6 WWL-regionaal

Met WWL-regionaal wordt het SWAP-WOFOST modelinstrumentarium direct aangestuurd. Gegevens over meteorologie, landgebruik, bodemtype en het gedetailleerd verloop van de grondwaterspiegeldiepte worden als kaartlagen aan het modelinstrumentarium opgelegd. Zo kan gebiedsspecifieke informatie worden meegenomen bij de bepaling van de gewasopbrengst. Op deze manier kan bijvoorbeeld beter worden aangesloten op een regionaal hydrologisch grondwatermodel.

WWL-regionaal maakt geen gebruik van een metamodel, maar voert per ruimtelijke eenheid een afzonderlijke modelsimulatie uit met het SWAP-WOFOST modelinstrumentarium. Hierdoor is de doorlooptijd aanzienlijk langer dan bij de WWL-tabel. Afhankelijk van het aantal simulaties en de beschikbare tijd kan ervoor worden gekozen om de simulaties parallel uit te voeren. Een alternatief is het gebruik maken van een rekengrid, zoals HPC-ANUNNA.

De procedure van WWL-regionaal bestaat uit drie stappen:

Aanmaken: In deze stap wordt een SQLite-database aangemaakt met daarin instellingen van het SWAP-WOFOST modelinstrumentarium.
Uitvoeren: Het uitvoeren van alle modelsimulaties en het bepalen van de gewasopbrengst(derving). Optioneel kunnen modelresultaten nader worden geanalyseerd.
Aggregeren: Verzamelen van alle modelresultaten in kaartlagen.

Vanaf WWL-versie 4.0.0 is de potentiële gewasopbrengst in geval van dynamische gewasgroei (gewasmodule WOFOST) alleen afhankelijk van de meteorologische condities. Bij statische gewasgroei (FIXED) wordt de potentiële gewasopbrengst bepaald op basis van de cumulatieve potentiële transpiratie (waarbij geen beregening wordt verondersteld) en een gewasresponsfactor. Door een andere definitie aan te houden voor de potentiële gewasopbrengst is het niet meer noodzakelijk aanvullende SWAP simulaties uit te voeren met een diepe grondwaterstand (Werkgroep Waterwijzer Landbouw 2026). De bepaling van de gewasopbrengst(derving) kan daardoor direct na uitvoering van de SWAP simulatie plaatsvinden waardoor een extra analyse stap in de procedure niet meer noodzakelijk is.

6.1 Aansturing

Aanmaken

Op basis van de keywords in Tabel 6.1 wordt een SQLite-database aangemaakt. De simulatieperiode wordt gespecificeerd met TSTART en TEND. Het interessegebied waarvoor modelsimulaties moeten worden uitgevoerd kan worden gespecificeerd via een kaartlaag (keyword ZONAL; modelsimulaties worden alleen uitgevoerd voor gridcellen met een waarde) of via een extent met een bepaalde ruimtelijke resolutie (keywords, CELLSIZE, XMIN, XMAX, YMIN en YMAX). Voor elke ruimtelijk eenheid (gridcel) wordt vervolgens, op basis van het middenpunt, informatie uit andere kaartlagen geëxtraheerd.

Tabel 6.1: Controlfile WWL-regionaal (aanmaken).

