De Hydrologische gereedschapskist

De Hydrologische gereedschapskist Visie op het ontwikkelen en beheren van hydrologische systeemkennis

Functies Hydrologische Gereedschapskist functie HGK

Neerslag-afvoer

Externe data

uitwisseling

Oppervlaktewater Monitoring

Hydrologische database

Beheerregister

Grondwater

Analyse

ICT

Definitiestudie 10 april 2008 Auteurs Jos Moorman, Waterschap Aa en Maas Kees Peerdeman, Waterschap Brabantse Delta Mark van de Wouw, Waterschap De Dommel

Presentatie

colofon

Hydrologische Gereedschapkist opdrachtgever

Wim Athmer (waterschap Aa en Maas), Louis Bijlmakers (waterschap de Dommel), Guido Waaijen (waterschap Brabantse Delta) status

Eindconcept 2 auteur

Jos Moorman (waterschap Aa en Maas) Kees Peerdeman (waterschap Brabantse Delta) Mark van de Wouw (waterschap de Dommel

gecontroleerd door

vrijgegeven door

Waterschap Aa en Maas Pettelaarpark 70 5216 PP ’sHertogenbosch tel 073 615 66 66 fax 073 615 66 00

Waterschap Brabantse Delta Kantoor Hof van Breda Bergschot 69-1 4817 PA Breda tel 076 564 10 00 fax 076 564 10 11

Hydrologische Gereedschapkist, visie

Waterschap De Dommel Bosscheweg 56 5283 WB Boxtel tel 0411 618 618 fax 0411 618 688

10 april 2008

2/37

Samenvatting Waarom een hydrologische gereedschapskist? De Brabantse waterschappen willen waterautoriteit zijn in hun beheersgebied. Waterschappen hebben te maken met complexe waterthema’s die een integrale benadering vereisen, zoals waterberging, GGOR en KRW én uitbreiding van de waterschapstaken, zoals grondwaterbeheer. Waterschappen dienen te beschikken over een gedegen systeeminzicht én inzicht in de reactie van het watersysteem op veranderingen. Dit vergt een meer modelmatige aanpak en uitbreiding van kennis, data en analyse-instrumenten. In Noord-Brabant wordt al enige jaren gewerkt volgens een modelmatige aanpak, zowel voor het oppervlaktewatersysteem als het grondwatersysteem. Deze aanpak heeft geleid tot een stapsgewijze verbetering van de systeemkennis op wisselend detailniveau. De ontwikkelde modellen zijn echter een momentopname; zowel de watersystemen als de instrumenten die beschikbaar zijn voor watersysteemonderzoek zijn voortdurend in ontwikkeling. Het is van belang dat de opgedane kennis en informatie van watersystemen op een efficiënte wijze wordt vastgelegd en in de toekomst ontsloten en verbeterd kunnen worden. Om de rol van waterautoriteit nu en op langere termijn goed te kunnen vervullen is het nodig dat de Brabantse waterschappen beschikken over een instrumentarium waarmee watersysteemkennis (onder andere modellen) kan worden beheerd en ontwikkeld: een hydrologische gereedschapskist. Samenwerking Op ambtelijk niveau is in onderlinge samenwerking tussen de waterschappen de Dommel, Aa en Maas en Brabantse Delta gestart om een Brabantbrede visie op te stellen op de Hydrologische Gereedschapskist. In dit gezamenlijk traject wordt tevens samenwerking gezocht met de Provincie, Brabant Water en vindt afstemming plaats met een ingezette landelijke modelontwikkeling. De volgende argumenten pleiten voor een gezamenlijke aanpak: - Het gebruik van dezelfde gereedschappen en methoden maakt een eenduidige behandeling van vraagstukken waarbij de Provincie betrokken is mogelijk. - Gezamenlijke ontwikkeling levert synergie op in kosten en kennis. - Bij beheersgebiedoverschrijdende vraagstukken is betere communicatie naar belanghebbenden mogelijk door een gezamenlijke en eenduidige aanpak. De Unie van Waterschappen constateert in haar rapport 'Resultaten iteratief proces toetsing werknormen 2003-2005' dat de onderbouwing van de toetsing aan de NBWwerknormen op wateroverlast vanuit het oppervlaktewater op 26 verschillende manieren is uitgevoerd. Het Milieu- en Natuurplanbureau (MNP) laat zich hier dan ook kritisch over uit in het rapport ‘Audit WB21: eerste analyse opgave wateroverlast regionaal watersysteem t.b.v. LBOW’. Dit onderstreept de noodzaak tot een gezamenlijk instrumentarium voor eenduidige onderbouwing van beleidsvraagstukken.


10 april 2008

3/37

Visie De essentie van de hydrologische gereedschapskist is dat het vastleggen, ontsluiten en ontwikkelen van watersysteemkennis - en daarmee (ontwikkeling van) de kwaliteit van basisgegevens en hydrologische parameters – centraal staat. Het instrumentarium moet flexibel zijn, zodat vragen op verschillende schaal- en abstractieniveau (beleid, inrichting, beheer) kunnen worden beantwoord. Nieuwe ontwikkelingen moeten eenvoudig in het instrumentarium kunnen worden ingepast. De gereedschapkist zal uiteindelijk o.a. uit de volgende onderdelen bestaan: - een database van ruimtelijke en gemeten parameters voor hydrologische modellering; - een geautomatiseerde interface tussen basisgegevens (beheerregisters, meetdata, geografische basisgegevens) en verschillende rekenprogramma’s; - rekenprogramma’s voor oppervlaktewateren neerslag-afvoermodellen; - rekenprogramma voor grondwatermodellen; - evaluatiegereedschap om de resultaten van ingrepen te evalueren; - presentatiegereedschap om de resultaten van watersysteemanalyses op een eenduidige inzichtelijke wijze te presenteren. De hydrologische gereedschapskist moet een nauwe relatie hebben met alle informatiesystemen die relevant zijn voor het waterbeheer: geografische informatiesystemen, beheerregister en meetnetbeheersysteem. Realisatie en exploitatie Het realiseren van de hydrologische gereedschapskist begint bij het omarmen van de gedachtegang. De eerste stap kan gezet worden door bij nieuwe vraagstukken de watersysteemkennis centraal te stellen in plaats van de oplossingsmethode. Om deze denktrend te vereenvoudigen moet echter een werkomgeving worden ingericht die het beheren en ontsluiten van watersysteemkennis vereenvoudigt. Deze werkomgeving moet opgezet worden in nauw overleg met gebruikers en beheerders van verwante informatiesystemen: de ontwerpfase. Zodra duidelijk is hoe de werkomgeving er uit moet komen te zien en welke functies moeten worden gerealiseerd kan de werkomgeving worden ingericht en ontwikkeld: de realisatiefase. De hydrologische gereedschapskist moet onderhouden en vernieuwd worden: de exploitatiefase. De ontwerpfase wordt in de eerste helft van 2008 gestart en de realisatiefase wordt gestart in 2008 en loopt door tot in 2009.


10 april 2008

4/37

Inhoudsopgave Samenvatting .......................................................................................................... 3 1

Inleiding ............................................................................................................... 6 1.1 Aanleiding .................................................................................................... 6 1.2 Probleemanalyse.......................................................................................... 6 1.3 Probleemstelling........................................................................................... 7 1.4 Doelstellingen van deze visie ...................................................................... 7 1.5 Motivatie ....................................................................................................... 7 1.6 Verantwoording ............................................................................................ 8 1.7 Leeswijzer .................................................................................................... 8 2 De hydrologische gereedschapskist .................................................................... 9 2.1 Achterliggende filosofie ................................................................................ 9 2.2 Plaats binnen de organisatie ...................................................................... 14 3 De functies en structuur..................................................................................... 15 3.1 Modellering................................................................................................. 16 3.2 Hydrologische database............................................................................. 16 3.3 Analyse ...................................................................................................... 17 3.4 Presentatie ................................................................................................. 17 3.5 Gegevensuitwisseling................................................................................. 18 4 Realisatie........................................................................................................... 19 4.1 Projectorganisatie....................................................................................... 19 4.2 Ontwikkeling en beheer.............................................................................. 20 Bijlage A Modellering hydrologische processen.................................................... 23 1 Inleiding ............................................................................................................. 23 2 Meteorologie...................................................................................................... 23 3 Maaiveld en onverzadigde zone........................................................................ 24 4 Grondwater........................................................................................................ 25 5 Neerslag-afvoer................................................................................................. 26 6 Oppervlaktewater .............................................................................................. 27 Bijlage B Verschillende type data ......................................................................... 29 Bijlage C Externe ontwikkelingen.......................................................................... 31 Bijlage D Groslijst gewenste functies en data ....................................................... 34


10 april 2008

5/37

1 Inleiding 1.1 Aanleiding Hydrologie vormt één van de drie kerndisciplines van het waterschap (naast waterkwaliteitsbeheer en waterkeringszorg). Vroeger was de waterkwantiteitsbeheertaak van het waterschap voornamelijk gericht op het dimensioneren van de afwatering, het verder detailleren van het afwateringsstelsel ten behoeve van de landbouw en het onderhouden van de peilregulering en het afwateringsstelsel. Tegenwoordig wordt gevraagd om het beheer en de inrichting van het watersysteem te baseren op integrale afwegingen. Verdrogingsbestrijding, ecologisch herstel en de effecten van klimaatverandering zijn thema’s die naast afwatering nieuwe vragen en opgaven hebben opgeleverd voor waterschappen. Vanuit Den Haag en Brussel zijn deze vragen en opgaven vastgelegd in het Nationaal Bestuursakkoord Water (NBW) en de Kaderrichtlijn Water (KRW). Binnen de Provincie Noord-Brabant is de Reconstructie en Revitalisering Zandgronden een belangrijk proces waarbinnen deze beleidsvragen nader zijn uitgewerkt. Om aan de bredere vraagstellingen te kunnen voldoen moeten de waterschappen een diepgaander inzicht in het hydrologische systeem ontwikkelen. Deze visie gaat in op hoe de waterschappen met de organisatie en inrichting van het hydrologisch instrumentarium kunnen inspelen op bovengenoemde ontwikkelingen.

