2.1.2 Modelinvoer

De gebruiker van het rekenmodel doorloopt twee stappen bij de opzet en uitvoering van verspreidingsberekeningen. De gebruiker voert verschillende invoergegevens in het model in.

En verkrijgt daarmee vooraf eerst een goed beeld van de werkelijke situatie. Vervolgens voert de gebruiker de verschillende gegevens in het NNM in. In de toelichting hieronder is onderscheid gemaakt in gegevens die voor de hele situatie van toepassing zijn (bv. meteorologie) en gegevens die alleen over een bron gaan (bv. bronhoogte).

Beperkingen aan de modelinvoer

Bron

• de bronhoogte is minimaal 1,0 meter;
• de bronhoogte moet groter zijn dan de ruwheidslengte en kleiner dan 600 meter;
• de bronhoogte is groter dan het gebouw, of het moet een agrarische bron in ISL3a zijn;
• de brondiameter is minimaal 0,1 en maximaal 30 meter;
• de verhouding tussen bronhoogte en externe brondiameter is minimaal 5;
• lijnbronnen (zoals wegen) zijn niet door te rekenen[1];
• de oppervlaktebron is rechthoekig van vorm, de hoogte is standaard 1,5 (in sommige implementaties maximaal 40) meter.
• als de externe diameter van een puntbron groter is dan 20% van de hoogte geeft het model een waarschuwing. Voor ISL3a is afgesproken dat als je voor een agrarische bron een te grote diameter opgeeft, het model toch rekent. Voor een identieke industriële bron is een te grote diameter niet toegestaan. Dit is als compromis ingevoerd om het rekenen met combi-wassers bij stallen toch mogelijk te laten zijn.

Gebouw

• per bron kan maximaal één gebouw worden ingevoerd
• lengte en breedte van een gebouw zijn maximaal 999 meter, de hoogte is maximaal 200 meter
• de verhouding tussen de langste en de kortste zijde van het gebouw mag maximaal 2,5 bedragen.

Oppervlaktebron

• minimale afmetingen 5 x 5 m
• maximale afmetingen: geen (binnen de reikwijdte van het model, d.w.z. 25 km)
• standaard hoogte 1,5 m (sommige implementaties tot maximale hoogte 40 m)
• minimale hoogte 1,5 m
• geen warmte emissie
• de receptorhoogte (leefhoogte) 1,5 m.

Beperkingen aan de modeluitvoer

• voor receptorpunten op afstanden van meer dan 25 km kunnen de NNM-implementaties geen geldige concentraties berekenen
• voor berekening van een NO₂-concentratie van een oppervlaktebron bestaat nog geen overeenstemming
• (natte) depositie is niet mogelijk binnen een oppervlaktebron.

Situatie ter plaatse

Met een goede kaart van de omgeving en een duidelijke plattegrond van de bedrijfspanden verkrijgt de gebruiker het eerste inzicht in de situatie. Op de bedrijfsplattegrond moeten duidelijk de bronnen van luchtverontreiniging zijn aangegeven. Een bezoek aan de locatie en het bekijken van de emissiepunten bij het bedrijf is aan te raden. Vragen die de gebruiker zich voorafgaand aan de berekening stelt, zijn:

• hoe ziet de omgeving eruit (ruwheidslengte, gebouwen)
• welke activiteiten of processen vinden er plaats bij het bedrijf (emissiebronnen)
• wat zijn de kenmerken van de emissiepunten (bronparameters zoals hoogte, debiet, enzovoort)?

Meteorologie

In het NNM zijn twee meteorologische databestanden opgenomen van de meteostations Schiphol en Eindhoven, voor alle jaren vanaf 1995. Deze twee bestanden gebruikt het model om de meteorologische omstandigheden op de locatie van de receptoren te bepalen via de software PreSRM. Deze module PreSRM berekent voor elk uur de van belang zijnde meteo-parameters in het midden van het receptorgebied. Het interpoleert daarbij lineair tussen deze twee stations. Verdere beschrijving van de methodiek is gegeven in “Aanvullende afspraken NNM’ (oktober 2010, update 2015)”.

Stoffen

In het NNM is een aantal voorbeeldstoffen opgenomen, waarvan het model de verspreiding kan berekenen. Voor deze stoffen zijn verschillende karakteristieken bekend, zoals de oplosbaarheid in (hemel)water en de snelheid van depositie (neerslaan op de bodem). De mate van depositie is voor fijnstof (PM₁₀) afhankelijk van de grootte van de deeltjes. Bij de invoer kan de gebruiker de grootteverdeling opgeven. Als de stof niet voorkomt in de lijst met voorbeeldstoffen, kunt u aan de leverancier van het programma vragen welke aannamen u hiervoor het beste kiest. De modelformulering is als het gaat om zwevende deeltjes (fijnstof) vooral voor PM10 opgezet, grovere stoffen met deeltjesdiameters groter dan 30 µm kunnen foutieve resultaten geven. NB controleer hiervoor altijd de informatie bij het rekenmodel.

