- Flexibele kranen in een dynamisch systeem -

Dynamisch waterbeheer

RijkswaterstaatTechnische Universiteit Delft

Deltares

Beheer focust in volgorde van belangrijkheid op:

1. Veiligheid2. Nutsvoorzieningen3. Kleinschalig hoogwaardig gebruik4. Overige belangen

> Bij droogte en hoogwaters is de accommodatie van het water echter niet optimaal.

Twee voorbeelden…

Huidig beheer

Onder ‘normale’ omstandigheden is de huidige beheersmethodiek prima en levert water in Nederland geen problemen op

Droogte

Huidig beheer bij droogte: streefpeil handhaven [y]anticipatie, adaptatie, … [n]

Casus 2003:- Aanhoudende droogte & verzilting

Hollandsche IJssel- Zoetwatervoorziening door inzet

van Tolhuissluisroute: transport Markermeerwater naar Groene Hart

- Na 3 dagen pas effect op zoutprop- Scheepvaartstremming door

noodzakelijke afsluitingen- Terwijl…- IJmuiden: reguliere 90 m3/s debiet.- Meer dan noodzakelijk zoetspoelen

Hoge afvoer (dreigend hoogwater)

Waterverdeling in Nederland- Pannerdensche Kop en IJsselkop- Verdeling ongeveer 1/3 – 2/3- Afhankelijk van natuurlijke grillen- Niet stuurbaar of controleerbaar- Onafhankelijk van maatschappe-

lijke behoeften- Terwijl…- Het is de vraag of alle Rijkswateren

volledig benut worden voor berging en afvoer…

Huidig beheer bij grote afvoer: baggeren [y]anticipatie, adaptatie, … [n]

Externe invloeden op nationaal watersysteem

Invloed van externe factoren is onbekend voor korte/lange termijn

- Klimaatverandering- Rijn- en Maasafvoer

- Energievraagstuk- Energiezuiniger bedrijfsvoering

- Financiële crisis- Minder investeringen in dijken

- Demografische ontwikkelingen- Veiligheidsnormering

- Landbouwstrategie- Zilte teelten?

- Drinkwatervoorziening- Zoetwaterberging?

Dynamisch Waterbeheer

Benodigd:1. Flexibel inzetbare regelkranen

(gemalen, sluizen, stuwen, etc.)2. Geoptimaliseerde bediening

regelkranen3. Samenwerking waterbeheerders:

nationaal, regionaal en lokaal

Resultaat:- Optimale benutting afvoer en

bergingscapaciteit rivieren- Optimale allocatie van het zoete

rivierwater

Nederlandse watersysteem is één groot samenhangend systeem en optimalisatie van de waterverdeling naar maatschappelijke behoeftes

1a. Flexibel inzetbare regelkranen

Hoofdkranen:- Spuisluizen Afsluitdijk- Stuw Driel- Haringvlietsluizen

Nevenkranen:- Spui-/ gemalencomplex IJmuiden- Volkeraksluizen- Sluis Panheel- …

Met inzet van ‘regelkranen’ in het nationale watersysteem kan het water gestuurd worden.

1b. Flexibel inzetbare regelkranen

Regionale koppelingen:- Sluis Muiden- Julianasluis / Waaiersluis- Keersluis - …

Met inzet van andere ‘regelkranen’ zijn het nationale watersysteem gekoppeld aan het regionale watersysteem.

2a. Geoptimaliseerde bediening regelkranen

- Veiligheid- Zuidwestelijke Delta- Rivierengebied

- Waterkwantiteit- Scheepvaart - waterdiepte- Energievoorz. - koelcapaciteit - Regionale watersystemen- Natuur & ecologie

- Waterkwaliteit- Landbouw in Groene hart- Drinkwaterproductie- Ecologie in ZW Delta

Diverse doelen worden in deze benadering afgewogen op een voorafgedefinieerde wijze en conform deze zo optimaal mogelijk bediend

2b. Geoptimaliseerde bediening regelkranen

Randvoorwaarden (huidig & verwacht):- Instroom Maas, Schelde & Rijn- ZeewaterstandBegrenzingen- Maximale snelheden & debieten

door kunstwerken- Maximale afvoer per riviertakUitgangspunten- Flexibiliteit (streef)peilenWeging doelen- Veiligheid bovenaan- scheepvaart : koelcapaciteit : …(!)

