met circa 3 stoffen circa 3 gebieden

Vervolg

Aanvullende ideeën ? Andere mogelijkheden ? Wat mis je ?

neem deel aan de workshop vanmiddag neem deel aan de begeleidingscommissie (STOWA)

Dank voor uw aandacht!

Vragen..?

Betrouwbaarheidsanalyse van stofbalansen Hella PomariusWaterschap Rivierenland Beleidsafdeling Water...

Documents

Transcript of Betrouwbaarheidsanalyse van stofbalansen Hella PomariusWaterschap Rivierenland Beleidsafdeling Water...