1.2 Probleemanalyse De Brabantse waterschappen hebben de ambitie uitgesproken dat ze als waterautoriteit de adviseur willen zijn voor hun waterpartners op het gebied van de diverse waterthema’s. Voor het vervullen van deze rol als waterautoriteit is een voorwaarde dat zij beschikken over een gedegen kennis van het watersysteem. Om deze kennis op te bouwen en te ontwikkelen is het nodig dat de Brabantse waterschappen beschikken over een instrumentarium (onder andere modellen) waarmee watersysteemkennis kan worden beheerd en ontwikkeld: een hydrologische gereedschapskist. Uiteraard is het gebruik van hydrologisch gereedschap niet nieuw. Al jaren wordt gewerkt met hydrologische data en modellen. Een probleem is dat elke keer veel tijd en energie gestoken moet worden in het verzamelen en hanteerbaar maken van de basisgegevens. Bovendien blijkt vaak dat de beschikbare data niet toereikend zijn, zowel kwantitatief als kwalitatief, voor de hydrologische studies. Tevens blijkt vaak dat de resultaten van hydrologische studies niet goed bruikbaar zijn in vervolgstudies. Een meer gestructureerde aanpak is nodig om een hydrologische systeemkennis op te bouwen. Hierbij dient de kwaliteit van data en modellen in samenhang te worden beschouwd.


10 april 2008

6/37

1.3 Probleemstelling Om rol van waterautoriteit nu en op langere termijn goed te kunnen vervullen is het nodig dat het waterschap beschikt over een instrumentarium waarmee watersysteemkennis (onder andere modellen) kan worden beheerd en verder worden ontwikkeld: een hydrologische gereedschapskist. De gereedschapskist moet er toe leiden dat de waterschappen doelgerichter, efficiënter en daarmee ook goedkoper hydrologische studies kunnen uitvoeren of laten uitvoeren. Tevens kan daarmee de kwaliteit van de adviezen verbeteren. De Brabantse waterschappen hebben ervoor gekozen samen een visie te ontwikkelen op de totstandkoming van een hydrologische gereedschapskist. Daarnaast is in een stappenplan aangegeven hoe hier in de komende jaren vorm aan gegeven kan worden.

1.4 Doelstellingen van deze visie Het opstellen van de visie op de hydrologische gereedschapskist vormt de eerste fase in het ontwikkelen van de hydrologische gereedschapskist. De doelstellingen van deze visie zijn: • Deze visie vormt de definitiestudie en een aanzet tot het programma van eisen voor het ontwikkelen van de hydrologische gereedschapskist. • In de visie schetsen wij een perspectief hoe het (model-)instrumentarium er op termijn uit gaat zien. De visie dient vervolgens als leidraad bij de ontwikkeling van het (model-)instrumentarium. • Met de visie willen we bereiken dat we minder met ad-hoc-antwoorden moeten werken en minder hoeven “troubleshooten”. • In de visie geven we met argumenten aan wat de noodzaak is van een integraal (model-)instrumentarium. • In de visie wordt toegelicht waarom het waterschap moet investeren in gereedschap en data.

1.5 Motivatie Om de steeds complexere vraagstukken met soms tegenstrijdige belangen op te lossen moet het waterschap beschikken over een gedegen kennis van het watersysteem. Hydrologen werken al jaren met hydrologische data en modellen. Net als in veel andere vakgebieden wordt de werkelijkheid vereenvoudigd in modellen om inzicht te krijgen in complexe processen. Modellen zijn onmisbare hulpmiddelen voor hydrologen. Ze helpen de hydroloog inzicht te krijgen in complexe hydrologische processen en voorspellingen te doen over nieuwe situaties. In de hydrologie zijn grote aantallen modellen ontwikkeld voor de diverse aspecten van het watersysteem. De modellen variëren van eenvoudige formules tot uitgebreide rekenprogramma’s. Afhankelijk van vraagstelling, schaalgrootte en beschikbare gegevens bepalen hydrologen welke methode zij toepassen. De grote diversiteit aan modellen en de variatie aan vraagstukken brengt met zich mee dat verschillen in aanpak en uitgangspunten niet zijn te voorkomen. Het gevolg is dat analyses moeilijk zijn te reproduceren. Door het ontwikkelen en toepassen van Hydrologische Gereedschapkist, visie

10 april 2008

7/37

een modelinstrumentarium wordt de werkwijze meer gestructureerd en traceerbaar gemaakt. In tekstkader 1 worden redenen genoemd waarom een modelinstrumentarium nodig is. Tekstkader 1: Motivatie voor een modelinstrumentarium Overwegingen die pleiten voor een (model)instrumentarium: • Zonder (model)instrumentarium is de onzekerheid van analyses groter. • Voor een verantwoorde inrichting van watersystemen is een gedegen aanpak nodig. • Het bouwen van en werken met een (integraal) modelinstrumentarium vergroot de kennis van het functioneren van het watersysteem. We hebben een (model)instrumentarium nodig voor het: • objectief bepalen van effecten van maatregelen en veranderingen • kunnen reproduceren van analyses • analyseren complexe vraagstukken • afwegen van tegenstrijdige belangen • bestuderen van gedrag in droge en natte situaties • integraal (grond- en oppervlaktewater, droogte en wateroverlast) beschouwen van hydrologische processen • verkrijgen van een gebiedsdekkend beeld van het watersysteem

1.6 Verantwoording Deze visie is opgesteld door een werkgroep bestaande uit hydrologen van de drie Brabantse waterschappen. In de oriëntatiefase van het project is de werkgroep ondersteund door 2 adviesbureaus, Royal Haskoning en Artesia. In deze visie zijn tekstbijdragen van deze bureau’s opgenomen.

1.7 Leeswijzer In hoofdstuk 1 wordt ingegaan op de aanleiding en motivatie om deze visie op te stellen. Hoofdstuk 2 behandelt de achterliggende filosofie van waaruit de waterschappen willen gaan werken. In hoofdstuk 3 zijn de elementen en functies van de hydrologische gereedschapskist verder uitgewerkt. De wijze waarop de hydrologische gereedschapskist tot stand dient te komen wordt in hoofdstuk 4 nader toegelicht.


10 april 2008

8/37

2 De hydrologische gereedschapskist 2.1 Achterliggende filosofie In de hydrologische gereedschapskist staat centraal het vastleggen, ontsluiten en ontwikkelen van watersysteemkennis - en daarmee (ontwikkeling van) de kwaliteit van basisgegevens en hydrologische parameters. Het instrumentarium moet het mogelijk maken om vragen op verschillende schaal- en abstractieniveaus (beleid, inrichting, beheer) flexibel te kunnen beantwoorden. In figuur 1 zijn verschillende typen data weergegeven in de ellipsvormige vlakken. Grofweg zijn er zijn drie soorten data te onderscheiden • Basisdata (blauw), zoals bijvoorbeeld metingen, boringen • Geordende data of informatie (rood), tot stand gekomen uit basisdata: bijvoorbeeld laagopbouw ondergrond, waarbij een bepaalde interpretatie heeft plaatsgevonden. • Modelresultaten (groen) De data hoeven niet fysiek samengebracht te worden. Via een metadatabank met informatie over de betreffende data/ informatie en de locatie ervan kan de data toegankelijk gemaakt worden via intranet of internet. Het beheer van de data dient in de organisatie van de waterschappen geregeld te worden.

