Watertemperatuur van de Rijn Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS

Watertemperatuur van de Rijn
Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
Watertemperatuur van de Rijn
Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
R. Peñailillo Burgos
J.M. Lemans
1002020-001
© Deltares, 2009
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Inhoud
1 Inleiding
1.1 Problematiek van de watertemperatuur in de Rijn
1.2 Doelstelling
1.3 Leeswijzer
1
1
2
2
2 Achtergrondinformatie
2.1 FEWS-NL
2.1.1 HBV model
2.1.2 SOBEK-RE model
2.2 Het watertemperatuurmodel van het Rijnstroomgebied
3
3
3
5
5
3 Configuratie in FEWS van het hydrodynamische model
3.1 Omzetting SOBEK-RE Max-RTK naar SOBEK-Rural
3.2 Configuratie in FEWS-NL
3.2.1 Simulaties van SOBEK-Rural model in FewsNL-Rural
3.2.2 Mapping van SOBEK locaties in FewsNL_Rural
3.2.3 Resultaten opvragen
3.3 Hindcast SOBEK-Rural en SOBEK-RE
3.4 Conclusies
9
9
9
9
11
13
13
14
4 Configuratie in FEWS van het watertemperatuur model
4.1 Watertemperatuur model
4.1.1 Processenvergelijkingen
4.1.2 State variabelen van het model
4.1.3 Invoergegevens voor het watertemperatuurmodel
4.2 Configuratie in FEWS_NL
4.2.1 Nieuwe configuratiefiles
4.2.2 Meteorologische input in FEWS
4.2.3 Randvoorwaarden WAQ in FEWS
4.2.4 Coëfficiënten in WAQ
4.2.5 Watertemperatuur metingen in FEWS
4.3 Resultaten watertemperatuur
4.3.1 Resultaten opvragen in FEWS
4.3.2 Discussie
15
15
15
16
16
17
17
19
22
24
24
25
25
28
5 Conclusies en aanbevelingen
5.1 Conclusies
5.2 Aanbevelingen
29
29
29
6 Literatuur
31
Bijlage(n)
A Bijlage Configuratie toevoegingen
A-1
B Bijlage Resultaten hindcast SOBEK_RURAL 2006-2007
B-1
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
i
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
C Bijlage Global solar radiation
C-1
D Bijlage Relaties tussen lucht- en watertemperatuur
D-1
E Bijlage Coëfficiënten in WAQ
E-1
ii
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
1 Inleiding
1.1
Problematiek van de watertemperatuur in de Rijn
De afgelopen jaren is de problematiek van koelwaterlozingen in relatie tot hoge
watertemperatuur van de grote rivieren regelmatig in de actualiteit gekomen. Volgens het
Ministerie van Verkeer en Waterstaat (2008) is sinds 1900 de watertemperatuur van de Rijn
bij Lobith met 3°C toegenomen, waarvan 2°C door warmtelozingen en 1°C door
klimaatverandering. Ook zijn de gemiddelde watertemperatuur en de maximale en minimale
watertemperatuur van de Rijn bij Lobith in de afgelopen honderd jaren toegenomen. Van der
Grinten et al. (2007) geeft ook een toenemende tendens aan van het aantal dagen per jaar
dat de watertemperatuur boven de 20°C of 25°C komt.
De watertemperatuur van de Rijn wordt beïnvloed door meteorologische condities (bijv.
hittegolven), de watertemperatuur en afvoer van zijrivieren en grondwater, en door de
warmtelozingen. In Nederland betekent een hittegolf een vijfdaagse periode met
luchttemperaturen boven 25°C, waarvan er drie de 30°C bereiken. De kans op een hittegolf
neemt met klimaatverandering toe. Bijvoorbeeld, de herhalingstijd van een warme en droge
zomer zoals in 2003 is op dit moment één keer in de 10 jaren, maar in 2050 wordt het één
keer in de twee jaren (Zwolsman & Van Vliet, M., 2007). Als het rivierwater bovenstrooms
teveel is opgewarmd, beperkt het de koelwatercapaciteit en drinkwatervoorziening. De
wateren voor drinkwaterproductie staan ook onder druk omdat de innametemperatuur niet
hoger dan 25°C mag zijn (richtlijn 75/440/EEG en drinkwaterrichtlijn 98/83/EG). Ook
ecologische effecten kunnen plaatsvinden bij toename van de watertemperatuur. RIVM
definieert een Goede Ecologische Toestand (GET) voor watertemperatuur in Nederland voor
grote rivieren van 25°C (Van der Grinten et al., 2007). Peñailillo et al., (2008) geeft aan dat in
2003 de maximale achtergrond watertemperatuur (zonder een temperatuurtoename door
warmtelozingen) de 25°C bij Lobith overschreed met 1°C, terwijl de riviertemperatuur (met
temperatuurtoename door warmtelozingen) dat deed met 4°C.
Voor waterbeheerders, drinkwaterbedrijven, industrieën en de energie sector is er een
behoefte aan operationele informatie over de waterkwaliteit en de algemene toestand van het
watersysteem. Het ‘Flood Early Warning System (FEWS)’, dat destijds ontwikkeld is als een
waarschuwingsysteem voor waterstand en afvoer, biedt goede mogelijkheden hiervoor. Het
systeem is een verzameling van modules en algemene tools voor de gegevensbehandeling
en biedt ook een open shell interface systeem voor het operationele beheer van het
voorspellingsproces en -modellen. Van een FEWS-applicatie voor watertemperatuur wordt
verwacht dat het de watertemperatuur voor de komende dagen kan voorspellen in een
operationele omgeving.
Verder kan een FEWS-applicatie voor watertemperatuur helpen bij:
Het identificeren van onzekerheden en nauwkeurigheid van het watertemperatuurmodel
met gebruikt van gegevens en metingen;
Verbetering van de modelinput en de modelforcering door gevoeligheidsanalyse,
onzekerhedenidentificatie, en data assimilatie;
Verificatie van watertemperatuurmodellen;
Regelgeving watertemperatuur. Informatie voor de analyse van maatregelen, zoals
emissiehandelen of warmterestricties, en de implementatie daarvan (locaties en
frequenties).
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
1.2
Doelstelling
Het doel van dit project is de ontwikkeling van een prototype voor de voorspelling van de
watertemperatuur. In dit project worden het bestaande instrument FEWS-NL en het
watertemperatuurmodel voor de Rijn getoetst op hun toepasbaarheid als voorspelsysteem
voor de watertemperatuur dat de gevolgen van de meteorologische condities en de
warmtelozingen in beeld/kaart brengt. Op basis van de toetsingsresultaten zullen indien nodig
en mogelijk de instrumenten worden aangepast.
Dit project is uitgevoerd in het kader van het Delft Cluster project “Waterkwaliteit en
Calamiteiten” (WP4).
1.3
Leeswijzer
Een korte beschrijving van FEWS-NL, inclusief het hydrologische model HBV en
hydrodynamische model SOBEK-RE, komt aan bod in hoofdstuk 2. Ook geeft dit hoofdstuk
een beschrijving van het temperatuurmodel voor de Rijn, dat in eerdere studies is ontwikkeld.
De configuratie van het SOBEK-Rural hydrodynamische model van de Rijn wordt in
hoofdstuk 3 besproken. In hoofdstuk 3.1 is de omzetting van het SOBEK-RE model van de
Rijn naar SOBEK-Rural beschreven. Het draaien van het SOBEK-Rural model in FEWS, de
mapping van SOBEK locaties en het opvragen van resultaten komen aan bod in
hoofdstuk 3.2. De vergelijking van de hydrodynamische resultaten van SOBEK-Rural en
SOBEK-RE wordt in hoofdstuk 3.3 beschreven en in hoofdstuk 3.4 bevat de conclusies met
betrekking tot de hydrodynamische modellering.
De configuratie van het watertemperatuurmodel in FEWS komt aan bod in hoofdstuk 4.
Hoofdstuk 4.1 behandelt de belangrijkste processen, state variabelen en de invoergegevens
van het temperatuurmodel. De nieuwe configuratiefiles, meteorologische invoergegevens en
randvoorwaarden in FEWS zijn beschreven in hoofdstuk 4.2. De resultaten van de
watertemperatuurmodellering komen aan bod in hoofdstuk 4.3. Hoofdstuk 4.4 bevat de
conclusies met betrekking tot de temperatuurmodellering. Tot slot bevat hoofdstuk 5 de
conclusies en aanbevelingen van dit project.
2 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
2
Achtergrondinformatie
Als achtergrondinformatie geeft dit hoofdstuk een korte beschrijving van FEWS en de
hydrologische en hydrodynamische modellen die gebruikt worden in dit project. Ook beschrijft
dit hoofdstuk het watertemperatuurmodel van de Rijn dat in eerdere studies is opgezet. Een
beschrijving van de processen van het watertemperatuurmodel wordt in paragraaf 4.1
gegeven.
2.1
FEWS-NL
FEWS-NL versie 1.11 voorspelt de afvoer en waterstanden op de Rijn en de Maas. FEWS-NL
importeert hiervoor automatisch tal van data van verschillende externe bronnen, die
vervolgens op kwaliteit wordt gecheckt door middel van diverse validatie- en
interpolatiebewerkingen. Voor de berekening van waterstanden en afvoeren wordt gebruik
gemaakt van verschillende gekalibreerde SOBEK-RE en HBV modellen. Een korte
beschrijving van deze modellen wordt in dit hoofdstuk gegeven. Voor meer informatie over
het HBV model, zie Eberle et al. (2005). Achtergrondinformatie over de SOBEK
schematisaties is te vinden in van der Veen (2007).
