Doel van het project is het ontwikkelen van een concept voor een vereenvoudigde, gelumpte benadering voor het Nederlandse oppervlaktewatersysteem waarmee realistischere berekeningen van grondwaterstanden, gebiedsafvoeren en waterverdeling volgens verdringingsreeksen wordt verkregen, zowel op regionaal als landelijk schaalniveau.
Daarvoor worden de gewenste functionaliteiten ontwikkeld en toegevoegd aan bestaande softwarelijnen, en wordt er voor gezorgd dat ze in combinatie met bestaande modelsoftware (MODFLOW, MetaSWAP en D-Hydro) werken. In casussen in zowel hellend gebieden als poldergebieden zal worden aangetoond dat de functionaliteiten correct zijn geïmplementeerd en draagvlak hebben bij de waterbeheerders.
De te ontwikkelen concepten dienen aan het einde van het project te worden verankerd in te onderhouden software die in samenhang met bestaande software in het NHI kan worden ingezet voor grondwater (in MODFLOW en MetaSWAP) en oppervlaktewater (hydraulische software, zoals D-Hydro Suite 1D2D). De software dient aan het eind van het project geschikt te zijn om in vervolgtrajecten te kunnen worden toegepast voor (verbeterde) berekening van de regionale wateropgaven en de landelijke analyses voor de zoetwatervoorziening en de waterkwaliteit.

Conform de adviezen van marktpartijen in het voortraject moet bij de uitwerking van de concepten nadrukkelijk rekening worden gehouden met de beschikbaarheid van basisdata. Uiteindelijk zal de implementeerbaarheid van de modelconcepten worden bepaald vanuit deze databeschikbaarheid. Daarom zal het modelconcept zodanig moeten worden ontwikkeld dat het met de beschikbare data zo goed mogelijk aan de van te voren opgestelde eisen voldoet. Een belangrijk doel van het project is dan ook om in samenwerking met betrokken marktpartijen en waterbeheerders toe te werken naar een goede balans tussen de functionele eisen en de eisen t.a.v. rekentijd, schaalbaarheid, nauwkeurigheid en gebruiksgemak.

De ontwikkeling zal naar verwachting een belangrijke bijdrage leveren aan de overbrugging van de uitgangspunten in regionale en landelijke studies voor het Nederlandse waterbeheer. Doordat regionale en landelijke partijen in de toekomst gebruik zullen maken van een zelfde benadering voor het oppervlaktewater, draagt de ontwikkeling direct bij aan de verbinding tussen strategische en uitvoerende niveaus in het waterbeheer, zoals beoogd in TKI Deltatechnologie.

Dit projectvoorstel draagt bij aan MMIP C1 (klimaatbestendig landelijk gebied voorkomen van wateroverlast en watertekort) en C4 (verbeteren waterkwaliteit) uit de KIA-Landbouw Water en Voedsel.
Specifiek zorgt het projectvoorstel voor:
- Ontwikkeling van verbeterde concepten voor een robuuste onderbouwing van de Nederlandse zoetwatervoorziening. De concepten moeten zowel op regionale als landelijke schaal toepasbaar zijn en bovendien voor heel Nederland (van de hoge zandgronden tot veenweidegebieden en verzilt Nederland). Het resultaat zal naar verwachting door waterschappen en het rijk worden toegepast voor verbeterde kwantificering en afweging van klimaatadaptieve maatregelen (Dit adresseert alle deelprogramma’s in C1 m.u.v. verbeterde governance).
- Een verbeterde basis voor het duiden van de kwaliteit van het Nederlandse watersysteem en het berekenen van scenario’s m.b.t. de waterkwaliteit en ecologie. Dit voorstel beoogt de belangrijkste gesignaleerde knelpunten in de hydrologie die ten grondslag ligt aan berekeningen in de waterkwaliteit op te lossen.
De innovaties worden vastgelegd in de basisinstrumenten die ook worden ingezet in het missiegedreven onderzoek van de kennisinstituten. Bijvoorbeeld voor Deltares voor het beantwoorden van de onderzoeksvragen in de missiegebieden toekomstige delta’s en duurzame delta’s.

