Integration Waituna catchment waterquality and economic models New Zealand

Samenvatting project

In 2014 heeft Deltares in opdracht van de Nieuw-Zeelandse landbouw-branche organisatie DairyNZ een start gemaakt met het bouwen, implementeren en toepassen van een waterkwaliteitsinstrumentarium.
De aanleiding hiervoor is nutrientenoverlast in een drietal catchments in Nieuw-Zeeland en mogelijke algenproblematiek in een aangrenzende lagune.
Met dit instrumentarium kunnen op lokale schaal (per individuele boerderij) de effecten van emissiereducerende maatregelen vanuit de landbouwsector op de waterkwaliteit worden gekwantificeerd. Hiermee kunnen maatregelen worden geprioriteerd en kosteneffectieve oplossingen worden gevonden om nutrientenproblemen op te lossen.
Dit is niet alleen belangrijk voor de landbouwsector (als “veroorzaker” van het probleem), maar ook voor de overheid, waterbeheerders en bewoners en recreanten in het gebied.
In het project is een toepassing gemaakt met het model KRW-Verkenner in combinatie met WFlow voor het hydrologische deel voor het Waituna catchment (gelegen op het zuider eiland van Nieuw-Zeeland). Er is een schematisatie van het gebied gemaakt en de waterbeweging wordt gesimuleerd. De bekende emissies (vooral vanuit de landbouw) zijn in kaart gebracht, waterkwaliteitsberekeningen zijn uitgevoerd voor stikstof en fosfaat en de effecten van mogelijke maatregelen zijn in beeld gebracht. Het instrumentarium is overgedragen aan de klant.
In 2015 is vervolgens een TKI-samenwerkingsproject gestart tussen DairyNZ en Deltares met als doel om op basis van het bestaande instrumentarium (WFlow, FEWS, KRW-Verkenner) een “showcase” toepassing te maken voor een groot stroomgebied op het Noord-Eiland van Nieuw-Zeeland. Hiervoor is een interactieve DeltaDataViewer toepassing ontwikkeld, waarmee stakeholders op perceelsniveau via een iPad, iPhone of Touch table maatregelen kunnen selecteren, waarna middels een webbrowser een waterkwaliteitsmodel wordt aangestuurd en de effecten van de maatregelen op de nutriëntenconcentraties in het stroomgebied kunnen worden gekwantificeerd.

Doel van het project

In 2016 wordt gestart met het ontwikkelen en integreren van het waterkwaliteitsinstrumentarium met een economisch model. Het doel hiervan is het optimaliseren van maatregelpakketten op een stroomgebiedsschaal. Op basis van actuele kenmerken en informatie per boerderij kunnen kosten en effecten van maatregelen en maatregelpakketten in beeld worden gebracht en via een ruimtelijke optimalisatie de meest kosteneffectieve maatregelen worden geselecteerd.
Dit sluit goed aan bij vergelijkbare vragen die in Nederland spelen: ook in Nederland zijn aanvullende maatregelen nodig om de waterkwaliteit op orde te brengen en de doelen voor onder meer de Kaderrichtlijn Water en de Nitraatrichtlijn te halen. Steeds meer blijkt er een behoefte aan maatwerk om de belasting met nutriënten vanuit de landbouw te verminderen. De te ontwikkelen tool kan ook in Nederland en andere EU-landen helpen bij het prioriteren van effectieve maatregelen en het optimaliseren van maatregelpakketten door het beperken van de kosten en het vergroten van de effectiviteit ervan.
Nieuw ontwikkelde software wordt vrij beschikbaar gesteld om niet en kan worden gebruikt in binnen- en buitenlandse projecten door overheden, waterbeheerders, ingenieursbureaus en kennisinstituten, waaronder Deltares zelf.

Motivatie

A comprehensive hydrological-water quality modelling framework was developed for the Waituna Catchment in 2014. The farm-scale spatial resolution of this model represents a major improvement over other catchment models currently being applied across New Zealand. The water quality model was developed in parallel with a farm system modelling study aimed at evaluating different options for reducing farm nutrient losses while minimising the impacts on profitability. This study found that the response of individual farms to different nutrient reduction strategies is highly variable due to differences in system type existing leaching rates soil type stage of development and farmer practices and philosophies. A limit setting approach which grandparents existing nutrient loss rates but requires a uniform reduction across all farms irrespective of system type would heavily penalise low intensity farms. An alternative approach to achieve nutrient loss reduction targets while minimising the economic impacts could be to spatially optimise the implementation of different strategies across the catchment.The long term objective of this study is to integrate the existing water quality modelling framework with farm system-economic algorithm routines to provide a framework for running optimisation scenarios at the catchment scale. While similar economic models have been set up and applied to other catchments across the country (i.e. Waikato) the proposed Waituna approach goes a step further by having actual information for all farms in the catchment as well as fully integrating the water quality model component.This is also considered an important project for Deltares (the Contractor) who intends to realise financial matching tocomplement this project through the Knowledge and Innovation Program on Delta technology of the Dutch Ministry ofEconomy (TKI program). Both the ecomonic model and the optimisation module are also interesting for other clients in theNetherlands