2.1.1
HBV model
Voor de berekening van de afvoeren vanuit de Rijn deelstroomgebieden wordt het HBV
hydrologische model gebruikt in FEWS-NL. Dit is een conceptueel hydrologisch model dat als
invoergegevens zowel geobserveerde als voorspelde neerslag en temperatuur gebruikt. De
uitkomst is de afvoer per deelstroomgebied.
De gebruikte HBV schematisatie verdeelt het totale Rijn stroomgebied in 134
deelstroomgebieden, inclusief de Rijn bovenstrooms van Maxau en de relevante zijrivieren
van de Rijn zoals de Moezel, Neckar, Main, Ruhr en Lahn. Dit model heeft een tijdstap van
een uur. Figuur 2.1 toont een overzicht van de 134 HBV deelstroomgebieden. De HBV
uitkomsten zijn beschikbaar bij de locaties waar de afvoer van het deelstroomgebied
overeenkomt met de randen van het hydrodynamisch model (riviermeetstations). Dit geldt
bijvoorbeeld voor Cochem voor de Moezel, Rockenau voor de Neckar, Raunheim voor de
Main en Kalkofen voor de Lahn. Op deze locaties zijn de HBV resultaten geïmporteerd naar
FEWS-NL.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
3 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
100
77
99
97
98
74
76
75
71
73
95
70 96 101
66
72
33
64
69 94 67 65
34
68
91
35
93
89
28
36
92 90
22
37
26
60
14
15
88
63
86
52 53 59
29
20
62
87
51
25 23
27
55 56
21
61 30
19
32 85 84
50 57
18
83
17
49 47
31
24
13
82
43
79
16
12
10
48
45
80 81 11
42
46
9
7
113 115
78 5
41
6
8
40 44
117
114
4
2
116
3
110 106
39
38
111
105
1
109
104 103
108 112
102
132
122
107
134
133
130
131
120
121
129
125
124
100
Figuur 2.1
4 van 42
0
100
126
128 127
123
119
118
200 Kilometers
Overzicht van de HBV deelstroomgebieden
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
2.1.2
SOBEK-RE model
Twee SOBEK-RE modellen worden gebruikt in FEWS-NL voor de hydrodynamische
modellering van de Rijn:
Maxau-Rijntakken (Max-RTK). Dit model heeft Maxau als de bovenstroomse rand waarbij
HBV afvoeren uit het gehele Rijn stroomgebied bovenstroom van Maxau (inclusief
Zwitserland) binnenkomen. Dit is ook het geval voor de andere grote zijrivieren:
Rockenau bij de Neckar, Raunheim bij de Main, Kalkofen bij de Lahn en Cochem bij de
Moezel. Voor de andere zijrivieren is de uitstroom van het stroomgebied gedefinieerd als
een laterale instroom in het SOBEK model. Kleine zijrivieren en ook instroom vanuit
gebieden naast de rivier zijn gedefinieerd als diffuse laterale instroom, waarbij de door
HBV berekende afvoer door de bijhorende lengte van het riviersegment is verdeeld.
Wanneer een externe voorspelling voor Maxau van WSD Mainz beschikbaar is, wordt dit
dan gebruikt in plaats van de HBV voorgespelde waarden.
Lobith-Rijntakken (Lob-RTK) model, waarbij als bovenstroomse randvoorwaarde een
externe voorspelling van het Max-RTK model is gebruikt.
Bij de locaties van de meetstations waarbij de beschikbare HBV uitvoer met een SOBEK rand
overeenkomt, zijn de error-gecorrigeerde HBV instromen direct gebruikt in het SOBEK model
als randvoorwaarden. Wanneer dit niet het geval is (bijvoorbeeld bovenstrooms van de rand
Maxau), zijn de door de HBV berekende instromen gewogen en mogelijk vertraagd om
rekening te houden met zowel de reistijd naar de hoofdtak van de Rijn zoals een toename
van grootte van het stroomgebied.
De SOBEK schematisaties bevatten een groot aantal off-line berging reservoirs. Op
68 locaties tussen Maxau en Lobith zijn deze laterale uitstromen meegenomen in het model.
2.2
Het watertemperatuurmodel van het Rijnstroomgebied
In 2005 is een verkennende studie (quick scan) uitgevoerd in opdracht van DG
Rijkswaterstaat, RIZA, om de bijdrage van de koelwaterlozingen op watertemperatuur van de
Rijn inzichtelijk te maken (Icke et al., 2005). De invloed op de watertemperatuur van de Rijn
werd berekend met een modelinstrument dat de Rijn met enkele grote zijrivieren vanaf de
Bodenmeer tot de Noordzee omvatte. Dit modelinstrument bestaat uit twee gekoppelde
SOBEK modellen:
een model voor het riviertraject vanaf Bodenmeer tot Lobith, inclusief de zijrivieren Aare,
Neckar, Main en Moezel (gebaseerd op het Rijn-Alarm-Model, zie Figuur 2.2) en
het Landelijk temperatuurmodel (LTM) voor het riviertraject van Lobith tot de Noordzee
en omvat alle Rijntakken.
In 2006 heeft een vervolg op de verkennende studie plaats gevonden, waarin het
modelinstrumentarium is verbeterd conform de aanbevelingen uit de verkennende studie en
nieuwe gegevens zoals de daadwerkelijk geloosde warmtevracht, de instraling en de
watertemperatuur van de zijrivieren (Icke et al., 2006). De kwaliteit van het modelinstrument
is getoetst aan de hand van meetgegevens over de watertemperatuur van de Rijn in 2003
(juni – september). Bij de kalibratie van het model is de afkoeling als gevolg van instromend
(koeler) grondwater en warmteoverdracht naar de bodem verwerkt in de uitwisseling met de
atmosfeer.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
5 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Daarnaast is een gevoeligheidsanalyse met het verbeterde temperatuurmodel uitgevoerd om
meer inzicht te krijgen in de werking van het watersysteem en de warmtebalans van de Rijn,
de afwenteling van de warmteproblematiek op benedenstrooms gelegen gebieden en de
doorwerking van onzekerheden in de modelinvoer op het simulatieresultaat.
Figuur 2.2
Modelschematisatie van de Rijn en zijrivieren bovenstrooms van Lobith. De rode knopen
representeren de bovenstroomse en benedenstroomse randen van het model, terwijl de gele
knopen de laterale debieten van de zijrivieren tonen. Rivier(traject)en: High Rhine (wit), Upper
Rhine (licht blauw), Middle Rhine (blauw), Lower Rhine (donker groen), Aare (oranje), Neckar
(licht groen), Main (bruin) en Moezel (lila)
De watertemperatuur van de zijrivieren is waar mogelijk gebaseerd op meetgegevens. Deze
gegevens waren afkomstig van DK Rhein, het Hydrologische Jaarboek van 2003 in
Zwitserland en een Franse website over de Europese Kaderrichtlijn Water 2015 Rijn-Maas.
Voor zijrivieren waarvoor geen gegevens beschikbaar waren, werd aangenomen dat de
watertemperatuur overeenkomt met die van de meest dichtstbijzijnde zijrivier waarvoor wel
gegevens beschikbaar waren.
6 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
De in het model gehanteerde warmtelozingen in het Rijnstroomgebied waren afkomstig van
de inventarisatie van de vergunde lozingen als uitgevoerd door de werkgroep
Waterkwaliteit/Emissies van de ICBR (ICBR, 2004; DBRM,2005). De Nederlandse lozingen
zijn geïnventariseerd in 2006 (WL | Delft Hydraulics, 2006). Figuur 2.3 toont de locaties van
de warmtelozingen op het Rijnstroomgebied.
Figuur 2.3
Locatie van de warmtelozingen op de Rijn bovenstrooms en benedenstrooms van Lobith
De cumulatieve verdeling van de vergunde warmtelozing per traject volgens was 14.151 MW
tussen het Bodenmeer en Mannheim, 26.216 MW tussen Mannheim en Koblenz, 31.657 MW
tussen Koblenz en Lobith en 37.391 MW tussen Lobith en de Noordzee (alleen op de Waal,
de Lek en de Nederrijn). Figuur 2.4 toont de cumulatieve warmtelozingen langs de Rijn.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
7 van 42
Warmtelozingen - Cumulative distributie (MW)
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Rijn km
Figuur 2.4
Cumulatieve warmtelozingen langs de Rijn
Het temperatuurmodel gebruikt luchttemperatuur, luchtdruk, relatieve luchtvochtigheid,
windsnelheid, zonuren en globale straling als input om de achtergrondtemperatuur van het
rivierwater te berekenen. Met uitzondering van globale straling zijn de gegevens afkomstig
van de Deutsche Wetterdienst (DWD) en het Koninklijke Nederlandse Meteorologische
Instituut (KNMI). De globale straling is via een empirische vergelijking berekend.
