DEL073 – 11200950 D-HYDRO voor waterschappen

Aanleiding van het project

Klimaatveranderingen en ontwikkelingen in de ruimtelijke ordening
zorgen voor een blijvende noodzaak het regionale waterbeleid te
toetsen en te herzien. Ter ondersteuning van het waterbeleid wordt
door alle waterschappen gebruik gemaakt van simulatiesoftware. De
wensen en eisen die deze simulatiesoftware zijn aan continue
verandering onderhevig. Digitale gegevens zijn in steeds grotere
hoeveelheden en in hoger detail niveau beschikbaar (big data),
simulatiesoftware moet daar effectief mee om kunnen gaan. De
rekenkracht van computers neemt alsmaar toe door steeds betere en
snellere processoren. De rekenhart-algoritmes binnen de
simulatiesoftware moeten hier optimaal gebruik van kunnen maken. Dit
alles moet leiden tot betere analyses en daarmee tot een verbeterde
doelmatigheid binnen het regionale waterbeheer.
De huidige simulatiesoftware van veel waterschappen is de SOBEK
suite. De-SOBEK suite voldoet niet meer aan de wens om effectief om
te kunnen gaan met big data en de huidige rekenkracht van computers.
Waterschappen en hun adviesbureaus hebben daarom de wens om over
te stappen naar het nieuwe ‘state of the art’ simulatiepakket de DHYDRO
Suite.
De D-HYDRO Suite is de beoogd opvolger van (1) Simona (Waqua,
Triwaq), (2) Delft3D 4, (3) Duflow, (4) SOBEK-Rural/Urban/River en (5)
SOBEK-RE voor toepassing op de Nederlandse markt. D-HYDRO Suite is
een dynamisch modelleerplatform, waar vernieuwende watersoftware
samenkomt in aansluiting bij continue verandering in vraagstelling
vanuit het waterbeheer. D-HYDRO is een open source product en heeft
een grote (internationale) gebruikerscommunity.
De kern van het D-HYDRO-pakket is de D-Flow Flexible Mesh module
(D-Flow FM) waarmee eendimensionale, tweedimensionale en
driedimensionale hydrodynamische simulaties gemaakt kunnen worden
op ongestructureerde rekenroosters. Hierdoor ontstaat optimale
modelleer flexibiliteit omdat kromlijnig, driehoeken rechthoeken of vrije
vorm roostercellen kunnen w

Doel van het project

Het doel van dit project is het toepasbaar maken en kennis opdoen van
innovatieve modeltechnieken binnen de D-HYDRO Suite voor het
regionale waterbeheer, specifiek voor de thema’s waterveiligheid en
wateroverlast. Onder de innovatieve modeltechnieken wordt verstaan:
– het gebruik van ongestructureerde rekenroosters bij
modelsimulaties voor wateroverlast en waterveiligheid.
– het gebruik van een vernieuwde en roosteronafhankelijke
dijkdoorbraakmodule voor waterveiligheidssimulaties.
– het gebruik van automatische 1D2D roostergeneratie en
verfijningtechnieken op basis van GIS data.
Met ongestructureerde rekenroosters kan het oppervlaktewater
(rivieren, beken, sloten) en de inundatie of overstroming van het
maaiveld in samenhang worden gesimuleerd met een model dat het
juiste detailniveau heeft voor elke component in de waterbalans. Dit
biedt de mogelijkheid om effectief gebruik te maken van de hoge
resolutie datasets als het AHN3, BGT, BRO, HyDAMO, etc.
Het gebruik van ongestructureerde roosters vereist een nieuwe
dijkdoorbraakmodule waarmee een overstroming ten gevolge van een
dijkdoorbraak gesimuleerd kan worden. De nieuwe
dijkdoorbraakmodule moet een bresgroei simuleren onafhankelijk van
het gekozen rekenrooster en zorgen voor een juiste uitwisseling tussen
rivier en het inundatiegebied.
Regionale watersystemen kenmerken zich door een sterk vermaasd
waternetwerk met vele kunstwerken (stuwen, duikers, gemalen).
Hierdoor moeten in een Waterschapsmodel zowel 1D elementen
(waterlopen en kunstwerken) als 2D elementen (maaiveld) geïntegreerd
en geometrisch overlappend kunnen worden meegenomen. Dit vereist
een specifieke modelkoppeling (laterale koppeling) die anders is dan de
reeds bestaande 1D2D koppeling ontwikkeld voor
Rijkswaterstaattoepassingen. De automatische roostergeneratie en
gridverfijningsopties voor gekoppelde 1D2D modelschematisaties zijn
van belang om efficiënt modellen te kunnen opzetten.
Subdoelen (SMART):
Ontwikkelen van een dijkdoorbraak element met bresgroeifunctie (meegroeiend over het rekenrooster) voor de simulatie van dijkdoorbraken. (2017-2018) – Validatie van de laterale 1D2D koppeling voor regionale toepassingen en de ontwikkeling van een automatische 1D2D roosterkoppeling. (2017-2018) – Ontwikkeling van automatische 2D gridgeneratie en gridverfijning routines op basis van hoogtedata (AHN) en GIS lagen. (2018) – Onderzoeken van de meerwaarde van multi-resolutie modellering in regionale gebieden voor waterveiligheid en wateroverlast. De multi-resolutie modelering gaat uit van een “van grof naar fijn” systematiek waarbij in eerste instantie een grof rekenrooster wordt toegepast en op gewenste locaties het rekenrooster wordt verfijnd. (2017-2018)
7/12
AANVRAAG FORMULIER VOOR PROJECTEN met TKI-programma toeslag
Projecttitel: D-HYDRO voor waterschappen
OMSCHRIJVING PROJECT
– Kennis en ervaring opdoen met nieuwe modelleertechnieken voor de toepassing van wateroverlast- en waterveiligheidsvraagstukken (het afleiden van Best Modelling Practices). (2018 )
De doelen van dit project dragen bij aan drie kennis- en innovatieclusters namelijk 1) Water en ICT, 2) Watermanagement en 3) Waterveiligheid. Voor het eerste cluster wordt bijgedragen aan kennis en innovatie op het gebied van het koppelen van nationale (AHN3, BGT, BRO) en regionale (HyDAMO) datasets en modellen (variërend in schaal, ruimte en tijd). Big data kan hierdoor effectief benut worden als bron van kennis voor waterschapsmodellen. Ook draagt het bij aan het beter ontsluiten van breed gedragen open standaarden voor modelinvoer en modeluitvoer binnen het regionale waterbeheer. Voor het tweede cluster wordt bijgedragen aan kennis en innovatie op het gebied van effectieve instrumenten voor het voorkomen van wateroverlast/schade. Snellere rekentechnieken dragen bij aan het verbeteren van operationele- en beslissend ondersteunende systemen. Voor het derde cluster wordt bijgedragen aan kennis en innovatie op het gebied van systemen voor het simuleren en voorspellen van overstromingen en schade. Het project helpt bij het beter benutten van ruimtelijk kansen en het in kaart brengen van de kwetsbaarheid van kritieke infrastructuur.

Omschrijving van de activiteiten

Binnen dit project worden de volgende werkzaamheden uitgevoerd:
· Ontwikkelen van een dijkdoorbraak module met bresgroeifunctie
(meegroeiend over het rekenrooster) in D-Flow FM.
(2017)
· Validatie van de laterale 1D2D koppeling en de ontwikkeling van
een automatische 1D2D roosterkoppeling in D-Flow FM. (2017-
2018)
· Ontwikkeling van automatische 2D gridgeneratie en
gridverfijning routines op basis van hoogtedata (AHN) en GIS
lagen D-Flow FM. (2018)
· Ontwikkelen van een geautomatiseerde import in D-HYDRO van
brongegevens in het format van het datamodel HyDAMO.
(2018)
· Het uitvoeren van een pilotstudie voor een deelgebied van
Waterschap Rivierenland. (2018)
· Het uitvoeren van een pilotstudie voor een deelgebied van
Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden. (2018)
· Het uitvoeren van een pilotstudie voor een deelgebied van
Waterschap De Dommel. (2018)

Verwachte resultaten

De verwachte uitkomsten van dit project zijn:
· Een pilot studie voor drie Waterschapcases (Rivierenland, HDSR en
De Dommel). In deze cases wordt aangetoond wat de meerwaarde
is van een flexibel rekenrooster, een laterale 1D2D koppeling en
een vernieuwde dijkdoorbraakmodule voor integrale analyse en
afweging van maatregelen om wateroverlast en schade door
overstromingen te voorkomen/beperken.
· Kennis en ervaring in het gebruik van de nieuwe ontwikkelde
modelleertechnieken voor regionale wateroverlast- en waterveiligheidsvraagstukken
(Best Modelling Practices).
· Ervaring en inzicht in het gebruik van grote datasets (big data) als
invoer van regionale modellen.
· Een vergroot inzicht in de werking van het regionale watersysteem
(sloten, kunstwerken, afstroming over maaiveld) tijdens
wateroverlast en overstromingssituaties.
De verwachte software producten in dit project zijn:
Een bèta versie van D-HYDRO Suite, waarin innovatieve componenten
zijn ontsloten voor het doorrekenen van regionale watersystemen voor
wateroverlast- en waterveiligheidsvraagstukken.
Een importeer functie voor brongegevens in het format van het
datamodel HyDAMO.

Innovativiteit

In het najaar van 2017 heeft HKV samen met Deltares een pilotstudie
uitgevoerd met het D-Flow FM rekenhart voor Kockengen, een regionaal
gebied binnen het beheersgebied van Hoogheemraadschap De Stichtse
Rijnlanden. Deze resultaten werden gepresenteerd op een symposium
waarin ook met andere beschikbare simulatiepakketten hetzelfde
pilotgebied was doorgerekend. Het D-Flow FM rekenhart bleek
onderscheidend te zijn in de combinatie van rekensnelheid en
nauwkeurigheid. Dit was onder meer de aanleiding voor andere
waterschappen en adviesbureaus om in te zetten op de
doorontwikkeling van D-HYDRO voor regionale toepassingen.
De toepassing van ongestructureerde rekenroosters geeft de
mogelijkheid om van grof naar fijn te werken en rekenroosters toe te
passen met een zeer hoge resolutie. Dit leidt tot de mogelijkheid om
effectief gebruik te maken van de hoge resolutie datasets als het AHN3,
BGT en BRO. Het toepassen van ongestructureerde rekenroosters in
modellen waar ook een uitgebreid 1D netwerk is opgenomen is nog niet
beschikbaar in andere simulatiepakketten die worden toegepast binnen
het Nederlandse regionale waterbeheer. De modelleerflexibiliteit van
ongestructureerde roosters levert een sterk verbeterde prestatie op in
termen van rekensnelheid en nauwkeurigheid t.o.v. de uniforme
rekenroosters. De ontwikkeling van een nieuwe dijkdoorbraakmodule
die roosteronafhankelijk de juiste debietuitwisseling simuleert tussen
rivier en overstromingsgebied is nog niet eerder ontwikkeld in
vergelijkbare simulatiepakketten. De combinatie van deze techniek met het flexibele rekenrooster biedt mogelijkheden om veel doelmatiger
(sneller, nauwkeuriger) simulaties uit te voeren voor regionale
watersysteem op het gebied van wateroverlast en waterveiligheid.
Het project is ook innovatief omdat het als eerste simulatiepakket
integreert met hydrologische brongegevens in het nieuwe ontwikkelde
datamodel HyDAMO (gereed in 2018). Dit datamodel is specifiek gericht
o

Valorisatie

Kennisdeling
De (tussen)resultaten van dit project zullen gepresenteerd worden door
Deltares met de projectpartners tijdens de Deltares Delft
SoftwareDagen (DSD) in 2018 (juni en oktober). Waterschappen zullen
ook geïnformeerd worden tijdens de SOBEK gebruikersbijeenkomst
(oktober 2017), met als specifiek doel om meerdere waterschappen te
betrekken bij het project. Daarnaast worden de resultaten van de case
studies beschreven in Nederlandse vakbladen (H2O) in 2018. En
worden de resultaten gedeeld via de website van Deltares en de website
van TKI deltatechnologie (bijvoorbeeld de Deltares publicWIKI voor TKI
projecten).
Valorisatie
De valorisatie van dit project bestaat uit de volgende componenten:
Uitvoeren van de pilots studies en publiceren en presenteren over de
resultaten van de case studies. Dit zal gedurende de looptijd van het
project gedaan worden door Deltares in samenwerking met de
consortiumpartners. Doel hiervan is de kennis te delen en hiermee
nieuwe projectpartners (Waterschappen en adviesbureaus) te
genereren die het gebruik van de innovatieve componenten uit de DHYDRO
Suite willen inzetten binnen het regionale waterbeheer.
Toepassen van de software ontwikkelingen in nieuwe nationale en
internationale projecten. Met de te ontwikkelen tools en software wordt
het mogelijk om nieuwe integrale projecten uit te voeren op het gebied
van regionale wateroverlast en waterveiligheid in Nederland en
wereldwijd. Internationale pilotstudies zijn al uitgevoerd en er is
belangstelling voor verdere doorontwikkeling van D-HYDRO bij diverse
internationale partijen. De verwachting is dat in de loop van 2018 pilot
projecten kunnen worden uitgevoerd met de nieuwe
softwarecomponenten.
De D-HYDRO Suite is op basis van een Fiduciary Licence Agreement te
gebruiken door het bedrijfsleven in Nederland.

Link naar projectresultaten…