IRIS 1.0

Bestaande Modellen

Smallworld BOSBO

REGIS/DINO KNMI

Overig - AHN - STIBOKA -…

Metadatabank basisgegevens

Beheer/validatie Beheer/valida

tie Modelparameters en -resultaten

Viewer Bijv. ArcGis

Schematisatie

Modelleeromgeving die data leest uit databanken en geschikt maakt voor gebruik met rekenprogramma’s als Sobek en Modflow

Figuur 1 schematische weergave van het datamanagementsysteem

Het datasysteem is een dynamisch systeem dat als het goed functioneert steeds meer gevuld zal raken en steeds intensiever gebruikt zal worden. De data dienen dus beheerd te worden, zowel de basisdata, de geschematiseerde data, als de Hydrologische Gereedschapkist, visie

10 april 2008

9/37

modelresultaten. Er moet worden afgesproken wie de data mag invoeren en aanpassen. Duidelijk moet zijn wat de status is van een bepaald bestand of dataset. Zo zal er bijvoorbeeld onderscheid moeten worden gemaakt in bestand met leggergegevens die volledig zijn geverifieerd en een bestanden met oude en nieuwe leggergegevens; de oude situatie zoals die op een bepaald moment was en nieuwe te onderzoeken maatregelen waaraan nog gesleuteld wordt. De uitdaging voor de organisatie ligt dus in het consequent en consistent terugkoppelen van projectgegevens in de basisbestanden van het waterschap: elk model zou geconstrueerd moeten worden uit de (bevroren) basisgegevens. Alle afgeleide gegevens (die alleen in relatie tot een specifiek model een toepassing hebben) dienen eveneens in de centrale database te worden opgenomen. Het motto hierbij is dat elk niet-reproduceerbaar model op termijn haar waarde verliest. Een belangrijk uitgangspunt is flexibiliteit: elementen uit de hydrologische gereedschapskist moeten eenvoudig kunnen worden vervangen door nieuwe verbeterde versies en nieuwe innovatieve technieken moeten eenvoudig kunnen worden toegevoegd. In deze visie krijgen de modelleeromgeving en de werkwijze de grootste aandacht. De ontwikkeling van modellen (de geschematiseerde werkelijkheid) wordt geacht in afzonderlijke trajecten plaats te vinden. Het ontwikkelen van modellen en daarmee systeemkennis is een doorlopend proces van verfijning. Het is daarom minder zinvol om in het kader van deze visie een tijdsplanning voor het ontwikkelen van modellen op te stellen. Volgens deze visie creëren we een modelomgeving waarin reeds ontwikkelde en te ontwikkelen modellen (bijvoorbeeld waterberging, GGOR en integrale gebiedsanalyses) op een effectieve wijze worden beheerd en ontsloten, zodat kennis die met de modellen is opgedaan voor de toekomst behouden blijft. De gereedschapskist heeft de volgende kenmerken: • Het is een set van (model-)instrumentaria • Afhankelijk van de vraagstelling wordt een passend instrument ingezet (zie tekstkader 2) • Het is een middel om nieuwe inzichten in watersystemen vast te leggen • Databeheer staat centraal, zowel watersysteemgegevens als meetgegevens. Hierbij zijn verschillende concepten denkbaar, zie figuur 3. • Versiebeheer van data en modellen wordt geregeld.


10 april 2008

10/37

Tekstkader 2: Welk schaalniveau is haalbaar en nodig? Welke vragen moeten op welk detailniveau worden beantwoord? Wanneer is een globale benadering voldoende en wanneer moet op greppelniveau worden gerekend? Deze aspecten bepalen de (haalbare) omvang en het schaalniveau van een modelstudie. In tabel 1 is de gebiedsgrootte en schaal voor verschillende type vraagstukken aangeduid. Tabel 1 Gebiedsgrootte en schaal afhankelijk van het type vraagstuk Type vraagstuk Gebiedsgrootte Beleid Beheersgebied (150.000 ha)

Schaal 1:100.000

Gebiedsstudie

Stroomgebied (10.000 ha)

1:25.000 à 1:50.000

Inrichting, beheer, onderhoud

Lokaal (1.000 ha)

1:10.000

Schaal afhankelijk van inspanning gebiedsgrootte Schaal (1:...)

125000 beheersgebied

100000 75000

> 100.000 ha

stroomgebied

50000

3000 ha

25000 10000 0

inrichtingsplan 300 ha

-25000 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Inspanning (dagen/100 ha) Figuur 2 Gebiedsgrootte afhankelijk van schaal en relatieve inspanning. De inspanning is indicatief voor de modelleerkosten exclusief data-inzameling en begeleidingskosten. Naarmate de schaal gedetailleerder wordt is relatief een grotere inspanning nodig om een modelstudie te doen. Op een meer gedetailleerde schaal kan een minder groot gebied worden bestudeerd. In figuur 2 is dit geïllustreerd.


10 april 2008

11/37

Vervolg Tekstkader 2: Welk schaalniveau is haalbaar en nodig? Het gewenste schaalniveau bepaalt op welk detailniveau en met welke inspanning een modelstudie moet worden uitgevoerd. Andersom geldt dat afhankelijk van de beschikbare gegevens, doorlooptijd en budget een bepaald maximaal detailniveau kan worden bereikt. In tabel 2 is dit geïllustreerd aan de hand van 3 type vraagstukken. Tabel 2 Het haalbare detailniveau per vraagstuk (onderste blok) afhankelijk van de beschikbare data (bovenste blok) en de modellering (middelste blok). Aspect Schaal -> 1:100.000 topografie bodemkaart ondergrond ontwatering dwarsprofielen hydraulisch model hoofdsysteem grondwatermodel 250x250 Inspanning (dag/100 ha) 0,1 Gebiedsstudie Peilenplan Inrichtingsplan

1:50.000 TOP50 Bodemkaart REGIS vuistregels hoofdsysteem 100x100 0,6

1:25.000 TOP25 DINO-boringen inschatting beheerregister leggerwaterlopen 25x25 1,9

1:10.000 TOP10vector landinrichting veldwerk inmeten inmeten perceelsloten 10x10 2,5

1:5.000 tekenen veldwerk veldwerk inmeten inmeten greppels 3,8

Figuur 3 toont twee concepten voor modelbeheer. Concept A geeft de huidige werkwijze ten aanzien van modelbeheer weer. Bij deze werkwijze wordt een model voor langere tijd opgebouwd. Dit betekent dat wijzigingen in het watersysteem zowel in de basisgegevens als in het model moeten worden bijgehouden. In de praktijk wordt vaak alleen het model bijgewerkt en raakt de basisdata verouderd. Volgens de visie op de hydrologische gereedschapskist zal het modelbeheer plaatsvinden volgens concept B. Bij dit concept wordt de watersysteemdata onderhouden en wordt een model gegenereerd en gekalibreerd voor een specifieke vraag. Voordeel hiervan is dat het onderhoud één keer plaatsvindt en dat de basisdata altijd op orde zijn. Een voorwaarde is dat de modellen efficiënt en doelgericht kunnen worden gegenereerd. Bij concept B is de werkwijze als volgt: 1. vraagstelling 2. bepalen schaalniveau en gebiedsbegrenzing 3. bepalen relevante processen 4. bepalen schaal- en procesafhankelijke parameters 5. genereren model Voor stap 4 kan in GIS-regels worden vastgelegd hoe parameters afhankelijk van de schaal en gebiedsbegrenzing worden geaggregeerd (bijvoorbeeld gemiddelde, minimum, maximum etc.). In tabel 4 is ter indicatie weergegeven hoe per vraagstuk het modelconcept en bijbehorende gegevens en inspanning kunnen worden bepaald.


10 april 2008

12/37

A Model bouwen en onderhouden (huidige werkwijze) bouwen Calibreren/analyse Data watersysteem

model

watersysteem

onderhouden onderhouden B Data onderhouden en model genereren (”data bevriezen”) genereren Calibreren/analyse Data watersysteem

model

watersysteem

onderhouden

Figuur 3: Concepten modelbeheer. Concept A, huidige werkwijze, dubbel onderhoud (model én basisgegevens). Concept B, nieuwe werkwijze, alleen onderhoud basisgegevens.

In tabel 4 is indicatief de benodigde inspanning voor het opbouwen van een model aangegeven afhankelijk van de vraagstelling en het gewenste detailniveau. Het verzamelen van gegevens, begeleiding en uitvoeren van berekeningen zijn hierin niet inbegrepen. De beschikbare gegevens, het beschikbare budget voor de inspanning en de keuze van het modelconcept bepalen tevens het detailniveau van de modellering en daarmee het schaalniveau waarop de resultaten toegepast kunnen worden. Voor uitspraken of een gedetailleerder schaalniveau zijn aanvullende gegevens en extra inspanning vereist.


