Betrouwbaarheidsanalyse van stofbalansen Hella PomariusWaterschap Rivierenland Beleidsafdeling Water Team Wateradvies Carlijn BakDeltares 2 februari 2010

Betrouwbaarheidsanalyse van stofbalansen l Toekomstig project l Plan van aanpak (concept) l Nog niet statistisch verantwoord l Graag ideeën en mogelijkheden

Inhoud presentatie l Waarom stofbalansen en betrouwbaarheid l Definities l Plan van aanpak l Voorbeelden l Vervolg

Bronnenanalyse  stofbalansen l Stroomgebiedbeheerplannen gebaseerd op bronnenanalyse (ER-2000) l Kloppen de emissies wel ? l Goede maatregelen gekozen? l Klopt de effectiviteit van de maatregelen wel?  Stofbalansen opstellen

Waarom stofbalansen ? l Controle: IN = UIT + retentie/processen l Inzicht in processen en retentie l Inzicht in kwaliteit van de emissiedata l Meetgegevens (waterschap, RIVM) l Emissieregistratie l Literatuur l Schattingen

Stofbalans oppervlaktewater

Voorbeeld stofbalans stikstof

Voorbeeld stofbalans fosfaat

Voorbeeld stofbalans koper

Waarom betrouwbaarheidsanalyse ? l Onzekerheden in stofbalansen  onzekerheid in emissiebeperkende maatregelen  onzekerheid in effectiviteit van maatregelen (SGBP) l Betere inschatting doelrealisatie (chemie, ecologie) l Onzekerheden van waterkwaliteitsmodellen l Optimale meetfrequentie van stoffen (in- en uitlaten) l Aanknopingspunten voor verbeterpunten ER

Waarom betrouwbaarheidsanalyse ? l Gevoel versus statistische aanpak l Meerwaarde van statistische aanpak l Gevoel is persoonlijk l Reproduceerbaarheid l Hard maken van gevoel l Betere kwaliteit informatie (nader onderzoek, meten, ontbrekende informatie)

Betrouwbaarheidsanalyse l Plan van aanpak (concept) l Samenwerking met: l Deltares (onzekerheid in ER data) l STOWA (thema: omgaan met onzekerheden) l Andere waterschappen l 2 waterschappen actief mee doen l aantal waterschappen geinteresseerd l Wageningen Universiteit

Doel van het project l Ontwikkelen van een geschikte methode voor bepalen betrouwbaarheid van stofbalansen l Bepalen wanneer een stofbalans voldoende betrouwbaar is l Inzicht in: l Relatieve en absolute onzekerheid van werkelijke vracht l Welke posten de grootste onzekerheid vertonen. l Naar welke posten meer onderzoek moet plaatsvinden l 2 of 3 stoffen, 2 of 3 gebieden

Definities Onzekerheidsanalyse Onderzoek waarbij de onzekerheid in de waarden van modeluitvoer of een meting gekwantificeerd worden. Betrouwbaarheid Onzekerheid met waarschijnlijkheidsberekening (bijvoorbeeld 68%, 95% of 99%)

Definities variantie l gemiddelde kwadratische afwijking van het gemiddelde; l mate waarin de waarden onderling verschillen, van het gemiddelde afwijken l standaardafwijking, wortel uit de variantie, waarbij door 1 vrijheidsgraad minder wordt gedeeld standaardfout l standaardafwijking van het steekproefgemiddelde, te berekenen uit de standaardafwijking van de steekproef gedeeld door de wortel uit de omvang van de steekproef. l absolute onzekerheid in ± kg/j variatie coëfficiënt l quotiënt van standaardafwijking en gemiddelde l relatieve onzekerheid in ± %

Definities betrouwbaarheidsinterval l geeft de range aan waarbinnen de werkelijke waarde ligt l met waarschijnlijkheid, meestal 95% l dus range voor gemiddelde vracht is van l vracht – 2 * standaardfout tot l vracht + 2 * standaardfout l vracht = 100 kg; standaardfout = 10 kg; l betrouwbaarheidsinterval (met waarschijnlijkheid van 95%) = van kg tot 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

Plan van aanpak Stap 4:absolute onzekerheid = standaardafwijking betrouwbaarheidsinterval koperbalans Quarles van Ufford

Plan van aanpak Stap 4: Vaststellen van elke vrachtpost: l Variatie coëfficiënt (= relatieve onzekerheid in %) l Standaardafwijking/-fout (= absolute onzekerheid in kg) l Betrouwbaarheidsinterval (= bandbreedte werkelijke vracht) l Statistische verdeling binnen de bandbreedte l Hoe doe je dat? l Verschillende typen emissiedata in stofbalans

Emissiedata: metingen inlaat, uitlaat, RWZI Onzekerheid: l debiet (gemeten, model)  methode Joost Heijkers l concentratiemeting (frequentie, verdeling) l vrachtberekeningsmethode (interpoleren, blokmethode) l meetfouten

Emissiedata: metingen inlaat, uitlaat, RWZI Onzekerheid: l debiet (gemeten, model)  methode Joost Heijkers l concentratiemeting (frequentie, verdeling) l vrachtberekeningsmethode (interpoleren, blokmethode) l meetfouten

Emissiedata: metingen Concentraties en vrachten Precisie l maat voor toevallige fout of relatieve fout l door steekproeven van concentratiemetingen en meetfrequentie Nauwkeurigheid l maat voor systematische fout l veroorzaakt door vrachtberekeningsmethode (interpolatiemethode, intervalmethode, ect.)

Emissiedata: metingen jaarvracht nauwkeurigheid = berekeningsmethode werkelijke vracht berekende vracht precisie = meetfrequentie steekproeven

Emissiedata: metingen kwel, neerslag Onzekerheid: l debiet = modelberekening, neerslagstations l concentratie in de ruimte l meetfouten

Emissieregistratie Onzekerheid: Emissieverklarende variabele Emissiebepalende factor Emissieroute naar water Regionalisatie Emissie (water) = EVV *EF* f(water)

Emissieregistratie Betrouwbaarheidsclassificatie

Emissieregistratie Relatieve onzekerheid 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/j Betrouwbaarheidsinterval (95%) = 0 – 16 kg/j

Overige emissiedata l Literatuur l Schattingen en geschatte concentraties l Etc.

Stap 5: Betrouwbaarheidsintervallen hele stofbalans Bijvoorbeeld: 1000 trekkingen

Stap 5: Betrouwbaarheidsintervallen hele stofbalans l Trekking met random generatoren (mogelijk Monte Carlo toets) l Analyse aantal trekkingen l Uitvoeren random trekkingen (bv 1000 x)

Stap 5: Resultaat trekkingen l = 1000 vrachten (INposten, UITposten en restpost) l Onzekerheid hele INposten, UITposten en sluitpost l Variatie coëfficiënt (= relatieve onzekerheid in %) l Standaardafwijking (= absolute onzekerheid in kg) l Betrouwbaarheidsinterval (range van gehele vracht en de sluitpost)

Resultaat

Conclusie l Onderwerp is ingewikkeld l Samenwerking verschillende vakgebieden l emissie deskundigen l statistici

Vervolg l Eind februari helderheid over geld STOWA l Begeleidingscommissie vormen l Plan van aanpak definitief l Werkwijze uitwerken l Aan de slag met l circa 3 stoffen l circa 3 gebieden

Vervolg l Aanvullende ideeën ? l Andere mogelijkheden ? l Wat mis je ?  neem deel aan de workshop vanmiddag  neem deel aan de begeleidingscommissie (STOWA)

Dank voor uw aandacht! Vragen..?