Modelcodes

Voortraject ontwikkelingen oppervlaktewatermodules NHI

Al enkele jaren is er de behoefte om de oppervlaktewatermodules voor de landelijke toepassing van het Nederlands Hydrologisch Instrumentarium, het Landelijk Hydrologisch Model (LHM), te vervangen. De huidige modelcodes voor het oppervlaktewater in LHM, het Distributiemodel (DM) en MOZART, zijn aan vervanging toe, mede omdat ze weinig mogelijkheid bieden om de schematisatie te verbeteren en beter te laten aansluiten bij het regionale waterbeheer.

In 2016 is geadviseerd om de modelcode van MOZART en DM te vervangen door RTC-tools. Dit is in 2017 en 2018 gerealiseerd, maar de uitkomsten van het model vertoonden nog niet plausibele resultaten (zie rapportage LHM 3.6). Het ontwikkeltraject is geevalueerd. Daarbij is onder meer geconcludeerd dat voor het regionale oppervlaktewatersysteem de onderliggende data moet worden vernieuwd, waarbij is geadviseerd gebruik te maken van HyDAMO.

In 2019 zijn bovendien de eisen ten aanzien van de oppervlaktewatermodellering verder aangescherpt door RWS en op basis daarvan is een nieuw advies uitgebracht voor de vervanging van DM en MOZART. Dit advies is vervolgens nog geactualiseerd  in een memo op basis van aanscherping van de wensen.

In april 2021 is door STOWA een traject gestart om de eisen en wensen van waterschappen ten aanzien van een oppervlaktewatermodule NHI in beeld te brengen. Daarbij is nadrukkelijk gekeken of er synergie kan worden bereikt met de gewenste ontwikkeling van het landelijke model. Dit traject is naar verwachting in de zomer van 2021 afgerond. In de startbijeenkomst (6 april 2021) met waterschappen is een toelichting gegeven op de inventariatie van de eisen en wensen, alsmede op het traject van de ontwikkeling van het landelijke model. De presentaties zijn hieronder beschikbaar:

De rapportage en het advies over de te ontwikkelen oppervlaktewatermodule NHI zijn hier te vinden. In januari is een geactualiseerd advies uitgebracht.  in het voorjaar van 2022 door het ontwikkelen en toepassen van software in enkele pilotgebieden.

Ontwikkeling van een prototype voor de nieuwe oppervlaktewatermodule NHI
Op basis van het voortraject is begin 2022 besloten in het NHI om een prototype voor een oppervlaktewatermodule NHI te ontwikkelen, die na doorontwikkeling moet kunnen worden ingezet als vervanger van huidige modules SIMRES en MOZART,  laatst genoemde samen met een vervanger van het landelijke Distributiemodel.

Voor de ontwikkeling zijn niet alleen eisen benoemd waaraan het prototype type in eerste instantie moet voldoen, maar ook is al rekening gehouden met eisen voor de vervolggfase. Het prototype is getoetst in zowel een vrijafwaterend gebied als in het peilbeheerste gebied. Hiervoor zijn vanuit het NHI respectievelijk stroomgebiedjes van de Hupsel en polder de Tol aangewezen. 

Het prototype is ontwikkeld in een open ontwikkelomgeving en de code is te vinden op: https://github.com/Deltares/bach

De documentatie is hier te vinden: https://deltares.github.io/bach/

Voor het vervolgtraject is met  waterschappen en  marktpartijen op 17 augustus een voorstel voor verdere ontwikkeling in de volgende fase ingediend bij TKI Deltatechnologie. Voorgesteld is om de verdere uitwerking van de eisen en wensen, zoals die vanuit het NHI zijn gespecificeerd voor de volgende fase in samenspraak met alle stakeholders uit te werken via een agile-aanpak, onder meer door gezamenlijke werksessies met waterbeheerders en marktpartijen. De uitwerking is voorzien in de tweede helft van 2022 en in 2023. In de eerste helft van september wordt reactie vanuit TKI verwacht.

