De Water Emissie Inventaris

Transcriptie

1 De Water Emissie Inventaris Een plangericht informatiesysteem om de vervuiling van de waterlichamen te verminderen. LAYMAN S REPORT

2 WEISS wordt deels gefinancierd door LIFE+, het financiële instrument voor het leefmilieu van de Europese Commissie Maatschappelijke zetel: A. Van de Maelestraat 96 B-9320 Erembodegem V.U.: Katrien Smet, VMM, 2014

3 De Water Emissie Inventaris Een plangericht informatiesysteem om de vervuiling van de waterlichamen te verminderen. 3

4

5 DOELSTELLINGEN VAN HET PROJECT Een goede waterkwaliteit in onze rivieren belangt ons allen aan. Het biedt niet alleen een gezonde omgeving voor fauna en flora, maar het laat ook toe om de kostprijs van drinkwater zo laag mogelijk te houden. Om ervoor te zorgen dat alle lidstaten van de Europese Unie streven naar een zo goed mogelijke waterkwaliteit in de rivieren, heeft de Europese Raad en het Europees Parlement in het jaar 2000 de kaderrichtlijn Water (2000/60/EEG) in het leven geroepen. Deze richtlijn stelt dat elke lidstaat tegen eind 2015 een goede toestand van zijn waterlichamen moet realiseren. Bij waterlichamen denken we dan aan oppervlaktewater (rivieren en meren), maar ook aan grondwater. Een goede toestand heeft dan betrekking op de chemische, de ecologische en de kwantitatieve kenmerken van het waterlichaam. Uitstel op deze doelstellingen is mogelijk tot eind Het bereiken van een goede toestand van de waterlichamen is vooral in sterk verstedelijkte en dichtbevolkte gebieden zoals Vlaanderen verre van eenvoudig. Bovendien maakt de toenemende gespreide bebouwing in Europa (de zogenaamde urban sprawl) het niet eenvoudig om een efficiënte afvalwaterzuivering op te zetten. Integraal waterbeleid vereist maatregelen die kostenefficiënt de waterkwaliteit zullen verbeteren. Dit kan door de huidige waterkwaliteit te meten, maar vooral ook door op zoek te gaan naar de bronnen van vervuiling zodat daarop ingegrepen kan worden. Wordt de verontreiniging bijvoorbeeld veroorzaakt door systematische lozingen van één enkel bedrijf, komt het door wegverkeer, is het afkomstig van een ander stroomgebied, of komt het via atmosferische depositie in de rivieren terecht? Er kunnen tientallen bronnen van vervuiling actief zijn in het stroomgebied. Het kan dan gaan om puntbronnen, zoals lozingen van een bedrijf, maar ook om oppervlaktebronnen (de zogenaamde diffuse bronnen), zoals atmosferische depositie. 5

6 Bronnen die de waterkwaliteit beïnvloeden * Nadat de bronnen gedetecteerd zijn, moet ook bekeken worden hoe de vervuiling zich verplaatst tot aan de rivier en hoeveel van de verontreiniging uiteindelijk nog in het water terechtkomt. Dan pas heeft men een goed zicht op de belangrijkste bronnen en kunnen efficiënte maatregelen opgesteld worden. Voor een duidelijk antwoord op deze en andere vragen werd in dit Life+-project het WEISS-systeem ontwikkeld. * Figuur overgenomen van: Ærtebjerg, G., Andersen, J.H. & Schou Hansen, O. (eds.) 2003: Nutrients and Eutrophication in Danish Marine Waters. A Challenge for Science and Management. National Environmental Research Institute. Internet:

7 WEISS geeft onder andere een antwoord op volgende beleidsrelevante vragen: - Welke bronnen van verontreiniging zijn verantwoordelijk voor de vastgestelde waterkwaliteit en hoe verhouden deze bronnen zich tegenover elkaar? - Hoeveel van de verontreiniging komt effectief in de rivier terecht? - Wat zijn de gevolgen van ingrepen in de rioleringsinfrastructuur? - Hoe evolueert de waterkwaliteit in het stroombekken doorheen de jaren? - Zijn er nog onbekende bronnen van verontreiniging in het studiegebied? WEISS staat voor Water Emissions Inventory planning Support System. Het werd in de periode ontwikkeld door de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM) en de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO). Dit computermodel zal zo accuraat mogelijk de locatie en de omvang van de bronnen van vervuiling inventariseren, net zoals de routes waarlangs de vervuiling zich tot in het oppervlaktewater verplaatst. Het behoort tot de taken van de VMM om dit voor Vlaanderen in kaart te brengen, daarover te rapporteren in regionale, nationale en Europese registratiesystemen en maatregelen voor te stellen die bijdragen tot het realiseren van vooropgestelde milieudoelstellingen. Het WEISS systeem werd daarom gevuld met gegevens voor de Vlaamse situatie, maar het computermodel is generiek opgezet zodat het ook buiten Vlaanderen kan gebruikt worden. Zeer innovatief aan WEISS is de manier waarop de bronnen ook letterlijk in kaart worden gebracht. Het gaat dan niet enkel om totalen voor een specifiek studiegebied, maar de gegevens worden zo nauwkeurig mogelijk gelokaliseerd door ze toe te wijzen aan rastercellen van een rooster dat over het studiegebied wordt gelegd. Concreet wordt het grondgebied van Vlaanderen vertaald in een rooster met rastercellen van 100 bij 100 meter. Dit resulteert in rastercellen met unieke waarden. Deze kunnen als kaart bekeken worden, maar ze worden in WEISS ook geaggregeerd tot tabellen en grafieken van verschillende types (zie resultaten). De nauwkeurigheid (de ruimtelijke resolutie van het raster) waarmee de berekeningen plaatsvinden is flexibel in te stellen en wordt bepaald door de grootte van het studiegebied en de beschikbare onderliggende data. 7

8 VOOR WIE? We denken hierbij aan gelijkaardige organisaties zoals VMM in Europa die rapportageverplichtingen hebben. Zo werkt VITO in 2013 aan een WEISS toepassing voor het Brussels Hoofdstedelijk Gewest. Er is ook uitgesproken interesse voor het systeem in landen zoals Nederland, Zweden en Duitsland. Ook waterschappen, zoals men ze kent in Nederland, en bekkenbeheerders van al dan niet grensoverschrijdende rivieren kijken met veel interesse naar de mogelijkheden van WEISS. Daarnaast heeft het systeem een uitgesproken nut voor andere gebruikers die niet meteen een overheidstaak vervullen, maar wel belang hebben bij een goede kennis of verbetering van de waterkwaliteit zoals de beheerders van havens, logistieke complexen of infrastructuur. Zo heeft het Havenbedrijf van Antwerpen zijn emissie inventaris opgebouwd volgens de WEISS methodologie. De bouwsector kan het gebruik van materialen analyseren die minder corroderen en dus ook minder zware metalen in het oppervlaktewater veroorzaken. Voor de bedrijven die instaan voor het zuiveren, oppompen en verdelen van water dat aan zeer hoge kwaliteitseisen moet voldoen, is de kennis van bronnen van vervuiling in en rond hun waterwingebied essentieel. Ook sectoren die een bijdrage leveren aan de verontreiniging kunnen aan de hand van WEISS een beter inzicht krijgen in manieren waarop ze reductieprogramma s beter kunnen toepassen. Een voorbeeld is het gebruik van gewasbeschermingsmiddelen in de landbouw of in het openbare domein. Aan de hand van het webportaal dat in het WEISS-project werd ontwikkeld, kan de individuele burger zich informeren over de bronnen van verontreiniging in zijn omgeving en kan hij zijn eigen bijdrage aan de vervuiling inschatten. Aangezien WEISS gegevens kan opslaan voor verschillende tijdsmomenten, kan het ook trends berekenen en in beeld brengen. Het kan dus ook de effectiviteit van maatregelen, veranderingen in technologie, toepassing van nieuwe materialen en producten kwantificeren. Ook scenario-analyse behoort tot de mogelijkheden. De invoering van een maatregel kan geëvalueerd worden aan de hand van een wat-als oefening. Zo kan worden nagegaan wat de effecten zijn van het toepassen van een zuiveringstechnologie ter hoogte van één of meerdere zuiveringsstations, de uitbreiding van het rioleringsstelsel, de aansluiting van losse strengen, het wijzigen van overstortpercentages, enzovoort. Ook wat-als vragen gesteld naar de toekomst zijn mogelijk. Zo kan men bijvoorbeeld de vraag beantwoorden hoe de vervuiling verandert naar 2030 toe, bij een veronderstelde groei van de bevolking en economie, en het veranderende landgebruik dat er

