DEEL 2 - TECHNISCHE BESCHRIJVING AERIUS CALCULATOR

4 - Implementatie OPS in AERIUS

De rekenkern van AERIUS wordt gevormd door het Operationeel Prioritaire Stoffen (OPS) model. Het OPS-model is bedoeld om concentraties en deposities in Nederland te berekenen van zwaveldioxide, stikstofdioxiden en ammoniak (SO₂, NOₓ en NH₃). Naast deze primaire stoffen wordt ook de verspreiding en depositie van secundaire vormen (SO₄²⁻, NO₃⁻ en NH⁴⁺) gemodelleerd. Bij AERIUS Calculator ligt de focus op stikstof (emissies van NOₓ en NH₃).

Omdat OPS een groot toepassingsbereik heeft, wordt in dit hoofdstuk ingegaan op de belangrijkste modelkenmerken en hoe deze in AERIUS zijn geïmplementeerd. Voor uitgebreide beschrijvingen van OPS en ook verwijzingen naar relevante rapporten wordt de lezer doorverwezen naar de website van het RIVM^[1].

4.1 Wat is OPS?

Het OPS-model is een analytisch model, dat voor de lokale schaal gebruik maakt van de Gaussische dispersieformule. Voor transport over grote afstand werkt het model als een trajectoriemodel. Bij tussenliggende situaties is het een combinatie van beide. Omdat Gaussische dispersiemodellen over het algemeen te grote onzekerheden met zich meebrengen op grotere afstanden van de bron, wordt er gebruik gemaakt van een combinatie met een trajectoriemodel, dat feitelijk de Gaussische pluim een trajectorie kan geven. Op deze manier kan OPS bijdragen van lokale, regionale en buitenlandse bronnen in één berekening combineren. Hierdoor is het bijvoorbeeld ook mogelijk om uitkomsten direct met metingen te vergelijken. Uiteindelijk berekent OPS een jaargemiddelde concentratie of depositie door meteoklassen door te rekenen en die te wegen met de frequentie van voorkomen van iedere klasse.

4.2 Toepassingsbereik OPS

Het emissiedomein van OPS is in principe geheel Europa. Dat betekent dat met OPS-bronnen in binnen- en buitenland kunnen worden doorgerekend. OPS kan daarbij rekenen met punt en vlak- en lijnbronnen. Wat een zinvolle uitvoerresolutie is, hangt mede af van de kenmerken van de ingevoerde emissies. Denk aan de ruimtelijke verdeling en omvang van de emissies, maar ook om kenmerken van het emissiepunt, zoals uitstoothoogte, snelheid van uittreding en temperatuur. Deze aspecten zijn van invloed op hoe de emissies zich verspreiden in de atmosfeer. Net als bij alle modelberekeningen, geldt ook voor berekeningen met OPS dat deze nauwkeuriger worden bij een kwalitatieve en gedetailleerde invoer.

4.2.1 Rekenbereik in AERIUS: geografische grondslag

Binnen AERIUS Calculator wordt voor de locatie van de bronnen en de rekenpunten gebruik gemaakt van het RijksDriehoeksStelsel (RDS). In de praktijk leidt dit tot een formeel rekenbereik van AERIUS zoals weergegeven in Figuur 14. In Calculator is deze begrenzing te visualiseren door de kaartlaag 'Geografische rekengrondslag' aan te zetten. Buiten de Geografische rekengrondslag kunnen er afwijkingen optreden in de exacte locatie, omdat het lineair doortrekken binnen het RDS stelstel door de bolling van de aarde minder nauwkeurig wordt. De echte locatie van emissiepunten kan dan anders zijn dan de locatie waarmee gerekend wordt.

Figuur 14: De kaartlaag Geografische rekengrondslag in AERIUS Calculator, te vinden onder ‘Kaartlagen’. De stippellijn geeft de begrenzing aan.

4.2.2 Maximale rekenafstand in Calculator

AERIUS Calculator rekent met OPS tot een maximale afstand van 25 km van een emissiebron. Bij rijdend verkeer rekent OPS de bijdrage vanaf 5 km van de weg; tot een afstand van 5 km wordt gebruik gemaakt van SRM-2. De maximale rekenafstand betekent dat voor elk rekenpunt alleen emissies worden meegenomen van bronnen die binnen 25 km van dat rekenpunt liggen. In het geval van lijn- of vlakbronnen, wordt alleen het deel van de lijn of het vlak meegenomen dat binnen 25 km ligt (de deelbronnen).

Maximale rekenafstand van 25 km geldt alleen voor individuele projectberekeningen

De maximale rekenafstand van 25 km wordt toegepast binnen AERIUS Calculator en Connect wanneer een berekening wordt uitgevoerd voor toestemmingsverlening voor Natura 2000-activiteiten. Het gaat dan om individuele projectberekeningen. Bij het berekenen van de totale deposities, ten behoeve van de monitoring van stikstof in Nederland, past het RIVM geen maximale rekenafstand toe.