Locatie

Delft

Uitgevoerde acties

De projectactiviteiten worden uitgevoerd tussen 15 april en 30 november van 2016. De activiteiten die Deltares binnen dit project uitvoert zijn:
• Uitwerken van een voorstel om de waterkwaliteitsberekeningen met de DeltaDataViewer te versnellen door middel van een zogenaamde “matrix-gebaseerde aanpak”.
• Reviewen van de door DairyNZ opgestelde uitgangspunten voor de opzet van een financiële maatregelmodule en een optimalisatiemodule.
• Ondersteunen van de ontwikkeling van de financiële maatregelmodule en een optimalisatiemodule.

De belangrijkste activiteit die wordt gefinancierd vanuit het TKI-budget is het opstellen van het definitieve ontwerp van de financiële maatregelmodule en het implementeren ervan in de bestaande DeltaDataViewer toepassing voor het Waituna catchment in Nieuw-Zeeland.
Deze activiteit zal worden uitgevoerd tussen begin juni en eind november 2016.

Verwachtte resultaten

Het resultaat van de activiteit die wordt gefinancierd vanuit het TKI-budget is een werkende financiële maatregelmodule in de bestaande DeltaDataViewer toepassing voor het Waituna catchment met de volgende kenmerken:
• In de maatregelmodule worden zowel maatregelen die doorwerken op het bedrijfsniveau van de boerderij (“farm system mitigations”) als maatregelen aan de randen van het systeem (“edge of field mitigations”) meegenomen.
• De “farm system mitigations” worden ontworpen op “farm type” niveau.
• De “farm system mitigations” worden geïmplementeerd per boerderij en hebben dus een reducerend effect op de hele milieubelasting van een boerderij.
• De implementatie van de “farm system mitigations” wordt gebaseerd op reductiepercentages van nutriëntenvrachten en een reductie van operationele kosten, zoals beschreven in de “DairyNZ Waituna economic study”.
• De “edge of field mitigations” worden ontworpen op het niveau van de individuele boerderij.
• De uitwerking van de “edge of field mitigations” worden gebaseerd op de omvang van het oppervlak van het catchment waarop de maatregel effect sorteert, de vermindering van de nutrientenbelasting door de maatregel, de kosten van implementatie van de maatregel, de onderhoudskosten en de maatregelrangorde (de volgorde waarin specifieke maatregelen worden toegepast).
• Combinaties van “edge of field mitigations” worden afgehandeld in een volgorde, waarbij eerst de maatregel met de hoogste rangorde wordt doorgevoerd, gevolgd door de maatregel met de één na hoogste rangorde, enz. Hierbij heeft een volgende maatregel steeds betrekking op de nutriëntenvracht die resteert na de reductie door de eerder uitgevoerde maatregelen.
• De “edge of field mitigations” hebben een oppervlakte gerelateerd effect. Initieel zal het oppervlak waarop een maatregel betrekking heeft een gemiddelde zijn op basis van het hele catchment, dat gelijk is per boerderij. Daarnaast zal maatwerk mogelijk zijn, waarbij een relatie tussen het oppervlak van een boerderij en de reductie kan worden doorgevoerd.
• In de financiële maatregelmodule worden kosten en effecten van de “farm system mitigations” en de “edge of field mitigations” per individuele boerderij gekwantificeerd.
• De financiële maatregelmodule werkt zowel met de huidige KRW-Verkenner schematisatie, als met de nog te ontwikkelen “matrix-gebaseerde aanpak”.
• Het ontwerp van de financiële maatregelmodule wordt opgesteld in nauwe samenwerking met de deskundigen van DairyNZ, waaronder Mark Neal, David Burger en Marc Weeber).
De uitkomsten van de TKI-activiteit is ook van belang voor de gebruikers van de KRW-Verkenner op de Nederlandse markt. Nieuwe functionaliteiten in de KRW-Verkenner worden opgenomen in nieuwe releases en om niet openbaar beschikbaar gesteld aan gebruikers in binnen- en buitenland. Zowel het ministerie van I&M als de waterschappen hebben aangegeven interesse te hebben in een dergelijke tool. De tool kan in belangrijke mate bijdragen aan de ontwikkeling van een zogenaamde “keukentafeltool”, waarmee landbouwadviseurs en waterschappen met agrariërs in overleg kunnen treden over de mogelijkheden, kosten en effecten van specifieke landbouwmaatregelen.

