DEL115 – 11204929 Watersysteemanalyses met D-HYDRO

Aanleiding van het project

Waterschappen dragen met hun zorgtaak voor het regionale waterbeheer in grote mate bij aan een veilige en leefbare omgeving in Nederland. Hun taak voor het regionale waterbeheer moet worden afgestemd op de diverse maatschappelijke en economische functies binnen het gebied. Door klimaatveranderingen, bodemdaling en ontwikkelingen in de ruimtelijke ordening is deze zorgtaak continu aan veranderingen en uitdagingen onderhevig. Ter ondersteuning van het waterbeheer wordt door alle waterschappen gebruik gemaakt van simulatiesoftware. Deze simulatiesoftware moet voldoen aan de huidige wensen en eisen die aan deze software worden gesteld. Dit betekent onder andere: omgang met groter hoeveelheden gegevens in hoog detail niveau (big data), snelle en krachtige rekenalgoritmes (high performance computing), het nauwkeurig kunnen meenemen van alle relevante processen (integrale aanpak), schaalbaar in ruimte en tijd (multi-resolution) en het eenvoudig kunnen vertalen van modeluitkomsten naar begrijpelijke informatie voor stakeholders (visualisatie). De huidige simulatiesoftware van veel waterschappen is de SOBEK-suite. De SOBEK-suite voldoet niet meer aan de huidige wensen en eisen die aan de software worden gesteld ter ondersteuning van het waterbeheer. Waterschappen en hun adviesbureaus hebben daarom de wens om over te stappen naar de beoogde opvolger van SOBEK, namelijk het ‘state of the art’ simulatiepakket D-HYDRO, omdat deze suite wel de mogelijkheden biedt van de huidige wensen en eisen. De D-HYDRO Suite is een open source modelleer platform voor watervraagstukken. De kern van de D-HYDRO Suite is het geheel vernieuwd hydrodynamisch rekenhart (D-Flow FM), dat in de afgelopen jaren is ontwikkeld met name voor Rijkswaterstaat toepassingen (rivieren en kust). Voor het regionale waterbeheer moeten er nog specifieke functionaliteiten en componenten toegevoegd en ontsloten worden om integrale gebiedsstudies mogelijk te maken. Regionale watersystemen onderscheiden zich namelij

Doel van het project

Het overkoepelende doel is om integrale hydrologische modelanalyses te kunnen uitvoeren voor het regionale waterbeheer die aansluiten bij de eisen en wensen van deze tijd. Hiervoor is ontsluiting en ontwikkeling nodig van specifieke in het regionale waterbeheer toegepaste modeltechnieken binnen de D-HYDRO Suite. Dit overkoepelende doel is terug te brengen tot de volgende subdoelen die we in dit project willen oppakken: – Het uitbreiden van de ruimtelijk gedistribueerde neerslagafvoer concepten in of gekoppeld aan D-HYDRO – Het toevoegen van ontbrekende 1D functionaliteiten binnen het hydrodynamische rekenhart van D-Flow FM voor toepassingen binnen het regionale waterbeheer.
– Het automatische genereren van modellen uit basisdata, inclusief consistentiechecks en validatie, waarmee wordt aangesloten op bestaande methoden, data modellen en standaarden zoals (HY)DAMO. – Het uitbreiden van de analysemogelijkheden met D-HYDRO. – Deze rekenkern functies en interfacing scripts via de grafische user-interface (GUI) van D-HYDRO voor de eindgebruiker toegankelijk maken. – Ervaring opdoen met de nieuwe modeltechnieken aan de hand van een aantal pilots voor en met de drie deelnemende waterschappen. Het resultaat is een bèta versie van D-HYDRO Suite, waarin de in dit project ontwikkelde modelcomponenten en scripts in een voor de eindgebruiker voldoende toegankelijke GUI ontsloten zijn, inclusief een uitgebreide gebruikersdocumentatie, en zo dat D-HYDRO modellen geschikt zijn voor opname in hoogwatervoorspellingssystemen (FEWS). Bovenstaande doelen dragen bij aan meerdere kennisvragen uit de Kennis en Innovatie Clusters, zoals in dit voorstel staat beschreven in het onderdeel “Relevantie van onderzoeksvoorstel aan primaire (en secundaire) KIC”. [Toelichting: beschrijf het projectdoel zo concreet mogelijk. Hoe draagt het onderzoek bij aan de uitdaging en kennisvraag in de KIA Deltatechnologie. Richtinggevend: maximaal ¼ tot ¾ A4]

Omschrijving van de activiteiten

Binnen dit project worden de volgende werkzaamheden uitgevoerd: • Het ontwikkelen en toevoegen van ontbrekende 1D functionaliteiten binnen het hydrodynamische rekenhart van D-Flow FM voor toepassingen binnen het regionale waterbeheer (2020). Door Deltares, met testinbreng van de bureaus. Prioritering door alle partners gezamenlijk. {type werkzaamheid: industrieel onderzoek}. • Het toevoegen van c.q. koppelen met hydrologische gedistribueerde neerslagafvoer concepten binnen D-HYDRO. (2020) Door Deltares in nauw overleg met alle projectpartners. {type werkzaamheid: industrieel onderzoek} • Het ontwikkelen van automatische modelgeneratie waarmee uit basis data (zoals HYDAMO, een NHI-initiatief) een D-HYDRO modelschematisatie kan worden gegenereerd, inclusief validatie en consistentiechecks van de data. (2020). Door Deltares in samenwerking met de bureaus. {type werkzaamheid: industrieel onderzoek} • Het uitbreiden van de analysemogelijkheden met D-HYDRO voor gebruik in watersysteemanalyses, toetsing van watersystemen (“NBW-Toetsing”), stress testen en dergelijke (2020). Door Deltares in samenwerking met de bureaus. {type werkzaamheid: industrieel onderzoek} • Het uitvoeren van een pilotstudie met betrekking tot automatische modelgeneratie en validatie voor boezemmodellen van Waterschap Noorderzijlvest en Waterschap Hunze en Aas, door Hydroconsult in samenwerking met Tauw (2020-2021) {type werkzaamheid: experimentele ontwikkeling} • Het uitvoeren van een pilotstudie met betrekking tot conversie van een SOBEK-model van een deelgebied van Waterschap Hunze en Aas naar D-HYDRO, testen van het D-HYDRO model en vergelijken met de referentie, door Hydroconsult in samenwerking met Tauw (2020-2021) {type werkzaamheid: experimentele ontwikkeling} • Het uitvoeren van een pilotstudie met betrekking tot gedistribueerde hydrologie en (stochasten) toetsing, voor een deelgebied van Hoogheemraadschap de Stichtse Rijnlanden, door Hydroconsult en Hydrologic (2020-2021) {

Verwachte resultaten

1 Een bèta projectversie van D-HYDRO Suite, waarin de in dit project ontwikkelde modelcomponenten en tools zijn ontsloten in een gebruikersvriendelijke GUI. 2020 2 Een automatische modelgeneratie om basisdata (bv. HYDAMO) te converteren naar een D-HYDRO modelschematisatie inclusief een uitgebreide consistentie-check en validatie van de data in onderlinge samenhang. 2020 3 Rapportage / publicatie van de in de pilots opgedane bevindingen en ervaringen. 2021

Innovativiteit

Dit TKI-project kenmerkt zich door meerdere innovatieve elementen: Het D-Flow FM rekenhart is onderscheidend in de combinatie van rekensnelheid en nauwkeurigheid, door gebruik van flexibele rekenroosters (met roostercellen van willekeurige vorm) geeft het de mogelijkheid om modelroosters naar wens uit te lijnen en roostercellen te variëren van grof naar fijn. Het is vernieuwend om integrale modelstudies voor regionale toepassingen te kunnen uitvoeren met het nieuwe rekenhart D-Flow FM door (gedistribueerde) hydrologie in samenhang door te rekenen met een 1D-2D schematisatie voor de hydrodynamica. Het automatisch kunnen genereren van modellen uit basisdata en het valideren van de basisdata is vernieuwend omdat dit binnen het huidige werkproces in het regionale waterbeheer nog nauwelijks wordt toegepast. Daarbij geldt dat de voorgestelde modelgeneratie aansluit op de datastandaarden zoals HYDAMO. De consistentiecheck van de genereerde modellen door de verschillende basisdata naast elkaar te leggen en in onderlinge samenhang controleren is een essentiële toegevoegde stap. De ontsluiting van de voorgestelde modeltechnieken voor het regionale waterbeheer binnen de D-HYDRO Suite verbetert de mogelijkheid om stedelijke modellen (gemeentes), regionale modellen (waterschappen) en landelijke modellen (Rijkswaterstaat) te kunnen koppelen. D-HYDRO modellen worden door Rijkswaterstaat al veelvuldig toegepast en zijn faciliterend voor projecten als Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium (WBI), het Nationaal Watermodel (NWM) en de Rijkswaterstaat Operationele Systemen (OS). Dit biedt de unieke mogelijkheid om officiële modellen op verschillende schaalniveaus te kunnen koppelen.

Valorisatie

1. Een bèta projectversie van D-HYDRO Suite, waarin de in dit project ontwikkelde modelcomponenten en tools zijn ontsloten in een voor de eindgebruiker goed toegankelijke GUI. Tijdens het project zullen de deelnemende waterschappen en adviesbureaus al gebruik maken van de ontwikkelde functionaliteiten in D-HYDRO. Het eindproduct zal beschikbaar zijn voor alle waterschappen en adviesbureaus in Nederland op basis van een Fiduciary Licence Agreement. Deltares zorgt voor de ontwikkeling, en distributie van de D-HYDRO versies via de Deltares software afdeling. 2. Een automatische modelgeneratie om basisdata (HYDAMO) te converteren naar een D-HYDRO modelschematisatie, inclusief een uitgebreide validatie van de data. Tijdens het project zullen de deelnemende waterschappen en adviesbureaus al gebruik maken van de ontwikkelde modelgeneratie. Het eindproduct zal beschikbaar zijn voor alle waterschappen en adviesbureaus in Nederland. De adviesbureaus en Deltares zorgen gezamenlijk voor deze ontwikkeling. De uiteindelijke import functionaliteit zal onderdeel zijn van de de D-HYDRO versie via die via de Deltares software afdeling wordt gedistribueerd. 3. Rapportage / publicatie van de in de pilots opgedane bevindingen en ervaringen. Beschikbaar voor alle betrokkenen binnen het (regionaal) waterbeheer Adviesbureaus nemen de lead en zullen in samenwerking met de projectpartners de publicaties verzorgen.

Link naar projectresultaten…