4.2.3 Hexagonen met 'mogelijk randeffect' door maximale rekenafstand

Bij het introduceren van de maximale rekenafstand van 25 km op bronniveau voor projectberekeningen - ingevoerd vanaf AERIUS Calculator 2021 - trad een nieuw verschijnsel op dat voorheen niet speelde en dat bekend werd onder de term 'randeffecten'. Met randeffecten werd primair bedoeld: rekenresultaten bij verschilberekeningen die geen realistisch beeld geven van het te verwachten effect, omdat niet alle situaties in de verschilberekening op gelijke wijze zijn meegenomen.

Randeffecten treden op, vanwege de wijze waarop de maximale rekenafstand is geïmplementeerd: op (deel)bronniveau. Hierdoor kan het namelijk voorkomen dat er rekenpunten zijn waar wel een rekenresultaat voor is, maar waar niet voor alle ingevoerde emissiebronnen een bijdrage is berekend. Immers, de maximale rekenafstand zorgt ervoor dat alleen voor de (deel)bronnen die binnen 25 km liggen van het rekenpunt, een bijdrage wordt berekend. De berekende depositie is als het ware niet compleet, omdat sommige van de bronnen voorbij de rekenafstand liggen.

Stel nu dat in een aan te vragen situatie (de beoogde situatie) een bepaalde emissiebron alleen maar verplaatst wordt ten opzichte van de vergunde situatie, maar door het verplaatsen komt de bron ineens net binnen 25 km van een hexagoon komt te liggen, dan kan je een depositietoename berekenen alleen maar omdat je in de referentiesituatie géén bijdrage hebt van die bron. De berekende toename wordt dan een 'randeffect' genoemd: een rekenkundig effect van de implementatie van de maximale rekenafstand, en niet een daadwerkelijk te verwachten effect.

In AERIUS wordt niet aangegeven of er sprake is van een randeffect op een hexagoon. Of een berekend effect echt alleen een randeffect is, hangt namelijk af van de specifieke projectomstandigheden.

Wat AERIUS Calculator wél doet, is voor alle berekeningen waarbij sprake is van een referentiesituatie (en dus een verschilberekening), identificeren welke hexagonen mogelijk een randeffect hebben, en vervolgens tonen aan gebruiker wat de resultaten zijn als je die hexagonen buiten beschouwing zou laten of als je juist alleen naar die hexagonen kijkt.

Het bepalen welke hexagonen mogelijk randeffect hebben, gaat in AERIUS als volgt:

• Per situatie wordt bepaald, bij welke van de hexagonen geldt dat het midden van de hexagoon op grotere afstand dan 25 km ligt van tenminste 1 puntbron of (deel van) een vlakbron. Deze hexagonen worden voor deze situatie aangemerkt als 'mogelijk randeffect': het zijn de hexagonen waarvoor geldt dat niet voor alle (deel)bronnen uit de situatie een bijdrage is berekend;

• Of een hexagoon wel of niet een 'mogelijk randeffect' heeft, wordt per situatie vastgelegd in de GML met resultaten, als kenmerk bij ieder hexagoon ('edge effect true/false');

• Het in beeld brengen van de resultaten zonder de hexagonen met mogelijk randeffect en van de resultaten op alléén de hexagonen met mogelijk randeffect, gebeurt in de AERIUS-applicatie vervolgens alleen bij verschilberekeningen waar sprake is van een Referentiesituatie;

  • Dit betekent dat niet bij alle berekeningen, 'randhexagonen' in beeld gebracht worden: je krijgt de optie alleen als er sprake is van een Referentiesituatie én je naar een verschilberekening kijkt;

  • • In een verschilberekening zijn de 'randhexagonen' alle hexagonen, die in minimaal één van de te vergelijken situaties gelden als 'hexagoon met mogelijk randeffect'. Dit is zelf na te rekenen, door de GML's met resultaten van de betreffende situaties te vergelijken op het kenmerk 'edge effect true/false'.

• NB1: 'Salderingssituaties' (intern en extern salderen) vallen buiten de scope van de huidige implementatie van 'hexagonen met mogelijk randeffect'. Dat betekent dat het wel of niet hebben van een salderingssituatie geen invloed heeft op welke hexagonen tellen als 'hexagoon met mogelijk randeffect'. Het is daardoor mogelijk dat er alsnog randeffecten van het intern of extern salderen optreden binnen de set 'zonder hexagonen met mogelijk randeffect';

• NB2: uit de AERIUS-berekening volgt dus geen oordeel of conclusie met betrekking tot de hexagonen met mogelijk randeffect. Het betreft alleen een visualisatie, als ondersteuning om te kunnen komen tot een oordeel.

