TKI TIM
Samenvatting project
In de afgelopen jaren zijn in verscheidene uitvoeringsprojecten van Rijkswaterstaat, Provincies en gemeenten onverwachte geohydrologische problemen opgetreden. Voorbeelden zijn de uitvoeringstechnische problemen met de bemalingen voor het project Ring Groningen Zuid, baggerwerkzaamheden bij Kanaal Almelo de Haandrik en schades als gevolg van bouwput lekkages (wandlekkage, opbarsten bouwputbodem). Deze problemen leiden vaak tot vertragingen in de uitvoering van het project, tot kostenoverschrijdingen, (imago)schade en ongewenste noodoplossingen. De vraag is : wat is er nodig om geohydrologische risico’s te voorkomen of te beperken en beheersbaar te houden?
Dit TKI project ontwikkelt en verbetert in samenwerking met TU Delft, RWS, aannemers en ingenieursbureaus de geohydrologische bibliotheek TIM die wordt ingezet voor ontwerp, toetsing en risicobeheersing van geohydrologische projecten. Een bibliotheek wil zeggen dat een verzameling tools wordt ontwikkeld rondom het hydrologisch model TIM. Daarnaast wordt TIM doorontwikkeld. Aan een dergelijke bibliotheek is behoefte omdat bestaande modellen (microfem/feflow) te complex en gedetailleerd zijn. Of juist te grootschalig of niet toegespitst is op de workflow van civieltechnische projecten (imod/modflow). Het project geeft antwoord op de volgende onderzoeksvragen:
• Kunnen risico’s van grondwaterveranderingen en onttrekkingen voor de omgeving worden gekwalificeerd en gevisualiseerd op basis van TIM? Denk aan schade aan bebouwing of infrastructuur.
• Hoe kan de modelinput op basis van bestaande modellen (REGIS, Nationaal Hydrologisch Instrumentarium) worden verfijnd met aanvullende data (zoals uit de Basis Registratie Ondergrond)?
• Hoe kan hierbij rekening worden gehouden met onzekerheden in bestaande hydrologische modellen (REGIS, geotop)?
• Hoe kan de dataverwerking van beschikbaar onderzoek (sonderingen, boringen, doorlatendheidsmetingen, tijdreeks analyse / extreme waarden bepaling) worden toegevoegd?
• Kan TIM worden verbeterd met risicoparameters en functionaliteiten die cruciaal zijn om risico’s en omgeving beïnvloeding te kunnen kwantificeren:
• Waterbalansberekening
• Stroomlijnen
• Tijdsafhankelijke berekening
• Elementen met hogere doorlatendheid
• Hoe kan de eigen workflow van gebruikers van het model op maat worden geautomatiseerd?
• Ontwikkeling van cases, bijbehorende tutorials en cursusmateriaal
Doel van het project
Het doel van dit project is een publiek (GitHub - mbakker7/timml: An analytic element model for steady multi-layer flow), https://gitlab.com/deltares/imod/qgis-tim) gedeelde bibliotheek van tools waarmee ingrepen in grondwatersystemen (bemalingen, kanaalverbredingen, bouwputten, kademuren, dijkversterkingen) beter kunnen worden gekwantificeerd in termen van risico’s en omgevingsbeïnvloeding. De bibliotheek is geschikt voor ontwerpstudies, vergunningaanvragen en maakt risicoanalyses mogelijk van de vroege projectfase (met weinig data) tot aan uitvoering (op basis van monitoringsdata).