De ontwikkelingen zijn onderverdeeld in verschillende deelprojecten. De rode draad in het project is de conceptuele uitwerking van de basisfunctionaliteiten voor de modelcode. Aanvullend worden in diverse deelprojecten complexe onderdelen verder ontwikkeld, voor de landelijke waterverdeling en de verdringingsreeks, voor specifieke regionale functionaliteiten, voor verschaling van data en functionaliteiten en voor pre- en postprocessing. De ontwikkeling van deze functionaliteiten vindt plaatst in samenwerking met waterbeheerders en marktpartijen in verschillende proefgebieden.

De deelprojecten doorlopen verschillende stadia, die in verschillende sprintsessies worden uitgewerkt. Daarbij worden aan het begin en eind van elke sprint de gewenste functionaliteiten besproken en geprioriteerd met de diverse stakeholders. Vervolgens worden de functionaliteiten geïmplementeerd in deelmodules van software, en vervolgens getest en gevalideerd. Hiervoor worden specifieke testomgevingen opgesteld en ingericht. De ontwikkelingen van de verschillende functionaliteiten voor het software komen uiteindelijk samen in de software release, waarin ook de software voor het grondwater en de onverzadigde zone worden opgeleverd.

Tussen de deelprojecten wordt frequent (minimaal eens per maand) afgestemd, zodat de deelprojecten van elkaars ontwikkelingen op de hoogte zijn en eventuele afhankelijkheden voldoende in beeld blijven. De voortgang en resultaten van de ontwikkelingen worden breed gedeeld, bijvoorbeeld in NHI-bijeenkomsten, softwaredagen en aanvullende symposia en ontsloten via de website NHI en de website van de software.

Activiteit - Type activiteit - Rol partijen
1. Ontwikkeling basisfunctionaliteiten voor simulatie oppervlaktewater - Industrieel onderzoek - Deltares: ontwerp en software ontwikkeling. Borgen van de aansluiting bij Deltares ontwikkeling voor vernieuwing van Ribasim en iMOD software binnen de productlijn hydrologie. Alle partijen: formuleren eisen en besluitvorming (in sprint sessies). VanWater: heeft aangegeven op verzoek beschikbaar te zijn als sparringspartner voor Deltares door kennis inbreng m.b.t. SIMRES.
2. Uitwerken van de landelijke waterverdeling incl. verzilting - Industrieel onderzoek (75%) en experimenteel onderzoek (25%) - Rijkswaterstaat: formuleren eisen en besluitvorming. Deltares: software ontwikkeling
Hydrologic: bijdrage aan testen en validatie en evt. aanscherpen programmeren
3. Interactie hoofdsysteem, regionale oppervlaktewater-systemen en detailsystemen Industrieel onderzoek - Aa en Maas en evt. andere waterschappen: formuleren eisen en besluitvorming conceptuele keuzes. Deltares: adviseren conceptuele keuzes en software ontwikkeling. RHDHV: uitwerking verschillende conceptuele keuzes en uitvoering regionale analyses, incl. vergelijking met metingen.
4. Afleiden workflow op basis van data in HyDAMO en consistentie met D-Hydro - Industrieel onderzoek - WS Limburg en evt. andere waterschappen: formuleren eisen en besluitvorming conceptuele keuzes. HKV en Deltares: conceptuele uitwerking en software ontwikkeling
5. Uitwerking specifieke regionale wensen (wisseling stroomrichting, vereenvoudigde hydraulisch gedrag, peilgestuurde drainage etc.) - Industrieel onderzoek - Deltares: software ontwikkeling. Hydroconsult: bijdrage aan ontwerp en software ontwikkeling van specifieke regionale wensen. VanWater: beschikbaar als sparringspartner voor Deltares op basis van kennis SIMRES. Waterschap Brabantse Delta en evt. andere waterschappen formuleren eisen en besluitvorming keuzes en dragen bij aan testen en validatie.
6. Onderzoek gecombineerde toepassing met hydrodynamische model en grondwatermodel - Industrieel onderzoek (75%) en experimenteel onderzoek (25%). - Deltares: software ontwikkeling. Witteveen+Bos: bijdrage aan ontwerp en testen en validatie. WS Rivierenland en evt. andere waterschappen formuleren eisen en besluitvorming conceptuele keuzes
7. Onderzoek koppeling met grondwater en testen en validatie in pilotgebied - Industrieel onderzoek (50%) en experimenteel onderzoek (50%). - Deltares: software ontwikkeling en bijdrage grondwatermodellering in de pilot
SWECO: toepassen en testen en validatie in een pilotgebied in interactie met de ontwikkelaar. WS Rijn en IJssel en evt. andere waterschappen: formuleren eisen en besluitvorming conceptuele keuzes.
8. Samenbrengen van ontwikkelingen en opname in hydrologische software lijnen - Industrieel onderzoek -
Deltares brengt softwareontwikkeling samen binnen productlijn hydrologie en borgt samenhang (o.a. met vernieuwing Ribasim, WFLOW en iMOD).
9. Overzicht en samenhang componenten - Coördinatie, afstemming en disseminatie - Alle partijen, onder aanvoering van Deltares.