Definiëring oplossingruimte

2c. Geoptimaliseerde bediening regelkranen

Betrokken expertises:- Waterbeheer (kwaliteit/kwantiteit)

- watersysteemmodellering- Meet- en regeltechniek

- Aansturing regelkranen- Procestechnologie

- Model Predictive Control- Technische Wiskunde

- Optimalisatie doelfunctie

Oplossing én uitdaging: het succesvol combineren van expertises!

Present and Future Setpoints

Present and Future Errors

Optimization Internal ModelPresent and Future Inputs

Present and Future Outputs

Future Output

Open Loop Output

Actual SystemPresent Input

Present Output

Closed Loop Output

Present Output

Controller

Actual System

+

--

Objective Function Constraints Present and Future Disturbances

Present Disturbance

10987654321

11

Maeslantkering

Oude Maas

Rotterdam

Dordrecht

Gorinchem

Maas

Moerdijk

Tiengemeten

Haringvliet-West

Volkerak-Zoommeer

Oosterschelde

Verschil waterstand huidige situatie vs maatregelen scenario I1

(cm)

- 4,8

- 6,7

- 8,0

- 11,4

- 2,7

- 5,1

- 17,3

- 19,8

- 20,0

+ 50,5

- 1,7

Testcase: Scenario 1 Hoge rivierafvoer

Maatregel: hoge rivierafvoer wordt gestuurd naar Zeeland

* verschil gemeten op hoogste waterstand van huidige situatie voor dit scenario

(rijnafvoer van 11.000 m3 bij Lobith, waarschijnlijkheid: 1/100 jaar)

10987654321

11

Maeslantkering

Oude Maas

Rotterdam

Dordrecht

Gorinchem

Maas

Moerdijk

Tiengemeten

Haringvliet-West

Volkerak-Zoommeer

Oosterschelde

Verschil waterstand huidige situatie vs maatregelen scenario I*

(cm)

- 65

- 64

- 65

- 64

- 46

- 55

- 72

- 71

- 67

+ 211

- 242

* verschil gemeten op hoogste waterstand van huidige situatie voor dit scenario

(rijnafvoer van 11.000 m3 bij Lobith, storm op zee, waarschijnlijkheid: 1/10.000 jaar)

Testcase: Scenario 2 Hoge rivierafvoer + Storm

Maatregel: hoge rivierafvoer wordt gestuurd naar Zeeland, er is ook storm op zee

123

IJsselmeer

Grootste verschil waterstand huidige situatie vs maatregelen

scenario III* (cm)

- 10,2

- 20,0

+ 18,7Markermeer

Noordzeekanaal

2

-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

01 85 169 253 337 421 505 589 673 757 841 925 1009 1093 1177 1261 1345 1429 1513 1597 1681 1765 1849

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

01 97 193 289 385 481 577 673 769 865 961 1057 1153 1249 1345 1441 1537 1633 1729 1825

3

1

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

1 98 195 292 389 486 583 680 777 874 971 1068 1165 1262 1359 1456 1553 1650 1747 1844

Huidige sturingNieuwe sturing

* Rijnafvoer van 11.000 m3 bij Lobith en storm op zee, waarschijnlijkheid: 1/10.000 jaar

Testcase: Scenario 3 Hoge rivierafvoer

Maatregel: water tijdens piekafvoer van IJsselmeer afgevoeren naar Markermeer en Noordzeekanaal

Er wordt gebruik gemaakt van bestaande infrastructuur en onbenutte berging van het Markermeer

Communicatie

Noordzakelijk voor/want:- Koppeling BOS-en van

verschillende beheerders- Het is (voorlopig) een

beslissingsondersteunend systeem voor niet reguliere omstandigheden.

Dus:- RWS-Studio zet een Community

of Practice op Doel:- De gedachte van Dynamisch

Waterbeheer te delen en in de praktijk testen.

Communicatie tussen waterbeheerders blijft essentieel!

RijkswaterstaatDeltares

Technische Universiteit Delft

- Dynamisch Waterbeheer -