Geen rol voor lijnbronnen bij bepalen 'hexagonen met mogelijk randeffect'

Bij het definiëren van 'randhexagonen' in AERIUS is bewust gekozen voor 'hexagonen waarvan het middelpunt (receptor) op grotere afstand dan 25 km ligt van tenminste 1 puntbron of (deel van) een vlakbron'. Oftewel, het wel of niet hebben van lijnbronnen in je berekening heeft geen effect op de keuze of een hexagoon als 'hexagoon met mogelijk randeffect' wordt gezien.

Dit betekent:

• Dat het voor de selectie welke van de doorgerekende hexagonen tellen als 'hexagoon met mogelijk randeffect' in AERIUS, niet uitmaakt of je lijnbronnen toevoegt, verwijdert of aanpast;
• Dat het daardoor mogelijk is dat binnen de set 'hexagonen zonder mogelijk randeffect', wél nog randeffecten optreden die worden veroorzaakt door lijnbronnen.

Er is gekozen voor het uitsluiten van lijnbronnen bij de bepaling om de volgende redenen:

• De daadwerkelijke randeffecten die kunnen optreden bij lijnbronnen zijn meestal beperkt, omdat een lijnbron voor de berekening wordt opgesplitst in meerdere puntbronnen. Het is dus meestal niet de bijdrage van de hele lijnbron die wegvalt als een receptor iets verder weg ligt, maar alleen het stukje van de lijnbron dat buiten de 25 km valt. De keuze om lijnbronnen niet mee te nemen in de bepaling, leidt daarom naar verwachting niet grote (resterende) randeffecten;
• Andersom zou bij het wél meenemen van lijnbronnen, de set 'hexagonen met mogelijk randeffect' heel veranderlijk worden: door het iets verlengen of verkorten van een lijnbron zou een hexagoon al kunnen wisselen van 'geen mogelijk randeffect' naar 'wel mogelijk randeffect'. Zeker bij lijnbronnen die buiten de grens van inrichtingen worden getekend werd dit niet als wenselijk gezien, met name in combinatie met het eerste punt.

4.3 Rekenen met OPS: schematische weergave

Figuur 15 geeft schematisch weer hoe rekenen met OPS werkt. Vanuit de gebruiker worden - default of eigen - bronkenmerken inclusief emissies ingevoerd. Het OPS-model berekent op basis van deze invoer én brononafhankelijke parameters als meteorologische omstandigheden, terreinruwheid en landgebruik, de verspreiding van de emissies in de lucht (concentraties) en hoeveel van die stoffen per hectare op bodem of gewas terechtkomt (depositie).

Figuur 15: Schematische weergave berekening OPS

Een overzicht van de kenmerken waarmee emissiebronnen beschreven worden in OPS, is opgenomen in Bijlage 3: Kenmerken emissiebronnen in OPS.

4.4 Punt-, lijn- en vlakbronnen

Met AERIUS kunnen puntbronnen, vlakbronnen en lijnbronnen worden doorgerekend. Vlak- en lijnbronnen worden bij doorrekening opgedeeld in deelbronnen:

• Een lijnbron in AERIUS wordt vastgelegd als een 'linestring': een lijn die is opgebouwd uit een aantal punten. Iedere lijnbron die wordt doorgerekend met OPS - dat geldt voor alle lijnbronnen, met uitzondering van lijnbronnen voor rijdend verkeer gelegen binnen 5 km van een rekenpunt - wordt verdeeld in een aantal gelijke stukken, met een maximale lengte per stuk (max 25 meter). Het maakt hierbij niet uit of de linestring uit twee of meer punten bestaat. In het midden van ieder stuk van de lijn wordt vervolgens een puntbron neergelegd. De emissie die op de gehele lijnbron optreedt, wordt gelijkmatig verdeeld over de puntbronnen, welke door OPS doorgerekend worden;

• Een vlakbron kan met OPS alleen doorgerekend worden als de vorm een cirkel of vierkant is. Een vlakbron in OPS is dus altijd vierkant en heeft een middelpunt, een oppervlakte en een emissie. Om te kunnen rekenen in OPS, deelt AERIUS een complexe oppervlaktebron op in één of meerdere vierkante deeloppervlaktebronnen, die elk een deel van de totale oppervlakte en emissie representeren. Om de middelpunten van deze deelbronnen te bepalen, wordt een complexe bron eerst verrasterd. Vervolgens wordt met behulp van overlapfactoren bepaald wat de weegfactor is per deelbron en aan de hand daarvan wordt de emissie verdeeld over de deelbronnen.

Voor nadere uitwerking hoe lijn- en vlakbronnen worden omgezet naar deelbronnen, zie: Bijlage 4: Omzetten oppervlakte- en lijnbronnen

4.5 Meteorologische gegevens

Een belangrijke parameter bij het OPS-model zijn de meteorologische gegevens waarmee wordt gerekend. Zoals in het vorige hoofdstuk al kort genoemd, zijn deze van invloed op de berekende verspreiding van de emissies en de chemische omzetting. OPS onderscheidt zes regio's (zie Figuur 16). De gegevens per regio zijn afgeleid van de metingen op 19 KNMI meetstations.

