Overstromingen simuleren aan de hand van big-data en slimme algoritmes

Een voorbeeld van het waterschap Vechtstromen

Stel, een kering dreigt te falen. Kan ik dan binnen 1 uur de situatie simuleren en de mogelijke consequenties bepalen? Waterschap Vechtstromen ontwikkelde een werkwijze om snel en gedetailleerd overstromingsscenario’s te simuleren en de resultaten te delen met de Veiligheidsregio. Lees hieronder over dit project.

Crisisbeheersing

Het vroegtijdig inschatten van effecten van een falende kering bij een calamiteit is cruciaal. Als er in het beheergebied van waterschap Vechtstromen waterkeringen falen en overstromingen ontstaan wil de Veiligheidsregio zo snel mogelijk antwoorden hebben. Zo is het belangrijk om te weten waar de stroom zal uitvallen en waar mensen en vee moeten worden geëvacueerd.

Waterschap Vechtstromen is daarom eind 2019 gestart met een aantal trainingen om te leren werken met de overstromingsmodule van het Tygron Platform. Het doel was om snel (binnen een dagdeel) een overstroming te simuleren en resultaten te delen met de Veiligheidsregio tijdens een calamiteit.

Het project startte met de ‘theorie’: hoe werkt de watermodule van het Tygron Platform? Aveco de Bondt heeft hier, vanuit een aantal theorie en praktijkvoorbeelden, invulling aan gegeven. In de volgende trainingen draaide het om de praktijksituaties: hoe bedien je het Platform en hoe modelleer je een scenario?

Simulatie van het falen van de kering bij het Omleidingskanaal (Dinkel). Links zie je de waterdiepte. De oranje pijl (Omleidingskanaal in de buurt van de Beuningerveldweg) geeft het falen van de kering (de locatie van de bres) aan. Rechts zie je de stroomsnelheid.

Tygron heeft samen met een aantal waterschappen software ontwikkeld om snel dijkdoorbraken te simuleren met behulp van big data. De berekeningen worden uitgevoerd op een GPU supercomputer, waardoor er razendsnel resultaten gegenereerd kunnen worden in zeer hoog detailniveau. Met de resultaten van de berekeningen kan de impact van een mogelijke overstroming nauwkeurig worden bepaald. En dit is weer van belang voor de veiligheidsregio’s. Kijk voor meer informatie over de werking van deze watermodule op: https://www.tygron.com/en/2020/02/12/the-water-module/

Het Tygron Platform wordt inmiddels breed ingezet door waterschappen, gemeentes, provincies en consultants. Bij waterschap Vechtstromen wordt al enkele jaren gewerkt met de software voor het uitvoeren van stresstesten. Zie ook: https://www.vechtstromen.nl/@37742/stresstest-stad/

Testen en afwegen

Hydrologen van waterschap Vechtstromen hebben getest wat de belangrijkste factoren zijn die de effecten van een falende kering bepalen. Van daaruit is bepaald welke aannames en keuzes er gedaan moeten worden bij simulaties. Want tijdens een calamiteit is er immers beperkt tijd om een model op te bouwen.

Een belangrijke keuze betrof het genereren van een nieuw project of het gebruiken van bestaande projecten en deze inzetten en configureren tijdens een calamiteit. Gekozen is voor de eerste optie, omdat je dan altijd beschikt over de meest actuele data. Deze en andere aannames zijn verwerkt in een stappenplan en uitgangspuntendocument om tot de aanpak van het modelleren van een overstroming te komen.

Een test die gedaan is gaat over het inladen van duikers. Automatisch (indien beschikbaar) worden duikers met een standaard diameter van 1 m ingeladen. Na de test bleek dat het belangrijk is om de duikers met de werkelijke diameter in te laden. Dit omdat dit een ander overstromingsbeeld kan geven. In de afbeelding hierboven is het effect van duikers op het overstromingsbeeld goed te zien.

Tygron heeft vervolgens deze uitgangspunten en het stappenplan verwerkt in een handleiding en een templateproject. Met het templateproject kan eenvoudig en snel een nieuw project worden opgezet. Dit omdat bepaalde standaardinstellingen al automatisch ingevuld zijn. Denk hierbij aan legenda kleuren, attribuutnamen van de data die wordt ingeladen, resultaatkaartlagen die je uiteindelijk wilt hebben en meer. Vechtstromen heeft de te gebruiken datasets voor het hele beheergebied klaargezet voor het waterschap. Hierdoor kunnen ervaren gebruikers ten tijde van een calamiteit binnen een half uur simulaties uitvoeren.

Resultaten in beeld

In de laatste training werd de handleiding en het templateproject getest. Een aantal locaties waar het fictieve falen van keringen werd gesimuleerd waren de Midden Regge bij Den Ham, de Hoogeveense Vaart, de Vecht bij Hardenberg en het Stieltjeskanaal. Het resultaat was dat de getrainde medewerkers van Vechtstromen met behulp van de handleiding binnen de gestelde tijd een overstroming konden simuleren op de verschillende locaties in hun beheergebied. Vervolgens konden de resultaten geëxporteerd en gedeeld worden met de Veiligheidsregio.

Belangrijk voor de Veiligheidsregio is bijvoorbeeld de maximale waterdiepte per locatie (zie bovenstaande figuur). Deze en meer resultaten kunnen op verschillende manieren en formaten uit het Platform gehaald worden en gedeeld met de Veiligheidsregio.

De handleiding is op de Wiki Van Tygron geplaatst. Dit tezamen met de andere documentatie van de software. Zo kunnen de uitgangspunten en stappen door iedereen, dus ook andere waterschappen, (her)gebruikt worden. En dat andere waterschappen hier ook mee bezig zijn, blijkt uit de reactie van een hydroloog van waterschap Rijn en IJssel op ons forum. Ook Rijn en IJssel heeft namelijk met behulp van het Tygron Platform een handleiding opgesteld om een overstroming te simuleren. Interessant om te zien is dat deze handleidingen veel overeenkomsten in keuzes en aannames bevatten.

Reacties

Sjon Monincx, senior-adviseur bij waterschap Vechtstromen en projectleider van dit project, heeft de aanpak van waterschap Vechtstromen gepresenteerd in het PCWMN[1]. Dit aan de hand van een kadebreuk van de Vecht bij Zwolle. Reacties uit het gezelschap van hydrologen en adviseurs crisisbeheersing waren positief. Hydrologen vonden het interessant en waren geïnteresseerd in het rekenmodel van de software. Mensen uit de crisisbeheersing waren vooral verrast door de realistische 3D beelden. Door hen werd aangegeven dat de directeuren uit de stuurgroep dit zeker moesten zien.

Ook de vraag: ‘hoe weet je dat het klopt?’ werd gesteld. Belangrijk is om hierbij altijd te beseffen dat een model een vereenvoudiging van de werkelijkheid blijft en niet de realiteit. De hydroloog die aan de knoppen zit, moet zelf goed op de hoogte zijn hoe het model rekent, wat er wel en niet inzit, welke limitaties er zijn en hoe reëel de uitkomsten daardoor zijn.

Benieuwd naar de handleiding van waterschap Vechtstromen? Bekijk hem hier op onze Wiki: https://support.tygron.com/wiki/Falen_keringen_template

Voor het uitgangspuntendocument, zie: https://support.tygron.com/wiki/Uitgangspunten_falen_keringen_template.

Zie ook de handleiding van waterschap Rijn en IJssel: https://community.tygron.com/forum/discussion/254/calamiteiten-falende-keringen-simuleren-stappenplan#latest

 

[1] Platform Crisisbeheersing Waterschappen Midden Nederland