10 april 2008

13/37

Tabel 4

Vereiste beschikbaarheid gegevens, keuze modelconcepten en inspanning per schaalniveau en toepasbaarheid modellen Aspect Schaal 1:100.000 1:50.0000 1:25.000 1:10.000 1:5.000 Vraagstuk Beleid Gebiedstudie Inrichting en beheer modellering neerslag-afvoerproces neerslagoverschot gelumpt model snel - traag gedifferentieerd onverzadigde zone balans lagen grof lagen fijn hydraulisch model hoofdsysteem hoofdsysteem leggerwaterlopen perceelsloten greppels 10x10, lagen fijn grondwatermodel 250x250, lagen grof 100x100, lagen grof 25x25, lagen gemiddeld ontwerpberekeningen kentallen vuistregels inschatting ontwerpformules ontwerpprogramma Inspanning (dag/100 ha) 0,1 0,6 1,9 2,5 3,8 Gegevens topografie TOP50 TOP50 TOP25 TOP10vector tekenen grondgebruik LGN LGN LGN GBKN bodemkaart Bodemkaart van Nl Bodemkaart van Nl landinrichting veldwerk maaiveldhoogte AHN25x25 AHN25x25 AHN25x25 AHN5x5 + meten meten ondergrond REGIS REGIS DINO-boringen veldwerk veldwerk ontwatering vuistregels inschatting inmeten inmeten dwarsprofielen principeprofiel principeprofiel beheerregister inmeten inmeten kunstwerken peilbepalend peilbepalend beheerregister inmeten gebiedsindeling beheersgebied stroomgebied deelstroomgebied afwateringseenheid perceel *in kleur de keuze van modelconcept, benodigde gegevens en inspanning afhankelijk van het vraagstuk

2.2 Plaats binnen de organisatie Zoals in figuur 1 is geïllustreerd wordt bij hydrologische analyses gebruik gemaakt van diverse gegevensbronnen. Daarnaast wordt bij hydrologische analyses een grote hoeveelheid gegevens geproduceerd. Het is van belang dat zowel de bronnen als de resultaten op een juiste en efficiënte wijze worden beheerd en ontsloten. Aan beide zijden is er een relatie met andere onderdelen van de waterschapsorganisatie. Zowel op het vlak van informatie- en beheersystemen als op het vlak van communicatie en samenwerking is afstemming vereist. Systemen en afdelingen die een relatie hebben met de hydrologische gereedschapskist zijn weergegeven in tabel 5. Tabel 5 Systemen en afdelingen die een relatie hebben met de hydrologische gereedschapskist. Afdeling/discipline Systeem Toelichting Geoinformatie Beheerregister Beheer basisgegevens en GIS beheerregister, GIS-analyses en beheer en ontsluiting hydrologische resultaten (geoweb/ wateratlas) Monitoring Meetgegevens, meetpunten Gegevens voor kalibratie en watersysteemanalyse ICT Netwerk, serves Systeemontwerp, installatie en beheer software en datasystemen Advies watersystemen Hydrologische gereedschapskist Toepassing tbv hydrologische advisering, beheer en ontwikkeling hydrologische gereedschapskist Beleid Geoweb/ wateratlas hydrologische advisering ter onderbouwing beleid Regio Hydrologische gereedschapskist, Toepassing tbv hydrologische analyses Geoweb/ wateratlas en informatie en advies tbv operationeel waterbeheer Projecten Geoweb/ wateratlas hydrologische advisering, ontwerp


10 april 2008

14/37

3 De functies en structuur De hydrologische gereedschapkist dient om hydrologische analyses efficiënter, inzichtelijker en beter reproduceerbaar te maken. Hiertoe dienen hydrologische analysemethoden te worden gestandaardiseerd. Daarnaast moeten voorzieningen worden getroffen om de analyseresultaten op een effectieve wijze voor te bereiden, te presenteren en op te slaan. Dit betekent dat de hydrologische gereedschapskist naast de functie van hydrologisch instrumentarium een aantal andere functies kunnen worden benoemd: • een hydrologische database van ruimtelijke en gemeten parameters voor hydrologische modellering; • een geautomatiseerde uitwisseling tussen basisgegevens (beheerregisters, meetdata, geografische basisgegevens) en verschillende rekenprogramma’s; • rekenprogramma’s voor oppervlaktewateren neerslag-afvoermodellen; • rekenprogramma voor grondwatermodellen; • analysegereedschap om de berekeningsresultaten nader te analyseren en te vertalen naar functiespecifieke aspecten; • presentatiegereedschap om de resultaten van watersysteemanalyses op een eenduidige inzichtelijke wijze te presenteren. Functies Hydrologische Gereedschapskist functie HGK

Neerslag-afvoer

Externe data

uitwisseling

Oppervlaktewater Monitoring Grondwater

Hydrologische database

Beheerregister

Analyse

ICT

Presentatie

Figuur 4: Elementen en functies van de hydrologische gereedschapskist

De elementen en functies van de hydrologische gereedschapskist die in figuur 4 zijn weergegeven worden is de volgende paragrafen beschreven..


10 april 2008

15/37

3.1 Modellering De belangrijkste functies van de hydrologische gereedschapskist worden ingenomen door de hydrologische functies: modellering van neerslag-afvoer, oppervlaktewater en grondwater. Voor verschillende hydrologische deelsystemen en processen zijn in de hydrologie modelconcepten ontwikkeld. Er zijn verschillende modelconcepten per hydrologisch deelsysteem of proces. Voor deze modelconcepten zijn over het algemeen modelcodes ontwikkeld: software om hydrologische modellen samen te stellen en door te rekenen. De toe te passen modelconcepten worden bepaald afhankelijk van de vraagstelling of toepassing. In de hydrologische gereedschapskist moeten alle relevante modelconcepten beschikbaar zijn. In bijlage A wordt hier verder op ingegaan. De modelleerfuncties hebben elk een relatie met alle andere onderdelen van de hydrologische gereedschapskist. Per modelconcept moet worden vastgesteld welke voor- en nabewerking nodig is voor het betreffende modelconcept. De voorbewerking houdt in dat de benodigde invoergegevens in de hydrologische database beschikbaar moeten zijn en moeten worden omgezet naar de modelschematisatie. De nabewerking houdt in dat relevante modelparameters en berekeningsresultaten in de hydrologische database worden opgeslagen en dat voor het modelconcept specifieke analysemethoden en wijzen van presenteren worden toegepast.

3.2 Hydrologische database De hydrologische database heeft een centrale plaats in de hydrologische gereedschapskist. Het is de plaats waar voor de hydrologische systeemanalyses en –modelleringen relevante data worden opgeslagen. Deze data zijn afkomstig uit diverse andere gegevenssystemen (monitoring, beheerregister en externe basisgegevens zoals het AHN, bodemkaart, onttrekkingen etc.) en uit de modellering zelf (hydrologische parameters en berekeningsresultaten). Het is van belang dat de gegevens die voor een modellering worden gebruikt in de hydrologische database worden vastgelegd (bevroren), aangezien de brondata over het algemeen regelmatig wordt geactualiseerd. Het is niet werkbaar om een modelstudie voortdurend aan te passen aan geactualiseerde basisgegevens. Datamanagementsysteem Databestanden, of dit nu kaarten zijn of tijdreeksen, dienen opgeslagen te worden met behulp van een datamanagementsysteem (DMS) dat aansluit bij de wens naar standaardisatie op nationaal niveau (IRIS; IDsW en uitwisselingsmodel Aquo). Standaardisatie zorgt immers voor optimale uitwisseling en samenwerking tussen alle betrokken partijen. De data moeten toegankelijk zijn voor een groot aantal programma’s. Bij het toepassen van het datamanagementsysteem voor modelstudies zijn de volgende punten van belang: 1. Gebruik originele basisgegevens. In het DMS wordt zoveel mogelijk echte basisdata verzameld. Dit betekent dat als de basisdata vectorbestanden zijn (vlakken/punten of lijnen) deze als zodanig worden opgeslagen. Wanneer van Hydrologische Gereedschapkist, visie

10 april 2008

16/37

de basisgegevens afgeleide gegevens worden gemaakt (bv grids) worden deze afzonderlijk opgeslagen en beschreven. Bij samengestelde parameters, zoals bijvoorbeeld een doorlaatvermogen, worden de dikte en de doorlatendheden van de geohydrologische eenheid afzonderlijk opgeslagen. 2. Koppel de resultaten terug naar het datamanagementsysteem. Ook modelresultaten en ijkresultaten moeten teruggezet worden naar het datasysteem. Als modelresultaten beschikbaar zijn in het datasysteem dan kunnen ook andere gebruikers daarvan profiteren. Hierbij moet wel bedacht worden dat alleen relevante resultaten teruggezet worden. De gebruikte data voor het opstellen van modellen worden voor ieder project als het ware “bevroren”. Daarmee worden dus de operationele data gescheiden van de modeldata. De operationele data blijven met die aanpak altijd de basisdata.

