- 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 -
Top Related