Quick scan warmtelozingen Rijnstroomgebied

(1)

Quick scan warmtelozingen

Rijnstroomgebied

december 2005 Rapport

Rijkswaterstaat RIZA

Opdrachtgever:

(2)

Opdrachtgever:

Rijkswaterstaat RIZA

Quick scan warmtelozingen

Rijnstroomgebied

Joost Icke, Reinaldo Peñailillo, Erwin Meijers

Rapport december 2005

(3)

Inhoud

1 Inleiding ...1—1

1.1 Aanleiding...1—1 1.2 Doelstelling van het onderzoek...1—1 1.3 Aanpak...1—1 1.4 Leeswijzer...1—2

2 Warmtelozingen in het Rijnstroomgebied ...2—1

2.1 Het onderzoeksgebied...2—1 2.2 Warmtelozingen in het Rijnstroomgebied ...2—2

3 Modelopzet ...3—1

3.1 Inleiding...3—1 3.2 Waterbeweging ...3—1 3.2.1 Modelschematisatie ...3—1 3.2.2 Debieten van de zijrivieren en de bron ...3—2 3.3 Temperatuurmodel ...3—6 3.3.1 Procesvergelijkingen temperatuurmodel ...3—6 3.3.2 Temperatuur van de zijrivieren en de bron ...3—6 3.3.3 Warmtelozingen ...3—7 3.3.4 Meteorologie...3—9 3.3.5 Procescoëfficiënten...3—9 3.4 Aannames ...3—10 3.5 Sobekversie...3—10

(4)

4 Resultaten ...4—1

4.1 Inleiding...4—1 4.2 Het gemiddelde jaar 2000 ...4—1 4.3 De droge en warme zomer van 2003 ...4—6 4.4 Bespreking van de simulatieresultaten ...4—8

5 Conclusies en aanbevelingen...5—1 5.1 Conclusies...5—1 5.2 Aanbevelingen ...5—1 6 Literatuur ...6—1

Bijlage

A Temperatuurkaarten ...A—1

A.1 Temperatuurkaarten voor het jaar 2000 ...A—1 A.2 Temperatuurkaarten voor het jaar 2003 ...A—7

(5)

1 Inleiding

1.1 Aanleiding

De afgelopen jaren is de problematiek van koelwaterlozingen en te hoge watertemperaturen van de grote rivieren regelmatig in de actualiteit gekomen. De koelwaterproblematiek is een grensoverschrijdend vraagstuk in het stroomgebied van de Rijn. Als het rivierwater bovenstrooms al teveel is opgewarmd dan beperkt dit de beschikbare koelcapaciteit voor de Nederlandse industrie en energiesector. Over de koelwaterbelasting van de Rijn voert Rijkswaterstaat namens Nederland geregeld overleg met Duitsland, Frankrijk en Zwitserland in de Internationale Commissie ter bescherming van de Rijn (ICBR) Binnen de werkgroep waterkwaliteit van het ICBR wordt momenteel de informatie over de warmtelozingen in het stroomgebied van de Rijn geactualiseerd. Nederland heeft aangeboden om op basis van deze informatie een eerste, indicatieve berekening te maken van de invloed van de grotere lozingen op de temperatuur van het Rijnwater.

Het concrete doel van de studie is het maken van temperatuurkaarten, waarop de natuurlijke opwarming van het Rijnwater onder invloed van de meteorologie, de temperatuurverhoging van het Rijnwater door warmtelozingen en de totale watertemperatuur staan afgebeeld. De temperatuurkaarten zijn voor het hydrologische gemiddelde jaar 2000 en de bijzonder droge en warme zomer van het jaar 2003 gemaakt. Aan deze kaarten liggen modelberekeningen met de temperatuurmodule in het waterkwaliteitsmodel Delwaq ten grondslag. Dit model maakt gebruik van informatie over de rivierafvoeren, de meteorologie en de warmtelozingen in het stroomgebied van de Rijn. Het model omvat de Rijn en de belangrijke zijrivieren, zoals de Aare, Neckar, Moezel en Main.

1.2 Doelstelling van het onderzoek

De doelstelling van het onderzoek is het inzichtelijk maken van zowel de antropogene bijdrage aan de opwarming van de Rijn, als de natuurlijke opwarming van het Rijnwater onder invloed van de meteorologische condities, door middel van modelsimulaties met een temperatuurmodel. De antropogene invloed betreft het effect van koelwaterlozingen door elektriciteitscentrales in Zwitserland, Duitsland, Frankrijk en Nederland.

1.3 Aanpak

Het voorgestelde modelinstrument voor het beoordelen van de invloed van warmtelozingen op de watertemperatuur bestaat uit een waterkwantiteitsmodel en een temperatuurmodel. De afgelopen jaren heeft WL | Delft Hydraulics in opdracht van Rijkswaterstaat RIZA een temperatuurmodel ontwikkeld in Delwaq en dit onder andere toegepast op de Maas. Uit een uitgebreide gevoeligheidsanalyse is gebleken dat dit temperatuurmodel het samenspel van lozingen en uitwisseling van warmte met de atmosfeer goed beschrijft. Kalibratie van het temperatuurmodel is daarom niet meer nodig.

(6)

Delwaq is integraal onderdeel van Sobek, waardoor de meest pragmatische insteek is om het waterkwantiteitsmodel in Sobek te maken. Voor het Rijnstroomgebied bestaan reeds diverse waterkwantiteitsmodellen. Voor de Rijntakken in Nederland kan gebruik gemaakt worden van het bestaande landelijk temperatuurmodel (Sobek). Voor de Rijn in Duitsland, Frankrijk en Zwitserland is besloten om de modelschematisatie uit het Rijn Alarm Model over te nemen in Sobek. Het modelinstrumentarium wordt gevoed met gegevens van de Rijnafvoeren, de meteorologische condities, de temperatuur van het instromende rivierwater en de warmtelozingen voor het gemiddelde jaar 2000 en het uitzonderlijk droge jaar 2003. Het streven is om 90% van de warmtevracht op de Rijn als lozingspunten in model te brengen. Alle bekende warmtelozingen worden in het model ingevoerd, dit zijn er 22 in Nederland, 37 in Duitsland, 1 in Zwitserland en 3 in Frankrijk. De lozingen in Frankrijk betreffen alleen de Moezel en de Saar.

Met het temperatuurmodel worden simulaties gemaakt voor 2000 en 2003. De bijdrage van de warmtelozingen aan de opwarming van het Rijnwater wordt op overzichtelijke kaarten gepresenteerd. Het doel van de berekeningen is het inzichtelijk maken van de verschillen tussen de natuurlijke opwarming en de antropogene opwarming. Om dit verschil inzichtelijk te maken wordt een berekening gemaakt van de watertemperatuur, waarbij het model zelf het onderscheid tussen de natuurlijke opwarming en het effect van koelwaterlozingen van elkaar onderscheid. Elke modelsimulatie levert in feite drie temperaturen op: de natuurlijke achtergrondtemperatuur, de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen en de som van de achtergrondtemperatuur en de temperatuurverhoging.

Het gesimuleerde temperatuurverloop bij Lobith wordt vergeleken met het werkelijk opgetreden temperatuurverloop, om zo een uitspraak te kunnen doen over de nauwkeurigheid van de modelberekeningen.

1.4 Leeswijzer

Hoofdstuk 2 geeft de benodigde achtergrondinformatie over de warmtelozingen in het Rijnstroomgebied. Hoofdstuk 3 beschrijft vervolgens de opzet van een temperatuurmodel voor de Rijn. In hoofdstuk 4 staan de resultaten van het modelonderzoek en hoofdstuk 5 sluit het rapport af met conclusies en aanbevelingen.

