betrouwbaarheidsanalyse van stofbalansen hella pomariuswaterschap rivierenland beleidsafdeling water...
TRANSCRIPT
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 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 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 onttrekking industrie
Q onttrekking landbouw
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
Emissiedata: metingen
inlaat, uitlaat, RWZI
Onzekerheid: debiet (gemeten, model) methode Joost Heijkers concentratiemeting (frequentie, verdeling) vrachtberekeningsmethode (interpoleren, blokmethode) meetfouten
debiet x
concentratie
vracht
Emissiedata: metingen
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.)
Emissiedata: metingen
jaarvracht
nauwkeurigheid = berekeningsmethode
werkelijke vracht
berekende vracht
precisie =
meetfrequentie steekproeven
Emissiedata: metingen
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..?