Uitgevoerde acties
Activiteit - Type activiteit - Rol partijen
Ontwikkelen nieuwe functionaliteit TIM/QGIS - Industrieel - TU, Deltares
Ontwikkelen koppeling schademodellen - Industrieel - Deltares, marktpartijen
Ontwikkelen koppeling databronnen - Industrieel - Deltares, marktpartijen
Opzetten van cases en tutorials, cursus materiaal - Experimenteel - Marktpartijen
Innovativiteit
Het project gebruikt het hydrologisch model van TU Delft, TIM als uitgangspunt. TIM is ontwikkeld gebaseerd op analytische elementen en is gevalideerd met analytische benchmarks en door vergelijkingen met numerieke modellen. Rijkswaterstaat, TU Delft en Deltares hebben TIM vanaf 2020 doorontwikkeld. Er is een koppeling gemaakt tussen TIM en QGIS. Zo is het mogelijk om data van ondergrondmodellen van NHI in te lezen en daaruit een lokaal ondergrondmodel te extraheren. Daarnaast zijn de TIM-rekenfiles te koppelen aan een probabilistische toolkit. Hiermee kan de analyse van gevoeligheid, de betrouwbaarheidsmarge en de faalkans worden uitgevoerd. Aan een dergelijk model is behoefte omdat bestaande modellen vaak te complex en gedetailleerd zijn (microfem/feflow) of juist te grootschalig of niet toegespitst is op de stedelijke omgeving (imod/modflow). Deze modellen zijn niet geschikt voor ontwerpstudies omdat ze te langzaam zijn, niet de juiste fysische processen beschrijven en moeilijk te parametriseren zijn. Een model dat geschikt is voor ontwerpstudies van ingrepen in het grondwatersysteem (bouwputten, sleuven, damwanden, kademuren) is niet beschikbaar. De innovatie bestaat uit het mogelijk maken van modelleringen in de tijd en ruimteschaal die aansluit bij dergelijke ontwerpstudies . Hiervoor is een aantal innovatieve stappen benodigd:
1. Hoe kan de modelinput op basis van bestaande modellen (REGIS/BRO, NHI regionaal iMod) worden verfijnd voor specifieke toepassingen (bemalingen, kanaalverdiepingen)? Hoe kan hierbij rekening worden gehouden met onzekerheden die expliciet al aanwezig zijn in deze modellen?
2. Hoe kan beschikbaar onderzoek (sonderingen, boringen, doorlatendheidsmetingen, tijdreeks analyse / extreme waarden bepaling) worden toegevoegd?
3. Ontwikkelen van waterbalansberekening, stroomlijnen, tijdsafhankelijke berekening, grotere elementen in TIM
4. Hoe kunnen geohydrologische effecten (van bijvoorbeeld bemalingen) worden vertaald in schade naar de omgeving (bijvoorbeeld als gevolg van zetting)
5. Hoe kan de eigen workflow van gebruikers van het model voor verschillende toepassingen op maat worden geautomatiseerd?
6. Ontwikkeling van cases en tutorials voor verschillende toepassingen
Valorisatie
Markpartijen - Allen - In ontwerpstudies, Als validatie van complexe modellen
Deltares - Allen - Als validatie van complexe modellen, Als basis voor verdere ontwikkeling
Rijkswaterstaat - Allen - Als screening tool in een vroege projectfase
Waterschap Scheldestromen - Product 1,2 en 3 - Als screening tool voor ontwerpstudies
Bouwend Nederland, SIKB - Product 6 - Cursusmateriaal ter opleiding van leden
BRO - Product 3, 4, 5 - Als demonstratie van de meerwaarde van BRO data
Intellectueel eigendom
Welk ‘product’ (zie boven)? - IP bij welke partner(s) - Hoe wordt dit product toegankelijk gemaakt
Ontwikkeling van nieuwe functionaliteit voor TIM. Vastgelegd in een open source, goed gedocumenteerde en geteste Python repository - TU Delft, Deltares - GitHub - mbakker7/timml: An analytic element model for steady multi-layer flow
Ontwikkeling van nieuwe functionaliteit voor QGIS plugin. Vastgelegd in een open source, goed gedocumenteerde en geteste Python repository - Deltares - https://gitlab.com/deltares/imod/qgis-tim
Ontwikkeling van methoden om regionale modellen met lokale databronnen te verfijnen. Vastgelegd in een open source, goed gedocumenteerde en geteste Python repository - Deltares - https://publicwiki.deltares.nl, praktijkvoorbeelden via: Praktijk - Basisregistratieondergrond
Ontwikkeling van methoden om TIM output te vertalen naar omgevingsschade. Vastgelegd in een open source, goed gedocumenteerde en geteste Python repository - 4 cases en bijbehorende tutorials inclusief beschrijving van inbedding in bestaande geohydrologische workflow - Marktpartijen - https://publicwiki.deltares.nl
Cursusmateriaal - Deltares - https://publicwiki.deltares.nl, Ook via cursussen met bijvoorbeeld PAO en SIKB
Informatievoorziening project
Actuele publieke informatie over het project is steeds te vinden op:
https://publicwiki.deltares.nl/display/TKIP/TKI+Projects+Home
Daarnaast wordt gebruik gemaakt van een digitale werkomgeving. Tot de werkomgeving behoren:
• Een repository voor opslag en versiebeheer van de Python code van TTIM. https://github.com/mbakker7
• Een repository voor opslag en versiebeheer van de Python code van de QGIS plugin https://gitlab.com/deltares/imod/qgis-tim
Projectvoorwaarden
Het consortium zal een samenwerkingsovereenkomst sluiten die aan de eisen van de regeling tegemoet komt.