Uit vooronderzoek inclusief een marktconsultatie is gebleken dat de combinatie van de specifieke functionaliteiten die worden geëist in het Nederlands waterbeheer niet elders beschikbaar is. Dit maakt het voorstel per definitie al innovatief, maar ook de uitwerking draagt hier verder aan bij.

De uitwerking zal plaats vinden door samenwerking van een groot aantal partijen binnen een open ontwikkelomgeving. Daarbij zal direct worden aangesloten op de nieuwste open source modelcodes voor het grondwater (MODFLOW 6) en nieuwste, in ontwikkeling zijnde modules voor grondwater en de onverzadigde zone (zie het TKI voorstel DEL143). De verschillende modelcodes voor het grondwater, de onverzadigde zone zullen met de te ontwikkelen oppervlaktewatermodule worden gekoppeld door middel van een state-of-the art techniek gebaseerd op BMI (Russcher et al, USGS & Deltares, 2020).

De beoogde ontwikkeling wordt gerealiseerd in een moderne programmeertaal (Julia) die de voordelen van rekenkracht van klassieke programmeertalen combineert met de gebruikersvriendelijkheid van moderne scripttalen (zoals Python), deze taal is nog niet eerder in NHI-ontwikkelingen toegepast. De ontwikkeling in Julia biedt mogelijkheden om makkelijk aan te sluiten bij open source ontwikkelomgeving elders in de wereld, onder meer door generieke functie-bibliotheken te hergebruiken.

In de periode februari – juli 2023 is door Deltares een eerste prototype van de oppervlaktewatermodule uitgewerkt, om te onderzoeken of de boogde uitwerking in een nieuwe software omgeving vertrouwen biedt voor verdere uitwerking van de eisen en wensen van de waterschappen en Rijkswaterstaat. In juli is het prototype gepresenteerd aan een begeleidingsgroep NHI, en ook zijn resultaten getoond aan de marktpartijen. De reacties waren enthousiast en er is geconcludeerd dat de ingeslagen weg voldoende vertrouwen biedt voor het gewenste ontwikkeltraject.

Hoewel de geschetste ontwikkeling weliswaar focust op uitwerking voor Nederland, biedt het ook kansen voor toepassing in het buitenland, getuige het feit dat de USGS, de ontwikkelaar van de wereldwijd toegepaste modelcode voor simulaties van grondwater, veel interesse heeft in deze geplande ontwikkeling.
Tegelijkertijd zal worden bewaakt dat de ontwikkeling niet ‘doorslaat’ in innovatie zonder toepassing; de betrokkenheid van een groot aantal marktpartijen en waterbeheerders zal borgen dat het product praktisch toepasbaar wordt en voldoende aansluit bij de huidige waterbeheerpraktijk.