Uit de studie Icke et al. (2006) zijn er een aantal aanbevelingen van het model
instrumentarium aan de orde gekomen, die vooral focussen op het huidige temperatuurmodel
bovenstroom van Lobith. In dit model zijn de hydrologie en hydrodynamica afkomstig van het
Rijn-Alarm-Model dat met maandelijks constante debieten en waterstanden rekent en
daarvoor sterk vereenvoudigd. Dit vormt een beperking voor volledige kalibratie. De
tekortkomingen van het Rijn-Alarm-Model zijn het ontbreken van dwarsprofielen, maandelijks
constante debieten en een niet sluitende waterbalans. De aanbeveling hierbij was om een
volledig hydrodynamisch model in SOBEK op te zetten. Bovendien zou een dergelijk model
dan ook beter aan bij het Landelijk Temperatuur model aansluiten.
Voor het prototype voor de temperatuurvoorspelling in FEWS zijn de instellingen van de
waterkwaliteitsmodule uit het temperatuurmodel overgenomen, zoals de processen en
coëfficiëntwaarden. Ook zijn de warmtelozingen (locaties en waarden) uit Icke et al. (2006)
gebruikt.
8 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
3
Configuratie in FEWS van het hydrodynamische model
In dit hoofdstuk wordt beschreven hoe het geconverteerde SOBEK-Rural model in FEWS-NL
is opgenomen en hoe het presteert in vergelijking met het bestaande gekalibreerde SOBEKRE model. Enige kennis van FEWS is bij het lezen van dit hoofdstuk vereist. Documentatie
over
FEWS
is
te
vinden
in
diverse
handleidingen
op
internet:
http://public.deltares.nl/display/FEWSDOC/Home.
3.1
Omzetting SOBEK-RE Max-RTK naar SOBEK-Rural
Omdat het SOBEK model voor de Rijn moet worden toegepast voor watertemperatuur, is het
noodzakelijk het SOBEK-RE model Rijn Max-RTK om te zetten naar SOBEK-Rural (of
SOBEK-River). Met SOBEK-RE kan immers geen temperatuur gemodelleerd worden en de
koppeling met WAQ is ook niet beschikbaar. De geautomatiseerde omzetting is uitgevoerd
met SOBEK versie 2.11.028, vanwaar een SOBEK-RE model kan worden geïmporteerd. Een
aandachtspunt in de omzetting was het bepalen van de rekenpunten die niet op exact
dezelfde positie liggen, omdat definities in SOBEK-RE en SOBEK-Rural anders zijn. Het
geconverteerde SOBEK-Rural model is vervolgens niet gekalibreerd. Ook zijn de aanwezige
stuwen (en controllers) in de Lek niet afgeregeld.
3.2
Configuratie in FEWS-NL
De veranderingen in FEWS-NL door opname van de SOBEK-Rural schematisatie zijn gedaan
in een stand-alone versie van FEWS-NL 1.11 onder de naam FewsNL_Rural. Het SOBEKRural model draait, net als alle modellen in FEWS, buiten FEWS en wordt via een model
adapter in FEWS aangeroepen. Een lijst met de toegevoegde configuratie voor zowel het
SOBEK-Rural model alsmede het waterkwaliteitsmodel is te vinden in Bijlage A.
3.2.1
Simulaties van SOBEK-Rural model in FewsNL-Rural
De workflow Rijn_SBKRural_update of SBKRural_ Forecast_ECMWF-DET kan in de
handmatige voorspellingmenu (Manual Forecast menu) van FEWS-Rural worden gerund, zie
Figuur 3.1. Deze workflow bevat een lijst met taken, zoals data preprocessing voor de
modelranden en een general adapter file SBK_Rural_Rijn_Update. De general adapter file
stuurt de export en import tussen FEWS-NL en het SOBEK-Rural model en draait de
executables. De Sobek_Rural workflow wordt uitgevoerd na het draaien van het HBV model.
Workflows kunnen opgenomen worden in andere workflows. De Rijn_SBKRural_update
workflow is opgenomen in de workflow Rijn_Update, die taken heeft als het uitvoeren van een
qh relatie, interpolatie van data, runnen van HBV en uiteindelijk de Rijn_SBKRural_update
workflow.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
9 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Figuur 3.1
10 van 42
Manual Forecast met workflow SBKRural_Update
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
3.2.2
Mapping van SOBEK locaties in FewsNL_Rural
Na het runnen van de Rural workflows worden de resultaten in de model directory van de
Rijn-Rural module directory geschreven. Vervolgens worden de SOBEK-Rural resultaten
(externe parameters op externe locaties) geconverteerd naar FEWS (interne parameters op
interne locaties) via de IDmapping files. Voor de exportID mapping is dit vrij eenvoudig. Deze
wordt gekopieerd van de IdExport file van MaxRTK, waarbij als external locations niet de
naam van de SOBEKlocatie, maar de id moet worden gekozen. Deze zijn een op een
geconverteerd.
Bij de ImportID zijn wel enige problemen opgetreden. De importlocaties zijn over het
algemeen de MSW meetstations. Een directe vertaling van de SOBEK-RE locaties met de
SOBEK-Rural locaties is niet gevonden, waardoor deze zo goed mogelijk handmatig zijn
uitgevoerd. Bijvoorbeeld, het MSW station Doesburgbrug heeft als FEWS locatie H-RNDOES. In SOBEK-RE wordt deze locatie aangeduid met RT2-IJssel_1_20055.0. In SOBEKRural bestaat deze locatie niet en is zo goed mogelijk het calculation point (voor
waterstanden) of reach segment (voor afvoeren) in SOBEK gekozen dat in de buurt ligt van
de FEWS locatie. Dit is te zien in Figuur 3.2, waarbij het oplichtende vakje in de SOBEKschematisatie overeen moet komen met het MSW station in FEWS-NL.
Figuur 3.2
Id Mapping FEWS import MSW locaties
Het kan voorkomen dat deze visuele interpretatie fouten met zich mee heeft gebracht, zeker
wanneer niet precies duidelijk is of een locatie bovenstrooms of benedenstrooms van een
lateraal ligt.
Tabel 3.1 bevat een overzicht van de locaties weer resultaten van afvoeren worden verwacht,
samen met de ID’s van de locaties volgens FEWS, SOBEK-RE en SOBEK-Rural.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
11 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Tabel 3.1
Overview of SOBEK output locations voor afvoeren
Location
FEWS ID
SOBEK RE Location
Lobith
Koblenz
H-RN-0001
H-RN-0021
Rockenau
Maxau
Speyer
H-RN-0659
H-RN-0689
H-RN-0691
Mannheim
H-RN-0692
Worms
Mainz
Kalkofen
Cochem
Bingen
H-RN-0693
H-RN-0695
H-RN-0888
H-RN-0908
H-RN-0942
Kaub
Andernach
Köln
Düsseldorf
Ruhrort
Wesel
Rees
Emmerich
H-RN-0943
H-RN-0947
H-RN-0950
H-RN-0951
H-RN-0952
H-RN-0953
H-RN-0954
H-RN-0955
Raunheim
H-RN-1027
RT2_Bovenryn_.00
RM1_RHEIN04_6489
.00
NE1_NEC07_.00
MM1_RHEIN01_.00
MM1_RHEIN01_.378
26
MM1_RHEIN01_6578
4.00
MM1_RHEIN03_.00
RM1_RHEIN01_.00
LA1_Lahn02_.00
MO1_MOSEL01_.00
RM1_RHEIN01_3057
4.00
AL1_RHEIN01_.00
AL1_RHEIN02_.00
AL1_RHEIN03_.00
AL1_RHEIN04_.00
AL1_RHEIN05_.00
AL1_RHEIN06_.00
AL1_RHEIN07_.00
AL1_RHEIN07_1460
0.00
MA3_MAIN02_.00
12 van 42
SOBEK Rural
location (reach
segments) afvoeren
R_RT2_001_1
R_MO1_3_100
Monitoring
station
R_NE_9_1
R_MM1_6_1
R_MM1_6_128
NE1_9_0
-
R_MM1_6_269
-
R_MM1_8_1
R_RM1_10_1
R_LA1_13_1
R_MO1_3_1
R_RM1_11_1
-
R_RM1_11_66
R_AL1_0_20
R_AL1_2_1
R_AL1_3_1
R_AL1_4_1
R_AL1_5_1
R_AL1_6_1
R_AL1_6_22
AL1_1_41000
-
R_MA3_28_1
MA3_28_0
RT2_001
-
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
3.2.3
Resultaten opvragen
Na het runnen is de simulatie in de locale database
gekomen. Dit zie je in het forecast management
menu. Na approven (current maken) van de simulatie
kunnen de resultaten bekeken worden via de data
display. Deze zijn te vinden in de filterbox
Waterdienst/Rijn/hydro updates (update run) en
Waterdienst/Rijn/Forecast
ECMWF-DET/Hydro
forecast- SBK ECMWF-DET (forecast run) (zie
Figuur 3.3).
Figuur 3.3
Update en voorspelling
opvragen
3.3
Hindcast SOBEK-Rural en SOBEK-RE
De hydrodynamische resultaten zijn van invloed op de temperatuursmodellering. Om de
kwaliteit van het SOBEK-Rural model in te kunnen schatten, is in FEWS_Rural een hindcast
uitgevoerd met zowel het SOBEK-RE als het SOBEK-Rural model voor de periode
2006-2007. Enkele resultaten zijn te vinden in Bijlage B.