Figuur 16: De zes meteorologische regio’s in Nederland binnen het OPS-model

In OPS worden meteorologische waarnemingen van het KNMI op een statistische manier gebruikt. Dat betekent dat de verschillende mogelijke verspreidingssituaties vooraf in een 'preprocessor-stap' verdeeld worden over een aantal klassen (indeling op basis van KNMI-meteostations). Bij iedere klasse hoort een bepaalde transportrichting, atmosferische stabiliteit en transportschaal. De bijbehorende verspreidingsparameters (relevant voor de doorrekening) worden bepaald aan de hand van de eigenschappen van alle trajectoriën die binnen de klasse vallen.

Een jaargemiddelde concentratie of depositie wordt bepaald door het doorrekenen van alle klassen en door weging achteraf met de frequentie van voorkomen. De middelingstijd wordt bepaald door de meteorologische dataset die voor de berekening wordt gebruikt; jaarstatistieken zijn hierbij de standaard.

In AERIUS Calculator worden alle berekeningen met OPS standaard uitgevoerd met meerjarige meteorologische gegevens. Op die manier kunnen verschillende situaties goed met elkaar vergeleken worden en kan het effect van specifieke meteorologische omstandigheden in een bepaald jaar niet bepalend worden voor de conclusie van een vergunningaanvraag. OPS maakt momenteel voor de meerjarige meteorologie gebruik van meetgegevens over de periode 2005-2014.

4.6 Terreinruwheid en landgebruik

De terreinruwheid en het landgebruik bepalen de snelheid waarmee stoffen neerslaan, oftewel de droge depositiesnelheid. De terreinruwheid beïnvloedt de grootte van de wervels in de luchtlaag boven het aardoppervlak. Een hogere ruwheid leidt tot meer grotere wervels die ervoor zorgen dat stoffen sneller het aardoppervlak bereiken. Niet alleen de terreinruwheid ter plekke van het rekenpunt zelf is bij de modelberekening relevant, maar ook het verloop in terreinruwheid op het traject tussen de emissie en het rekenpunt. De biologische en fysische kenmerken van het oppervlak ('landgebruik') bepalen hoe makkelijk de stoffen worden opgenomen of geadsorbeerd.

De gegevens voor ruwheid en landgebruik hoeft de gebruiker niet in te voeren. Binnen AERIUS wordt hierbij gebruik gemaakt van standaardinstellingen en onderliggende databases. De gegevensset ruwheid en landgebruik in AERIUS bevat de gemiddelde ruwheidslengte, en dominante en het gewogen landgebruik voor alle rekenpunten in AERIUS. Het landgebruik is afgeleid van het Landelijk Grondgebruiksbestand Nederland. Zie voor meer informatie over het bepalen van de landgebruiksklasse in AERIUS Bijlage 6: Landgebruik en terreinruwheid in AERIUS.

4.7 Bronkenmerken: hoogte en pluimstijging

Een voor de verspreiding relevant kenmerk is de hoogte waarop de emissie plaatsvindt. Bij hoge bronnen (met een zekere warme emissie) wordt de emissie beter gemengd in de atmosfeer (ook wel verdunning genaamd). Een tweede relevant kenmerk is de pluimstijging: dit is de extra hoogte die de emissie kan winnen, nadat het is geëmitteerd. Bij een bron met een grote pluimstijging zal de pluim over een groter gebied verspreiden. Het duurt dan ook langer voordat de pluim de grond bereikt. Hierdoor kan de lokale concentratie en depositie van een project op kortere afstand van de bron afnemen.

In modelberekeningen wordt met deze aspecten rekening gehouden, door te rekenen met een effectieve uittreedhoogte, die gelijk is aan de uittreedhoogte plus de pluimstijging. Pluimstijging kan het gevolg zijn van:

• Warmte-inhoud van het rookgas: dit heet thermische pluimstijging. Hiervan is sprake van wanneer het rookgas, bij het verlaten van het emissiepunt, een hogere temperatuur heeft dan zijn omgeving. Dit kan bijvoorbeeld bij ventilatieroosters, open deuren en luiken, maar ook bij industriële bronnen en schepen. Thermische pluimstijging kan ook optreden bij rookgas die in horizontale emissie geforceerd wordt uitgestoten, bijvoorbeeld bij een uitblaasopening op de gevel van een gebouw;

• Snelheid van het rookgas: dit heet impulsstijging. Dit is het gevolg van de verticale snelheid die het rookgas meekrijgt wanneer het geforceerd uitgestoten wordt, bijvoorbeeld bij luchtwassers en andere industriële bronnen.