Keyword	Type	Beschrijving
Database
FILSQL	Tekst	Verwijzing naar te creëren database met SWAP-WOFOST modelinstellingen
Periode
TSTART	Datum	Start simulatieperiode (yyyy-mm-dd)
TEND	Datum	Einde simulatieperiode (yyyy-mm-dd)
Interessegebied
ZONAL	Tekst	Verwijzing naar kaartlaag met locaties
of
CELLSIZE	Waarde	Resolutie
XMIN	Waarde	Coördinaat links
XMAX	Waarde	Coördinaat rechts
YMIN	Waarde	Coördinaat onder
YMAX	Waarde	Coördinaat boven
Ploteigenschappen
KLIMAAT	Optie	Klimaatscenario, opties: ’__‘, ’2050Ln’, ‘2100Ln’, ‘2150Ln’, ‘2050Ld’, …
STATION	Optie	Verwijzing naar kaartlaag met code weerstation (zie: Tabel 3.1)
RAIN	Tekst	Verwijzing naar kaartlagen met neerslag (optioneel)
GEWAS	Tekst	Verwijzing naar kaartlaag met gewascode (zie: Tabel 3.2)
GEWAS_WWL	Tekst	Verwijzing naar csv-bestand met vertaling WWL-gewascode (optioneel)
WORTELZONE	Tekst	Verwijzing naar kaartlaag met dikte wortelzone (optioneel; cm)
IRRIGATIE	Tekst	Verwijzing naar kaartlaag waar irrigatie wel of niet wordt toegestaan (zie: Tabel 3.3)
TYPE	Optie	Type bodemschematisatie, opties: ‘BODEM’ of ‘BOFEK2020’
BODEM	Tekst	Verwijzing naar kaartlaag met bodemcode
BODEM_WWL	Tekst	Verwijzing naar csv-bestand met vertaling WWL-bodemcode (optioneel)
MAAIVELD	Tekst	Verwijzing naar kaartlaag met maaiveldhoogte (m+NAP)
GWLEVEL	Tekst	Verwijzing naar kaartlaag met grondwaterstanden (m+NAP)
Uitvoer
FORMAT	Optie	Formaat van uitvoerbestanden, opties ‘ASC’ of ‘IDF’

Het klimaatscenario’s wordt aanduidt met keyword KLIMAAT. De historische klimaatperiode wordt aangeduid met ‘__’, en de toekomstige klimaatperiode wordt aangeduid met de klimaatprojectie (opties: ‘2050’, ‘2100’ of ‘2150’) gevolgd door het klimaatscenario (lage of hoge uitstoot van broeikasgassen en een vernattend en verdrogend klimaat, opties: ‘Ln’, ‘Ld’, ‘Hn’ of ‘Hd’; zie Figuur 3.1). Met het keyword STATION wordt een verwijzing gemaakt naar een kaartlaag met codes van de KNMI-weerstation. Als alternatief kan ervoor gekozen worden geen rasterbestand te gebruiken en in plaats daarvan één enkele waarde in te vullen. Voor het aanmaken van meteobestanden is een aparte tool ontwikkeld, zie Bijlage B voor nadere toelichting.

Optioneel kan de gemeten neerslag en neerslagduur ter plaatse van het weerstation worden overschreven door radarbeelden van neerslag (formaat *.idf of *.asc). Met het keyword RAIN wordt een verwijzing gemaakt naar de radarbeelden. Het betreft in dit geval een tijdreeks van kaartlagen. In de verwijzing naar de bestandsnamen wordt de datum-aanduiding als volgt aangegeven ‘{{YYYYMMDD}}’. Indien gebruik wordt gemaakt van radarbeelden wordt een inschatting gemaakt van de neerslagduur afhankelijk van de periode in het jaar en de neerslaghoeveelheid. De tijdreeks mag geen ontbrekende waarden bevatten.

Met het keyword GEWAS en BODEM wordt er een verwijzing gemaakt naar kaartlagen met het gewas- en bodemtype. Mogelijk dient dit nog vertaald te worden naar de codering zoals deze wordt gehanteerd in Waterwijzer Landbouw. Daarvoor kunnen de keywords GEWAS_WWL (zie Bijlage C) en BODEM_WWL worden gebruikt. De betreffende vertaaltabellen (csv-files) dienen de kolommen ‘CODE’ en ‘WWL’ te bevatten. Met het keyword TYPE wordt de bodemschematisatie aangeduid. Er kan gekozen worden uit twee verschillende bodemschematisaties namelijk: de Bodemkaart van Nederland (‘BODEM’) of de bodemfysische eenhedenkaart (‘BOFEK2020’). De dikte van de wortelzone kan optioneel door de gebruiker worden opgegeven met keyword WORTELZONE. Indien niet gespecificeerd, dan worden standaardinstellingen van Waterwijzer Landbouw gebruikt. Met het keyword IRRIGATIE wordt een verwijzing gemaakt naar een kaartlaag waarin is aangegeven of een locatie wel of niet wordt beregend. Indien nergens in het gebied irrigatie wordt toegestaan, dan kan dit met ‘0’ worden aangegeven. Op locaties waar irrigatie is toegestaan, zal dit naar behoefte van het gewas plaatsvinden.

WWL-regionaal maakt gebruik van een set standaardinstellingen voor de bodem- en gewasschematisatie. Deze instellingen kunnen naar wens worden aangepast, bijvoorbeeld door nieuwe bodemprofielen te definiëren (zie Tip 6.1).

Tip 6.1: Aanpassen van standaard instellingen.

Op de achtergrond van WWL-regionaal wordt gebruik gemaakt van zogenaamde SWAP-template files en een bijbehorende database met modelinstellingen. De SWAP-template files staan weergegeven in de folder ./tools/SWAP/template. De template files zijn vergelijkbaar met invoerfiles voor het SWAP-WOFOST modelinstrumentarium, maar een aantal modelinstellingen moeten nog worden gespecificeerd. De nog te specificeren, modelinstellingen worden aangegeven met ‘{{…}}’. In de bijbehorende database dient de betreffende modelinstelling te worden gespecificeerd.

Het specificeren van modelinstellingen gebeurt aan de hand van zogenaamde sleutels, dit zijn kolomnamen die eindigen op ’*_id’. Aan deze zogenaamde sleutels kunnen vervolgens modelinstellingen gekoppeld worden. Veel modelinstellingen met betrekking tot Waterwijzer Landbouw zijn gekoppeld aan de sleutels ‘soil_id’ en ‘crop_id’ of een combinatie van deze sleutels.

Met het keyword DIRWWL wordt een verwijzing gemaakt naar een folder met alle modelinstellingen, indien hiervan gebruik wordt gemaakt vervalt het keyword TYPE.

Alle standaard instellingen met betrekking tot Waterwijzer Landbouw worden meegeleverd met het R-pakket WWLregionaal (zie subfolders ‘csv’ en ‘ini’ in de installatiefolder van het R-pakket). De subfolder ‘csv’ bevat twee verschillende bodemschematiesaties (‘BODEM’ en ‘BOFEK2020’) waarvan er één gekozen moet worden als vertrekpunt. De gespecificeerde folder met alle modelinstellingen (DIRWWL) betreft een verzameling van alle ini- en csv-bestanden en mag verder geen subfolder bevatten.

Via deze werkwijze is het bijvoorbeeld mogelijk om nieuwe bodemeenheden of gewassen te specificeren. Vanzelfsprekend dient dit met de nodige zorgvuldigheid te gebeuren.

Het verloop van de grondwaterspiegeldiepte (keyword GWLEVEL) betreft een tijdreeks van kaartlagen. In de verwijzing naar de bestandsnamen wordt de datum-aanduiding als volgt aangegeven ‘{{YYYYMMDD}}’. Met behulp van een maaiveldhoogte (keyword MAAIVELD) wordt de grondwaterstand ten opzichte van NAP geconverteerd naar een grondwaterspiegeldiepte ten opzichte van het maaiveld.

Na het doorlopen van deze stap is een SQLite-database aangemaakt samen met een raster (FORMAT) waarin de ‘ID’s’ van de modelsimulaties staan weergegeven.

Uitvoeren

Op basis van de SQLite-database aangemaakt in de voorgaande stap kunnen de SWAP-WOFOST berekeningen worden uitgevoerd, zie Tabel 6.2 voor de beschrijving van de controlfile.

Tabel 6.2: Controlfile WWL-regionaal (uitvoeren).

Keyword	Type	Beschrijving
Database/Uitvoering
FILSQL	Tekst	Verwijzing naar database met SWAP-WOFOST modelinstellingen
RUNID	Optie	ID van uit te voeren modelsimulaties
Modelinstrumentarium
FILSWP	Tekst	Verwijzing naar configuratie swp-file (*.swp)
DIRMET	Tekst	Verwijzing naar folder met meteo bestanden (*.met)
DIRCRP	Tekst	Verwijzing naar folder met gewas bestanden (*.crp)
PRGSWP	Tekst	Verwijzing naar SWAP programma
PRGSTR	Tekst	Verwijzing naar STRESSOR programma
Uitvoer
DIRRUN	Tekst	Verwijzing naar folder voor resultaten modelsimulaties
ZIPSWP	Optie	Bewaren van (SWAP-WOFOST) modelresultaten, opties ‘Yes’ of ‘No’
Analyse
DIRFIG	Tekst	Verwijzing naar folder met figuur-configuraties (*.inp)

Bij deze SQLite-database hoort een SWAP configuratiebestand (bestand met algemene modelinstellingen die voor alle modelsimulaties gelijk zijn; *.swp). Via keyword FILSWP verwijzen we hiernaar. Daarnaast zijn er verwijzingen nodig naar folders met meteobestanden (*.met; DIRMET) en gewasbestanden (*.crp; DIRCRP).

Voor het uitvoeren van de modelsimulatie moet er nog een verwijzing worden gemaakt naar het SWAP-WOFOST programma (PRGSWP) en het STRESSOR programma (PRGSTR). Met het keyword RUNID kan worden aangegeven welke modelsimulaties uitgevoerd moeten worden. Met ‘ALL’ worden alle simulaties sequentieel uitgevoerd. Er kan ook gekozen worden om een selectie aan modelsimulaties uit te voeren. Voor het uitvoeren van modelsimulaties 2, 4 en 6 t/m 11 kun je RUNID specificeren met ‘2,4,6-11’. Indien de doorlooptijd van het aantal berekeningen te groot is kan ervoor gekozen worden om de modelsimulaties parallel uit te voeren, zie Tip 6.2. Wel dien je dan te beschikken over een krachtige rekencomputer. Indien je hier niet over beschikt of behoefte hebt aan meer rekenkracht, dan is er de optie om de berekeningen uit te voeren op een rekengrid (zoals bijvoorbeeld: HPC-ANUNNA).

Tip 6.2: Modelsimulaties parallel uitvoeren.

Voor het parallel uitvoeren (multicore) van de SWAP-WOFOST modesimulaties dient in de controlfile van stap 1 (Aanmaken), stap 2 (Uitvoeren) een aantal keywords te worden toegevoegd. Met keyword SPLIT (opties: ‘Yes’ of ‘No’) wordt aangegeven of modelsimulaties parallel worden uitgevoerd en met keyword NSPLIT wordt aangegeven over hoeveel cores de modelsimulaties worden uitgevoerd.

Bij het parallel uitzetten van de modelsimulaties worden meerdere SQLite-databases aangemaakt en afzonderlijk uitgezet. Tijdens het uitvoeren worden een aantal tijdelijke bestanden aangemaakt. Met keyword CLEAN (opties: ‘Yes’ of ‘No’) kunnen deze bestanden automatisch worden verwijderd.

Voor het parallel uitvoeren van de modelsimulaties is een apart opdrachtbestand (2a_WWL_uitvoeren_multicore.cmd) meegeleverd met de download van WWL-regionaal.

Door verschillende redenen kan het voorkomen dat bepaalde modelsimulaties niet in één keer succesvol zijn uitgevoerd. Op basis van de SQLite-database aangemaakt in eerste stap (FILSQL) en de folder waar de resultaten worden uitgevoerd (DIRRUN) kan met 2b_WWL_uitvoeren_control.cmd een overzicht worden gegenereerd welke SWAP-WOFOST modelsimulaties zijn mislukt. Als resultaat van deze procedure wordt een overzicht op het scherm getoond van het totaal aantal berekeningen, succesvolle berekeningen en mislukte berekeningen, zie onderstaande schermafbeelding.

Als er modelsimulaties zijn die niet succesvol zijn afgerond, wordt er een tekstbestand aangemaakt (failed_YYYYMMDD_HHMMSS.text). Dit bestand bevat een lijst met de ID van de betreffende modelsimulaties. Door stap 2 opnieuw uit te voeren en daarbij RUNID te specificeren met deze lijst, worden uitsluitend deze modelsimulaties opnieuw uitgevoerd.

Na het doorlopen van deze stap is voor elke simulatie een zip-bestand aangemaakt met de modelresultaten van het SWAP-WOFOST modelinstrumentarium en een csv-bestand met informatie over de gesimuleerde gewasopbrengst. Net als bij WWL-maatwerk is het mogelijk om meer inzicht te verkrijgen in het verloop van de gesimuleerde gewasontwikkeling gedurende het groeiseizoen. Optioneel kan met 2c_WWL_uitvoeren_analyse.cmd de gewasontwikkeling worden gevisualiseerd, in combinatie met informatie over de neerslag, de simulatie van transpiratiereductie en het gesimuleerde verloop van de grondwaterspiegeldiepte.

Aggregeren

De laatste stap zorgt ervoor dat alle modelresultaten worden geaggregeerd naar kaartlagen per schadecomponent, zie Tabel 6.3. Met het keyword DIROUT wordt de folder opgegeven waarin de modelresultaten worden opgeslagen. Deze folder wordt automatisch aangemaakt door het R-script. Optioneel kan uitvoer worden gegenereerd voor een selectie van modelresultaten (zie ook toelichting in Paragraaf 3.2). De periode waarover de gewasopbrengst wordt berekend kan betrekking hebben op een periode van aangesloten jaren of een specifiek jaar binnen de simulatieperiode. Met keyword PERIOD wordt dit gespecificeerd. Eventueel kan een sequentie aan perioden worden opgegeven, zoals bijvoorbeeld een langjarig gemiddelde periode en een extreem droog jaar (‘2001-2020, 2018’).

Tabel 6.3: Controlfile WWL-regionaal (aggregeren).

Keyword	Type	Beschrijving
Database/Uitvoering
FILSQL	Tekst	Verwijzing naar database met SWAP-WOFOST modelinstellingen
DIRRUN	Tekst	Verwijzing naar folder met SWAP-WOFOST modelresultaten
FORMAT	Optie	Formaat van uitvoerbestanden, opties 'ASC' of 'IDF'
Gewasopbrengst
PERIOD	Tekst	Periode van gewasrespons, opties: ‘1991-2020’ of een specifiek jaar ‘jjjj’
Modeluitvoer
DIROUT	Tekst	Verwijzing naar folder voor modelresultaten
HRVPOTBIO¹	Optie	Potentiële opbrengst uitgedrukt in biomassa, opties ‘Yes’ of ‘No’
HRVPOTVEM¹	Optie	Potentiële opbrengst uitgedrukt in VEM, opties ‘Yes’ of ‘No’
HRVPOTDVE¹	Optie	Potentiële opbrengst uitgedrukt in DVE, opties ‘Yes’ of ‘No’
HRVPOTEUR¹	Optie	Potentiële opbrengst uitgedrukt in euro, opties ‘Yes’ of ‘No’
DMGTOT¹	Optie	Totale opbrengstderving, opties ‘Yes’ of ‘No’
DMGIND¹	Optie	Opbrengstderving a.g.v. indirecte effecten, opties ‘Yes’ of ‘No’
DMGDIR¹	Optie	Opbrengstderving a.g.v. directe effecten, opties ‘Yes’ of ‘No’
DMGDRY¹	Optie	Opbrengstderving a.g.v. droogtestress, opties ‘Yes’ of ‘No’
DMGWET¹	Optie	Opbrengstderving a.g.v. zuurstofstress, opties ‘Yes’ of ‘No’
IRRIG¹	Optie	Hoeveelheid irrigatie uitgedrukt in mm, opties ‘Yes’ of ‘No’
¹ Optioneel; standaard staat deze optie op 'Yes'

6.2 Rekenvoorbeeld

Als voorbeeld beschouwen we een gebied binnen het stroomgebied van De Raam (fictief). Voor dit gebied maken we een inschatting maken van de opbrengstderving over de periode 2016 - 2020. Gegevens over landgebruik en bodemtype zijn afkomstig van een regionale modelberekening. Het landgebruik in het interessegebied bestaat uit grasland en snijmais waarbij op veel percelen irrigatie is toegestaan. Het bodemtype is gebaseerd op de Bodemkaart van Nederland, zie Figuur 6.1. De door het regionale model gesimuleerde freatische grondwaterstand wordt gebruikt als onderrandvoorwaarde voor het SWAP-WOFOST modelinstrumentarium. Voor de simulatie periode zijn de freatische grondwaterstanden weggeschreven om de 14 dagen. We gebruiken de meteorologische condities van het weerstation Volkel die we genereren volgens de procedure beschreven in Bijlage B.

Figuur 6.1: Uitgangssituatie De Raam, met het landgebruik (linksboven), irrigatie (rechtsboven) en het bodemtype (onder).

Op basis van de controlfile weergegeven in Tip 6.3 worden stappen 1 tot en met 3 doorlopen (met achtereenvolgens 1_WWL_aanmaken.cmd, 2a_WWL_uitvoeren.cmd en 3_WWL_aggregeren.cmd).

Tip 6.3: Weergave controlfile WWL-regionaal control.inp (aanmaken/uitvoeren/aggregeren).

# Waterwijzer Landbouw
#-------------------------------------------------

# DATABASE
#-------------------------------------------------

# Database
#------------------------------------------------
FILSQL                              .\datamodel.sqlite
RUNID                               ALL

# Periode
#------------------------------------------------
TSTART                              2016-01-01
TEND                                2020-12-31

PERIOD                              2016-2020

# Gebied
#------------------------------------------------
ZONAL                               .\input\zonal.idf

# Ploteigenschappen
#------------------------------------------------

KLIMAAT                             __
STATION                             375

GEWAS                               .\input\gewas.idf
IRRIGATIE                           .\input\irrigatie.idf

TYPE                                BODEM
BODEM                               .\input\bodem.idf

MAAIVELD                            .\input\maaiveld.idf
GWLEVEL                             .\input\head\head_{{YYYYMMDD}}_l1.idf

# SWAP instellingen
#------------------------------------------------

FILSWP                              .\tools\SWAP\template\swap.swp
DIRCRP                              .\tools\SWAP\template\gewas
DIRMET                              .\tools\SWAP\template\meteo

PRGSWP                              .\tools\SWAP\swap_4.3.0.exe
PRGSTR                              .\tools\SWAP\stressor_1.0.0.exe

# Folder-structuur
#------------------------------------------------

DIRRUN                              .\temp_test
DIROUT                              .\output_test

Als eindresultaat zijn kaartlagen met de potentiële gewasopbrengst en per schadecomponent gecreëerd. Figuur 6.2 geeft de gemiddelde opbrengstderving weer voor de periode 2016-2020.

Figuur 6.2: Gemiddelde opbrengstderving voor de periode 2016-2020, waarbij de totale opbrengstderving (boven) is uitgesplitst in indirecte effecten en directe effecten (midden), en de directe effecten verder zijn uitgesplitst in droogte- en zuurstofstress (onder).