Om een zo eerlijke mogelijke vergelijking te maken, is de data assimilatie op de resultaten
van SOBEK-RE uitgezet. Met data assimilatie in het update proces van SOBEK-RE worden
modelresultaten significant verbeterd, zie voor meer informatie het WL rapport Weerts (2007)
en Weerts (2008).
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
13 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Wanneer deze resultaten van SOBEK-Rural met SOBEK-RE worden vergeleken
(zie Bijlage B), zijn de volgende verschillen te ontdekken:
Bovenstrooms van de Nederlandse splitsingspunten van de Rijn komen de
modelresultaten van SOBEK-Rural goed overeen met SOBEK-RE. Het verschil is in de
orde van grootte 30 m 3/s op een gemiddelde afvoer van ongeveer 2000 m 3/s. De
verschillen zijn vooral te wijten aan het feit dat het SOBEK-Rural model niet gekalibreerd
is. Ten opzichte van de metingen zijn lage afvoeren vaak te laag en hoge afvoeren te
hoog. Met data assimilatie in FEWS-NL worden deze verschillen significant verkleind, zie
Weerts (2008). Vieira da Silva et al. (2006) observeerde dat in de meeste gevallen de
piekwaterstanden berekend met SOBEK-River/Rural hoger zijn dan bij SOBEK-RE.
Benedenstrooms van de splitsingpunten worden grotere afwijkingen waargenomen, tot
wel 250 m3/s. Hiervoor zijn een aantal oorzaken aan te wijzen. Een daarvan is de
numerieke oplossingsmethoden van de SOBEK-Rural schematisatie, die invloed heeft op
de afvoerverdeling. Een andere oorzaak is de afregeling van de stuwen in de Nederrijn,
die ook invloed heeft op de afvoerverdeling. Dit is ook door Vieira da Silva et al. (2006)
gerapporteerd, die grote verschillen bij Driel boven ontdekte bij de analyse van de
berekende afvoeren (tijdens laagwater).
Een andere interessante conclusie van Vieira da Silva et al. (2006) was dat naarmate het
zoutgradiënt groter wordt, de onderschatting van de waterstanden door SOBEK-River ten
opzicht van SOBEK-RE lijkt toe te nemen. De verklaring hiervan is zeer waarschijnlijk het
ontbreken van zoutmodellering in SOBEK-River.
3.4
Conclusies
De hydrodynamische simulaties van SOBEK-Rural benedenstrooms van de afvoerverdeling
bij de Pannerdensche Kop wijken nogal af van die met SOBEK-RE. Oorzaken als calibratie,
verschil in numeriek schema en afregeling stuwen met gevolg voor afvoerverdeling kunnen
hierbij een rol spelen. Om de watertemperatuur goed te kunnen voorspellen, is het van
belang om de waterbeweging goed te modelleren. Dit is wel het geval van het modelgedeelte
bovenstrooms van Lobith. Omdat het doel van dit project de algemene softwareontwikkeling
is, is het besloten alleen resultaten voor de watertemperatuur van het gedeelte bovenstrooms
van Lobith te analyseren.
14 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
4
Configuratie in FEWS van het watertemperatuur model
Dit hoofdstuk gaat in op het WAQ watertemperatuurmodel dat in FewsNL_Rural is
opgenomen. Het WAQ model maakt via een koppelingsprogramma gebruik van de
hydrodynamische resultaten van het SOBEK-Rural model. Meteorologische gegevens die als
input dienen voor WAQ worden of direct ingelezen, of via enkele formules uit andere
parameters afgeleid. Het modeleren van de watertemperatuur beperkt zich in dit project tot
een simulatierun op basis van historische data. Voorspelling van watertemperatuur maakt dus
geen onderdeel uit van dit project.
4.1
4.1.1
Watertemperatuur model
Processenvergelijkingen
Voor de berekening van de watertemperatuur van de Rijn is gebruik gemaakt van de
waterkwaliteitsmodule WAQ. Deze module voorspelt de watertemperatuur op basis van de
aanvoer van warmte door instromend water, koelwaterlozingen en de meteorologische
condities. Voor een volledige beschrijving van het temperatuurmodel wordt verwezen naar
voorgaande studies waarin het temperatuurmodel is toegepast (zie bijvoorbeeld Icke et
al., 2006 en Boderie en Visser, 2007).
Het in WAQ geïmplementeerde watertemperatuurmodel heeft twee submodules: TEMPER en
HEATBAL. In deze paragraaf wordt een korte beschrijving van beide processen
weergegeven. Voor een volledige beschrijving wordt het verwezen naar het rapport WL|Delft
Hydraulics (1995).
TEMPER is een afkoelingsmodel (of excess temperatuurmodel) dat op eenvoudige wijze de
verhoging van de watertemperatuur door de afkoelingverdwijning beschrijft. De drijvende
kracht voor de afkoeling is het verschil tussen de actuele watertemperatuur (Tw) en de
evenwichtstemperatuur (Te), het temperatuursurplus ( of ModTemp). Het afkoelingsmodel
gaat ervan uit dat de evenwichtstemperatuur bekend is. Een afkoelingsmodel houdt géén
volledige warmtebalans bij en kan de evenwichtstemperatuur derhalve niet berekenen. Voor
de evenwichtstemperatuur Te wordt een waarde opgelegd die soms ‘achtergronds-’ of
‘natuurlijke achtergronds’-temperatuur genoemd wordt (NatTemp). NatTemp kan uit metingen
worden afgeleid of kan door het proces HEATBAL berekend worden.
Het verband tussen de warmtegifte qt (W.m-2) en het temperatuursurplus wordt via het
zelfkoelingsgetal Z (W.m -2.°C-1) als volgt beschreven:
qt
Z
Z Tw Te
(4.1)
De analytische oplossing van de sterk versimpelde warmtebalans is in vergelijking (4.2)
weergegeven. Deze dynamische oplossing beschrijft hoe het oorspronkelijke
temperatuursurplus ( 0) in de tijd exponentieel afneemt tot nul.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
15 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Daarbij spelen naast de tijd (t) en het zelfkoelingsgetal, Z (W.m-2.°C-1) ook de waterdiepte, H
(m), de dichtheid ( w) en de warmtecapaciteit (cPw) van het water een rol.
0
exp
Z t
H w cPw
(4.2)
Het zelfkoelingsgetal moet empirisch vastgesteld of afgeleid worden. In Nederland kan onder
gemiddelde meteorologische condities (windsnelheid en luchtvochtigheid) uitgegaan worden
van een bereik tussen 20 en 45 W.m-2.°C-1 (’s zomers tussen 30-45 W.m -2.°C-1).
HEATBAL berekent de natuurlijke of achtergrond watertemperatuur (Nattemp) als resultaat
van atmosferische condities – luchttemperatuur (°C), luchtdruk (mbar), relatieve
luchtvochtigheid (%), windsnelheid (m/s), windrichting (-), uren zonneschijn (uur),
wolkbedekkingsgraad (%) en globale straling (W/m 2). Temperatuurveranderingen die door
warmtelozingen zijn veroorzaakt, worden expliciet meegenomen als invoergegevens. De
totale hitteflux voor het oppervlaktewater is een functie van kort golf zonnestraling qsn, lange
golf atmosferische straling qan, lange golf terug straling vanuit het water qbr, latente warmte
(verdamping of condensatie) qL, convectieve warmte qSG, convectieve warmte naar de
waterbodem qSb, en de stroom of warmte of kracht qdis (Vergelijking 4.3). In de versie van
HEATBAL die in dit project is gebruikt, is er geen hittewisseling met de waterbodem.
qt
qsn
qan - qbr
qL
qsg
qrb
qdis
(4.3)
Ten slotte, de veranderingen in de watertemperatuur Tw van een waterlaag z als een gevolg
van de totale hitteflux qt (W.m -2) kan berekend worden met de vergelijking van de specifieke
warmtecapaciteit:
T
w
t
4.1.2
q
t
c z
w p
(4.4)
State variabelen van het model
De state variabelen in het watertemperatuurmodel zijn:
NatTemp: achtergrond of natuurlijke watertemperatuur;
ModTemp: excess temperatuur;
Continuity: controller van de massabalans.
4.1.3
Invoergegevens voor het watertemperatuurmodel
Het watertemperatuurmodel vereist drie type van invoergrootheden:
Watertemperatuur voor de randvoorwaarden van het model en voor de zijrivieren.
Meteorologische gegevens: Dit betreft luchttemperatuur (°C), luchtdruk (mbar),
relatieve luchtvochtigheid (%), windsnelheid (m/s), windrichting (-), uren zonneschijn
(uur), wolkbedekkingsgraad (%) en globale straling (W/m2).
Warmtelozingen in de Rijn.
In paragraaf 4.2 wordt ingegaan op hoe deze data in FEWSNL_Rural wordt binnengehaald
en verwerkt.
16 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
4.2
Configuratie in FEWS_NL
Aansluitend op het runnen van SOBEK-Rural (Update run), wordt het WAQ model gedraaid.
Net als met SOBEK gebeurt het draaien van het model via een modeladapter, die
datastromen tussen FEWS en WAQ mogelijk maakt. In bijlage A zijn de toevoegingen in
configuratie genoemd. Voor een overzicht van de WAQ configuratie, zie Figuur 4.1.