Partij - Product (zie boven) - Toepassing en valorisatie
1 Deltares - 1 – 9 - Ontwikkeling van modelcodes en koppelingen, toepassing in pilotgebieden, ontwikkeltesten, release en publicatie (+coördinatie) opname modelcode in productlijn hydrologie.
2 STOWA - 1 en 9 - Bijdrage aan o.a. validatie en publicatie. Opname resultaat in gereedschapskist NHI. Vanuit eindgebruikers meedenken over uitwerking onderdelen 1 t/m 7.
3 Rijkswaterstaat - 1, 2 en 9 - Bijdrage aan o.a. validatie en publicatie. Inzet resultaat in beleidsanalyses m.b.t. waterverdeling en waterkwaliteit. Vanuit eindgebruikers meedenken over uitwerking onderdelen 1 t/m 7.
4 HKV - 1 en 4 - Bijdrage aan ontwikkeling, toepassing, testen en publicatie.
5 Hydrologic - 1 en 2 - Bijdrage aan ontwikkeling, toepassing, testen en publicatie.
6 Hydroconsult - 1 en 5 - Bijdrage aan ontwikkeling, toepassing, testen en publicatie.
7 Witteveen+Bos - 1 en 6 - Bijdrage aan ontwikkeling, toepassing, testen en publicatie.
8 SWECO - 1 en 7 - Bijdrage aan ontwikkeling, toepassing, testen en publicatie.
9 RHDHV - 1 en 3 - Bijdrage aan ontwikkeling, toepassing, testen en publicatie.
10 VanWater - 1 en 5 - Op verzoek beschikbaar als sparringspartner en bijdrage publicatie.
11 Waterschap Limburg - 1, 4 en 5 - Bijdrage aan o.a. validatie (incl testen in aanvullend project) en publicatie. Vanuit eindgebruikers meedenken over uitwerking onderdelen 1 t/m 7.
12 Waterschap Aa en Maas - 1, 3 en 5 - Bijdrage aan o.a. validatie (incl testen in aanvullend project) en publicatie. Vanuit eindgebruikers meedenken over uitwerking onderdelen 1 t/m 7.
13 Waterschap Rijn en IJssel - 1, 5 en 7 - Bijdrage aan o.a. validatie (incl testen in aanvullend project) en publicatie. Vanuit eindgebruikers meedenken over uitwerking onderdelen 1 t/m 7.
14 Waterschap Brabantse Delta - 1 en 5 - Bijdrage aan o.a. validatie (incl testen in aanvullend project) en publicatie. Vanuit eindgebruikers meedenken over uitwerking onderdelen 1 t/m 7.
15 Waterschap Rivierenland - 1, 5 en 6 - Bijdrage aan o.a. validatie (incl testen in aanvullend project) en publicatie. Vanuit eindgebruikers meedenken over uitwerking onderdelen 1 t/m 7.

Welk ‘product’ (zie boven)? IP bij welke partner(s) Hoe wordt dit product toegankelijk gemaakt
1 – 3
5 - 7 Deltares Het prototype wordt in een open omgeving ontwikkeld binnen Github. De precieze wijze waarop dit wordt vorm gegeven wordt afgestemd met mede-ontwikkelaars en betrokken partijen in NHI.
4 Deltares De preprocessing wordt in een open omgeving ontwikkeld binnen Github. Zie ook de opmerking hierboven.
8 Deltares Het eindresultaten wordt open Source (GPL v3) ontsloten via https://oss.deltares.nl.

De voortgang en resultaten worden gepresenteerd op de NHI-dag (jan 2023), de Nederlandse IMOD-gebruikersdag (juni 2023), en de internationale software dagen van Deltares (nov 2023).

Informatie wordt eveneens gedeeld op de verschillende websites: www.nhi en https://oss.deltares.nl

Het consortium zal een samenwerkingsovereenkomst sluiten die aan de eisen van de regeling tegemoet komt.