Het NNM kan de verspreiding van veel luchtverontreinigende stoffen en geur berekenen. Het model rekent deze door als gassen die zich gedragen als, en even zwaar zijn als, lucht en die tijdens de verspreiding inert zijn. Uitzondering hierop vormen onder meer stikstofoxiden (NO_x) en ammoniak (NH₃).

Voor NO_x houdt het NNM via een gekozen model rekening met de chemische omzetting van stikstofmonoxide (NO) in stikstofdioxide (NO₂) door ozon, temperatuur en zonlicht (zie § 4.4).

Het NNM is niet ingericht om de depositie te berekenen van bepaalde stoffen. Bereken deze stoffen met de DEPAC-routine van het RIVM. Dit geldt zeker voor ammoniak (NH3), hiervoor gebruikt u rekenmodel AERIUS. Het model berekent wel de luchtconcentraties voor stoffen als HCl, en HF. Sommige implementaties[2] van het NNM zijn aangepast aan de nieuwe depositieparameters die in DEPAC zijn geformuleerd. Deze verbeterde rekenwijze is dan als optie in het rekenprogramma te gebruiken.

Depositie speelt voor het berekenen van fijnstof (PM10) en NO2 concentraties nauwelijks een rol. Voor SO2 kunnen de concentraties nog wel enigszins lager zijn als er rekening gehouden wordt met het depositieproces. Aanbevolen is om voor de concentratieberekeningen van PM10, SO2 en NO2 geen rekening te houden met depositie. Voor andere stoffen als HCl, HF en NH3 mag wel gemotiveerd rekening gehouden worden met depositie (voor NH3 moet dat zelfs), maar het hoeft niet.

Ruwheidslengte

De ruwheidslengte is een maat voor de 'ruwheid' van de omgeving. Hoe vlakker en opener de omgeving, hoe lager de ruwheidslengte. Deze loopt meestal uiteen van 0,03 (vlak grasland) tot 1,0 (stedelijk gebied) (zie voor specifieke toelichting deel II, hoofdstuk 2, ruwheidslengte). De ruwheidslengte kan een grote invloed hebben op de uiteindelijke resultaten, daarom is het belangrijk om de ruwheidslengte juist te bepalen! De PreSRM-module doet dit voor bestaande situaties. Voor toekomstige situaties (bijvoorbeeld bij stadsuitbreidingen) kan de gebruiker de voorberekende ruwheidswaarde negeren door een eigen waarde op te geven.

Onderzoeksgebied

Vooraf kiest de gebruiker de grootte van het onderzoeksgebied (vaak enkele kilometers). Het onderzoeksgebied moet zo groot zijn dat de te toetsen immissies hierbinnen vallen. Voor geur is in de NTA 9065 bepaald dat het onderzoeksgebied het gebied tussen bron en receptor moet omvatten en dan wordt verdubbeld (gespiegeld).

Binnen het onderzoeksgebied maakt de gebruiker een receptorrooster aan, een rooster van horizontale en verticale lijnen (of een polair grid). Ieder snijpunt van de lijnen onderling vormt een receptorpunt waarop het model de immissie berekent. Hoe fijnmaziger het rooster, des te meer receptorpunten. Het aantal receptorpunten beïnvloedt de rekentijd. Voor een eerste indruk is een grofmazig rooster van bijvoorbeeld 11 × 11 receptorpunten voldoende. Voor een definitieve berekening waarin meer betrouwbare contouren gewenst zijn, is een rooster nodig dat de gradiënten van de concentraties goed volgt.

In de praktijk, bijvoorbeeld bij toetsing van de luchtkwaliteit, is het nodig om de concentratie op van belang zijnde punten (gevoelige bestemmingen) te berekenen. Namelijk het aflezen van concentraties uit contourkaartjes is dan van onvoldoende nauwkeurigheid.

Figuur 2.1: Werkwijze PreSRM: Interpolatie van meteoparameters tussen twee meteostations (Schiphol en Eindhoven) op basis van rechte lijnen met gelijke potentiele windsnelheid afgeleid van de windkaart van Wieringa. Buiten Schiphol en Eindhoven geen extrapolatie, maar de waarden van Schiphol of Eindhoven

Brongegevens

In het NNM is een bron een specifiek emissiepunt. De belangrijkste kenmerken van de bron voor de invoer in het model zijn:

1. locatie;
2. soort bron (punt- of oppervlaktebron) en bronafmeting (hoogte en diameter);
3. als de bron een gebouw is: gebouwafmeting en -ligging;
4. debiet /uittreesnelheid;
5. warmte-emissie /temperatuur;
6. emissie;
7. emissieprofiel /(dis)continue bronnen;
8. (voor NO₂) de fractie NO₂ in het afgas (initiële NO₂).