Figuur 4.1
4.2.1
Overzicht WAQ in FewsNL_Rural
Nieuwe configuratiefiles
Voor FEWS is de general adapter file WAQ_Rijn_Historical belangrijk. Deze file wordt
aangeroepen in de workflowfile WAQ_Rijn_Historical, die op zijn beurt in de workflow
Rijn_SBKRural_update is opgenomen, direct na het draaien van Sobek Rural. De volgorde
van de verschillende taken van de workflow WAQ_Rijn_Historical is te zien in onderstaande
tabel:
Tabel 4.1
Taken in workflow WAQ_Rijn_Historical
Module
Instance
in
workflow
WAQ_Rijn_Historical
Rijn_DisaggregateTemperature
DauwpuntToLuchtvochtigheid
SundurationToRadiation
Boundary_Wtemp
DELWAQ_Interpolate_Update
WAQ_Rijn_Historical
RijnTemperature_Update
Taak
(Dis)aggregeren input series
Berekenen luchtvochtigheid
Berekenen globale straling en Cloud
Cover
Berekenen randvoorwaarden
Interpoleren WAQ input
General adapter file voor WAQ model
Optellen ModTemp en Nattemp
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
17 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
De general adapter file WAQ_Rijn_Historical stuurt data naar WAQ, runt het
koppelingsprogramma, daarna WAQ en schrijft vervolgens de resultaten terug naar FEWS.
De data benodigd voor WAQ wordt in FEWS aangemaakt. Deze komt uit diverse imports,
data preprocessing files en transformatie files, zie paragraaf 4.3.
In de module directory van FewsNL-Rural is een extra folder aangemaakt: WAQ_Rijn. Deze
bevat de WAQ bestanden en executables. Belangrijke file aan de modelkant is het
delwaqrijn.inp bestand. Alle invoer naar WAQ toe wordt door delwaqrijn.inp gedefinieerd. De
invoer kan op drie manier worden aangeroepen:
1. In delwaqrijn.inp zelf;
2. Met een verwijzing naar een ander bestand, die in de modelDir folder staan; en
3. Met een keyword verwijzing, bijvoorbeeld $(WAQ_TIME_START) voor de starttijd van
de simulatie. De WAQ adapter zorgt ervoor dat op deze plaats tijdseries uit FEWS
worden gezet.
Optie 3 geldt voor de FEWS-afhankelijke simulatieperiode, meteorologische tijdseries en
randvoorwaarden voor WAQ. De ingevoerde tijdseries moeten door FEWS al zijn
geëxporteerd in de general adapter file WAQ_Rijn_Historical. Voor de WAQ
randvoorwaarden in het vijfde inputblok van de file delwaqrijn.inp worden Continuity en
ModTemp constant gehouden, terwijl NatTemp gedefinieerd wordt als een tijdserie afkomstig
uit FEWS (zie Figuur 4.2).
ITEM
USEFOR 'ZuidDuitsland' 'ZuidDuitsland'
CONCENTRATION
USEFOR 'Continuity' 'Continuity'
USEFOR 'ModTemp' 'ModTemp'
DATA
'Continuity'
'ModTemp'
1
0
ITEM
USEFOR 'ZuidDuitsland' 'ZuidDuitsland'
CONCENTRATION
USEFOR 'NatTemp' 'NatTemp'
TIME LINEAR
DATA
'NatTemp'
$(WAQ_TIMESERIES: NatTemp/ZuidDuitsland)
Figuur 4.2
18 van 42
Randvoorwaarden voor WAQ in FEWS
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Figuur 4.3 toont als voorbeeld de invoer van meteorologische parameters (windsnelheid)
zoals in het zevende invoerblok van de file delwaqrijn.inp staat.
FUNCTIONS
'VWind_01'
DATA
$(WAQ_TIMESERIES: VWind_01/Meteo01)
Figuur 4.3
4.2.2
Voorbeeld van de invoer van meteorologische gegevens voor WAQ in FEWS
Meteorologische input in FEWS
WAQ maakt gebruik van meteorologische tijdseries uit FEWS. Behalve de gegevens van
relatieve luchtvochtigheid en globale straling, zijn de meteorologische tijdseries afkomstig van
de synoptische data van de Deutsche Wetterdienst (Synop DWD) en de KNMI. De
meteorologische gegevens zijn afkomstig van tien meteostations:
De Bilt;
Eindhoven;
Twente;
Dusseldorf;
Frankfurt;
Karlsruhe;
Würzburg;
Trier;
Nurburg;
Konstanz.
Omdat het temperatuurmodel van de Rijn bij Maxau begint, wordt het meteostation Konstanz
niet gebruikt. De Nederlandse stations worden in dit project ook niet gebruikt, omdat de focus
ligt op het gedeelte bovenstrooms van Lobith.
Relatieve luchtvochtigheid (HR) is berekend uit dauwpunttemperatuur, terwijl global straling
(rad) is berekend uit zonneduur per dag. Hiervoor zijn de gegevens in de Synop Data
beschikbaar. Tabel 4.2 somt de meteorologische gegevens op.
Tabel 4.2
Meteorologische invoertijdreeksen
parameter
relatieve vochtigheid (HR in %)
global straling (rad in W/m2 )
windsnelheid (wspeed in m/s)
windrichting (wdir in degrees)
luchtdruk (airp in mbar)
luchttemperatuur (airtemp in °C)
Zonneschijn (SP in uur)
Wolkbedekkingsgraad (%)
afkomstig van
berekend uit dauwpunttemperatuur uit Synop
DWD import (1)
berekend uit zonneduur per dag uit Synop
DWD import (2)
uit Synop DWD import
uit Synop DWD import
uit Synop DWD import
uit Synop DWD import
uit Synop DWD import
berekend uit zonneduur uit Synop DWD
import
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
19 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
De berekeningen van HR en rad zijn in aparte moduleInstanceId’s uitgevoerd. Voor HR is de
moduleInstanceId DauwpuntToLuchtvochtigheid aangemaakt met de volgende formule:
HR 100*(
(112 0.1* Tl Td ) 8
)
112 0.9* Tl
(4.5)
met Tl de luchttemperatuur en Td de dauwpunttemperatuur, beide uit de Synop_DWD import.
Voor berekening van de globale straling wordt gebruikt gemaakt van de zogenaamde
ngström-Prescott methode, omdat het aantal zonuren per dag via de Synop-DWD import
beschikbaar is. Voor een beschrijving, zie Bijlage C. De hoofdformule is:
Is
I a ( Aa
Ba (n / 24))
(4.6)
Met Is de globale straling, Ia de ‘daily extra terrestrial radiation’, Aa en Bb empirische
constanten en n het aantal zonuren per dag.
De Ia verschilt per dag van het jaar en per locatie. De jaarreeksen voor de zeven
meteostations zijn in EXCEL berekend en met een ‘typical profile to timeseries’ functie in de
moduleInstandeId SundurationToRadiation gestopt. Deze moduleInstanceId berekent
vervolgens met de constante Aa en Bb per locatie en het aantal zonuren per dag de globale
straling per locatie.
Met Idmap files zijn FEWS locaties en parameters gemapped met WAQ locaties en
parameters. De eenheden uit de Synop-DWD import worden waar nodig via de Unit
Conversions file uit FEWS omgerekend naar de benodigde eenheden in WAQ. Vervolgens
worden deze parameters in FEWS getransformeerd van nonequidistance tot instantane
tijdseries om verdere transformaties mogelijk te maken. Dit gebeurt in de moduleInstanceId
Rijn_DisaggregateTemperature.
Eenmaal geïmporteerd of aangemaakt in FEWS, worden deze tijdseries tijdens het runnen
van WAQ in de keywords van het Delwaqrijn.inp bestand gezet. De parameters zoals in
FEWS gepresenteerd, zijn te zien in Figuur 4.4.
20 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Figuur 4.4
Meteorologische parameters in FEWS, voorbeeld voor Frankfurt
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
21 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
4.2.3
Randvoorwaarden WAQ in FEWS
De randvoorwaarden voor de achtergrondtemperatuur NatTemp in WAQ worden ook door
FEWS aangereikt en met een keyword in het DELWAQ.inp bestand gezet. Per rand en lateral
wordt een randvoorwaarde gegeven. De randen van het model zijn:
Maxau;
Neckar bij Rockenau;
Main bij Raunheim;
Lahn bij Kalkofen-neu;
Moezel bij Cochem.
De lateralen zijn als volgt gegroepeerd:
Lateralen Zuid-Duitsland;
Lateralen Midden-Duitsland;
Lateralen Nederland;
Lateralen Moezel;
Lateralen Lahn;
Lateralen Main;
Lateralen Neckar.
Het is de bedoeling dat de waarden voor de achtergrondtemperatuur op termijn automatisch
binnenkomen via Pegelonline uit Duitsland. Dit is op dit moment het geval voor Maxau (Rijn),
Cochem (Moezel) en Raunheim (Main). Vooralsnog wordt voor de andere locaties door
FEWS een tijdserie geproduceerd met op elk uur een waarde gebruikt makend van relaties
tussen lucht- en watertemperatuur (zie Bijlage D). Deze relaties variëren per locatie en zijn
afgeleid op basis van metingen. Voor dit project waren metingen van watertemperatuur voor
de Neckar en Main alleen van het jaar 2003 beschikbaar. Deze gegevens zijn niet
representatief voor een gemiddeld jaar sinds 2003 bekend is als een extreem droog en warm
jaar. Voor de luchttemperatuur is de geïnterpoleerde luchttemperatuur per HBV
deelstroomgebied gekozen. De lateralen per fractie gebruiken dezelfde relaties.
