D-HYDRO voor waterschappen

Samenvatting project

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 DHYDROSuite. Het doel van dit project is het toepasbaar maken en kennis opdoen van innovatieve modeltechnieken, zoals ongestructureerde rekenroosters, een vernieuwde dijkdoorbraakmodule en automatische roostergeneratie en -verfijning, binnen de D-HYDRO Suite voor het regionale waterbeheer specifiek voor de thema’s waterveiligheid en wateroverlast.

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 tussenrivier 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) geïntegreerden 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)
- Kennis en ervaring opdoen met nieuwe modelleertechnieken voor de toepassing van wateroverlast- en waterveiligheidsvraagstukken (het afleiden van Best Modelling Practices). (2018)

Motivatie

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 groterehoeveelheden 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 DHYDROSuite. De D-HYDRO Suite is de beoogd opvolger van (1) Simona (WaquaTriwaq) (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 heefteen grote (internationale) gebruikers community. 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.

Locatie

Delft

Uitgevoerde acties

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 vaneen automatische 1D2D roosterkoppeling in D-Flow FM. (2017-2018)
· Ontwikkeling van automatische 2D gridgeneratie engridverfijning routines op basis van hoogtedata (AHN) en GISlagen 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)

Verwachtte resultaten

De verwachte uitkomsten van dit project zijn:· Een pilot studie voor drie Waterschapcases (Rivierenland HDSR enDe Dommel). In deze cases wordt aangetoond wat de meerwaardeis van een flexibel rekenrooster een laterale 1D2D koppeling eneen vernieuwde dijkdoorbraakmodule voor integrale analyse enafweging van maatregelen om wateroverlast en schade dooroverstromingen te voorkomen/beperken.· Kennis en ervaring in het gebruik van de nieuwe ontwikkeldemodelleertechnieken voor regionale wateroverlast- en waterveiligheidsvraagstukken(Best Modelling Practices).· Ervaring en inzicht in het gebruik van grote datasets (big data) alsinvoer van regionale modellen.· Een vergroot inzicht in de werking van het regionale watersysteem(sloten kunstwerken afstroming over maaiveld) tijdenswateroverlast en overstromingssituaties.De verwachte software producten in dit project zijn:Een bèta versie van D-HYDRO Suite waarin innovatieve componentenzijn ontsloten voor het doorrekenen van regionale watersystemen voorwateroverlast- en waterveiligheidsvraagstukken.Een importeer functie voor brongegevens in het format van hetdatamodel HyDAMO.

Innovativiteit

In het najaar van 2017 heeft HKV samen met Deltares een pilotstudieuitgevoerd met het D-Flow FM rekenhart voor Kockengen een regionaalgebied binnen het beheersgebied van Hoogheemraadschap De StichtseRijnlanden. Deze resultaten werden gepresenteerd op een symposiumwaarin ook met andere beschikbare simulatiepakketten hetzelfdepilotgebied was doorgerekend. Het D-Flow FM rekenhart bleekonderscheidend te zijn in de combinatie van rekensnelheid ennauwkeurigheid. Dit was onder meer de aanleiding voor anderewaterschappen en adviesbureaus om in te zetten op dedoorontwikkeling van D-HYDRO voor regionale toepassingen.De toepassing van ongestructureerde rekenroosters geeft demogelijkheid om van grof naar fijn te werken en rekenroosters toe tepassen met een zeer hoge resolutie. Dit leidt tot de mogelijkheid omeffectief gebruik te maken van de hoge resolutie datasets als het AHN3BGT en BRO. Het toepassen van ongestructureerde rekenroosters inmodellen waar ook een uitgebreid 1D netwerk is opgenomen is nog nietbeschikbaar in andere simulatiepakketten die worden toegepast binnenhet Nederlandse regionale waterbeheer. De modelleerflexibiliteit vanongestructureerde roosters levert een sterk verbeterde prestatie op intermen van rekensnelheid en nauwkeurigheid t.o.v. de uniformerekenroosters. De ontwikkeling van een nieuwe dijkdoorbraakmoduledie roosteronafhankelijk de juiste debietuitwisseling simuleert tussenrivier en overstromingsgebied is nog niet eerder ontwikkeld invergelijkbare simulatiepakketten. De combinatie van deze techniek met het flexibele rekenrooster biedt mogelijkheden om veel doelmatiger(sneller nauwkeuriger) simulaties uit te voeren voor regionalewatersysteem op het gebied van wateroverlast en waterveiligheid.Het project is ook innovatief omdat het als eerste simulatiepakketintegreert met hydrologische brongegevens in het nieuwe ontwikkeldedatamodel HyDAMO (gereed in 2018). Dit datamodel is specifiek gerichto

Valorisatie

Niet ingevuld

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:
Hans Groot
Projectleider(s):
Govert Verhoeven

Partners

  • HKV
  • Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden
  • HydroLogic
  • Stichting Deltares (Delft)
  • TKI Deltatechnologie
  • Waterschap De Dommel
  • Waterschap Rivierenland

Resultaten

D-HYDRO voor waterschappen-2021-3

Resultaat type
Prototype
Aantal
1
Omschrijving

Binnen het TKI project is de modelgenerator HyDAMO ontwikkeld, waarmee geautomatiseerd een D-Hydro oppervlaktewatermodel kan worden opgezet vanuit data die is gestructureerd volgens het datamodel Hydamo. . De generator wordt beheerd door HKV en Deltares en is beschikbaar gesteld op Github zie https://github.com/openearth/delft3dfmpy. Onderstaande figuur geeft de opzet van de modelgenerator schematisch weer. De documentatie van de HYDAMO modelgenerator staat op een wiki-pagina

Zie ook: https://publicwiki.deltares.nl/display/TKIP/Eindresultaten

Wetenschappelijke publicatie?