• Figuur 17 toont een voorbeeld van rookgasemissie uit een schoorsteen waarbij sprake is van pluimstijging. In de praktijk zal de pluimstijging vaak minder duidelijk zichtbaar zijn. De emissie vindt plaats ter hoogte van de bovenkant van de schoorsteen. De emissie stijgt echter op ten gevolge van de pluimstijging. De effectieve uittreedhoogte ligt hierdoor ter hoogte van de bovenkant van de pijl. Tot en met AERIUS Calculator 2019.0 werd in de berekeningen alleen met thermische pluimstijging rekening gehouden. Vanaf AERIUS Calculator 2019A wordt ook de impuls pluimstijging berekend.

Figuur 17: Indicatie van de pluimstijging, aangegeven met de pijl

4.7.1 Bepalen van de pluimstijging

De pluimstijging wordt berekend in het OPS-model. De berekening in OPS vindt plaats in de volgende stappen:

1. De pluimstijging door impuls wordt berekend volgens de formulering van Briggs^[2] en van Turner^[3]. Deze berekening komt overeen met de berekening in het Nieuw Nationaal Model (NNM)^[4],^[5];

2. De thermische pluimstijging wordt berekend zoals beschreven in de handleiding van OPS^[6]. Zie ook Bijlage 5: Berekening warmte-inhoud en thermische pluimstijging;

3. De uiteindelijke pluimstijging is gelijk aan het maximum van 1 en 2.

Hierbij wordt benadrukt dat de pluimstijging ten gevolge van impuls dus niet wordt opgeteld bij de thermische pluimstijging. De uiteindelijke pluimstijging is gelijk aan het maximum van deze afzonderlijk waarden. Bij uitstoot in horizontale richting is alleen sprake van thermische pluimstijging. Voor industriële bronnen is de thermische pluimstijging in de meeste gevallen dominant boven pluimstijging door impuls.

4.7.2 Wanneer kan pluimstijging berekend worden?

Pluimstijging kan in ieder geval berekend worden voor alle puntbronnen zonder gebouwinvloed. De gebruiker geeft of de warmte-inhoud (bij ongeforceerde uitstoot) of de temperatuur van de uittredende emissies op (bij geforceerde uitstoot).

Wanneer er wel sprake is van gebouwinvloed bij een emissiebron, dan wordt default gerekend met een warmte-inhoud van 0 MW. Evenzo zal in de berekening de emissie temperatuur op 11,85°C -de gemiddelde omgevingstemperatuur- blijven staan. Voor bronnen met warmte-inhoud én gebouwinvloed kan de Handreiking Bijzondere gebouwen - gebouwinvloed AERIUS^[7] worden gevolgd.

4.8 Bronkenmerken: gebouwinvloed

Gebouwen in de buurt van het emissiepunt kunnen effect hebben op de lokale depositie, door beïnvloeding van het windpatroon. Een gebouw vormt namelijk een obstakel in het windveld. Hierdoor ontstaan wervelingen in de stroming rondom het gebouw. Figuur 18 geeft het gebouweffect - op vereenvoudigde wijze - weer. Het figuur illustreert hoe de wervelingen de verspreiding van emissies die vrijkomen op of in de nabijheid van het gebouw beïnvloeden, waarmee ze een effect hebben op de bijdrage aan de concentratie en de depositie. Rondom het gebouw ontstaat (versterkte) turbulente werveling.

Figuur 18: Vereenvoudigde weergave van het gebouweffect

4.8.1 Wanneer is er sprake van gebouwinvloed?

Er is sprake van gebouwinvloed als het gebouw een relatief groot obstakel vormt in zijn omgeving en er in de nabijheid van het gebouw emissie vrij komt. In de "Instructie gegevensinvoer AERIUS Calculator"^[8] is in detail beschreven in welke situaties de gebouwinvloed van toepassing is.

Algemeen uitgangspunt is dat gebouwinvloed géén rol speelt wanneer:

• De schoorsteen meer dan 2,5 keer hoger is dan het gebouw;

• Het middelpunt van het gebouw meer dan 3 km van het rekenpunt ligt.

4.8.2 Hoe wordt de gebouwinvloed berekend?

In de OPS-berekening van AERIUS wordt de gebouwinvloed op de depositie berekend door een (standaard) OPS berekening te combineren met ISL3a berekeningen, respectievelijk met en zonder gebouwinvloed. ISL3a is een implementatie van het Nieuw Nationaal Model^[9]. Hiervoor geldt de volgende formule:

$D=D_{OPS}\ast C_{ISL3a(metgebouw)}/C_{ISL3a(zondergebouw)}$ (1)

Met:

$D_{OPS}$: De depositiebijdrage, berekend met OPS;
$C_{ISL3a(metgebouw)}$ : De concentratiebijdrage, met gebouwinvloed, berekend met ISL3a;
$C_{ISL3a(zondergebouw)}$: De concentratiebijdrage, zonder gebouwinvloed, berekend met ISL3a.

De waardes van $C_{ISL3a}$ - toegepast in formule (1) - zijn vooraf voor een aantal gebouwconfiguratieklassen berekend en opgeslagen in een tabel. De gebouwconfiguratie wordt beschreven met de variabelen uit Tabel 1.