Tabel 4.3
lucht- en watertemperatuur voor de modelranden en –lateralen
Rand / Lateraal
Watertemp
Relatie
HBV deelstroomgebied
TW = 0.7696xTL + 6.3615 (1)
Neckar
TW = 0.8412 xTL + 4.981 (2)
Main
TW = 0.8412 xTL + 4.981 (2)
Lahn
metingen
Rockenau
(Neckar):
lateralen en randen
Maxau: randen
Raunheim
Ja
(Main):
Ja
lateralen en randen
Kalkofen-neu
(Lahm):
lateralen en randen
Cochem
(Moezel):
Ja
TW = 0.8412 xTL + 4.981 (2)
lateralen en randen
Zuid-Duitsland:
TW = 0.7696xTL + 6.3615 (1)
lateralen
Midden-Duitsland:
TW = 0.8412 xTL + 4.981 (2)
lateralen
Nederland: lateralen
22 van 42
TW = 0.8xTL + 5.9823 (3)
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
In de ModuleInstanceId file Boundary_Wtemp worden bovenstaande berekeningen
uitgevoerd. Voor de randen waar metingen beschikbaar zijn, wordt de relatie als backup
gebruikt voor het geval metingen ontbreken. Voorbeeld van de randvoorwaarden zijn te zien
in Figuur 4.5.
Figuur 4.5a
Voorbeeld van de randvoorwaarden in FewsNL_Rural voor de watertemperatuur van de Moezel
(paars) en de Rijn (blauw).
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
23 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Figuur 4.5b
Voorbeeld van de lateralen en randvoorwaarden in FewsNL_Rural voor de watermperatuur
afgeleid van relaties met luchttemperatuur: Lahn (paars), Lower Rhine (blauw), Middel Rijn
(rood), Neckar (licht groen) en Upper Rhine (licht blauw)
4.2.4
Coëfficiënten in WAQ
In Bijlage E worden de coëfficiënten in WAQ getoond met de bijbehorende waarden.
4.2.5
Watertemperatuur metingen in FEWS
Watertemperatuurmetingen in de Rijn zijn afkomstig uit Pegelonline. Deze gegevens kunnen
gebruikt worden voor de kalibratie van het temperatuurmodel. De locaties met metingen die
momenteel voor dit project beschikbaar zijn:
Kaub
Koblenz
Worms
Speyer
Mannheim
Door een nieuwe importfunctie kan dit formaat nu ingelezen worden in FEWS. Dit wordt
gedaan met een moduleConfigFile Import_RijnTemperatuur, die in de ImportExternal
workflow wordt aangeroepen.
24 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
4.3
Resultaten watertemperatuur
Na draaien van WAQ importeert FEWS de benodigde resultaten uit WAQ. In het bestaand
Delft3DWAQ.xml (zie Bijlage A) worden deze tijdseries gedefinieerd, met daarbij een
mapping met interne en externe parameters en locaties. De WAQ output is gedefinieerd per
WAQ segment, die gelijk zijn met de reachsegmenten waar de afvoer output wordt
gegenereerd. De volgende tabel toont de locaties waarbij resultaten voor de
watertemperatuur worden verwacht. In SOBEK-Rural zijn deze locaties gekoppeld aan WAQ
segmenten. Van de twintig output locaties zijn er metingen van watertemperatuur voor slechts
acht locaties. Dit is inclusief de locaties die als randen van het model worden gedefinieerd
(Maxau, Cochem en Raunheim).
Tabel 4.4
Location
Lobith
Koblenz
Rockenau
Maxau
Speyer
Mannheim
Worms
Mainz
Kalkofen
Cochem
Bingen
Kaub
Andernach
Köln
Düsseldorf
Ruhrort
Wesel
Rees
Emmerich
Raunheim
4.3.1
Overzicht van output locaties voor watertemperatuur
FEWS ID
H-RN-0001
H-RN-0021
H-RN-0659
H-RN-0689
H-RN-0691
H-RN-0692
H-RN-0693
H-RN-0695
H-RN-0888
H-RN-0908
H-RN-0942
H-RN-0943
H-RN-0947
H-RN-0950
H-RN-0951
H-RN-0952
H-RN-0953
H-RN-0954
H-RN-0955
H-RN-1027
SOBEK-Rural location (WAQ segments)
1015
2091
1777
1
120
134
167
279
1928
1992
343
374
593
660
774
850
917
965
996
1903
Resultaten opvragen in FEWS
De resultaten van een WAQ simulatie zijn, na approven van de voorspelling in het Manual
Forecast menu, te zien in speciale filters in de FEWS explorer. Temperatuursmetingen, WAQ
meteo input, WAQ randvoorwaarden en WAQ output kunnen worden geselecteerd, zie
Figuur 4.6.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
25 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Figuur 4.6
26 van 42
Filtermap watertemperatuur met gebruikte locaties en parameters
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Figuur 4.7
Watertemperatuur simulatie bij Mannheim
Figuur 4.8
Watertemperatuur simulatie bij Worms
Figuur 4.9
WAQ resultaten bij Kaub
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
27 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Figuur 4.10
4.3.2
simulatie bij Koblenz
Discussie
De ModTemp en de NatTemp zijn samen de gesimuleerde watertemperatuur T.watersim. Bij
Raunheim (Main) en Cochen (Moezel) zijn er niet altijd metingen beschikbaar. In een
dergelijk geval wordt de watertemperatuur afgeleid van de relaties met de luchttemperatuur
(zie Tabel 4.3).
Te zien is dat de resultaten niet goed in overeenstemming zijn met de metingen. De
tijdvariatie van de watertemperatuur klopt niet. Bij Mannheim en Worms lijkt dat de
watertemperatuur in een periode de tijdvariatie van de luchttemperatuur volgt en in een
andere periode de tijdvariatie van de metingen. Bovenstrooms van deze locaties is de afvoer
van de Neckar, waarvan de watertemperatuur afgeleid is met relaties met de
luchttemperatuur, en de rand Maxau, waarvoor metingen beschikbaar zijn.
De watertemperatuur bij Koblenz wordt sterkt beïnvloed door de randenvoorwaarden en
lateralen die afgeleid zijn van de relaties met de luchttemperatuur zoals Lahn en Moezel.
Bij Kaub gaat het nog redelijk, de watertemperatuur volgt de temporale variatie van de
metingen. Verder benedenstrooms bij Koblenz zijn duidelijke verschillen te zien tussen
simulatieresultaten en de metingen.
De belangrijkste oorzaak van de verschillen is de onnauwkeurige randvoorwaarden, die
veelal d.m.v. een relatie met de luchttemperatuur berekend zijn in plaats van met metingen.
Wanneer meer metingen beschikbaar komen, worden betere modelresultaten verwacht.
Uit de resultaten blijkt dat de initiële condities hoger zijn dan de gemeten temperaturen.
Een ander aandachtspunt is de dag/nacht variatie. Dit is wel te zien in de metingen bij Kaub
en Koblenz, maar niet bij Mannheim en Worms.
28 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
5
5.1
Conclusies en aanbevelingen
Conclusies
Het doel van dit project is een prototype voor de watertemperatuur in FEWS op te zetten en
vervolgens een vergelijking uitvoeren met de metingen. Het verbeteren van de
modelresultaten is geen doelstelling van dit project.
Dit project is een van de eerste toepassingen van WAQ in FEWS. Na het implementeren van
een SOBEK_Rural model en een WAQ watertemperatuursmodel voor de Rijn in een
standalone versie van FEWS-NL, zijn de volgende conclusies te trekken:
Software
SOBEK-Rural model is goed op te nemen in een FEWS omgeving.
Koppeling tussen SOBEK_Rural en WAQ is goed toepasbaar in een FEWS omgeving.
Hydrodynamica en simulatieperiode worden klaargezet voor WAQ.
WAQ model is goed op te nemen in een FEWS omgeving via en WAQ adaptor.
Meteorologische, hydrologische en hydrodynamische gegevens kunnen uit FEWS direct
aan WAQ worden aangeleverd.
Hydrodynamica
Bovenstrooms van de Nederlandse splitsingspunten van de Rijn komen de
modelresultaten van SOBEK-Rural goed overeen met SOBEK-RE. Het verschil is in de
orde van 30 m 3/s op een gemiddelde afvoer van orde grootte 2000 m 3/s. De verschillen
zijn vooral te wijten aan het feit dat het SOBEK-Rural model niet gekalibreerd is.
Benedenstrooms van de splitsingpunten worden grotere afwijkingen van circa 250 m 3/s
waargenomen, waardoor de hydrodynamica te onnauwkeurig wordt om te koppelen met
een waterkwaliteitsmodel. Het is onduidelijk waarom dit optreedt. Het is echter geen
onderdeel van dit project om dat uit te zoeken.
Watertemperatuur
Er treden grote verschillen op tussen de berekende watertemperatuur en de gemeten
temperatuur.
Verschillen tussen het WAQ model voor de Rijn en meetgegevens komen vooral door de
grote invloed van de randvoorwaarden, die veelal met een relatie met de
luchttemperatuur berekend zijn in plaats van met metingen.
5.2
Aanbevelingen
De belangrijke aanbevelingen zijn:
Allereerst een goede data-analyse uitvoeren:
Checken op consistentie, warmtebalans, andere bronnen zoals grondwater.
Bespreking van de resultaten met experten die kennis van dit gebied hebben
zoals BfG en de Waterdienst.
Verbeteren van de waterbewegingsverschillen (waterstanden, debieten, afregelen van
stuwen) tussen de SOBEK-RE en SOBEK-Rural schematisaties van het Nederlandse
deel.
Zodra de bovenstaande twee aanbevelingen zijn uitgevoerd, kan het
watertemperatuurmodel in FEWS verder verbeterd worden.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
29 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Andere aanbevelingen zijn:
Verwacht wordt dat de modelresultaten van het WAQ model voor de Rijn verbeterd
worden wanneer metingen van de watertemperatuur worden gebruikt als
randvoorwaarden. Voor de beschikbaarheid van deze data moeten afspraken worden
gemaakt tussen de Waterdienst en de DWD.
Het verbeteren van het model door het gebruik van meer metingen geldt ook voor de
global straling, want dit is een van de meteorologische inputgegevens voor WAQ.
Verbeteren van de SOBEK-Rural schematisatie benedenstrooms van Lobith (bij
voorbeeld het afregelen van stuwen), zodat het WAQ model ook voor het Nederlandse
stroomgebied toegepast kan worden.
Modelsimulaties kunnen, indien gewenst, uitgebreid worden met watertemperatuur
voorspellingen. Punt van aandacht is daar vooral de WAQ randvoorwaarden in de
toekomst. Gebruik van error correctie modellen is dan aan te bevelen.
Het WAQ proces meteo maakt gebruik van de x,y coördinaten van de meteorologische
stations en de x,y coördinaten van de WAQ segmenten. Een aanbeveling is het gebruik
van de FEWS x,y coördinaten van de meteostations voor het proces meteo.
De SOBEK schematisatie van het LTM komt niet overeen met de schematisatie van
FEWS-NL (voor het Nederlandse deel van de Rijn en Maas). Een belangrijk verschil is
dat in het LTM meer waterwegen zijn opgenomen dan in de schematisatie van FEWS-NL.
Het doel is dat (op termijn) beide schematisaties identiek zullen zijn en de waterbeweging
in het LTM direct ontleend kan worden aan die in FEWS-NL.
30 van 42
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
6
Literatuur
Boderie, P. en Visser, T. (2007). Implementeren verbeteringen in het landelijk temperatuurmodel.
In opdracht van Rijkswaterstaat, RIZA. WL Rapport Q4421.
Commissie Integraal Waterbeheer CIW (2004). CIW behoordelingssystematiek warmtelozingen.
Ministerie van Verkeer en Waterstaat.
Eberle, M., Buiteveld, H., Wilke, K., and Krahe, P. (2005). Hydrological modelling in the river
Rhine basin part III - daily HBV model for the Rhine basin, RIZA and BfG, Koblenz,
Germany BfG-1451, 2005.
Icke, J.; Peñailillo, R. en Rutten, M. (2006). De invloed van warmtelozingen op de
watertemperatuur van de Rijn. WL | Delft Hydraulics. In opdracht van DG Rijkswaterstaat,
RIZA. Report Q4214.
Icke, J.; Peñailillo, R. en Meijers, E. (2005). Quick scan heat discharges Rhine catchment. WL |
Delft Hydraulics. In opdracht van DG Rijkswaterstaat, RIZA. Report Q4100.
Ministerie van Verkeer en Waterstaat MVW (2008). Stroomgebiedbeheerplan Rijndelta:
Hoofdrapport.
Peñailillo B., R.; Icke, J. en Jeuken, Ad. (2008). Effects of the meteorological conditions and
cooling water discharges on the water temperature of Rhine River. Conference paper.
12th International Conference on Integrated Diffuse Pollution Management (IWA DIPCON
2008), Thailand.
Van der Grinten, E.; van Herpen, F.C.J.; van Wijnen, H.J.; Evers, C.H.M.; Wuijts, S. en Verweij,
W. (2007). Afleiding maximumtemperatuurnorm goede ecologische toestand (GET) voor
Nerderlandse grote rivieren. RIVM Rapport 607800003/2007.
Veen, R. van der (2007a). Fews_Rijn_versie_3_01_3_02 ,
Dutch).
RIZA WRR memo 2007-010 (in
Veen, R. van der (2007b). Fews_Maas_versie_3_01_3_02 ,
Dutch).
RIZA WRR memo 2007-009 (in
Vieira da Silva, J. en van der Werff, J.D. (2006). Verificatie nationaal SOBEK-model. Meander. In
opdracht van RWS. Rapport 10224 / 4500034934
Weerts, A.H. (2007) DATOOLS. Rapport Q3499.
Weert, A.H. (2008). Hindcast of waterlevels for the Rhine branches and Meuse for 2006/2007.
Rapport Q4234.
WL | Delft Hydraulics (1995). Technical Reference Manual Delwaq 4.
WL | Delft Hydraulics (1996). Verificatie landelijk temperatuurmodel. In opdracht van
Rijkswaterstaat, RIZA. WL Rapport Q4161.
Zwolsman, G. en Van Vliet, M. (2007). Effect van een hittegolf op de waterkwaliteit van de
Rijn en de Maas. H2O, 40(2007)22.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
31 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
A
Bijlage Configuratie toevoegingen
De veranderingen in FEWS-NL door opname van de SOBEK-Rural schematisatie zijn gedaan
in een stand-alone versie van FEWS-NL 1.11 onder de naam FewsNL_Rural. Hierbij wordt
onderscheid gemaakt in configuratiewijzigingen voor het SOBEK-RURAL en WAQ model. De
wijzigingen voor SOBEK-Rural zijn minder dan WAQ, omdat het SOBEK-Rural model
gebruikt maakt van dezelfde invoer als SOBEK-RE.
Sobek rural model
Ten opzichte van een stand-alone FEWS-NL versie op bijvoorbeeld de laatste versie, zitten
de veranderingen in de global properties en in de Modules, Config en Cold Start directories.
Global
properies.
Hierin
is
een
extra
regel
toegevoegd:
SBK_RURAL_EXE_DIR=%REGION_HOME%/Modules/SOBEK_Rural/Bin
Modules. Hier is een extra map neergezet: SOBEK_Rural. Hierin staan de noodzakelijke
SOBEK adapter files, modeldata en executables.
ModuleConfigfiles. De SOBEK-Rural General Adapter xml-file, SBK_Rural_Rijn_Update
stuurt de export en import tussen FEWS-NL en het SOBEK-Rural model. Deze module
instance wordt via de FEWS-NL explorer aangeroepen door de workflowfile
Rijn_SBKRural_update te runnen.
WorkflowFiles. De workflow Rijn_SBKRural_update kan in de Manual Forecast menu van
FEWS-NL worden gerund. De workflow bevat een lijst met taken, zoals data
preprocessing voor de randen en de hierboven beschreven SBK-Rural_Rijn
moduleinstance. Normaal gesproken wordt deze workflow gerund na het draaien van het
HBV model. Workflows kunnen opgenomen worden in andere workflows. De
Rijn_SBKRural_update workflow is opgenomen in de workflow Rijn_Update, die taken
heeft als het uitvoeren van een qh relatie, interpolatie van data, runnen van HBV en
uiteindelijk de Rijn_SBKRural_update workflow.
IdMapFiles. De IDmapping files in de IdMapFiles directory converteren de SOBEK-Rural
resultaten (externe parameters op externe locaties) naar FEWS (interne parameters op
interne locaties). Deze files heten, SOBEK-Rural_export en SOBEK_Rural_Import.
WAQ waterkwaliteitsmodel
Net als met SOBEK gebeurt het draaien van het model via een adapter die datastromen
tussen FEWS en WAQ mogelijk maakt. Deze adapter is de Delft3D-WAQ adapter, een java
class die ook voor het 1D SOBEK-Rural gebruikt kan worden.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
A-1 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Workflow WAQ_Rijn_Historical
Deze workflow wordt in de workflow Rijn_SBKRural_update
moduleinstance files die aangeroepen worden, zijn:
Module Instance
Rijn_DisaggregateTemperature
DauwpuntToLuchtvochtigheid
SundurationToRadiation
Boundary_Wtemp
DELWAQ_Interpolate_Update
WAQ_Rijn_Historical
RijnTemperature_Update
aangeroepen.
De
Taak
Aggregeren input series
Berekenen luchtvochtigheid
Berekenen globale straling en Cloud Cover
Berekenen randvoorwaarden
Interpoleren WAQ input
General adapter file voor WAQ model
Optellen ModTemp en Nattemp
General adapter WAQ_Rijn_Historical
De WAQ run wordt in FEWS gedraaid wanneer de moduleInstanceId WAQ_Rijn_Historical
wordt aangeroepen in een workflow. Deze general adapter xml-file stuurt de processen vanuit
de FEWS kant. Achtereenvolgens zijn dat:
General: Naamgeving en locaties van benodigde folders
Export State Activity: Export van de WAQ state (DELWAQrin.res) van FEWS naar de
WAQ adapter
Export Time series Activity: Export meteorologische tijdseries op de 10 gebruikte
meteostations van FEWS naar de WAQ adapter
Execute Delft3D Pre-Adapter: De java class preadapter wordt aangeroepen
Run SOBEK coupling program: Het koppelingsprogramma wqint wordt aangeroepen. Dit
programma vertaalt de hydrodynamische modelresultaten uit de SOBEK-rural directory
naar leesbare invoerbestanden voor WAQ in de Waq_Rijn directory: area.dat,
volume.dat, length.dat, en segfun.dat.