Innovativiteit

De ontwikkeling van de financiële maatregelmodule sluit goed aan bij het reeds in eerdere projecten ontwikkelde instrumentarium. Door het combineren van bestaande en het vlot ontwikkelen van nieuwe functionaliteiten kan Deltares samen met DairyNZ een impuls geven aan het concreet aanpakken van de nutriëntenproblematiek op een zeer gedetailleerde geografische schaal. Door dit instrument op stroomgebiedschaal toe te passen, kan het ook een grote meerwaarde hebben bij de planning, prioritering en uitvoering van maatregelen die worden overwogen binnen het Deltaplan Agrarisch Waterbeheer (DAW) en de Kaderrichtlijn Water (KRW).

Valorisatie

DairyNZ wil de nieuwe toepassing en de resultaten daarvan gebruiken om te delen met de stakeholders: de boeren. DairyNZ heeft een robuust, transparant en betrouwbaar model nodig om de discussie over de noodzaak van emissiereducerende maatregelen met de boeren op een open en juiste wijze te voeren. In dit licht zijn de uitkomsten van berekeningen en effecten van specifieke maatregelpakketten politiek gevoelig. De toepassing voor het specifieke stroomgebied is en blijft daarom eigendom van DairyNZ.
De software daarentegen, inclusief gerealiseerde en nog te realiseren tools en applicaties, is en blijft nadrukkelijk vrij beschikbaar. Via officiele updates van de software wordt deze via de internetsite www.krwverkenner.nl beschikbaar gesteld aan gebruikers (waterbeheerders, kennisinstituten, ingenieursbureaus) in binnen- en buitenland.
Daarnaast kan Deltares deze software ook zelf gebruiken voor projecten, zoals nu regelmatig wordt gedaan in opdrachten voor het Ministerie van I&M, RWS – WVL, het Planbureau voor de Leefomgeving, KWR Water Research, RIVM, veelal in samenwerking met WUR Alterra en in buitenlandprojecten.
Nieuwe ontwikkelingen als deze worden ook regelmatig gepubliceerd in binnen- en buitenlandse tijdschriften en gepresenteerd op symposia en conferenties. Op deze wijze wil Deltares een bijdrage leveren aan oplossingen voor problemen in de Deltatechnologie sector.

Hoe gaan de participanten van het project om met intellectueel eigendom dat voorkomt uit deze projecten?

Alle partijen krijgen alle resultaten van het Project ter beschikking. De resultaten van de samenwerking kunnen breed verspreid worden. Partijen kunnen over deze resultaten vrijelijk publiceren. De resultaten zullen volledig openbaar beschikbaar zijn, met uitzondering van ter beschikking gestelde achtergrondkennis.

Op welke wijze wordt de informatie over dit project op eenvoudige wijze voor het algemene publiek kenbaar gemaakt (beschrijving van het onderzoek, deelnemers en de planning en voortgang)?

De informatie over dit project wordt kenbaar gemaakt via de website van de TKI Deltatechnologie (projectbeschrijving) en de projectwiki van Deltares (projectvoortgang en resultaten).

Projectvoorwaarden

Na de datum waarop deze Overeenkomst in werking is getreden, maar uiterlijk tot een jaar voor de beoogde datum waarop het Project zal zijn voltooid, kunnen ondernemers en/of onderzoeksinstellingen, die op het terrein van het relevante subsidieprogramma van het TKI werkzaam zijn alsnog als Partij toetreden. Een later toetredende Partij zal een nader overeen te komen bijdrage in kind en/of in cash moeten leveren die in redelijke verhouding staat tot zijn relatief aandeel in het Project na toetreding. De overige Partijen ontvangen vervolgens naar rato een terugbetaling en/ of gedeeltelijke vrijstellingen van hun nog te leveren bijdrage in kind, voor zover niet besloten wordt de bijdrage van de later toetredende Partij aan het projectbudget toe te voegen.

Projecteigenaar en projectleider(s)

Projecteigenaar:
Joost van den Roovaart
Er is geen projectleider aan dit project toegekend.

Partners

  • Dairy NZ
  • Stichting Deltares (Delft)
  • TKI Deltatechnologie

Resultaten

Integration Waituna catchment waterquality and economic models New Zealand-2018-1

Resultaat type
Product-/Proces Deliverables
Wetenschappelijke publicatie?