9 het gevolg van is. Men kan ook simuleren wat de gevolgen zijn van een ruimtelijk ordeningsbeleid dat al dan niet rekening houdt met investeringsprogramma s in de rioleringsinfrastructuur. Zeker dit laatste kan erg grote verschillen opleveren wat noodzakelijke investeringen betreft. RESULTATEN Ter ondersteuning van de ontwikkeling van WEISS, werd door VMM en VITO een toepassing op het volledige grondgebied van Vlaanderen uitgewerkt. Alle kaarten worden op een detailniveau van één hectare berekend en gevisualiseerd. WEISS is momenteel gevuld met alle gerapporteerde puntbronnen en een honderdtal diffuse bronnen voor zware metalen, PAK s en gewasbeschermings middelen in de landbouw voor de jaren 2010, 2011 en Zo worden in het totaal een veertigtal stoffen doorgerekend. WEISS maakt daarbij gebruik van de best beschikbare GIS- en andere data voor de nauwkeurige lokalisatie van de bronnen. Wat de transportroutes betreft, wordt voor Vlaanderen het rioleringsstelsel uit het AWIS systeem ingezet en het WETS- PA-model van de dienst Hydrologie van de Vrije Universiteit Brussel voor de run-off berekeningen. De transportalgoritmes zijn zodanig geconfigureerd dat dit ook voor andere studiegebieden kan opgezet worden, zelfs wanneer de achterliggende data veel minder detail zou bevatten. De resultaten kunnen bekeken worden in het WEISS-systeem zelf, maar er werd ook een geoloket ontwikkeld om de resultaten voor het grote publiek beschikbaar te stellen ( vmm.be/geoloket/). In het geoloket zijn enkel de resultaten ter hoogte van de emissiebron (de zogenaamde bruto emissiekaarten) en ter hoogte van het oppervlaktewater (de zogenaamde netto emissiekaarten) te raadplegen. Resultaten kunnen geraadpleegd worden voor alle stoffen aanwezig in het WEISS voor Vlaanderen. Naast een totaalkaart over alle sectoren kan ook de ruimtelijke spreiding voor elke individuele sector bekeken worden. Men kan inzoomen op een specifiek stroomgebied, een stad of provincie. Gemeentegrenzen, rivieren en wegen kunnen gevisualiseerd worden op de kaart om zich beter te kunnen oriënteren. Naast de kaart met de ruimtelijke spreiding kunnen de resultaten ook bekeken worden in een taartdiagram. De resultaten kunnen ook geëxporteerd worden naar een overzichtsrapport. 9

10 Grafiek De totale bruto emissie koper in Vlaanderen bedraagt kg. Transport Natuur Bevolking Infrastructuur Industrie Handel & diensten Overige Het geoloket van WEISS (Bruto emissies koper jaar 2010)

11 Omschrijving De kaart toont de bruto emissies van koper voor het jaar 2010 in Vlaanderen (in gram per hectare). De emissies worden getoond van alle bronnen. Duiding De bruto emissie van een verontreinigende stof is de hoeveelheid die vrijkomt aan de bron. Op de kaart zijn de bruto emissies weergegeven op de plaats waar de bron gelegen is. De emissies die vrijkomen aan de bron bereiken geheel of gedeeltelijk het oppervlaktewater. De rioolwaterzuiveringsinstallaties zuiveren het afvalwater dat via de riolen aangevoerd wordt en lozen, het daarna in het oppervlaktewater. Afhankelijk van de route die het afvalwater volgt, kunnen er ook verliezen optreden door afstroming en infiltratie in de bodem, verdamping naar de lucht en lekkage, van riolen. De netto emissie is het gedeelte van de bruto emissie dat daadwerkelijk het oppervlaktewater bereikt. Andere gangbare begrippen voor de netto emissie zijn de druk, de belasting van het oppervlaktewater of de inworp in het oppervlaktewater. Overzichtsrapport uit het WEISS geoloket (Bruto emissies koper jaar 2010) 11

12 De volgende twee figuren illustreren de gebruikersinterface van het WEISS-systeem met zijn analysemogelijkheden. Resultaten worden getoond in de vorm van tabellen, grafieken en kaarten. Zo wordt in het stofstroomschema de massabalans weergegeven voor elk knooppunt en kan ook de bijhorende spreidingskaart opgevraagd worden voor de blauw gekleurde vakken. Daarnaast kunnen de resultaten ook bekeken worden aan de hand van een top 10 van de belangrijkste emissiebronnen, de bruto/netto verhouding, de bijdragen van de verschillende transportroutes tot de netto emissies in het onderdeel netto emissies en een tabel per RWZI die de onverklaarde vracht beschrijft. Flexibiliteit is voorzien op gebied van eenheden, gebiedsindelingen, positie in de boomstructuur van de bronnen, positie in het stofstroomschema, enz.