3.3 Analyse Hydrologische meetgegevens en berekeningsresultaten bestaan meestal uit tijdreeksen en ruimtelijk variërende gegevens. Om de resultaten te kunnen interpreteren wordt gekeken naar gemiddelden, standaardafwijkingen, minima en maxima etc.. Een meer geavanceerde analyse is tijdreeksanalyse, waarmee reeksen op systematische wijze kunnen worden geanalyseerd, opgevuld en geëxtrapoleerd. Om deze analyses op een correcte en eenduidige manier uit te voeren zijn hulpmiddelen, zoals modelcodes nodig. Een hulpmiddel voor tijdreeksanalyses van hydrologische reeksen is bijvoorbeeld Menyanthes ontwikkeld door van KIWA. In veel gevallen vormen de hydrologische berekeningsresultaten een tussenresultaat op basis waarvan voor functies relevante consequenties worden vastgesteld. Zo zijn grondwaterkarakteristieken bepalend voor de ontwikkeling van vegetatie in natuurterreinen of opbrengsten in de landbouw. De methoden voor het bepalen landbouwkundige opbrengstdepressies en het toetsen van standplaatsfactoren voor terrestrische natuur zijn ondergebracht in het Waternoodinstrumentarium.

3.4 Presentatie De variatie in ruimte en tijd maakt het lastig om de resultaten van een hydrologische analyse inzichtelijk te presenteren. De resultaten kunnen op uiteenlopende manieren worden gepresenteerd en samengevat. Het is van belang om vast te stellen wat bij een bepaald vraagstuk de essentie is en wat de geëigende wijze van presenteren van de onderzoeksresultaten is. Voor een éénduidige en uniforme presentatie is het wenselijk om op specifieke parameters of vraagstukken afgestemde (standaard) lay-outs te ontwikkelen. Onder presentatie moet ook worden gedacht aan het beschikbaar stellen van analyseresultaten binnen of buiten de organisatie via intranet en internet, bijvoorbeeld door middel van Geoweb of een wateratlas.


10 april 2008

17/37

3.5 Gegevensuitwisseling Zonder gebruikersinterface is het datasysteem niet te gebruiken. Omdat er meerdere gebruikers zijn er ook meerdere interfaces denkbaar. De functionaliteit kan variëren van een eenvoudige viewer (ARCGIS) tot een interface die ook rekenprogramma’s kan aansturen. Voor modelstudies is de gegevensuitwisseling de schakel tussen het datasysteem en de rekenprogramma’s. Dus de minimaal wenselijke functionaliteit is dat de databestanden omgezet kunnen worden naar een format dat te importeren is in de modelleeromgeving. Voor bepaalde programma’s is het bijvoorbeeld nodig kaarten om te zetten naar zogenaamde gridbestanden, hoewel een dergelijke functionaliteit ook in de modelleeromgeving aanwezig kan zijn. Een ander voorbeeld is het vertalen van basisgegevens naar modelparameters (bijv. bodemtypen en afwateringskenmerken naar afvoercoëfficiënten). Tenslotte moet worden nagedacht over het opslaan van hydrologische (model)parameters en berekeningsresultaten en de terugkoppeling van wijzigingen en correcties in de basisgegevens. Voor het uitwisselen van gegevens en de vertaling van basisgegevens naar modelschematisatie en van berekeningsresultaten naar analyse- en presentatiemiddelen dienen protocollen te worden opgesteld om een consequente en efficiënte gegevensuitwisseling te realiseren.


10 april 2008

18/37

4 Realisatie 4.1 Projectorganisatie 4.1.1 Projectgroepen Voor de realisatie van de hydrologische gereedschapskist moeten zowel binnen de organisaties als tussen de organisaties zaken worden afgestemd. De afstemming met andere geautomatiseerde systemen is hoofdzakelijk een interne aangelegenheid. Het principe van de hydrologische gereedschapskist kan worden toegepast op verschillende specifieke onderdelen van de hydrologie, onder andere oppervlaktewater en grondwater. De uitwerking van deze onderdelen kan in afzonderlijke projecten plaatsvinden. Het ligt voor de hand om deze uitwerking wel met de verschillende organisaties gezamenlijk uit te voeren. Naast het ontwikkelen en selecteren van methoden en de implementatie van de hydrologische gereedschapskist binnen de afzonderlijke organisaties kan een gezamenlijke projectgroep zorgen voor de samenhang en promotie van het concept van de hydrologische gereedschapskist. De projectorganisatie is weergegeven in figuur 5.

Projectgroep HGK Projectgroep informatiesystemen waterschap A

Projectgroep grondwatermodellering

. Figuur 5

Projectgroep informatiesystemen waterschap B

Projectgroep oppervlaktewatermodellering

Projectorganisatie


10 april 2008

19/37

4.1.2 Samenwerking Bij het ontwikkelen van een hydrologische gereedschapskist zijn verschillende redenen te noemen om samen te werken: • Vergelijkbare aanpak en methode: o Gelijke uitgangspunten o Eenduidige presentatie o Aansluiting bij grensoverschrijdende projecten • Gezamenlijke investeringen o aanschaf en beheer databestanden o modelontwikkeling o ontwikkeling modelleeromgeving o ontwikkeling innovatieve methoden De Noord-Brabantse waterschappen hebben deze visie voor de Hydrologische gereedschapskist gezamenlijk opgesteld. Naast samenwerking tussen de waterschappen ligt het voor de hand om samen te werken met overige partijen die te maken hebben met het watersysteem in het beheersgebied. Mogelijke samenwerkingspartners zijn: - Provincie Noord-Brabant - waterleidingbedrijven (Brabantwater, TWM, EVIDES) - gemeenten - KNMI - België: provincie Provincie Antwerpen, Ministerie Vlaams Gewest - Provincie Limburg, waterschap Peel en Maasvallei - Overige waterschappen - RWS/ Riza (hoogwatermodel, landelijk grondwatermodel_

4.1.3 Externe ontwikkelingen Om te voorkomen dat we het wiel opnieuw uitvinden kan gebruik maken van externe ontwikkelingen efficiënt zijn. In bijlage B zijn de ons bekende ontwikkelingen in genoemd De belangrijkste ontwikkelingen waarbij wordt aangesloten zijn: - Stowa Adviesgroep Modellering - Ontwikkeling Nationaal Hydrologisch Instrumentarium.

4.2 Ontwikkeling en beheer Het realiseren van de hydrologische gereedschapskist begint bij het omarmen van de gedachtegang. De eerste stap kan gezet worden door bij nieuwe vraagstukken de watersysteemkennis centraal te stellen in plaats van de oplossingsmethode. Om deze denktrend te vereenvoudigen moet echter een werkomgeving worden ingericht die het beheren en ontsluiten van watersysteemkennis vereenvoudigt. Deze werkomgeving moet opgezet worden in nauw overleg met gebruikers en beheerders van verwante informatiesystemen: de ontwerpfase.


10 april 2008

20/37

Zodra duidelijk is hoe de werkomgeving er uit moet komen te zien en welke functies moeten worden gerealiseerd kan de werkomgeving worden ingericht en ontwikkeld: de realisatiefase. De hydrologische gereedschapskist moet onderhouden en vernieuwd worden: de exploitatiefase.

4.2.1 Ontwerpfase In de ontwerpfase worden de verschillende onderdelen nader uitgewerkt in functionele eisen en procesbeschrijvingen. Zodra deze zijn vastgesteld wordt bepaald of de onderdelen worden aangeschaft of ontwikkeld. In tabel 6 staan de mogelijke ontwikkelstrategieën met de voor- en nadelen. Tabel 6 Ontwikkelstrategieën met voor- en nadelen Ontwikkelingsstrategie Opmerkingen Kant en klare producten aanschaffen - reeds bewezen - stabieler?? - Aansluiten op marktontwikkelingen - Zie visie-rapport Maatwerk laten ontwikkelen - flexibel - maatwerk, aansluitend bij overige systemen, zoals geodata etc. Keuze zelf doen of uitbesteden - nieuwe ontwikkelingen/applicaties - modellen bouwen - modellen toepassen - modellen beheren - data analyseren - data beheren - ontwikkelen systeemkennis

Selectiecriteria De applicaties die de hydrologische gereedschapskist bevat moeten aan een aantal criteria voldoen: - berekenen wat berekend moet worden - relevante processen en concepten bevatten - voldoende betrouwbare resultaten - goed gedocumenteerd - ondersteuning en ontwikkeling - breed gebruikt en geaccepteerd - uitwisseling in- en uitvoer mogelijk - betaalbaar

4.2.2 Realisatiefase Het bouwen van de hydrologische gereedschapskist bestaat enerzijds uit het ontwikkelen van specifieke onderdelen van de gebruiksomgeving die niet kant en klaar op de markt te koop zijn. De ontwikkeling van deze onderdelen kan gezamenlijk plaatsvinden. Anderzijds gaat het om de implementatie van de hydrologische gereedschapskist in de ICT-omgeving van de organisaties. Het gaat hierbij om maatwerk per organisatie.