Hier volgt een korte toelichting (een aantal onderwerpen komt specifieker en meer uitgebreid aan bod in deel II):

• Locatie. Het middelpunt van de bron is aangegeven door middel van een x- en een y-coördinaat (in meters, rijksdriehoekscoördinaten!). Door op een topografische ondergrond de plattegrond van het bedrijf te plaatsen, kan de gebruiker de broncoördinaten eenvoudig bepalen. Gebruik hiervoor digitale geo-informatie van de overheid (https://www.pdok.nl/nl).
• Soort bron. Het model kan zowel puntbronnen als oppervlaktebronnen doorrekenen:

Puntbron: dit is een cirkelvormige bron met een buiten – en binnendiameter (in m), en een hoogte. Als de bron niet cirkelvormig is, neem dan een diameter van een cirkel met dezelfde oppervlakte (als het oppervlak van de niet-cirkelvormige uitstroomopening).

Oppervlaktebron: dit is een rechthoekige bron met lange en korte zijde (in m). De hoogte van een oppervlaktebron kan 1,5 meter zijn en in sommige implementaties ook hoger (een verhoogde oppervlaktebron tot 40 m hoog, zie ook deel II).

• Gebouwinvloed. Gebouwen in de directe omgeving beïnvloeden de verspreiding van de verontreiniging (als de schoorsteenhoogte kleiner of gelijk is aan tweemaal de gebouwhoogte). Meestal beïnvloeden deze gebouwen vooral de concentraties op korte afstand van de bron (< 1 km), maar in andere gevallen kan de invloed zich uitstrekken tot kilometers afstand (bijvoorbeeld in gebieden met een lage ruwheid).
• In een NNM-model kan men een gebouw invoeren dat dicht bij de bron staat of waarop de bron zelf is gelokaliseerd. Geef bijvoorbeeld de locatie, lengte, breedte, hoogte en oriëntatie van het gebouw op. Per bron maximaal één gebouw invoeren (zie ook deel II).
• Debiet /uittreesnelheid. Het debiet is het volume (rook)gas dat per tijdseenheid de bron verlaat. Afhankelijk van de model-implementatie moet het debiet worden opgegeven, bijvoorbeeld in nm3/s (nat), normaal kuubs, of als bedrijfskuubs. Ook kan het debiet worden berekend uit de oppervlakte van de bron (m²) en de uittreesnelheid van het gas (in m/s). De uittreesnelheid bepaalt samen met de warmte-emissie hoever de pluim stijgt nadat deze de bron verlaten heeft.
• Warmte-emissie. De warmte-emissie wordt bepaald door de temperatuur van de emissie, vermenigvuldigd met het debiet en de soortelijke warmte. Hoe hoger de temperatuur van het gas is, hoe groter de warmte-emissie en hoe groter de pluimstijging. Het NNM voorziet niet in het in rekening brengen van de effecten van koude gassen (met een duidelijk lagere temperatuur dan de omgevingstemperatuur) of van gassen met een dichtheid die aanzienlijk afwijkt van die van lucht.
• Emissie. In het NNM moet de emissie worden opgegeven als een emissievracht in g/s of, bij geurberekeningen, ou_E/s. De vracht wordt berekend door de emissieconcentratie (bijvoorbeeld microgram /m³ of ou_E/m³) te vermenigvuldigen met het debiet. Voor de berekening moeten de waarden onder standaardomstandigheden (normaal m³/s) worden gebruikt[3].
• Emissieprofiel /discontinue bronnen: Met het NNM is het mogelijk om naast continue emissies ook discontinue emissies aan te geven op twee manieren: de eerste optie is dat deze emissies in een aantal uren worden geëmitteerd, die willekeurig over het jaar zijn verdeeld. De tweede optie is dat een (of meer) emissie(s) voor bepaalde tijdstippen per dag of per week een bepaalde waarde hebben. In deze gevallen zal een gebruiker in de regel een eigen emissiebestand waarin de emissie per uur is opgegeven, soms in combinatie met een eveneens variërende warmte-emissie.

[1] Deze niet benaderen door een lange oppervlaktebron, vanwege de verhouding van de lange en korte zijde. Voor wegen gebruikt men SRM2 (de standaardimplementatie is de NSL-rekentool).

[2] In GeoMilieu is voor het berekenen van depositie de koppeling met de DEPAC-routine gemaakt. De gebruiker heeft zowel de optie hiermee te rekenen, of te rekenen met de factoren die nog in het Paarse boekje staan.

[3] Voor het berekenen van de pluimstijging: geef het debiet bij 0 K op. Reken het aandeel vocht wel mee. In sommige gevallen is het debiet opgegeven bij vaste zuurstofpercentages, maar vindt het werkelijke debiet bij een ander percentage plaats. Breng dit eventueel in rekening.