13 Massabalans in het stofstroomschema en de corresponderende spreidingskaarten voor het knooppunt Bruto emissies naar water en Oppervlaktewater De Top 10, Bruto/netto, Netto emissie en RWZI analysetabellen van WEISS 13

14 SET-UP WEISS is een systeem (Decision Support System) dat ondersteuning biedt om op een geografisch gedetailleerde wijze de emissies van alle relevante verontreinigende stoffen in kaart te brengen. Het gaat om verontreinigende stoffen veroorzaakt door alle belangrijke bronnen en hun pad naar de waterlichamen. Het WEISS-systeem is generiek opgezet. Dat maakt het ook uniek. Het kan toegepast worden voor gebieden van verschillende omvang: van industriële of agrarische complexen tot volledige EU-deelstaten of grensoverschrijdende rivierbekkens. Het gebied wordt voorgesteld als een regelmatig rooster bestaande uit rastercellen, in resoluties variërend van enkele vierkante meters tot verschillende vierkante kilometers. De resolutie kan men kiezen in functie van de kwaliteit van de beschikbare data, de precieze behoeften en natuurlijk ook de rekensnelheid die men verwacht bij het gebruik van het systeem. WEISS laat verder toe om zelf te beslissen welke bronnen en welke stoffen opgenomen moeten worden in het systeem. Deze lijsten zijn uit te breiden naarmate nieuwe informatie ter beschikking komt. Bronnen worden weergegeven in een hiërarchische structuur met maximaal vijf niveaus. WEISS kan omgaan met zowel punt- als diffuse bronnen en de aggregatie van beide. Het systeem is beschikbaar als een softwaretoepassing die volledig ingesteld kan worden door de gebruiker en perfect kan meegroeien met zijn behoeften en de beschikbaarheid van de data. WEISS kan worden ingezet om een emissie-inventaris op te bouwen en te onderhouden. Het betreft jaarlijkse vrachten per stof en per bron. De vrachten kan men sommeren per sector, of per deelgebied, per stof, enzovoort. Dit kan zowel aan de bron als in elk punt van het stofstroomschema. Dit stofstroomschema stelt alle mogelijke transportroutes voor, vertrekkende van de bron naar het oppervlaktewater. Het is dus mogelijk om de stof te volgen op zijn weg naar het oppervlaktewater en steeds te weten welke bijdrage wordt geleverd door verschillende vervuilers op een geografisch gedetailleerde basis. WEISS verschaft op die manier inzicht in de oorsprong van de concentraties die gemeten worden in de rivieren.

15 WEISS is erg gebruiksvriendelijk. De gebruiker maakt gebruik van invoerschermen om de karakteristieken van elke bron te definiëren en noodzakelijke parameters, verwijzingen en gegevens in te voeren. De gebruikersinterface verbergt voor de gebruiker het onderliggende WEISS softwareraamwerk bestaande uit een rekenschema dat in functie van de karakteristieken van de bron ingevuld kan worden met de juiste algoritmes. De algoritmes worden opgehaald uit een ingebouwde bibliotheek en worden doorgerekend in een ketenverband. Ze vertegenwoordigen alternatieve manieren om punt-, lijn- en oppervlaktebronnen ruimtelijk toe te wijzen en de verschillende vormen en routes van het transport, via directe lozing, run-off, of riolering, door te rekenen. Daarnaast zijn er algoritmes om analyses uit te voeren op de resultaten. Dat gaat dan van het aggregeren per stof op verschillende hiërarchische niveaus en voor verschillende geografische administratieve of hydrologische entiteiten tot het uitvoeren van scenario- en trendanalyse, enzovoort. Er zijn algemene tot erg specifieke algoritmes beschikbaar. De specifieke algoritmes vergen meestal meer input en kunnen dus alleen ingezet worden als de noodzakelijke invoergegevens beschikbaar zijn. WEISS wordt voortdurend uitgebreid met meer algoritmes, zodat het systeem groeit in zijn mogelijkheden en zijn nauwkeurigheid. Indien noodzakelijk, of indien het efficiëntiewinst oplevert, kunnen ook specifieke algoritmes worden ontwikkeld en toegevoegd die beter overweg kunnen met beschikbare gegevens, of een betere weergave zijn voor specifieke bronnen, of beter inzetbaar zijn voor toepassingen in specifieke gebieden. 15