Variabele	Toelichting
Bronhoogte	Hoogte waarop de emissie vrij komt, ten opzichte van het maaiveld
Uittreeddiameter	Diameter van de schoorsteen of uitlaat
Uittreedsnelheid	Snelheid waarmee de emissie uitgestoten wordt
Gebouw Hoogte	Representatieve[10] hoogte van het gebouw boven het maaiveld
Gebouw Breedte/Lengte verhouding [-]	Representatieve breedte gedeeld door de representatieve lengte van het gebouw
Gebouw Lengte	Representatieve lengte van het gebouw boven het maaiveld
Gebouw Oriëntatie	Gebouworiëntatie is van belang omdat deze het frontaal oppervlak van het gebouw ten opzichte van de windrichting bepaalt - In OPS wordt de getalswaarde voor oriëntatie gegeven door de hoek tussen de lange zijde van het gebouw en de west-oost lijn (x-as). In Figuur 19 is een voorbeeld gegeven. - In de applicatie van AERIUS wordt de getalswaarde voor oriëntatie gegeven door de hoek tussen de lange zijde en de noord-zuid lijn (Y-as), zoals bij een kompas (zie Figuur 20).

Tabel 1: Variabelen die de gebouwinvloed bepalen

Figuur 19: Oriëntatie gebouw zoals toegepast in OPS-model en in de AERIUS applicatie

Figuur 20: Oriëntatie gebouw zoals weergegeven in applicatie AERIUS

Wanneer in AERIUS Calculator een gebouwconfiguratie wordt ingevoerd, dan volgt de waarde van $C_{ISL3a}$ die gebruikt wordt in (1), uit een lineaire interpolatie tussen de twee meest nabijgelegen configuratieklassen. De methode voor het bepalen van de gebouwinvloed, inclusief de uitgangspunten en de grenzen van deze configuratieklassen worden beschreven in Sauter^[11] en in het 'paarse boekje'^[12].

Het gebouweffect in OPS wordt tot 3.000 meter (3km) afstand van het gebouw meegenomen. Tot op 70 meter afstand van het midden van het gebouw, is het gebouweffect constant en gelijk aan het gebouweffect op 70 meter afstand^[13]. Hier is voor gekozen omdat de berekende gebouweffecten dicht bij het gebouw steeds onzekerder worden.

4.8.3 Geldigheid gebouwinvloed in OPS

De gebouwinvloed in OPS is bepaald op basis van ISL3a berekeningen. Het modelbereik van OPS waarbinnen gebouwinvloed kan worden berekend, is dus begrensd door het geldigheidsdomein van de NNM-gebouwmodule. Dit is gegeven in hoofdstuk 7 van Scholten et al^[14]. Eén van de voorwaarden is dat het gebouw geïsoleerd in een verder ongestoorde omgeving staat. In de praktijk van luchtkwaliteitsonderzoek wordt pragmatisch omgegaan met deze strikte voorwaarde ^{[15] [16] [17]}. Hier volgen we deze praktijk, beschreven in het instructiedocument gegevensinvoer^[18]. Het volgende kan gezegd worden over het toepassingsbereik van gebouwinvloed bij een OPS-berekening in AERIUS:

Positie bron ten opzichte van het gebouw: De correctiefactoren voor gebouwinvloed in AERIUS Calculator zijn gebaseerd op situaties waarbij de bron zich op het midden van het gebouw bevindt. Dit betekent, dat in de OPS-berekening het emissiepunt wordt gezien als het middelpunt van het gebouw. De correctiefactoren zijn echter ook toepasbaar in andere situaties (onderzocht in Briggs et al^[19]):

• De bron bevindt zich op het gebouw, maar niet precies in het midden;

• De bron bevindt zich op de gevel, zoals bij een luchtwasser van een dierhuisvestingssysteem.

Wanneer de bron zich op een grotere afstand dan 10 maal de grootste gebouwmaat van het gebouw bevindt, dan is de gebouwinvloed in veel gevallen te verwaarlozen. Voor overige situaties is het advies om de Handreiking Bijzondere gebouwen - gebouwinvloed AERIUS toe te passen^[20].

Vorm gebouw: het gebouweffect kan alleen meegenomen worden voor rechthoekige gebouwen omdat het gebouw in OPS is gedefinieerd met een lengte, breedte en hoogte. In de AERIUS-applicatie zijn gebouwen echter gedefinieerd als een polygoon met een hoogte. Om van een polygoon te komen tot een rechthoek om mee te rekenen, wordt gebruik gemaakt van een 'envelop' rondom de polygoon: de beste benadering van een rechthoek rondom de polygoon (zie Figuur 21). In AERIUS Calculator wordt de 'envelop' van een aangemaakt gebouw gevisualiseerd en in de pdf-export wordt de lengte, breedte, hoogte en oriëntatie weergegeven, zodat duidelijk is welke gebouwdimensies gebruikt worden bij de OPS-berekening.