(7)

2 Warmtelozingen in het Rijnstroomgebied

2.1 Het onderzoeksgebied

Het stroomgebied van de Rijn omvat Zwitserland, Italië, Liechtenstein, Oostenrijk, Duitsland, Frankrijk, Luxemburg, België en Nederland en heeft een oppervlakte van

ongeveer 185.000 km2_{. De Rijn ontspringt in de Zwitserse Alpen bij de Rheinwaldhorn}

gletsjer en mondt uit in de Noordzee. De Rijn is de langste rivier in Europa. De in totaal 1320 kilometer kunnen in zes segmenten verdeeld worden. Voor dit onderzoek zijn de volgende segmenten belangrijk: High Rhine, Upper Rhine, Middle Rhine, Lower Rhine en Rhine delta (Tabel 2-1). De belangrijke zijrivieren die in de Rijn stromen zijn de Aare, de Neckar, de Main en de Moezel. Deze zijrivieren en de Rijn zelf worden door tal van kleinere zijriviertjes gevoed.

De Rijn heeft een gemengd afvoerregime. Het afgevoerde water bestaat uit regenwater en smeltwater (Breukel, 1993). Smeltwater van de “eeuwige sneeuw” (sneeuw en ijs tussen 700 en 3000 meter hoogte) bepaalt de afvoer bovenstrooms van Basel, met een afvoerpiek in de zomermaanden juni, juli en augustus. De afvoer benedenstrooms van Basel wordt bepaald door de neerslag met een piek in de afvoer in de maanden januari, februari en maart. De Rijn stroomt door dichtbevolkte en sterk geïndustrialiseerde gebieden en is daardoor één van de belangrijkste rivieren in Europa. De huidige bevolking in het Rijnstroomgebied telt ongeveer 50 miljoen mensen. Het watersysteem van de Rijn heeft diverse functies, zoals afvoer van water, scheepvaart, ecologie, waterkracht, koelwater, landbouw en visserij, recreatie en drinkwater. Zowel de industrie als de elektriciteitsbedrijven gebruiken het Rijnwater als koelwater. Daarnaast draagt de lozing van huishoudelijk afvalwater door rioolwaterzuiveringsinstallaties ook bij aan de opwarming van de Rijn.

Tabel 2-1 Onderverdeling van de Rijn in trajecten (volgens ICBR)

High Rhine Vanaf de afvoer van het meer de Untersee tot Basel Upper Rhine Vanaf Basel tot Bingen

Middle Rhine Vanaf Bingen tot Köln Lower Rhine Vanaf Köln tot Lobith Rhine delta Vanaf Lobith tot de Noordzee

(8)

Figuur 2-1 Het stroomgebied van de Rijn

2.2 Warmtelozingen in het Rijnstroomgebied

De warmtelozingen in het Rijnstroomgebied zijn door de werkgroep waterkwaliteit van de Internationale Commissie ter Bescherming van de Rijn (ICBR) geïnventariseerd. Tabel 2-2 toont een overzicht van de warmtelozingen in Duitsland, Frankrijk en Zwitserland. De warmtelozingen zijn onderverdeeld in kleine lozingen van minder dan 200 MW, grote lozingen van meer dan 200 MW en lozingen op trajecten. Deze warmtelozingen zijn overgenomen uit de volgende documenten, die door Rijkswaterstaat RIZA ter beschikking zijn gesteld:

• Inventar der Wärmeeinleitungen/ Inventaire des rejets thermiques. S 19-04d.doc (ICBR, 2004);

• Eléments de mise a jour de l’inventaire des rejets thermiques sur le Rhin. Informations de la délégation française a destination du GT S de la CIPR le 24/10/05. 05 123 NT VB

DBRM (DBRM, 2005) ;

• SOBEK landelijk temperatuurmodel. Rapport nr. Q3861 (WL | Delft Hydraulics, 2004a). ZWITSERLAND FRANKRIJK DUITSLAND NEDERLAND BELGIË LUXEMBURG FRANKRIJK Aare Neckar Main Moezel Saar Rijn

(9)

De warmtelozingen van Nederland zijn overgenomen uit het landelijke warmtemodel. Dit model wordt beschreven in het rapport ‘Sobek landelijk temperatuurmodel’ (WL | Delft Hydraulics, 2004a). Een overzicht van de Nederlandse warmtelozingen langs de Waal, de Lek en de Nederrijn staat in Tabel 2.3. De warmtelozingen staan op de kaart weergegeven in het volgende hoofdstuk over de modelopzet.

Tabel 2-2 Inventarisatie van de warmtelozingen in 2004 bovenstrooms van Lobith, zonder RWZI’s (ICBR, 2004; DBRM, 2005)

Rijntraject Lozingen

in MW

Nr Traject rivier km Totaal I + E < 200 > 200

D CH F 0

2 Aare lozing (Aare) 2 (Rijn km 102) 1,700

3a Aare – Village-Neuf 150 270 3b Aare – Village-Neuf 155 200 6 Fessenheim – Breisach 215 3,520 8 Straßburg – Seltz 330 46 9 Seltz – Philippsburg 359.4 1,465 10 Philippsburg – Mannheim 389.7 4,265 11 Mannheim – Neckar 416.5 2,027

12 Neckar lozing (Neckar) 2 (Rijn km 427) 658

13a Neckar – Worms 433 1,977

13b Neckar – Worms 433 360

13c Neckar – Worms 433 280

15a Biblis – Main 455 18

15b Biblis – Main 455 4,940

16 Main lozing (Main) 2 (Rijn km 497) 2,366

17a Main – Kaub 502 14

17b Main – Kaub 502 785

19a Moezel lozing (Moezel) 2 (Rijn km 593) 337

19b Blenod (Moezel) 255 (Moezel) 255

19c Blenod (Moezel) 255 (Moezel) 360

20 Koblenz – Keulen 630 373

21a Keulen – Düsseldorf 694 394

21b Keulen – Düsseldorf 700 611

21c Keulen – Düsseldorf 710 268

22a Düsseldorf – Duisburg 740 770

22b Düsseldorf – Duisburg 766 461

23a Duisburg – Walsum 777 390

23b Duisburg – Walsum 781 264

23c Duisburg – Walsum 781 545

24a Walsum – Lobith 792 710

24b Walsum – Lobith 799 820

(10)

Tabel 2-3 Inventarisatie van de warmtelozingen in 2004 voor Nederland (zonder RWZI’s) alleen langs Waal, Lek en Nederrijn (WL | Delft Hydraulics, 2004a). Alle Nederlandse lozingen zitten in het model. (*) geen warmtelozing gedefinieerd in het landelijke warmtemodel

Nr Bedrijfsnaam Locatie Lozing (MW)

25 AVEBE Latenstein B.V. Waal 885.3 *

26 Kalkzandsteenfabriek ''Loevestein'' B.V. Waal 5

27 Gemeente Nijmegen Waal 0.59

28 Electrabel NL Gld1 Waal 886.38 794.00

29 Electrabel NL Gld2 Waal 886.38 1063.01

30 Honig Merkartikelen B.V. Waal 885.2 0.59

31 Kalkzandsteenfabriek ''Loevestein'' B.V. Waal 0.00

32 Noviant B.V. Waal 885.9 2.94

33 Ytong Nederland B.V. Waal 948.23 1.00

34 PGEM (Waterkrachtcentrale Maurik) Nederrijn 1.17

35 Corus Tubes B.V. Nederrijn 881.8 0.88

36 Norske Skog Parenco B.V. Nederrijn 897.24 64.00

37 Vogelenzang Fabr. v. Bouwmaterialen B.V. Nederrijn 908.84 0.29

38 Cluster 3 Lek 150.00

39 UNA NV Energieproduktiebedrijf Lek 947 0.59

40 Cluster 2 Hollands Diep 1300.00

41 Cluster 4 - detailering Nieuwe Maas 1013.00

42 Cluster 5 Caland kanaal 125.00

43 Cluster 6 Maasvlakte 1275.00

44 Chemiehaven 1: Akzo Chemiehaven 170.00

45 Chemiehaven 2: Overig Chemiehaven 139.00

46 Petroleumhaven: Totaal Petroleumhaven 840.00

47 Airproducts Nieuwe Waterweg 88.00

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Rijn km Warmtelozingen - Cumula tiv e d istributie (MW)

Figuur 2-2 Cumulatieve verdeling van de warmtelozingen langs de Rijn, in stroomafwaartse richting van

(11)

3 Modelopzet

3.1 Inleiding

Het modelinstrument bestaat uit twee componenten: een waterkwantiteitsmodel waarmee de stroming van het water wordt gesimuleerd en een temperatuurmodel waarmee de temperatuur van het Rijnwater wordt berekend. In dit hoofdstuk wordt de opzet van het modelinstrument beschreven. Het model is opgebouwd in het simulatiepakket Sobek River, waarbij twee modules van Sobek River zijn gebruikt: de Channel Flow Module en de Water Quality Module.

3.2 Waterbeweging

3.2.1 Modelschematisatie

De modelschematisatie bestaat uit twee delen. Voor de Rijn benedenstrooms van Lobith, het Nederlandse deel, is het bestaande landelijke Sobek River model gebruikt. Voor de Rijn en de zijrivieren bovenstrooms van Lobith is een nieuwe Sobekschematisatie aangemaakt, op basis van een bestaand Rijn Alarm Model. Het Rijn Alarm Model is speciaal ontwikkeld voor het simuleren van de verspreiding en afbraak van calamiteuze lozingen. Ten behoeve van deze studie is het Rijn Alarm Model geconverteerd naar Sobek, waardoor het mogelijk wordt om het te koppelen met een temperatuurmodel. Het model is opgezet voor de zomerperiode van de jaren 2000 en 2003 en voor de winterperiode van het jaar 2000. Het jaar 2000 is een gemiddeld jaar vanuit meteorologisch en hydrologisch opzicht.

Het Rijn Alarm Model is niet in z’n geheel geconverteerd naar Sobek. Het Rijn Alarm Model voorziet weliswaar in een modelschematisatie van de Moezel en de Saar in Frankrijk, maar er zijn geen debieten bij gedefinieerd. De Franse warmtelozingen in Blenod aan de Moezel zijn derhalve op één punt in het model ingevoegd benedenstrooms van de Franse grens. Het Rijn Alarm Model bevat alleen de grootste zijrivieren: Aare, Neckar, Main en Moezel.

In de modelschematisatie zijn tevens ‘taktypen’ gedefinieerd, die het mogelijk maken om verschillende meteorologische condities toe te kennen aan de high Rhine, upper Rhine, middle Rhine, lower Rhine en aan de zijrivieren (zie Tabel 2.1). Figuur 3.1 toont de modelschematisatie van het geconverteerde Rijn Alarm Model. In de figuur stellen de rode knopen de bovenstroomse en benedenstroomse modelranden voor. De gele knopen zijn de laterale instroompunten, waar de kleinere zijrivieren in het model hun water direct op de hoofdgeul van de Rijn lozen.

(12)

Figuur 3-1 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. Rivieren: High Rhine (wit), Upper Rhine (licht blauw), Middle Rhine (blauw), Lower Rhine (donker groen), Aare (oranje), Neckar (licht groen), Main (bruin) en Moezel (lila)

3.2.2 Debieten van de zijrivieren en de bron

De toestroming van water uit de zijrivieren en via de bovenstroomse randen van het model is afgeleid uit het Rijn Alarm Model. Met het Rijn Alarm Model kunnen alleen stationaire afvoeren berekend worden, op basis van gemeten waterstanden en/of debieten in de meetstations langs de Rijn. Door steeds het verschil te bepalen tussen het debiet op twee meetstations, kan het toestromende debiet op het tussenliggende station bepaald worden. De gegevens voor het Rijn Alarm Model zijn opgevraagd bij het informatiecentrum van Rijkswaterstaat.

(13)

Na een analyse van de debieten bleek dat bij sommige trajecten een negatief debiet optrad. Dit kan ofwel het gevolg zijn van onttrekking van water aan de rivier, ofwel een artefact in de metingen. Daarom zijn de waarden voor de debieten gecorrigeerd om toenemende debieten te kunnen krijgen. Waar een debietwaarde ontbreekt, is het debiet geschat door een interpolatie met de waarden van de bovenstrooms gelegen stations voor dezelfde maanden. Met de gecorrigeerde debieten is RAM opnieuw doorgerekend om de profielen te krijgen. Voor de zomer van 2000 en de winter van 2000 is een representatieve stationaire afvoer bepaald. Op basis van de dagafvoeren bij Lobith is onderzocht op welke dag in de zomer en de winter een representatieve, gemiddelde afvoer optrad. Bij het informatiecentrum zijn echter alleen gegevens voor de jaren vanaf 2002 beschikbaar voor de buitenlandse trajecten. Daarom is voor de representatieve debieten (jaar 2000, Lobith) onderzocht op welke dagen in 2002 deze optraden (zie Tabel 3-1). De waterstand en/of debietgegevens van de betreffende dagen in 2002 zijn vervolgens gebruikt om een model op te zetten dat overeenkomt met een gemiddelde, stationaire afvoer in de zomer en de winter van 2000. Het jaar 2003 had een uitzonderlijk droge en warme zomer, waarin de problematiek van te hoge riviertemperaturen en koelwaterlozingen volop speelde. Van 2003 is de zomerperiode daarom in meer detail beschouwd, door een tijdreeks op te bouwen met stationaire afvoeren voor de maanden juni, juli, augustus en september. Per maand is onderzocht wat de 90% laagste waarde is van de dagafvoeren bij Lobith (zie Tabel 3-1). Praktisch gezien betekent dit dat in een maand met 30 dagen 3 dagen een lagere afvoer hebben en 26 een hogere afvoer dan die ene dag met de 90% laagste waarde.

Tabel 3-1 Afvoer bij Lobith op de dagen waarvoor de stationaire afvoeren in het Rijnstroomgebied zijn bepaald met behulp van het Rijn Alarm Model

periode representatieve afvoer bij Lobith (m3/s)

dag waarvoor het Rijn Alarm Model is toegepast winter 2000 3971 04-02-2002 zomer 2000 2222 25-07-2002 juni 2003 1351 28-06-2003 juli 2003 1104 22-07-2003 augustus 2003 901 28-08-2003 september 2003 797 27-09-2003

In het model is al het instromende water gelabeld bij de bron. Dit maakt het mogelijk om het water van verschillende herkomst door het hele watersysteem te volgen. Zo kan bij Lobith het relatieve aandeel van elke bron van water inzichtelijk gemaakt worden. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk om te zien welk aandeel van het water uit de Aare of de Main komt, of uit de laterale instromen van kleine zijrivieren. Figuur 3-2 tot en met Figuur 3-4 tonen de herkomst van het water ter hoogte Lobith in de winter en de zomer van 2000 en in de zomer van 2003.

(14)

Na een korte inspeelperiode van twee weken stelt zich een stationaire situatie in, met een constante verdeling van het water over de verschillende bronnen. In de genoemde Figuren stelt geel het initiële water in het model voor. Dit water spoelt in twee weken weg. De fractie lozingen representeert de debieten gerelateerd aan de warmtelozingen. Dit is een relatief kleine waterfractie, omdat voor de temperatuurlozingen een klein fictief debiet van 1 m3_{/s wordt gehanteerd (zie ook §3.3.3). In de winter en de zomer van 2000 is met constante,}

representatieve afvoeren gerekend. In de zomer van 2003 is voor elke maand afzonderlijk een stationaire afvoer berekend, dit is ook terug te zien in Figuur 3-4. Elke maand stelt zich een nieuw evenwicht in.

Initial Rhine Aare Neckar Main Mossel

Lateral High Rhine Lateral Upper Rhine Lateral Middle Rhine Lateral Lower Rhine Lozingen

25-03-00 18-03-00 11-03-00 04-03-00 26-02-00 19-02-00 12-02-00 05-02-00 29-01-00 22-01-00 15-01-00 08-01-00 01-01-00 Fr a c ti e 1 0

(15)

26-09-00 11-09-00 27-08-00 12-08-00 28-07-00 13-07-00 28-06-00 13-06-00 Fr a c ti e 1 0

Figuur 3-3 Herkomst van het water dat ter hoogte van Lobith door de Rijn stroomt tijdens de zomer van 2000

26-09-03 11-09-03 27-08-03 12-08-03 28-07-03 13-07-03 28-06-03 13-06-03 Fr a c ti e 1 0

(16)

3.3 Temperatuurmodel

3.3.1 Procesvergelijkingen temperatuurmodel

Voor de berekening van de watertemperatuur van de Rijn wordt gebruik gemaakt van de waterkwaliteitsmodule Delwaq. De afgelopen jaren heeft WL | Delft Hydraulics in nauwe samenwerking met Rijkswaterstaat RIZA een temperatuurmodel ontwikkeld. Dit model voorspelt de watertemperatuur op basis van de meteorologische condities en de aanvoer van warmte door instromend water, zoals koelwaterlozingen en zijrivieren. Voor een volledige beschrijving van het temperatuurmodel wordt verwezen naar voorgaande studies waarin het model is toegepast (zie bijvoorbeeld WL | Delft Hydraulics, 2004a).

3.3.2 Temperatuur van de zijrivieren en de bron

De temperatuur van het water dat via de randen van het model binnenstroomt, is afgeleid uit meetgegevens van de Rijn-watertemperatuur bij Reckingen, Koblenz en Lobith en van de Aare-watertemperatuur (zie Tabel 3-2).

Tabel 3-2 Modelranden gerelateerd aan de meetstations

Station Modelranden

Reckingen Bovenstroomse modelranden bij de Rijn, en zijrivieren (behalve de Aare in 2000) Benedenstroomse modelranden van Reckingen tot Rheinfelden

Aare Bovenstroomse modelranden bij de Aare alleen in 2000 Koblenz Benedenstroomse modelranden van Rheinfelden tot Köln Lobith Benedenstroomse modelranden van Köln tot Lobith

Deze gegevens zijn op de site van de Internationale Commissie ter Bescherming van de Rijn ICBR gevonden (www.iksr.org). Tabel 3-3 toont de beschikbare gegevens van de temperatuur van het water dat binnenstroomt.

Tabel 3-3 Beschikbare meetgegevens van de Rijn- en Aarewatertemperatuur voor de meetstations

Reckingen, Koblenz, Lobith en Aare

02/06/2003 14/07/2003 11/08/2003 08/09/2003 Reckingen 20.6 23.8 25.1 19.3 Koblenz 24 24.8 25.6 19.6 Lobith 23.3 24.6 24.6 20.1 03/01/2000 14/02/2000 12/03/2000 Reckingen 4.9 5.1 6.8 Koblenz 6.8 6.7 9.6 Lobith 6.6 6.9 9.7 Aare 5.9 5.5 7.7 05/06/2000 03/07/2000 14/08/2000 11/09/2000 Reckingen 18 17.5 21.6 17.3 Koblenz 21.6 20.6 22.9 19.7 Lobith 20.6 20.1 22.9 19.9 Aare 18.1 20.7 20.8 18.8

(17)

3.3.3 Warmtelozingen

De warmtelozingen zoals gepresenteerd in Tabel 2-2 en Tabel 2-3 in hoofdstuk 2 zijn in het model ingevoerd. De warmtelozing is gemodelleerd door een klein, fictief debiet (1 m3/s) te onttrekken aan het model en dit een stukje verderop met een hogere temperatuur te lozen. De berekende watertemperatuur bestaat uit twee componenten in het model: de natuurlijke achtergrondtemperatuur en de temperatuurverhoging die het gevolg is van de warmtelozingen. De warmtevracht wordt geheel verdisconteerd in de tweede temperatuur-component. Hierdoor is het mogelijk om de bij de presentatie van de simulatieresultaten een onderscheid te maken in de totale watertemperatuur, de natuurlijke achtergrondtemperatuur en de temperatuurverhoging als gevolg van warmtelozingen.

Figuur 3-5 toont de locatie van de lozingspunten in het model bovenstrooms van Lobith en Figuur 3-6 toont de locatie van de warmtelozingen in Nederland langs de Waal, de Lek en de Nederrijn. Overigens zijn in het model alle bekende Nederlandse warmtelozingen toegevoegd, dus ook van de Maas.

Figuur 3-5 De locatie van de warmtelozingen op de Rijn bovenstrooms van Lobith. De nummers

(18)

De locatie van de warmtelozingen in het model is ter controle voorgelegd aan de leden van het ICBR uit Duitsland, Frankrijk en Zwitserland. De warmtelozingen in Tabel 2-2 en Tabel 2-3 in hoofdstuk 2 zijn constante waarden voor het hele jaar en ook in het model ingevoerd als een constante, waardoor eventuele seizoensfluctuaties buiten beschouwing blijven. Bij hoge riviertemperaturen gelden bovendien beperkingen voor het lozen van koelwater. Deze eventuele vermindering van de hoeveelheid warmte die wordt geloosd kan alleen afgeleid worden uit actuele lozingsgegevens.

Figuur 3-6 De locatie van de warmtelozingen in Nederland langs de Waal, de Lek en de Nederrijn. De warmtelozingen corresponderen met Tabel 2-3

(19)

3.3.4 Meteorologie

De meteorologische condities die aan het model worden opgelegd zijn bepalend voor de uitwisseling van warmte tussen de atmosfeer en de rivier. Om deze temperatuurberekening uit te kunnen voeren, hebben we de waarden voor de volgende meteorologische parameters nodig: • Luchttemperatuur (°C); • Luchtdruk (mbar); • Relatieve luchtvochtigheid (%); • Windsnelheid (m/s); • Zonuren (uur); • Globale straling (W/m2_).

De meteorologische gegevens van Nederland zijn verkregen via de website van het KNMI (www.knmi.nl). Voor het studiegebied bovenstrooms van Lobith zijn deze waarden behalve globale straling verkregen uit de gegevens van 4 klimaatstations van de Deutsche Wetter Dienst (www.dwd.de). De klimaatstations liggen dicht bij de Rijn en worden voor deze studie voldoende representatief geacht. De meteorologische gegevens van deze stations zijn gekoppeld aan trajecten van de Rijn en de zijrivieren, om zo de regionale verschillen in de meteorologische condities te laten doorwerken in het model (zie Tabel 3.4).

Tabel 3-4 Riviersegmenten gerelateerd aan de klimaatstations

In het geval van globale straling zijn de waarden uit de gegevens van het klimaatstation De Bilt gebruikt voor de drie periodesimulaties. Deze gegevens zijn overgenomen uit het ‘Maandoverzicht van het weer in Nederland’ van het KNMI voor de jaren 2000 en 2003. Voor deze studie is aangenomen dat de globale straling alle vijf de klimaatstations gelijk is aan de meetwaarden in De Bilt.

3.3.5 Procescoëfficiënten

Voor de procescoëfficiënten in het temperatuurmodel zijn de standaardinstellingen gehanteerd. Door middel van een uitgebreide gevoeligheidsanalyse met het temperatuur-model voor de Maas is in een eerdere studie aangetoond dat de standaard procescoëfficiënten tot een goed simulatieresultaat leiden. Voor meer informatie over het temperatuurmodel wordt de lezer verwezen naar het rapport ‘Warmtelozing in oppervlaktewater en uitwisseling met de atmosfeer’ (WL | Delft Hydraulics, 2003a) en ‘Temperatuurmodellering Maas’ (WL | Delft Hydraulics, 2003b).

Klimaatstations Rivier

Düsseldorf Lower Rhine

Frankfurt/M-Flughafen Middle Rhine, Moezel en Main

Karlsruhe Upper Rhine en Neckar

(20)

3.4 Aannames

Bij het opzetten van het model zijn verschillende aannames gedaan, om de studie binnen een beperkt tijdsverloop te kunnen uitvoeren. Deze Quick Scan is bedoeld om tot een snelle eerste temperatuursvoorspelling te komen op basis van de informatie over de warmtelozingen. Hieronder volgt een korte samenvatting van alle gedane aannames.

• Eenvoudige modelschematisatie. Voor de Rijn bovenstrooms van Lobith is het Rijn Alarm Model geconverteerd naar Sobek en gekoppeld met een temperatuurmodel. Het Rijn Alarm Model bevat geen dwarsprofielen als zodanig, maar berekent deze bij elke afzonderlijke afvoer;

• Constante en toenemende debieten. Voor de Rijn en zijrivieren bovenstrooms van Lobith zijn alleen stationaire afvoeren berekend, op basis van het Rijn Alarm Model. De debieten zijn op sommige trajecten gecorrigeerd om toenemende debieten te kunnen krijgen;

• Voor de zomer en de winter van 2000 is een representatieve, gemiddelde afvoer bepaald op basis van de dagafvoeren bij Lobith en de gegevens voor het jaar 2002;

• Voor het jaar 2003 is per maand een representatieve afvoer met de 90% laagste waarde bepaald op basis van de dagafvoeren;

• De temperatuur van het water dat via de bovenstroomse modelranden binnenstroomt bij de zijrivieren is afgeleid uit meetgegevens voor de Rijnwatertemperatuur bij Reckingen; • De temperatuur van het water dat via de benedenstroomse modelranden binnenstroomt

bij de Rijn is afgeleid uit meetgegevens voor de Rijnwatertemperatuur bij Reckingen, Koblenz en Lobith;

• Constante warmtelozingen. De waarden van de warmtelozingen zijn in het model voor het hele jaar ingevoerd als een constante, waardoor de invloed van eventuele seizoensfluctuaties en lozingsbeperkingen buiten beschouwing blijft;

• De warmtelozing is gemodelleerd door een klein debiet van 1 m3_{/s en met een hogere}

surplustemperatuur, die door de warmtevracht wordt bepaald;

• Om de regionale verschillen in de meteorologische condities te laten doorwerken in het model zijn de meteorologische gegevens van vier Duitse klimaatstations gekoppeld aan trajecten van de Rijn en de zijrivieren. Echter, voor de globale straling zijn de gegevens van De Bilt gebruikt voor alle locaties in het model;

• Voor de procescoëfficiënten in het temperatuurmodel zijn de standaardinstellingen gehanteerd.

Deze aannames bieden aanknopingspunten voor modelverbeteringen, die tot een nauwkeuriger simulatieresultaat leiden. In hoofdstuk 5 zijn enkele aanbevelingen geformuleerd.

3.5 Sobekversie

Het model voor de Rijn is gemaakt in de productlijn ‘Sobek-River’ van het ‘nieuwe’ Sobek. Het temperatuurmodel is inmiddels volledig geoperationaliseerd in Delwaq. De nieuwste ontwikkelversie van Sobek is gebruikt, met versienummer 2.72.000.38. In deze versie is alle functionaliteit met betrekking tot dwarsprofielen, kunstwerken en sturing uit het ‘oude’ Sobek-RE overgenomen.

(21)

4 Resultaten

4.1 Inleiding

In dit hoofdstuk worden de simulatieresultaten gepresenteerd. Met het model zijn drie periodes gesimuleerd: de winter en de zomer van het gemiddelde jaar 2000 en de zomer van het bijzonder warme en droge jaar 2003. In het temperatuurmodel worden de natuurlijke achtergrondtemperatuur en de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen naast elkaar gesimuleerd. In de presentatie van de resultaten is het daardoor mogelijk om de natuurlijke achtergrondtemperatuur, de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen én de som van deze twee: de werkelijk optredende riviertemperatuur, te simuleren.

In paragraaf 4.2 staan de simulatieresultaten voor het gemiddelde jaar 2000. In paragraaf 4.3 staan de resultaten voor de droge en warme zomer 2003. De resultaten worden bediscussieerd in paragraaf 4.4. Alle temperatuurkaarten zijn vanwege de leesbaarheid van het rapport in Bijlage A opgenomen. In paragraaf A.1 van bijlage A staan de temperatuur-kaarten voor het jaar 2000. In paragraaf A.2 van bijlage A staan de temperatuurtemperatuur-kaarten voor het jaar 2003.

4.2 Het gemiddelde jaar 2000

Figuur 4-1 tot en met Figuur 4-3 en Figuur 4-5 tot en met Figuur 4-7 tonen het gesimuleerde temperatuurverloop van de Rijn bij Weil am Rhein, Lobith en Maassluis tijdens de winter en de zomer van het jaar 2000. In deze Figuren worden de achtergrondtemperatuur (groen) en de riviertemperatuur (blauw) inclusief het effect van koelwaterlozingen getoond. Figuur 4-4 en 4-8 presenteren het gesimuleerde temperatuurverloop (°C) van de Rijn zoals de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen (oranje) en de cumulatieve warmtevracht die op de Rijn wordt geloosd (rode blokjes) De beschikbare meetgegevens zijn aan de Figuren toegevoegd. Wegens de korte duur van de studie is het niet mogelijk gebleken om alle temperatuurmetingen tijdig te verzamelen. In Lobith zijn frequente temperatuurmetingen beschikbaar, in Maassluis tweewekelijkse metingen. De temperatuurkaarten zijn vanwege de leesbaarheid van het rapport in Bijlage A opgenomen, zij staan in Figuur A-1 tot en met Figuur A-6. De temperatuurkaarten zijn gemaakt voor de laatste dag van de simulatie periode (31 maart voor in de winter en 30 september voor in zomer). De gebruikte schalen voor de kaarten van de gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur en de riviertemperatuur zijn: 0 tot 10°C voor in de winter en 15 tot 22°C voor in de zomer. Voor de gesimuleerde temperatuurverhoging is een schaal van 0 tot 5°C gebruikt.

De kaarten geven achtereenvolgens weer:

• De natuurlijke achtergrondtemperatuur van het Rijnwater. • De temperatuurverhoging ten gevolge van koelwaterlozingen.

(22)

De warmtelozingen op de zijrivieren zijn dicht bij de uitmonding op de Rijn gepositioneerd. In de kaarten met de ‘surplus’ temperatuur is daarom geen temperatuurverhoging in de zijrivieren zelf zichtbaar.

2 3 4 5 6 7 8 9

15-jan 25-jan 4-feb 14-feb 24-feb 5-mrt 15-mrt 25-mrt

Winter 2000 g rad en Ce ls iu s Achtergrondtemperatuur Temperatuur

Figuur 4-1 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Rijn bij Weil tijdens de winter van 2000. De

natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuur van de Rijn in blauw

2 3 4 5 6 7 8 9

Winter 2000 g rad en Ce ls iu s Achtergrondtemperatuur Temperatuur

Figuur 4-2 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Rijn bij Lobith tijdens de winter van 2000. De

(23)

2 3 4 5 6 7 8 9

Winter 2000 g rad en Ce ls iu s

Achtergrondtemperatuur Temperatuur Metingen

Figuur 4-3 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Nieuwe Waterweg bij Maassluis tijdens de winter

van 2000. De natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuur van de Rijn in blauw. De blokjes in de figuur geven de gemeten riviertemperatuur

0 5 10 15 20 25 30 130 230 330 430 530 630 730 830 930 Rijn-kilometer g rad en Cel s iu s 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 D e bi e t: m 3 /s Wa rm te lo zin g : E1 0 M W

Temperatuurverhoging Achtergrondtemperatuur Temperatuur

Cum. debiet Cum. warmtevracht

Figuur 4-4 Gesimuleerd gemiddelde temperatuurverloop (°C) van de Rijn tijdens de winter van 2000. De

natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen in oranje. Tezamen is dit de temperatuur van de Rijn (blauw). In rood: de cumulatieve warmtevracht die op de Rijn wordt geloosd. In lichtblauw: het debiet

(24)

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

15-jun 5-jul 25-jul 14-aug 3-sep 23-sep

Zomer 2000 g rad en Ce ls iu s

Lobith Achtergrondtemperatuur Lobith Temperatuur

Figuur 4-5 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Rijn bij Weil tijdens de zomer van 2000. De natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuur van de Rijn in blauw

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Lobith Achtergrondtemperatuu Lobith Temperatuur Metingen

Figuur 4-6 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Rijn bij Lobith tijdens de zomer van 2000. De natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuur van de Rijn in blauw. De blokjes in de figuur geven de gemeten riviertemperatuur

(25)

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Figuur 4-7 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Nieuwe Waterweg bij Maassluis tijdens de zomer

van 2000. De natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuur van de Rijn in blauw. De blokjes in de figuur geven de gemeten riviertemperatuur

0 5 10 15 20 25 30 130 230 330 430 530 630 730 830 930 Rijn-kilometer g ra d e n C e ls iu s 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 De bi e t: m 3 /s W a rm te lo z in g : E 10 M W

Temperatuurverhoging Achtergrondtemperatuur Temperatuur Cum. debiet Cum. warmtevracht

Figuur 4-8 Gesimuleerd gemiddelde temperatuurverloop (°C) van de Rijn tijdens de zomer van 2000. De

natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen in oranje. Tezamen is dit de temperatuur van de Rijn (blauw). In rood: de cumulatieve warmtevracht die op de Rijn wordt geloosd

(26)

4.3 De droge en warme zomer van 2003

Figuur 4-10 tot en met Figuur 4-12 tonen het temperatuurverloop van de Rijn bij Lobith tijdens de zomer van 2003. Hierbij zijn de gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur en de temperatuur inclusief het effect van koelwaterlozingen in twee aparte kleuren weergegeven (blauw en groen). De beschikbare meetgegevens zijn aan de Figuren toegevoegd.

Figuur A-7 tot en met Figuur A-8 in bijlage A tonen achtereenvolgens de kaarten van de natuurlijke achtergrondtemperatuur, de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen en de som van deze twee: de werkelijke rivierwater temperatuur. De schaal die is gebruikt voor de kaarten van de gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur en de riviertemperatuur is 13 tot 26°C. Voor de gesimuleerde temperatuurverhoging is een schaal 0 tot 8°C gebruikt. De kaarten zijn gemaakt voor 30 juni, 31 juli, 31 augustus en 30 september 2003, telkens op de laatste dag van de maand. Tijdens de eerste dagen van de maand is nog een inspeeleffect van het veranderde, stationaire afvoerdebiet zichtbaar. De laatste dag van de maand is gekozen omdat het model dan volledig is ingespeeld.

De warmtelozingen op de zijrivieren zijn dicht bij de uitmonding op de Rijn gepositioneerd. In de kaarten met de ‘surplus’ temperatuur is daarom geen temperatuurverhoging in de zijrivieren zelf zichtbaar.

14 16 18 20 22 24 26 28

1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-aug 9-sep 29-sep

Zomer 2003 g rad en Ce ls iu s Achtergrondtemperatuur Temperatuur

Figuur 4-9 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Rijn bij Weil tijdens de zomer van 2003. De

natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuur van de Rijn in blauw

(27)

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Zomer 2000 g ra d e n Ce ls iu s

Lobith Achtergrondtemperatuu Lobith Temperatuur Metingen

Figuur 4-10 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Rijn bij Lobith tijdens de zomer van 2003. De natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuur van de Rijn in blauw. De blokjes in de figuur geven de gemeten riviertemperatuur weer

14 16 18 20 22 24 26 28

1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-aug 9-sep 29-sep

Zomer 2003 gra d en C e ls ius

Figuur 4-11 Gesimuleerd temperatuurverloop (°C) van de Nieuwe Waterweg bij Maassluis tijdens de zomer van 2003. De natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuur van de Rijn in blauw. De blokjes in de figuur geven de gemeten riviertemperatuur

(28)

0 5 10 15 20 25 30 30 130 230 330 430 530 630 730 830 930 Rijn-kilometer g rad en Ce ls iu s 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Deb ie t: m3/ s W a rm te lo zi ng : E10 MW

Temperatuurverhoging Achtergrondtemperatuur Temperatuur

Cum. debiet Cum. warmtevracht

Figuur 4-12 Gesimuleerd gemiddelde temperatuurverloop (°C) van de Rijn tijdens de zomer van 2003. De natuurlijke achtergrondtemperatuur is in groen weergegeven, de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen in oranje. Tezamen is dit de temperatuur van de Rijn (blauw). In rood: de cumulatieve warmtevracht op de Rijn

4.4 Bespreking van de simulatieresultaten

De gesimuleerde temperatuur is bestaat uit twee componenten: de achtergrondtemperatuur en de temperatuurverhoging door warmtelozingen. De dagelijkse variatie in de gesimuleerde temperatuur van het rivierwater is het gevolg van variatie in de achtergrondtemperatuur, want de temperatuurverhoging blijft constant in gedurende de simulatieperiode. De achtergrondtemperatuur wordt beïnvloed door de meteorologie en de afkoeling. Alle andere sturende factoren, zoals de rivierdebieten en de temperatuur van het instromende rivierwater zijn constant (in 2000) of kennen een tijdspanne van één maand (in 2003). In het model zijn ook de koelwaterlozingen het hele jaar door constant.

De temperatuurverhoging als gevolg van warmtelozingen is min of meer constant gedurende de maand. Dit komt doordat de geloosde warmtevracht en het rivierdebiet allemaal constant zijn tijdens de simulatieperiode. De temperatuur wordt in Delwaq als een stof gemodelleerd. Delwaq houdt een volledige warmtebalans bij. De geloosde warmte wordt daarom direct door verdunning beïnvloed. Bij een constante warmtelozing betekent een groter debiet een lagere temperatuurverhoging door koelwaterlozingen. De meteorologie is niet van invloed op de component ‘temperatuurverhoging’ binnen de totale watertemperatuur.

Uit de Figuren 4-4, 4-8 en 4-18 blijkt dat de gemiddelde temperatuurverhoging lager is naarmate het gemiddelde cumulatieve debiet hoger is. In de zomer zijn de debieten lager en daardoor is de gesimuleerde temperatuurverhoging groter. Voor de simulatieperiode zomer 2000 is de maand juli gekozen voor het representatieve debiet. Met de gebruikte debietgegevens is het cumulatieve debiet bovenstrooms van de instroming van de Main (km 502) in juli 2000 hoger dan in de winter 2000.

(29)

Het gevolg is dat de temperatuurverhoging bij Weil am Rhein groter is in de winter van 2000 dan in de zomer 2000. Maar benedenstrooms van Main is het debiet in de zomer lager dan in de winter en de temperatuurverhoging is in dit geval bij Lobith groter in de zomer (zie ook Figuur 4-13). In de Tabel 4-1 staan de waarden van temperatuurverhoging voor de drie gekozen punten: Weil am Rhein, Lobith en Maassluis.

0 1 2 3 4 5 6 30 130 230 330 430 530 630 730 830 Rijn-kilometer g raden C e lsi u s 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 m3/ s

Temperatuur winter 2000/03/31 Temperatuur zomer 2000/09/30 debiet winter debiet zomer

Figuur 4-13 Voorbeeld van het effect van het debiet op de temperatuurverhoging langs de Rijn tot Lobith in het jaar 2000

Tabel 4-1 Temperatuurverhoging (°C) van het Rijnwater bij Weil am Rhein, Lobith en Maassluis

Locatie winter 2000 zomer 2000 zomer 2003

Weil am Rhein 0.7 0.4 5.1

Lobith 1.3 1.8 2.2

Maassluis 1.1 1.1 1.2

Volgens dezelfde argumentatie kan de temperatuurpiek in kilometer 216 uitgelegd worden. Hier vindt een grote warmtelozing plaats van 3,520 MW (nummer 6 in Tabel 2-2), bij een relatief klein rivierdebiet (183 m3_{/s in de winter en 395 m}3_{/s in de zomer). Het resultaat is}

dan een piek in de watertemperatuur, deze is groter in de winter dan in de zomer. Bij kilometer 220 wordt deze piek al gauw lager door de instroming van de laterale debieten. De geloosde warmte wordt dan snel verdund.

De zomer 2003 is heel droog geweest, met lage Rijndebieten als gevolg. Daardoor is de temperatuurverhoging van de drie punten flink hoger, vergeleken met het jaar 2000. Figuur 4-14 toont de verschillen tussen de temperatuurverhoging in de maanden juni, juli, augustus en september in 2003. Deze temperatuurverhoging verschilt van maand tot maand, omdat de debieten maandelijks variëren in het model.

(30)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 30 130 230 330 430 530 630 730 830 Rijn-kilometer g ra d e n Ce ls iu s

juni juli aug sep

Figuur 4-14 Vergelijking van de temperatuurverhoging in 2003 voor elke maand

In de middenloop van de Rijn hebben de koelwaterlozingen een grotere temperatuurverhoging tot gevolg als bij Lobith (km 810). De grootse temperatuurverhogingen (behalve de piek bij kilometer 216) gebeuren tussen de instromingen van de Neckar (km 427) en de Main: tot 3.3°C in de winter 2000, 2.6°C in de zomer 2000 en 6.4°C in de zomer 2003. In dit traject zit niet allen de grootse warmtelozing (4,940 MW) maar ook de warmtevracht vanuit de Main (2,366 MW). Voor de zomer 2003 is er een tweede traject waar de temperatuurverhoging ook toeneemt: benedenstrooms van kilometer 162. In dit geval heeft de verhoging met de verlaging in het debiet te maken. Benedenstrooms van de instroming van de Main begint de temperatuurverhoging van het water te dalen tot de Noordzee. Vanaf hier tot Lobith daalt de temperatuurverhoging met bijna 1°C in de zomer 2000, terwijl in de winter van 2000 de verlaging bijna 2°C bedraagt. In de zomer van 2003 daalt de temperatuurverhoging in dit traject sterker, met 4.1°C. Tussen de instroming van de Moezel (km 593) en Lobith blijft de temperatuurverhoging redelijk constant.

Naast het verdunningseffect van de toenemende rivierdebieten, heeft de afkoeling ook een effect op de daling in de temperatuurverhoging. Dit komt doordat de warmte gedeeltelijk naar de atmosfeer ontsnapt. De afkoeling wordt berekend door de snelheid van de afkoeling en het temperatuursurplus. De snelheid is afhankelijk van de wind en de achtergrond-temperatuur. De laatste is door de meteorologie beïnvloed.

De temperatuur van het Rijnwater is bij Lobith enkele graden verhoogd als gevolg van de koelwaterlozingen. De gesimuleerde riviertemperatuur van de Rijn bij Lobith komt goed overeen met de gemeten watertemperatuur in de zomer 2000 en in de zomer 2003 (voor de winter 2000 waren er geen data beschikbaar).

(31)

In de drie simulatieperiodes klopt de gesimuleerde riviertemperatuur bij Maassluis minder goed met de metingen. Hiervoor zijn verschillende verklaringen denkbaar:

• De temperatuurmetingen bij Maassluis zijn veel minder frequent uitgevoerd dan bij Lobith. Locatie en moment van meten zijn medebepalend voor de gemeten temperatuur; • De faseverschuiving in de gemeten en gesimuleerde watertemperatuur kan het gevolg

zijn van de beperkingen van de gekozen aanpak met constante debieten;

• Mogelijk zijn nog niet alle warmtelozingen geïnventariseerd. De inventarisatie van de warmtelozingen van het landelijke temperatuurmodel is gebaseerd op gegevens van RIZA zoals die in het vergunningen bestand WVO-info voorkomen en data van de regionale directies. Binnenkort komt een nieuwe inventarisatie met verbeterde informatie beschikbaar.

(32)

5 Conclusies en aanbevelingen

5.1 Conclusies

Het modelinstrument voor de simulatie van de temperatuur van het Rijnwater is succesvol opgezet. Het model geeft een duidelijk inzicht in de bijdrage van de meteorologie enerzijds en de warmtelozingen door elektriciteitscentrales en industrie anderzijds.

De achtergrondtemperatuur wordt door de meteorologie en de afkoeling beïnvloed, terwijl de temperatuurverhoging door koelwaterlozingen afhankelijk is van de warmtevracht, het rivierdebiet en de afkoeling naar de atmosfeer. De warmtelozingen zijn constant in alle simulaties. De verschillen tussen de temperatuurverhoging laten zich verklaren uit de rivier-debieten: bij lagere rivierdebieten zal de temperatuurverhoging als gevolg van warmte-lozingen groter zijn. Dit levert af en toe een verrassend resultaat op, bijvoorbeeld doordat een winterdebiet lager uitvalt dan een zomerdebiet.

De warmtelozing bij Basel leidt tot de grootste temperatuurverhoging van het Rijnwater. In de middenloop van de Rijn, tussen de instroming van de Neckar en de Main, wordt de grootste warmtevracht geloosd. Vanaf de Main neemt het rivierdebiet flink toe, waardoor de temperatuurverhoging daalt als gevolg van verdunning met koeler toestromend water. De gesimuleerde watertemperatuur in de Rijn bij Lobith komt goed overeen met de gemeten watertemperatuur. Bij Maassluis komt de gesimuleerde riviertemperatuur minder goed overeen met de gemeten watertemperatuur. Afwijkingen tussen meting en berekening zijn naar verwachting het gevolg van de opzet van het model, met constante afvoeren en constante warmtelozingen.

5.2 Aanbevelingen

De warmtelozingen in het model zijn als constante waarden over het jaar ingevoerd (voor 2000 en 2003). Het ligt in de lijn der verwachting dat tijdens warme zomers met lage afvoeren mogelijk beperkingen worden opgelegd aan de koelwaterlozingen, waardoor de warmtevracht naar de Rijn mogelijk wordt overschat door het model. Het verdient aanbeveling om de actuele lozingsgegevens te achterhalen en deze als randvoorwaarden in het model in te voeren.

De rivierdebieten zijn in 2000 constant en variëren in 2003 per maand. In werkelijkheid variëren de debieten in de tijd. Het debiet is van invloed op de watertemperatuur, hoe meer water toestroomt richting de Rijn, hoe sterker de geloosde warmtevracht wordt verdund. Bovendien zouden de debieten met het jaar van de simulatie moeten corresponderen (momenteel worden debietgegevens uit 2002 gebruikt voor het jaar 2000).

(33)

De temperatuur van het water dat via de bovenstroomse modelranden binnenstroomt bij de Aare, Neckar, Main en Moezel is momenteel afgeleid uit temperatuurgegevens bij Reckingen. Het verdient aanbeveling om bij elke instroom van water lokale temperatuurmetingen te gebruiken als modelrandvoorwaarde.

Ten aanzien van de meteorologie verdient het aanbeveling om een vijfde klimaatstation toe te voegen, bijvoorbeeld bij Lobith. Verder wordt momenteel in het hele model gerekend met de globale straling die bij De Bilt wordt gemeten. De achtergrondtemperatuur is zeer afhankelijk van de globale straling, daarom verdient het aanbeveling om op meer punten in het stroomgebied van de Rijn gegevens te verzamelen voor de globale straling.

(34)

6 Literatuur

Breukel, R.M.A. (1993). De Rijn en Rijntakken: Verleden, heden en toekomst. RIZA, Lelystad Délégation de bassin Rhin-Meuse DBRM (2005). Eléments de mise a jour de l’inventaire des rejets

thermiques sur le Rhin. Informations de la délégation française a destination du GT S de la CIPR le 24/10/05. 05 123 NT VB DBRM.

Internationale Commissie ter Berscherming van de Rijn ICBR (2004). Inventar der

Wärmeeinleitungen/ Inventaire des rejets thermiques. S 19-04d.doc.

Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut KNMI (2000). Maandoverzicht van het weer in Nederland, 97e_{jaargang nummer 1-3 en 6-9. De Bilt}

Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut KNMI (2003). Maandoverzicht van het weer in Nederland, 100e_{jaargang nummer 6-9. De Bilt}

Ministerium für Umwelt und Verkehr Baden-Württemberg (2003). Rheinüberwachungs-Station Weil

am Rhein. Jahresbericht 2003

WL | Delft Hydraulics (2003a). Warmtelozing in oppervlaktewater en uitwisseling met de atmosfeer:

een inventarisatie van rekenmethodieken en modellen. Rapportnr. Q3315, 101 p. In opdracht van

Rijkswaterstaat RIZA.

WL | Delft Hydraulics (2003b). Temperatuurmodellering Maas. Projectnr. Q3527, 109 p. In opdracht van Rijkswaterstaat RIZA.

WL | Delft Hydraulics (2004a). SOBEK landelijk temperatuurmodel. Rapportnr. Q3861. In opdracht van Rijkswaterstaat RIZA.

WL | Delft Hydraulics (2004b). Mogelijkheden voor het opzetten van een meetplan voor

koelwaterlozingen – memo. Projectnr. Q3472.16, 10 p. In opdracht van Rijkswaterstaat RIZA.

(35)

A Temperatuurkaarten

A.1 Temperatuurkaarten voor het jaar 2000

Figuur A-1 Gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur (°C) van het Rijnwater voor de situatie zonder

(36)

Figuur A-2 Gesimuleerde temperatuurverhoging (°C) van het Rijnwater als gevolg van koelwaterlozingen op 31 maart 2000. Let op: schaal 0 tot 5°C

(37)

Figuur A-3 Gesimuleerde totale watertemperatuur (°C) – som achtergrondtemperatuur en

temperatuurverhoging - van het Rijnwater met koelwaterlozingen op 31 maart 2000. Let op: schaal 0 tot 10°C

(38)

Figuur A-4 Gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur (°C) van het Rijnwater voor de situatie zonder koelwaterlozingen op 30 september 2000. Let op: schaal 15 tot 22°C

(39)

Figuur A-5 Gesimuleerde temperatuurverhoging (°C) van het Rijnwater als gevolg van koelwaterlozingen op 30 september 2000. Let op: schaal 0 tot 5°C

(40)

temperatuurverhoging - van het Rijnwater als gevolg van koelwaterlozingen op 30 september 2000. Let op: schaal 15 tot 22°C

(41)

A.2 Temperatuurkaarten voor het jaar 2003

Figuur A-7 Gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur (°C) van het Rijnwater voor de situatie zonder

(42)

Figuur A-8 Gesimuleerde temperatuurverhoging (°C) van het Rijnwater als gevolg van koelwaterlozingen op 30 juni 2003. Let op: schaal 0 tot 8°C

(43)

temperatuurverhoging - van het Rijnwater met koelwaterlozingen op 30 juni 2003. Let op: schaal 15 tot 26°C

(44)

Figuur A-10 Gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur (°C) van het Rijnwater voor de situatie zonder koelwaterlozingen op 31 juli 2003. Let op: schaal 15 tot 26°C

(45)

Figuur A-11 Gesimuleerde temperatuurverhoging (°C) van het Rijnwater als gevolg van koelwaterlozingen op 31 juli 2003. Let op: schaal 0 tot 8°C

(46)

temperatuurverhoging - van het Rijnwater met koelwaterlozingen op 31 juli 2003. Let op: schaal 15 tot 26°C

(47)

Figuur A-13 Gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur (°C) van het Rijnwater voor de situatie zonder koelwaterlozingen op 31 augustus 2003. Let op: schaal 15 tot 26°C

(48)

Figuur A-14 Gesimuleerde temperatuurverhoging (°C) van het Rijnwater als gevolg van koelwaterlozingen op 31 augustus 2003. Let op: schaal 0 tot 8°C

(49)

temperatuurverhoging - van het Rijnwater met koelwaterlozingen op 31 augustus 2003. Let op: schaal 15 tot 26°C

(50)

Figuur A-16 Gesimuleerde natuurlijke achtergrondtemperatuur (°C) van het Rijnwater voor de situatie zonder koelwaterlozingen op 30 september 2003. Let op: schaal 15 tot 26°C

(51)

Figuur A-17 Gesimuleerde temperatuurverhoging (°C) van het Rijnwater als gevolg van koelwaterlozingen op 30 september 2003. Let op: schaal 0 tot 8°C

(52)

temperatuurverhoging - van het Rijnwater met koelwaterlozingen op 30 september 2003. Let op: schaal 15 tot 26°C