10 april 2008

21/37

4.2.3 Exploitatiefase In de exploitatiefase wordt het systeem beheerd, gebruikt en vernieuwd Beheren Ieder instrument heeft beheer en onderhoud nodig. Zonder beheer wordt het instrumentarium onbruikbaar of is het niet meer afgestemd op de vragen. Over taken, verantwoordelijkheden en de wijze waarop optimalisatie/ wijzigingen in het instrumentarium gedocumenteerd worden, dienen nadere afspraken gemaakt te worden. Gebruiken De hydrologische gereedschapskist moet binnen het waterschap het centrale systeem worden waarmee vraagstukken van beleid tot ontwerp en operationeel beheer worden onderzocht. Gegevens en modellen dienen te worden afgeleid uit het systeem en resultaten dienen erin te worden teruggekoppeld. Anderzijds dient het systeem een hulpmiddel te zijn voor de (deskundige) gebruiker die het uitvoeren van analyses en opstellen van rapportages standaardiseert en vereenvoudigt. Het spreekt voor zich dat een hoogwatervoorspellingsmodel of een grondwatermodel dat de verdroging in beeld brengt jaarlijks geactualiseerd wordt. Alle projecten die zijn uitgevoerd en effect hebben op de karakteristieken van een (deel)stroomgebied dienen opgenomen te zijn. Vernieuwen In de planning en begroting wordt tijd en geld gereserveerd om vernieuwingen aan de hydrologische gereedschapskist door te voeren. Het instrumentarium moet up to date gehouden worden bij nieuwe ontwikkelingen in rekentechnieken. Daarnaast kunnen nieuwe methoden worden toegevoegd, bijvoorbeeld remote sensing of andere innovatieve analysemethoden.


10 april 2008

22/37

Bijlage A

Modellering hydrologische processen

1 Inleiding De elementen worden onderverdeeld in modelcodes waarmee de in figuur 4 geïllustreerde hydrologische processen worden gesimuleerd, watersysteem- en meetdata, een gebruikersinterface, kalibratie- en analysetools en presentatietools. In dit hoofdstuk worden de verschillende elementen beschreven aan de hand van de compartimenten binnen het watersysteem of op basis van de functie. Indien nog een onderzoeksvraag nog voorligt wordt deze beschreven.

Figuur 4 Schematische weergave van de hydrologische processen binnen het watersysteem

2 Meteorologie Meteorologie omvat drijvende processen voor de hydrologie: neerslag en verdamping. In de hydrologie wordt gewerkt met meteorologische waarnemingen en voorspellingen. De beschrijving en modellering van de meteorologie is een discipline die buiten de hydrologie valt. Meten van neerslag en verdamping en vertaling van punt naar vlakdekkende waarden is wel een onderdeel dat in de hydrologie veelvuldig wordt toegepast. Neerslag Neerslag wordt gekenmerkt door ruimtelijke en temporele variatie. Afhankelijk van de toepassing wordt gebruik gemaakt van landelijk gemiddelde waarden van De Bilt of ter plaatse van het aandachtsgebied gemeten neerslag. In veel gevallen worden


10 april 2008

23/37

waarnemingen van een of enkele meetpunten representatief geacht voor een gebied. Een methode om gebiedsdekkend de neerslag te meten zijn radarbeelden. Een geschikte meetreeks moet tenminste enkele jaren lang zijn. Meetfrequentie kan variëren van 5 minuten tot dagwaarden. Voor ontwerp en onderzoeksdoeleinden wordt gewerkt met de statistische karakteristieken van neerslag. Deze kunnen zijn vervat in regenduurlijnen, een tijdreeks en of stochasten van neerslagsom, neerslagduur en –patroon. Verdamping Verdamping vertoont net als neerslag ruimtelijke en temporele variatie. Het seizoenen dagritme is echter nadrukkelijker en overheersender. Onderstaande tabel laat zien dat afhankelijk van de toepassing een ander detailniveau vereist is. Toepassingen Toepassing Neerslag-afvoerberekening Hydraulische modellering Grondwatermodel Rioleringsmodel Operationeel model Ontwerp waterretentie NBW-toetsing

Neerslag Uurwaarden Uur- of dagwaarden Dag- of decadewaarden Kwartierwaarden Radarbeelden Regenduurlijn Tijdreeks of stochasten

Verdamping dagwaarden dagwaarden Dag- of decadewaarden -

Neerslag- en verdampingsgegevens zijn in diverse formaten en tijdstappen beschikbaar. Het is van belang om aandacht te besteden aan de ruimtelijke en temporele voorbewerking van deze gegevens opdat ze reproduceerbaar zijn. Een voorbeeld van een programma dat dit mogelijk maakt is Hydronet van Hydrologic. Onderzoeksvraag Nader onderzoek is nodig naar de gewenste functionaliteit van bewerkingsprogramma’s en eisen aan de data.

3 Maaiveld en onverzadigde zone Het maaiveld en de onverzadigde zone zijn compartimenten die een rol spelen bij het afvoerproces en de grondwateraanvulling. Maaiveldhelling en infiltratiecapaciteit van de bodem zijn bepalende factoren voor snelle afvoer. De onverzadigde zone speelt een belangrijke rol bij de vochtvoorziening van vegetaties en gewassen. Daarnaast zorgt de onverzadigde zone voor demping en vertraging van de grondwateraanvulling. De wijze waarop deze compartimenten worden meegenomen bij berekeningen varieert van niet of zeer summier tot geschematiseerd in bakjes of lagen.


10 april 2008

24/37

Naast een compartiment in het hydrologische proces is maaiveldhoogte een referentie voor het beoordelen van grond- en oppervlaktewaterstanden.

Toepassingen Toepassing Maaiveld Neerslag-afvoerberekening Ontwateringsniveau, bergingsruimte Hydraulische modellering referentiehoogte Grondwatermodel Referentiehoogte, ontwateringsniveau, bergingsruimte Rioleringsmodel Referentiehoogte Operationeel model referentiehoogte Ontwerp waterretentie Referentiehoogte NBW-toetsing referentiehoogte

Onverzadigde zone Berging en afvoerfactor Berging en transport

Berging en afvoerfactor

De belangrijkste bron voor maaiveldhoogte is het AHN. In bebouwde gebieden zijn putdekselhoogten en weghoogtes meer betrouwbaar. Deze informatie is beschikbaar bij gemeenten. Een typering van de onverzadigde zone in doorlaatvermogen en vochthoudendheid kan worden afgeleid van bodemtypen. Algemene typeringen zijn beschikbaar. Voor gebiedsspecifieke typeringen is aanvullend onderzoek nodig. Onderzoeksvraag Nader onderzoek is nodig naar de gewenste nauwkeurigheid van maaiveldshoogten in relatie tot diverse toepassingen. Daarnaast dient bekend te worden welke technieken toepasbaar zijn om maaiveldhoogten in stedelijk gebied te verbeteren.

4 Grondwater Het grondwatersysteem is bepalend voor ruimtelijke relaties: op regionale schaal tussen infiltratie en kwelgebieden en op lokale schaal tussen de freatische grondwaterstand en het oppervlaktewater. Deze ruimtelijke relaties zijn bepalend voor het uitstralingseffect van ingrepen in de waterhuishouding, bijvoorbeeld vernattingsprojecten of aanleg van drainage. De grondwaterstandsdynamiek, meestal uitgedrukt in GHG, GLG en GVG, is een belangrijke standplaatsfactor voor natuur en landbouw. Voor wateroverlast in bebouwd gebied zijn met name hoge grondwaterstanden met een bepaalde herhalingskans bepalend. Het detailniveau van grondwatermodellen varieert van 250 bij 250 m tot 10 bij 10 meter. De kwaliteit van de grondwatermodellen is afhankelijk van de beschikbaarheid van gegevens op de gewenste schaal.


10 april 2008

25/37

Toepassingen Toepassing Grondwater Neerslag-afvoerberekening Ontwateringsniveau, kwel/wegzijgingsflux Hydraulische modellering Grondwatermodel/ GGOR Berekening grondwaterstanddynamiek en grondwaterstroming Rioleringsmodel Operationeel model Ontwerp waterretentie Referentiehoogte NBW-toetsing -

Onderzoeksvraag Nader onderzoek is nodig naar mogelijke aansluiting bij landelijke/regionale ontwikkelingen als bouw landelijk model en bouw Brabantbreed model. Daarnaast is onderzoek nodig naar de relatie tussen grond- en oppervlaktewater onder verschillende meteorologische omstandigheden.