Figuur 21: Weergave van de envelop van een gebouw in AERIUS Calculator

Gebouw- en brondimensies: het gebouweffect kan binnen OPS alleen meegenomen worden voor gebouwen en bronnen waarbij de dimensies binnen een bepaald bereik vallen. Als het gebouw en/of de bron dimensies hebben die buiten dit bereik vallen, en de gebouwinvloed wordt door de gebruiker wél aangevinkt als relevant voor de berekening, dan zullen de ingevulde waarden ten behoeve van het rekenen aangepast worden naar de dichtstbijzijnde waarden binnen het bereik.

Het bereik voor de gebouwdimensies is:

• Een lengte tussen de 10-105 meter;

• Een hoogte van maximaal 20 meter;

• Een verhouding Breedte/Lengte tussen de 0,15 en 1.

Het bereik voor de kenmerken van een emissiebron die wordt doorgerekend met gebouwinvloed, zijn:

• een uittreedhoogte van maximaal 20 meter;

• een uittreedsnelheid van maximaal 8,4 m/s;

• een uittreeddiameter tussen de 0,01 en 5 meter;

• een warmte-inhoud van 0 MW.

Tabel 2 vat het dimensiebereik samen. Als de bron- en/of gebouwkenmerken buiten de minimale/maximale waarden van Tabel 2 vallen, dan:

• Zal in veel gevallen ook geen sprake zijn van gebouwinvloed, als de bronhoogte minimaal 2,5 maal groter is dan de gebouwhoogte;

• Is gebouwinvloed wél relevant wanneer de schoorsteen (uittreedhoogte) lager dan 2,5 maal de gebouwhoogte is:

  • Als het (samengestelde) gebouw zelf groter is dan de dimensies in Tabel 2, maar maximaal 250 meter lang, en het middelpunt van het (samengestelde) gebouw ligt op 300 meter of meer van het dichtstbijzijnde rekenpunt, dan kan alsnog de gebouwmodule van OPS gebruikt worden. In dergelijke situaties is het rekenen met een gebouw met de maximale dimensies uit Tabel 2 een voldoende benadering gebleken;

  • Voor overige situaties kan de gebouwinvloed niet met OPS berekend worden en is het advies om de Handreiking Bijzondere gebouwen - gebouwinvloed AERIUS toe te passen^[21].

Gebouwdimensies	Min	Max
Lengte gebouw	10 meter	105 meter
Hoogte gebouw	0 meter	20 meter
Verhouding Breedte/Lengte	0,15	1
Kenmerken emissiebron	Min	Max
Uittreedhoogte	0 meter	20 meter
Uitreedsnelheid	0 m/s	8,4 m/s
Uittreeddiameter	0,01 meter	5 meter
Warmte inhoud	0 MW	0 MW
Temperatuur emissie	11,85 °C	11,85 °C

Tabel 2: Bereik gebouwmodule in OPS

4.9 Overige bronkenmerken in OPS

Overige kenmerken die mede een bron in OPS beschrijven (zie ook Bijlage 3: Kenmerken emissiebronnen in OPS) en die van invloed zin op de verspreiding, zijn:

• De dagelijkse variatie van de emissie. Deze is in AERIUS gekoppeld aan het brontype en zichtbaar als 'temporele variatie'. De gebruiker kan dit niet wijzigen;

• De deeltjesgrootte verdeling. Deze is gekoppeld aan de component waarvoor gerekend wordt. De gebruiker kan dit niet aanpassen.

4.10 Chemische omzetting in OPS

Chemische omzetting van stikstofhoudende verbindingen is een belangrijke factor om rekening mee te houden tijdens verspreiding. Een deel van de uitgestoten stof zal daardoor niet in oorspronkelijke vorm het punt van depositie bereiken en is het noodzakelijk om dit mee te nemen in de modellering. De chemie bepaalt bijvoorbeeld welk deel van NOᵧ wordt omgezet in NO₃ en daarnaast is de NH₃ achtergrondkaart van invloed op de depositiesnelheid van NH₃.

In OPS worden chemische omzettingen meegenomen op basis van berekeningen met een eendimensionaal model dat de relevante chemische reacties bevat. De omzetting van gas naar stikstofhoudend aerosol (fijnstof) is één van deze reacties. Sinds OPS-versie 5 wordt gebruik gemaakt van chemische omzettingssnelheden die van tevoren zijn berekend met het EMEP model^[22]. Het is namelijk gebleken dat het officiële EMEP-model (vanaf versie 4.103), beter presteert in het doorrekenen van deze chemische reacties. Dit komt onder andere doordat in het EMEP-model de variatie in ruimte en tijd van chemische samenstelling en meteorologie beter gerepresenteerd worden. Hierdoor wordt vanaf OPS 5.0.0.0 de atmosferische samenstelling van stikstofhoudend aerosol beter berekend vergeleken met eerdere versies.