16 BOTTOM-UP WERKWIJZE IN WEISS De weergave van de bronnen gaat uit van een basisformule die stelt dat de bruto emissie van een stof het product is van een emissieverklarende variabele (EVV) vermenigvuldigd met een emissiefactor (EF). De emissieverklarende variabele is de fysische activiteit of het fysische element dat de emissie veroorzaakt. Een voorbeeld is het aantal vierkante meters zinken dakgoot in een woning van het type gesloten bebouwing. Of de velden waarop maïs wordt geteeld waarvoor de landbouwer de gewasbeschermende actieve stof Terbuthylazin gebruikt. Over het algemeen krijgen de emissieverklarende variabelen in WEISS een gedetailleerde lokalisatie. Zo wordt op kaart ingegeven of berekend waar de woningen van het type gesloten bebouwing voorkomen en hoeveel vierkante meters zinken dakgoot zo n woning typisch heeft, en waar de teelt van maïs voorkomt. De emissiefactoren geven de hoeveelheid stof weer die jaarlijks vrijkomt per eenheid van de emissieverklarende variabele. Zo is er een emissiefactor die stelt hoeveel zink vrijkomt per vierkante meter dakgoot en een andere die de hoeveelheid actieve stof van Terbuthylazin per hectare maïs inschat. Emissiefactoren kunnen ook een ruimtelijke dimensie hebben. Zo is het geweten dat corrosie van bouwmaterialen afhankelijk is van de neerslag, de inwerking van zout in kustgebieden of van zure regen in industriële gebieden. Het vergt wetenschappelijk onderzoek om inzicht te verwerven in zowel de EVV als de EF. WEISS biedt de ondersteuning om op basis van die wetenschappelijke kennis de noodzakelijke berekeningen te automatiseren.

17 WEISS is geprogrammeerd in C++ als een stand-alone toepassing voor het PC-platform. Het is uitgerust met een grafische en gebruiksvriendelijke interface die het mogelijk maakt om voor een nieuw gebied een toepassing vanaf het begin op te bouwen en te gebruiken in al zijn facetten. Het systeem heeft een ingebouwde GIS-functionaliteit en stockeert zijn data in een MS Access-database. Het WEISS model is via de WEISS website ( beschikbaar in een demoversie, samen met een syllabus met praktijkoefeningen en een uitgebreide handleiding. Hiermee kan een nieuwe gebruiker snel een demoversie van WEISS voor zijn studiegebied opzetten. WAT ZAL DE TOEKOMST BRENGEN? Tijdens de loop van het project werd het steeds duidelijker dat er veel belangstelling is voor het instrument. Dit werd bevestigd tijdens de afsluitende conferentie van het WEISS project in mei Sindsdien hebben verschillende instanties hun interesse getoond om WEISS in te zetten voor hun studiegebied. Ook na het einde van het Life+-project gaat de ontwikkeling van WEISS verder: de toepassing voor Vlaanderen wordt door de VMM in samenwerking met VITO voortdurend geactualiseerd zodat het kan ingezet worden voor het beleid (mitigatie, rapportering, ). Daarnaast worden nieuwe functionaliteiten ontwikkeld en bestaande onderdelen verbeterd. In 2013 werd WEISS ingezet voor de ontwikkeling van een emissie inventaris water voor het Brussels Hoofdstedelijk Gewest. Eveneens in de loop van 2013, en buiten de doelstellingen van de kaderrichtlijn Water, werd WEISS uitgebreid en gebruikt om een emissie inventaris naar lucht op te stellen en zelfs om ondersteuning te bieden bij het maken van een warmtekaart (in het kader van de Richtlijn 2012/27/EU) voor de Vlaamse beleidsmakers. 17

18 CONTACTGEGEVENS Dit WEISS-project kwam mee tot stand door de financiële steun van het Life+-programma van de EU (LIFE08 ENV/B/042). Voor meer informatie over WEISS zijn dit de contactgegevens van de projectpartners: VMM - Vlaamse Milieumaatschappij A. Van De Maelestraat Erembodegem - Belgium info@vmm.be T +32 (53) VITO - Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek Boeretang Mol - Belgium vito@vito.be T +32 (14) Depotnummer: D/2014/6871/002 Fotografie: Shutterstock Ontwerp: Cayman Druk: Vanden Broele Productions Website: