Logo van het Planbureau voor de Leefomgeving
Naar het hoofdmenuNaar de subnavigatieNaar de hoofdinhoud

De werking van het metamodel PCLake

Met het model PCLake kan het gedrag van meren en plassen worden gesimuleerd. Omdat het gebruik tamelijk lastig en tijdrovend is, is een ‘metaversie’ ontwikkeld. Hiermee kan snel een inschatting worden gemaakt van de kritische fosfaatbelasting per type meer.

Onderdelen van het model

Het model PCLake simuleert de invloed van fosfaat op meren. Onderdelen van het model zijn:

  • fosfaten in water en sediment;
  • het doorzicht;
  • de hoeveelheid waterplanten;
  • de algenconcentratie;
  • de visstand;
  • de moeras- en oevervegetatie.

Het model houdt rekening met de invloeden van het bodemtype en de grootte en diepte van het meer.

Figuur: schematische weergave van het model PCLAKE

Schematische weergave van het model PCLake

Methodiek

Voor een groot aantal meertypen en met beide begincondities zijn PCLake-simulaties uitgevoerd met een hele reeks P-belastingen. De meertypen zijn gedefinieerd door hun diepte, oppervlakte, verblijftijd, bodemtype, omvang moeraszone, en nog enkele andere kenmerken. De resultaten zijn in een database opgeslagen en voor elke combinatie zijn de omslagpunten bepaald. Het omslagpunt is gedefinieerd als de fosfaatbelasting waarbij het doorzicht gelijk is aan de helft van de waterdiepte.

Voor ‘nieuwe’ combinaties worden de kritische belastingen geschat met behulp van een neuraal netwerk. Dit vormt samen met de database van resultaten (met ongeveer 100.000 simulaties) het metamodel.

Voor de hele set van meertypen varieert het omslagpunt voor ‘vertroebeling’ tussen 0,1 en 6 gram P per vierkante meter per jaar. Voor ‘opheldering' ligt het tussen 0,1 en 3 gram P per vierkante meter per jaar.

Gebruik van het metamodel

Het model is via internet beschikbaar op de website http://themasites.pbl.nl/modellen/pclake. In een invulscherm kan de gebruiker de eigenschappen van zijn/haar meer opgeven, waaruit het programma de kritische belasting schat. De gebruiker geeft op:

  • gemiddelde waterdiepte in de zomer (meter; bandbreedte: 0,5 – 4 m)
  • gemiddeld debiet (mm per dag, berekend voor de oppervlakte open water; bandbreedte: 4 – 200 mm/dag)
  • strijklengte van het meer (meter, d. i. de diameter van het meer in de dominante windrichting. Als ruwe schatting kan hiervoor de wortel uit het oppervlak worden gebruikt; bandbreedte: 300 – 4000 m)
  • oppervlakte moerasgebied (indien aanwezig) t.o.v. de oppervlakte van het meer (-; bandbreedte: 0 – 2)
  • bodemtype (zand, klei, veen)
  • de achtergrondextinctie van het water (m-1; bandbreedte: 0.25 – 2.0 m-1)

Andere invoerparameters, zoals de N/P ratio (34) en de fractie opgelost P (0,5) in het invoerwater,de visserijdruk (0) e.a. zijn in het metamodel constant verondersteld. Ook is uitgegaan van een constant waterpeil.

Het model geeft als uitvoer de kritische P-belastingen kP_eu en kP_oligo (in mg P per m2 per dag of gram P per m2 per jaar).

Onzekerheden

Het metamodel is alleen geldig binnen de grenzen en randvoorwaarden waarvoor het is afgeleid (zie ook Brederveld, 2011). De afwijking van het metamodel t.o.v. het oorspronkelijke model bedraagt gemiddeld ongeveer 20%. Bij verblijftijden korter dan 21 dagen heeft de berekende kritische belasting weinig betekenis, omdat dan de verblijftijd zelf de belangrijkste sturende factor is voor de toestand van het meer.

De onzekerheid in de uitkomst (kP) van het PCLake-model zelf wordt geschat op + of – 30 á 40 % (Janse et al., 2010). Bij lange verblijftijden wordt het model onnauwkeuriger (kP wordt onderschat). Het model gaat uit van een uniforme waterdiepte, dus effecten van diepteverdeling worden verwaarloosd. Verder zijn naast de genoemde eigenschappen nog meer factoren van invloed. Als gevolg van de klimaatverandering zullen de kP-waarden waarschijnlijk naar beneden gaan verschuiven. Het metamodel geeft een goede indicatie, maar bij de interpretatie blijft maatwerk geboden.

Gebruik in het waterbeheer

Een beheerder kan de berekende kritische P-belasting vergelijken met de actuele P-belasting, bepaald uit de water- en nutriëntenbalans. Hier onder staan drie voorbeelden van resultaten en adviezen.

Figuur: voorbeeld uit PCLAKE model; Situatie I. Actuele belasting hoger dan kP_eu

Figuur: legenda bij voorbeeld

Situatie I. Actuele belasting hoger dan kP_eu

Advies: => Neem maatregelen om de belasting te verlagen.

Figuur: voorbeeld uit PCLAKE model;Situatie II. Actuele belasting in de buurt van kP_eu, of tussen kP_eu en kP_oligo in

Figuur: legenda bij voorbeeld

Situatie II. Actuele belasting in de buurt van kP_eu, of tussen kP_eu en kP_oligo in

Advies: => Overweeg maatregelen om de kritische belasting en daarmee de draagkracht van het meer te verhogen (bijv. via structuurmaatregelen zoals het creeren van oeverlanden en peilfluctuaties).

Figuur: voorbeeld uit PCLAKE model; Situatie III. Actuele belasting is lager dan kP_oligo

Figuur: legenda bij voorbeeld

Situatie III. Actuele belasting is lager dan kP_oligo

Advies: =>De P-belasting is laag genoeg om een stabiel heldere toestand mogelijk te maken. Geniet ervan, maar blijf de condities kritisch volgen.

Zelf een modelberekening maken

De ontwikkelaars van het model stellen het op prijs om uw ervaringen met het gebruik van het model te vernemen. U kunt uw reactie of vraag sturen naar jan.janse@pbl.nl. Geinteresseerden kunnen hier ook terecht voor een kopie van het volledige PCLake-model.

Verantwoording

Het model PCLake is ontwikkeld door dr J.H Janse. Het metamodel is gebaseerd op versie 5.08 (2005) van dit model.

Versie 1 van het metamodel (2006) , mede-ontwikkeld door ir S. Schep , in samenwerking met ing A. Bakker, maakte gebruik van een MATLAB-interpolatieroutine.

De nu ter beschikking staande versie 2 (2011) is gebaseerd op een neuraalnetwerkmodel en is ontwikkeld door ir. S. Schep en ir. R.J. Brederveld. Dr S. Mylius, ir J.H.J. Dolmans, drs A.H.W.Beusen, dr J.H. Janse en ir. M.H.J L.Jeuken verzorgden de webapplicatie.

Dit project is uitgevoerd door Witteveen+Bos i.s.m. Deltares en het PBL, in het kader van de KRW-verkenner.

Aansprakelijkheid

Het PBL kan niet aansprakelijk gesteld worden voor ongewenste resultaten die uit het toepassen van beheersadviezen voortvloeien.

Referenties

  • Brederveld, R.J. (2011). Handleiding metamodel PCLake. Witteveen+Bos, notitie nr. UT565-2/posm/002.
  • Jaarsma, N., Klinge M., Lamers, L., van Weeren, B.J. 2008. Van helder naar troebel en weer terug: een ecologische systeemanalyse en diagnose van ondiepe meren en plassen voor de kaderrichtlijn water. STOWA rapport 2008-04
  • Janse, J.H. (1997). A model of nutrient dynamics in shallow lakes in relation to multiple stable states.Hydrobiologia 342/343: 1-8.
  • Janse, J. H. (2005). Model studies on the eutrophication of shallow lakes and ditches. Diss., Universiteit Wageningen. Zie: http://edepot.wur.nl/121663
  • Janse, J.H., De Senerpont Domis, L.N., Scheffer, M., Lijklema, L., Van Liere, L., Klinge, M. & Mooij, W.M. (2008). Critical phosphorus loading of different types of shallow lakes and the consequences for management estimated with the ecosystem model PCLake. Limnologica 38: 203-219.
  • Janse, J.H., Scheffer, M., Lijklema, L., Van Liere, L., Sloot, J.S. & Mooij, W.M. (2010). Estimating the critical phosphorus loading of shallow lakes with the ecosystem model PCLake: Sensitivity, calibration and uncertainty. Ecol. Mod. 221: 654-665.
  • Schep, S. (2006). Interacties tussen stuurvariabelen voor ecologische doelen in meren, fase 2: analyse van simulaties. Witteveen+Bos, rapport nr. BHV24-1-1.
  • Schep, S. (2010). Neuraal netwerk PCLake ten behoeve van KRW-verkenner. Witteveen+Bos; rapportnr. UT565-2-1.