Ontwikkelingen infiltratieberekeningen MetaSWAP

De afgelopen jaren heeft berekening van infiltratie en oppervlakkige afstroming beperkt aandacht gehad. De processen zijn echter belangrijk voor met name wateroverlast en de waterkwaliteit. Daarom is een voorstel uitgewerkt voor verbetering van de simulatie van het infiltratieproces in MetaSWAP, door implementatie van de zogenaamde Green-Ampt methode. Deze methode maakt gebruik van een vereenvoudigde vorm van de Richards vergelijking. De methode is geimplementeerd in MetaSWAP en getest voor het LHM.
 
De voorlopige resultaten van deze studie zijn hier te vinden
verbeterde infiltratieberekeningen NHI.pdf
 
Conceptuele modelontwikkeling TKI (grondwater , onverzadigde zone en Waterwijzers)

Binnen hydrologisch Nederland worden NHI en de Waterwijzers Landbouw en Natuur toegepast om effecten van veranderingen in hydrologie, klimaat en maatregelen op het watersysteem, de natuur en landbouw in beeld te brengen. Deltares, WENR en KWR hebben samen met een groep waterbeheerders en marktpartijen een TKI project gestart voor harmonisatie en verbetering van de modelconcepten. Daarbij wordt een grondige verbeterslag doorgevoerd in de modelcodes,  Voor meer achtergrondinformatie over dit project wordt verwezen naar de wikipagina van het TKI-project. Een presentatie met de laatste stand van zaken (juni 2022) is hier te vinden.
 
De TKI ontwikkeling heeft tot nu toe geleid tot 2 concrete producten:
1. Opname van peilgestuurde drainage en subirrigatie in MetaSWAP. Dit product is opgenomen als onderdeel van iMOD 5.4 (release augustus 2022). Deze is te downloaden op Get started - iMOD - oss.deltares.nl. Voor meer achtergrondinfo over de nieuwste aanpassingen in MetaSWAP wordt verwezen naar Software.
2.  Programmatuur waarmee quasi 3D kan worden gerekend in MODFLOW 6 (vergelijkbaar met de mogelijkheid in MODFLOW 2005), zonder dat hoeft te worden gerekend met een aangepaste modelcode. Dit wordt hieronder verder toegelicht.
 
MODFLOW 6 is de actuele rekencode van MODFLOW (USGS). Met deze rekencode kan alleen nog 3D worden gerekend. Dit betekent dat scheidende lagen expliciet (als actieve laag)  in de modelschematisatie dienen te worden opgenomen. Bij een model waarin elk watervoerend pakket een eigen modellaag heeft, betekent dit grofweg een verdubbeling (minus de laatste scheidende laag) van de rekenlast.  In de voorgaande MODFLOW-versies (bijv. MODFLOW 2005 /iMODFLOW) kon altijd quasi-3D worden gerekend omdat per modellaag een horizontale doorlatendheid en verticale weerstand werd opgegeven. In deze weerstand kon de aanwezigheid van een scheidende laag worden verdisconteerd zonder dat deze expliciet in het model was opgenomen.

Het quasi 3D rekenen is gebaseerd op de Depuis-Forgheimer aanname dat de horizontale stroming in een scheidende laag verwaarloosbaar is. Hierdoor is het valide om deze te modelleren middels een verticale lekterm tussen de modellagen. Omdat deze aanname, zeker voor regionale Nederlandse modellen vaak valide blijft, is binnen deze TKI in een methode ontwikkeld waardoor quasi 3D gerekend kan worden met MF6. De methode heeft geresulteerd in een Python-script waar middels een XMPI-koppeling de verticale doorlatend in het MF-model, na initialisatie wordt aangepast. Het script is te vinden op Github:

Deltares / iMOD / mf6-dupuit · GitLab