Run DELWAQ1.exe: De pre-processor van WAQ wordt gedraaid
Run DELWAQ2.exe: WAQ wordt gedraaid
Execute Delft3D Post-Adapter: De java class postadapter wordt aangeroepen
Import state Activity: Import van de WAQ state terug naar FEWS
Import Time Series Activity: Import WAQ resultaten (Continuity, Nattemp en Modtemp)
terug naar FEWS
Module WAQ_Rijn
In de module directory van FewsNL-Rural is een extra folder aangemaakt: WAQ_Rijn. In
deze folder zijn onder andere de volgende subdirectories voor de adapter van belang, zoals
aangegeven in de general setting van de general adapter file:
Bin: de benodigde executables en batfiles voor het draaien van WAQ
Input: tijdseries van meteorologische gegevens, zoals opgegeven in de FEWS general
adapterfile ModuleInstanceID WAQ_Rijn_Historical.xml
Output: tijdseries van WAQ uitvoer, zoals opgegeven in WAQ_Rijn_Historical.xml
State input: Input state van WAQ, opgegeven in WAQ_Rijn_Historical.xml
State output: Output state van WAQ, opgegeven in WAQ_Rijn_Historical.xml
Modeldir: Alle benodigde WAQbestanden die aangeroepen worden door het
Delwaqrijn.inp bestand.
A-2
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Workdir: Workdirectory, bestanden uit de modeldirectory worden hier naar toe
gekopieerd en WAQ uitvoerbestanden worden hier ingezet
Delft3DWAQ.xml: bestand voor de WAQ post-adapter. Hierin wordt gedefinieerd welke
output uit WAQ naar FEWS wordt gestuurd om een overmaat aan onnodige data in
FEWS te voorkomen. Ook wordt een steering timeserie aangeroepen, die de
simulatieperiode bepaalt. Deze tijdserie moet ook als export serie in de
WAQ_Rijn_Historical file worden gedefinieerd
Nieuwe Imports
Nieuwe of aangepast imports in FEWS-NL_Rural zijn:
ImportSynop: import, wind, airpressure, sunduration, dauwpunttemperatuur
ImportKNMIDELWAQ: import globale straling op Nederlandse KNMI stations
ImportRijnTemperatuur: watertemperatuurmetingen afkomstig van Pegelonline
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
A-3 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
B
Bijlage Resultaten hindcast SOBEK_RURAL 2006-2007
De rode lijn is de afvoermeting. Zwart is de afvoersimulatie met het SOBEK-RE model
Maxau-RTK (zonder data assimilatie). De blauwe lijn is de afvoersimulatie met het SOBEKRural model. Die twee simulaties liggen in de eerste twee figuren vrijwel over elkaar.
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
B-1 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Voor Olst (IJssel) en Tiel (Waal) zijn geen afvoermetingen beschikbaar.
B-2
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
C
Bijlage Global solar radiation
ngström-Prescott suggest the following method to determine solar radiation, if data on sun
hours are available.
Is
I a ( Aa
Ba (n / 24))
with
Incoming daily global solar radiation [Wm-2]
Daily extra terrestrial radiation [Wm-2]
Empirical constant [-]
Empirical constant [-]
Bright sunshine hours per day [hours]
Is
Ia
Aa
Ba
n
The constants depend on the geographical setting and are documented for several
meteorological stations.
2* Ld * I noon
* Fc
Ia
Fc is the amount of hours. In this case 24 hours. The day length Ld (hours) depends on
declination and latitude:
arccos
Ld
tan
24
I noon
*
tan
180
Rav
R
1367 sin
2
with Inoon Extraterrestrial Radiation [Wm -2s-1] at noon and 1367 is the solar constant in
[Wm-2s-1]. Furthermore,
sin
with
sin
sin
180
cos
cos
180
cos
the latitude [degrees] and
23.5
cos
180
2.95
declination [rad]
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
C-1 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Rav
R
Rav
R
With
2
1.0001 0.034221*cos( ) 0.001280*sin( )
0.000719*cos(2 ) 0.000077*sin(2 )
Mean sun earth distance [m]
actual sun earth distance [m]
2 m / 365 and m the number of the day in the year
The Ångström-Prescott constants read:
Station Name
Aa
Germany Bocholt
Geisenheim
Giessen
Konstanz
Mannheim
Trier-Petrisberg
Wuerzburg
Station 3
Station 4
Station 5
Station 6
Station 7
Station 8
Station 9
C-2
Dusseldorf
Frankfurt
Karlsruhe
Wurzburg
Trier
Nurburg
Konstanz
Ba
0.21 0.55 Dusseldorf
0.21 0.56 Nurburg
0.19 0.58 Frankfurt
0.20 0.58
0.20 0.55 Karlsruhe
0.20 0.57
0.23 0.55
Latitude ø
51,28
50,03
49,03
49,77
49,73
50,35
47,67
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
Bijlage Relaties tussen lucht- en watertemperatuur
35
y = 0,765x + 5,2531
R2 = 0,8598
30
Watertemperatuur Maxau
25
20
15
10
5
0
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
20
25
30
35
Luchttemperatuur Karlsruhe
30
y = 0,8412x + 4,981
R2 = 0,8546
25
Watertemperatuur Raunheim
D
20
15
10
5
0
-15
-10
-5
0
5
10
15
Luchttemperatuur Frankfurt
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
D-1 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
35
y = 0,7696x + 6,3615
R2 = 0,8911
30
Watertemperatuur Rockenau
25
20
15
10
5
0
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
Luchttemperatuur Karlsruhe
D-2
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
E
Bijlage Coëfficiënten in WAQ
De volgende tabel toont de waarden van de coëfficiënten die in het watertemperatuur model
zijn gebruikt.
Coefficienten Beschijving
CP
Soortelijke warmte van water
Coëfficiënt in windfunctie a
CwindA
CwindB
Coëfficiënt in windfunctie b
Coëfficiënt in windfunctie c
CwindC
Stanton
Stanton nummer (voor convectieve warmteflux)
Dalton
Dalton nummer (voor convectieve warmteflux)
FactRcHeat
Factor voor warmteuitwisseling
Latitude
Latitude of study area
Schakelaar voor ruimtelijke interpolatie met betrekking
MeteoClcSW tot meteorologische stations
Schakelaar om te kiezen voor de gemeten waarde
van instraling (optie 1) of deze berekende waarde
MeteoRadSW (optie 2)
Schakelaar om te kiezen voor de gemeten waarde
van wolkbedekkingsgraad (optie 1) of deze berekende
MeteoSunSw waarde (optie 2)
NoMeteoSta Nummer van meteorologische stations
RefDay
Dagnummer bij start van simulatie
RefHour
Uurnummer bij start van simulatie
Schakelaar om te kiezen voor het WAQ model voor
temperatuur (optie 1) of het Delft3D model voor
SWHeat
temperatuur (optie2)
Schakelaar om te kiezen voor het zelf specificiëren
van zelfkoelingsgetal (optie 1) of het niet gebruiken
SWHeatE
van het afkoelingsgetal (optie 2)
Schakelaar die bepaalt of ModTemp de absolute
(totale) temperatuur van het water (optie 0) of slechts
Switchtemp
de overtollige temperatuur (optie 1) weergeeft.
XYScaleFac
Factor voor meteo naar segment coördinaten
XMeteo01
X coördinaat meteo station 1
XMeteo02
X coördinaat meteo station 2
XMeteo03
X coördinaat meteo station 3
XMeteo04
X coördinaat meteo station 4
XMeteo05
X coördinaat meteo station 5
XMeteo06
X coördinaat meteo station 6
XMeteo07
X coördinaat meteo station 7
XMeteo08
X coördinaat meteo station 8
XMeteo09
X coördinaat meteo station 9
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS
Waarde Eenheid
4180
J.kg-1.°C-1
W.m2
4.4
.mbar-1
1.82 J.m -3.mbar-1
W.s2.m 4
0
.mbar-1
0.0012
(-)
0.00145
(-)
1
(-)
52.1
(-)
1
(-)
1
(-)
1
10
0
0
(-)
(-)
(-)
(-)
1
(-)
1
(-)
1
1
3228400
3210000
3323100
3460200
3451400
3560700
3323400
3247400
3524600
(-)
E-1 van 42
1002020-001-ZWS-0003, 22 december 2009, definitief
XMeteo10
YMeteo01
YMeteo02
YMeteo03
YMeteo04
YMeteo05
YMeteo06
YMeteo07
YMeteo08
YMeteo09
YMeteo10
E-2
X coördinaat meteo station 10
Y coördinaat meteo station 1
Y coördinaat meteo station 2
Y coördinaat meteo station 3
Y coördinaat meteo station 4
Y coördinaat meteo station 5
Y coördinaat meteo station 6
Y coördinaat meteo station 7
Y coördinaat meteo station 8
Y coördinaat meteo station 9
Y coördinaat meteo station 10
3350900
5702600
5774400
5688100
5557300
5445000
5535900
5515400
5035000
5297800
5793400
Watertemperatuur van de Rijn - Protoype voor temperatuurvoorspelling in FEWS