OPS maakt bij het bepalen van de chemische omzettingen gebruik van achtergrondchemiekaarten. In lijn met het rekenen met meerjarige meteorologie, wordt hierbij standaard voor alle jaren gerekend met 'prognostische chemie'. Deze is representatief voor het gemiddelde over meerdere jaren en hierdoor zijn berekeningen voor verschillende jaren goed vergelijkbaar. Overigens is het via de Analyse variant van AERIUS Connect, ook mogelijk om voor gepasseerde jaren te rekenen 'actuele chemie'. Dit zijn de chemische omstandigheden in het rekenjaar zelf.

---

1. http://www.rivm.nl/ops ↩︎

2. Briggs G.A. (1969) Plume Rise. U.S. Atomic Energy Commission Critical Review Series, TID-25075. Air Resources Atmospheric Turbulence and Diffusion Laboratory, Environmental Science Services Administration, Oak Ridge, Tennessee. ↩︎

3. Turner DB, Chico T, Catalano JA (1986). Tupos, a multiple source gaussian dispersion algorithm using on-site turbulence data. Contract No. EPA 68-02-3750. Atmospheric sciences research laboratory, office of research and development, US Environmental protection agency, Research Triangle park, NC. ↩︎

4. Sauter F, van Ratingen S. (2019) Simulating the effect of a building in OPS, https://www.rivm.nl/documenten/building-effectops, RIVM. ↩︎

5. https://iplo.nl/thema/lucht/vaststellen-luchtkwaliteit/nieuw-nationaal-model/ ↩︎

6. https://www.rivm.nl/operationele-prioritaire-stoffen-model/documentatie ↩︎

7. 'Handreiking Bijzondere gebouwen - gebouwinvloed AERIUS: https://link.aerius.nl/calculator/handboeken ↩︎

8. 'Instructie gegevensinvoer AERIUS Calculator', https://link.aerius.nl/calculator/handboeken ↩︎

9. Https://iplo.nl/thema/lucht/vaststellen-luchtkwaliteit/nieuw-nationaal-model/ ↩︎

10. Een representatieve gebouw lengte, breedte of hoogte zal meestal goed bepaald kunnen worden door het gemiddelde. ↩︎

11. Sauter F, van Ratingen S. (2019) Simulating the effect of a building in OPS, https://www.rivm.nl/documenten/building-effectops, RIVM. ↩︎

12. https://iplo.nl/thema/lucht/vaststellen-luchtkwaliteit/nieuw-nationaal-model/ ↩︎

13. Binnen 70 m van (het midden van) het gebouw is de correctiefactor constant en gelijkgesteld aan de correctiefactor op 70m. De reden hiervoor is dat de hier gevolgde benadering om de ratio van concentraties met en zonder gebouw te nemen, de berekening heel onzeker maakt. Dicht bij het gebouw is de pluim nog in de wervel, waarvoor de gebouwmodule beperkt geschikt is. In de situatie zonder gebouw is de pluim in de meeste situaties nog grotendeels boven de grond, wat de berekening nog eens extra onzeker maakt. ↩︎

14. R.D.A. Scholten, J.J. Erbrink en A. van Melle, KEMA Sustainable, Beschrijving rekenmodule voor de invloed van een gebouw op de verspreiding van een rookpluim. Deelrapport IV, Project Revisie Nationaal Model https://www.infomil.nl/publish/pages/67563/pb30.pdf ↩︎

15. https://iplo.nl/thema/lucht/vaststellen-luchtkwaliteit/handreiking-nieuw-nationaal-model-deel-ii/5-1-samenvatting-gebouwinvloed/ ↩︎

16. https://iplo.nl/thema/lucht/vaststellen-luchtkwaliteit/handreiking-nieuw-nationaal-[model](https://iplo.nl/thema/lucht/vaststellen-luchtkwaliteit/handreiking-nieuw-nationaal-model-deel-ii/10-3-keuze-invoer/)-deel-ii/10-3-keuze-invoer/ ↩︎

17. https://iplo.nl/thema/lucht/vaststellen-luchtkwaliteit/rekenmodel-luchtkwaliteit-isl3a/ ↩︎

18. 'Instructie gegevensinvoer' AERIUS Calculator, https://link.aerius.nl/calculator/handboeken ↩︎

19. Briggs G.A. (1969) Plume Rise. U.S. Atomic Energy Commission Critical Review Series, TID-25075. Air Resources Atmospheric Turbulence and Diffusion Laboratory, Environmental Science Services Administration, Oak Ridge, Tennessee ↩︎

20. 'Handreiking Bijzondere gebouwen - gebouwinvloed AERIUS':https://link.aerius.nl/calculator/handboeken ↩︎

21. 'Handreiking Bijzondere gebouwen - gebouwinvloed AERIUS': https://link.aerius.nl/calculator/handboeken ↩︎

22. The Cooperative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-range Transmission of Air Pollutants in Europe; https://emep.int/ ↩︎