5 Neerslag-afvoer Neerslag afvoermodellen Een stroomgebied reageert verschillend op droge en natte situaties. Dit is met name afhankelijk van de voorgeschiedenis, m.n. de gevallen neerslag en opgetreden verdamping. Ook processen als infiltratie, run-off en dergelijke bepalen hoeveel water uiteindelijk naar het oppervlaktewater afstroomt. Om al deze processen fysisch goed te modelleren dient een geïntegreerd model opgesteld te worden dat run-off, de onverzadigde zone en het grondwater beschrijft. Deze berekeningen zijn complex, kosten veel tijd en vaak ontbreekt voldoende data om de modellen goed te kunnen kalibreren. Om de afvoer naar oppervlaktewateren in droge en natte periodes toch door te kunnen rekenen kan ook gekozen worden voor een neerslag-afvoermodel. Met een neerslag-afvoermodel kan kennis worden opgebouwd per (deel)stroomgebied om de samenhang tussen neerslag, verdamping, beregening en afstroming van water in stroomgebieden te bepalen. Deze karakteristieke eigenschappen kunnen dan per gebied in beeld worden gebracht. Momenteel worden diverse modelcodes toegepast binnen Brabant zoals: Hydrologische Gereedschapkist, visie

10 april 2008

26/37

- Sobek RR - Wageningen bakjes model Neerslag-afvoermodellen kunnen zowel lokaal als regionaal worden toegepast. Dit heeft uiteraard consequenties voor de te gebruiken data/informatie-bestanden en het te modelleren detailniveau. Bij diverse gebieden kan de noodzaak bestaan waterschapsoverstijgende neerslagafvoermodellen op te stellen, zoals bij Howabo reeds is toegepast. Toepassingen Toepassing Neerslag-afvoer Neerslag-afvoerberekening Berekening afvoerdynamiek, onderscheid snelle en trage afvoercomponenten Hydraulische modellering Afvoerverloop Grondwatermodel/ GGOR Rioleringsmodel Inloopmodel Operationeel model Voorspelling afvoerverloop Ontwerp waterretentie Berekening afvoerverloop NBW-toetsing Berekening afvoerverloop

Onderzoeksvraag Nader onderzoek is nodig naar geschikte modelcodes voor hellende gebieden en polders. Ook het gevraagde detailniveau kan van invloed zijn op de toepassing van modelcodes.

6 Oppervlaktewater Oppervlaktewater modellen Eén van de kerntaken van de waterschappen is een goed oppervlaktewaterbeheer. Middels stuwen, onderhoud en aanpassing van dwarsprofielen kunnen we de waterstanden in onze beken en watergangen sturen. Of we nu reeds bestaand waterbeheer willen optimaliseren ten behoeve van bijvoorbeeld GGOR, beekherstel plegen of retentiebekkens aanleggen, veranderingen dienen in beeld te worden gebracht. Hydraulisch doorrekenen van de watergangen met oppervlaktewatermodellen brengt deze veranderingen in beeld. Oppervlaktewatermodellen zijn dan ook bij uitstek modellen die in de hydrologische gereedschapskist opgenomen dienen te zijn. Oppervlaktewatermodellen kunnen stationair of dynamisch gevoed zijn. Dat is afhankelijk van het inzicht dat de modellen dienen te geven. Droge periodes kennen nu eenmaal minder dynamiek dan hoogwatersituaties. In hoogwaterperiodes is de noodzaak voor frequente meetdata dan ook groter. Alledrie de waterschappen gebruiken momenteel Sobek CF als oppervlaktewatermodel. Het wordt zowel in lokale als beleidsmatige studies ingezet. Hydrologische Gereedschapkist, visie

10 april 2008

27/37

Toepassingen Toepassing Oppervlaktewater Neerslag-afvoerberekening Hydraulische modellering Berekening waterstanden (verhang), afvoer, stroomsnelheid Grondwatermodel/ GGOR Oppervlaktewaterstanden Rioleringsmodel Oppervlaktewaterstanden Operationeel model Voorspelling waterstanden en afvoerverloop Ontwerp waterretentie Waterstanden en afvoerverloop NBW-toetsing Waterstanden en afvoerverloop


10 april 2008

28/37

Bijlage B

Verschillende type data

Data is onder te verdelen in Watersysteemdata en Meetdata. Watersysteemdata Leggerdata Watersysteemdata is cruciaal om inzicht te krijgen in het watersysteem en modellen te kunnen bouwen. Watersysteemdata is over het algemeen opgenomen in de legger en daarmee in het GIS. Een lijst van benodigde data is opgenomen in bijlage C. De watersysteemdata is momenteel vaak onvoldoende op orde om hydrologische berekeningen uit te voeren. De wijze waarop watersysteemdata is opgenomen in het GIS dient afgestemd te zijn op de wensen vanuit hydrologie. Juist nu de GISafdelingen bij alle drie waterschappen binnenkort overstappen op IRIS. Hydrologische parameters Het merendeel van de hydrologische parameters kunnen slechts door kalibratie worden vastgesteld. Alleen uit betrouwbare pompproeven verkregen parameterwaarden kunnen zo worden gebruikt. Daarnaast zijn hydrologische parameters die zijn bepaald in gekalibreerde modellen (bijvoorbeeld geoptimaliseerd waterdoelenmodel) te gebruiken als watersysteemdata. Overig in Gis beheerde data Naast de leggerdata en hydrologische parameters kunnen ook andere informatiebronnen zoals bodemkaarten en landgebruikskaarten gebruikt worden om een goed beeld te vormen van het watersysteem. Meetdata Op basis van watersysteemdata en -informatie worden modellen gebouwd. Maar een model is alleen representatief als het goed gekalibreerd is op basis van meetdata. Benodigde meetdata is: - neerslag - verdamping - onttrekkingen (grond- en oppervlaktewater) - oppervlakkige afstroming - waterstanden (grond- en oppervlaktewater) en stijghoogten - afvoer per (deel)stroomgebieden maar ook - stuwwijzingen - verandering grondgebruik - verdere analyses voor markeren trendbreuken Meetdata neemt een unieke plaats in omdat meetdata gebiedspecifiek is. Er dient dus bepaald te worden op welke detailniveau de meetdata verworven dient te worden. Daarnaast kunnen de krachten gebundeld worden om ervaringen uit te wisselen. Denk hierbij aan vernieuwende methodieken om data te vergaren zoals


10 april 2008

29/37

met radar en satelliet. Helaas is het een feit dat er vaak een tekort is aan meetreeksen. Met name voldoende lange frequente meetreeksen zijn schaars. Als alle meetdata (bijvoorbeeld waterstanden en afvoeren) en watersysteemdata (bijvoorbeeld dwarsprofielen, k-waarden) goed op orde zijn, zou het met een spreekwoordelijke druk op de knop mogelijk moeten zijn om afhankelijk van de vraag een modelschematisatie te genereren. Hierbij worden afhankelijk van de criteria (schaalgrootte, urgentie van de vraag) verschillende data- en informatiebestanden gebruikt. Ter illustratie: greppels worden in lokale studies apart gemodelleerd maar in gebiedsstudies wordt de mate van begreppeling opgenomen in drainageweerstanden.


10 april 2008

30/37

Bijlage C

Externe ontwikkelingen

Om te voorkomen dat we het wiel opnieuw uitvinden kan gebruik maken van externe ontwikkelingen efficiënt zijn. In onderstaande tabel zijn de ons bekende ontwikkelingen in beeld gebracht. Externe ontwikkelingen producten/methoden

Maasstroomgebiedsdekkend model RWS, FEWS (Flood Early Warning System) schil rond neerslag-afvoermodel (modelonafhankelijk, RWS gebruikt HBV-Sobek-CF) Pilot Roer en Overmaas Mogelijkheden koppeling HOWABO HBV (neerslag-afvoermodel voor slecht doorlatende, hellende gebieden) Hydronet (Hydrologic), verwerking neerslagverdampingsgegevens t.b.v. neerslag-afvoer Wisky (data) fews (data) Modflow- Sobek CF- capsim (consortium TNO-Alterra , MIPWA), IR-database Groot regionaal grond- en oppervlaktewatermodel tbv GGOR-uitwerking Toepassing in Noord+oost-Nederland, Limburg HOWABO (SOBEK-RR + CF) Neerslag-afvoer Dommel en Aa BOS-systemen Wetterskip Fryslan Rijnland Delfland Zuiderzeeland Rivierenland (vm Alblasserwaard en Vijfherenlanden) NOFDP (Nature Oriented Flood Damage Protection) Decision Support System Grondwatermodel actief bodembeheer Kempen Modflow + kwaliteit + Sobek CF? Integrale modellering, bijv. Vasthouden in Brabant SIMGRO bij centrale waterschappen Nationaal Hydrologisch Instrumentarium, RIZA Ter vervanging MOZART-NAGROM Waterverdelingsmodel RIZA, topsysteem GGOR-modellen: Ws Veluwe (TRIWACO) HDSR (SIMGRO + Sobek CF) Ws Rivierenland (eigen modellen, zelf rekenen) Ws Brabantse Delta: grondwatermodellen per stroomgebied Waterdoelen Hercalibratie ws de Dommel, uitsnijden en detailleren


10 april 2008

31/37

Ontwikkelingen op andere vakgebieden

ProvincieProvincie trekt zich terug als modelbouwer, rol waterschap is uitwerking GGOR Aa en Maas: gebiedsdekkend model (Wageningenmodel + Sobek-CF) Infoworks (Wallingford) Oppervlaktewater, riolering Veel toepassingen in Belgie (t/m decision support system/real-time BOS, bijv www.demer.be) MIKE-SHE (Danish Hydraulic Institute) Toepassingen in België Modelomgevingen: Triflow (RH), o.a. bij Rijnland Turtle (N&S), Hollands Noorderkwartier Het Nieuwe Modelleren (Hydrologic) Open MI GIS-omgeving Sobek met Turtle (WL + N&S) Deltarea (voormalig WL-Riza-Tno-Geodelft-Alterra, Delft +Utrecht) Remote sensing ???? Diverse kleine bureau’s Cartagho, Earthwatch, Meander 2D-modellering Waqua Sobek –2D MOD-HMS Integrale modellering: Modflow + Hydraulisch-1d + Overland-flow-2d Wereldwijd veel referenties, met name VS SWAP Ecohydrologische effecten: Waternood EcoDSS OAS-projecten (optimalisering afvalwatersystemen) Stedelijke wateropgave Interactie riolering en oppervlaktewater (STOWA-project) Infoworks (vm Hydroworks + ISIS), waterketen, bijv. cluster Eindhoven (Delft, Gent, Eindhoven) KRW-verkenner KRW-tools Landbouw: Waternood (HELP) Waterpas (Alterra, HDSR) Waternood: Terrestrische natuur, standplaatsen Aquatische natuur Waterkwaliteit Opbrengstdepressies landbouw (HELP) Nutrientenuitspoeling Ecologische modellering


10 april 2008

32/37

STOWA Unie van waterschappen, landelijke afstemming waterschappen Universiteiten


10 april 2008

33/37

Bijlage D

Groslijst gewenste functies en data

Gewenste functies Naast het benoemen van de wensen omtrent het ontsluiten van data zijn ook wensen benoemd mbt automatiseringsslagen. De gedachte hierbij is dat deze efficiëntieslag voor alle partijen voordeel oplevert: Daarbij wordt gedacht aan: - Automatische netwerkgenerator. Tool die automatisch waterlopen omzet naar een netwerk dat bruikbaar is in Sobek CF. In ArcGis opstellen.Deelgebieden kunnen dan makkelijk en snel gemodelleerd worden. - Tool om dwarsprofielen automatische uit te lezen in format Sobek CF. Denk hierbij bv aan het afknippen van lager maaiveld dan de laagste insteek af te knippen. . - Tool om duikers automatisch uit te lezen in format Sobek CF (stuwen twijfelachtig of dat ook kan. Blijft modelleerwerk, idem vistrappen) - AHN aanpassen voor kades. Voor 1 d 2d modellering moet hydroloog Ahn grid aanpassen.Megaklus. AHN nu ook niet juist bij kades. AHN-grid is samengesteld uit maaiveld naast kade en hoogte kade. Aandachtspunt!!! - Id vd ligging sluit aan bij id in stuwen. Eenduidige identificatiecode introduceren. Zowel Gis als stuwenboeken als modellen als meetnet. Keuze aan anderen. Als het maar 1 keus is - Foto’s koppelen aan gisdata. Bv stuwen boeken, informatie van een stuw en locatie en foto’s als info gekoppeld aan gisdata. Voorkom dubbele informatie of locaties van opslag. - Alle sloten in Top 10 vector op elkaar aansluiten en stromingsrichting bepalen. Nu losse elementen. Nodig voor bv bepaling afwateringseenheden. Nodig voor NNP. En beinvloedsingsgebied van de stuw (is weer nodig voor NNP). - Stuwen:Bestand met invloedsgebied van stuwen. Tbv beïnvloeding grondwater. Juist vanuit NNP toename aan info. Geografisch bestand dat direct in te lezen in een grondwatermodel.Open mi (onafhankelijk van modelcode). Data Dwarsprofielen Goede weergave van de watergang en daar waar profiel veranderd een nieuw profiel. Geografische ligging (snijpunt, dwarsprofiel en lijn watergang). Waterlopen Geografische ligging Stroomrichting (is er al) Duikers Lengte Vorm (rond of vierkant of eivormig) Binnen onderkant buis bov str Binnen onderkant buis ben str Materiaal Bodemhoogte bov str Hydrologische Gereedschapkist, visie

10 april 2008

34/37

Bodemhoogte ben str Geen foto’s nodig, alleen in heel speciale gevallen Beheer: Afsluitbaar. Wanneer gaan ze dicht Syphon’s Idem duiker + knikhoogten + afmetingen zichtbaar als niet zichtbaar Stuwen (ook lop-stuwen) Bov wst Ben wst Kruin Dagmaat (doorlaatbreedte) Bodemhoogte bov Bodemhoogte ben (dit is na de woelbak) Aantal openingen Foto’s Statische en dynamische info stuw Beheer (wanneer, waarom stuwstand veranderen, kruinstand en na te streven waterstanden). Afvoeren meenemen als wens, dat vergemakkelijkt inzicht in systeemwijzigingen zoals b.v. aanzandingen: het stuwpeil blijft hetzelfde maar afvoeren veranderen. Laagste (met name! )en hoogste klepstand Soort stuw (klep of schotbalk, automatisch, hand, halfautomaat) Vorm overlaat, lange, korte, scherpe overlaat Vorm van stuwklep Materiaal Vistrappen Geografische ligging Aantal treden Bodem hoogte bov Bodem hoogte ben Dimensies bekkens Vorm Foto’s Dwarsprofiel Type (v-vormig, sleuf, de witt, of combi) Materiaal Kades Teen kruin kruin teen (x,y,z) Om de 100 m Zonken meenemen (laagste punten) Watermolens Aantal watergangen Aantal molenraders Stuwregime Historie opnemen in meetnet Hydrologische Gereedschapkist, visie

10 april 2008

35/37

Gemalen Capaciteit Aanslagpeil Uitmaalpeil Bruggen Onderkant Bovenkant Breedte Diepte Pijlers Dwarsprofiel onder brug Foto’s Een brug is nl een bijzondere duiker. Anders moet de hydroloog de kunstwerken handmatig inkloppen Overstorten Wellicht ook modellen te gebruiken vanuit waterketen als informatiebron Oppervlakte verhard/onverhard gebied. Gemeten en afgeleide gegevens. Informatie vaak voorhanden bij stroomgebieden. Stedelijke planvormers Afstemmen met waterketen Gemeente beheerder van data. Voorkeur link naar die data. Anders krijg je meerdere bronbestanden. Waterketeninfo Info RWZI’s en rioleringen onvoldoende beschikbaar. Opnemen in GIS. Locaties, overstorthoeveelheden. Koppelingen met meetdata RWZI’s en afvoermeetpunten in GIS. Opnemen uur gegevens van RWZI’s voor goed waterbeheer. Grondwater Grondwaterontrekkingen (brabant water, als particulieren, als bedrijven). Linken naar bestand bij Provincie, Brabant Water. Diepte filter, pakket waarin wordt onttrokken, capaciteit NDT’s linken naar Provincie. Peilbuizenlocaties (data en meta-data) niet opnemen in Gis maar in DINO. Ook projectinfo. Onderstaande is minder relevant door data op orde maar wel zinvol voor beheer, hydrologie en het meetnetbeheer heeft hierin mogelijk ook een taak Onderzoek Bovenwst en kruin opnemen voor stuwwijziging ivm kennis systeem (hoeveel afvoer komt er uit welke deelgebied). Gebiedskennis neemt enorm toe als dit geanalyseerd worden. Actie voor hydrologie of meetnet.


10 april 2008

36/37

Argument voor analyses om afvoeren te gebruiken ipv peilen. Analyses maken van afvoeren en peilen voor inzicht systeem. Bypass modelleren en hoeken als duikers ipv open watergang. Energieverliezen worden dan wel berekend. Versiebeheer - B.v. shape stuw oud. Opgeheven stuw met instellingen opnemen en datum van opheffing. Nodig i.v.m. met analyseren van meetgegevens en gebruik oude modellen. Het systeem kan veranderd zijn. Trendbreuken dienen inzichtelijk te worden gemaakt. Voorbeeld stuw vervangen door vispassage maar peilschaal blijft op dezelfde locatie staan. - EHS, 1 eenduidig bestand. Nu meerder versies EHS. 1 versie natuurlijk. EVZ, idem. Idem andere bestanden - Niet de ruwe AHN opnemen maar een gefilterde versie waarin invloeden van bomen en huizen ed zijn gecorrigeerd. Ook wanneer in projecten het maaiveld is aangepast, dient deze info te worden verwerkt. Toevoegen meetnet Meetnet en opslag meetdata dient op een soortgelijke manier aangepakt te worden en ook links naar data kunnen hierbij opgenomen worden in het Gis. Over welke data beschikt hydrologie? Shapes opnemen van hydrologische berekeningen (actie loopt al). Dit geldt voornamelijk voor nieuwe berekeningen. Denk hierbij aan het in beeld brengen van water op het maaiveld met de bijbehorende frequentie bij uitvoeringsprojecten zoals bij waterberging, beekherstel en natte evz’s


10 april 2008

37/37

De Hydrologische gereedschapskist

Recommend Documents