Introductie
Deze visuele weergave geeft een overzicht van de
onderdelen van het project Digital Twin voor het
Waterbeheer. Daarnaast laat het zien hoe de in
dit project ontwikkelde producten met elkaar en
met het watersysteem samenhangen.
De onderstaande afbeelding toont het werkgebied
van een waterschap:
een landschap waarin steden, industrie, natuur
en landbouw afhankelijk zijn van water.
Met de pijlen naast dit tekstblok navigeer je
door de verschillende stappen in het overzicht.
Het watersysteem
Grond- en oppervlaktewater wordt gereinigd en als drinkwater gebruikt voor burgers en voor de industrie. Het wordt gebruikt voor consumptie, maar ook in toilet, badkamer en in industriële processen. De landbouw gebruikt grondwater en oppervlaktewater voor irrigatie.
Afvalwater van burgers en industrie wordt gereinigd in de rioolwaterzuiveringsinstallatie en weer geloosd in het oppervlaktewater. Soms stroomt het geloosde water eerst door een afwateringsgebied.
Metingen
Op diverse locaties worden continu of periodiek metingen uitgevoerd, zoals grondwaterstanden, in- en uitstroomdebieten, zuurstofgehalte en zuurgraad van het water, neerslaghoeveelheden, enzovoort. Deze metingen bestaan deels uit harde meetgegevens verzameld met sensoren en deels uit visuele waarnemingen tijdens inspecties.
De waterschappen voeren zelf dergelijke metingen uit, maar er zijn ook gegevens beschikbaar van andere partijen. Denk bijvoorbeeld aan de neerslaggegevens van het KNMI.
Dataverwerking en modellen
De data van verschillende metingen en externe bronnen worden bij elkaar gebracht. Vervolgens worden ze voorbewerkt om er voorspel- of simulatiemodellen mee te maken.
Historische en real-time data en de resultaten van voorspelmodellen worden op een betekenisvolle manier aan de gebruikers gepresenteerd, bijvoorbeeld via een dashboard. Vaak kan de gebruiker er interactief mee aan de slag, bijvoorbeeld door het aanpassen van parameters of het doorrekenenen van verschillende scenario's.
Actie
De gebruikers, bijvoorbeeld medewerkers van het waterschap, kunnen de verkregen informatie meenemen in hun beslissingen voor beleid op de langere termijn of direct handelen.
De mate waarin de digital twin bijdraagt aan het beslissingsproces komt tot uitdrukking in het maturity level. Soms bestaat deze hoofdzakelijk uit het beschikbaar maken van gegevens. Vaak draagt de digital twin ook direct bij aan meer kennis, begrip en inzicht. In de meest uitgebreide systemen vindt ook optimalisatie plaats of kan de digital twin autonoom beslissingen nemen.
Scenario's
Tijdens het project is er gewerkt aan drie verschillende thema's: droogte, waterkwaliteit en waterzuivering. Binnen het thema droogte zijn er twee casussen uitgewerkt, één voor waterschap Limburg en één voor waterschap Vallei en Veluwe. Bij de andere thema's is steeds één casus ontwikkeld voor waterschap Vallei en Veluwe.
Klik hieronder op een van de personen om in de vorm van een gebruikersscenario meer te weten te komen over de bijhorende casus en thema. Als je op het dashboard (het beeldscherm) klikt, krijg je uitgebreidere informatie over dit dashboard.
Gebruikersscenario thema droogte, Waterschap Limburg (1/2)
Het is al enige tijd droog weer. De droogtecoördinator van waterschap Limburg bekijkt het droogte-dashboard en ziet dat de grondwaterstand lager is dan normaal in deze tijd van het jaar.
Er is op dit moment nog geen sprake van ernstige gevolgen voor de natuur. De modelvoorspellingen voor de komende 14 dagen laten echter zien dat de situatie waarschijnlijk verslechtert.
Gebruikersscenario thema droogte, Waterschap Limburg (2/2)
Een simulatie van het scenario waarin wordt gerekend met de laagste hoeveelheid voorspelde neerslag, gebaseerd op verwachtingen en historische data van het KNMI, laat zien dat in dat geval op meerdere plaatsen de vastgestelde grenswaarden worden overschreden.
In overleg met andere betrokken partijen wordt besloten om voor bepaalde tijd een beregeningsverbod in te stellen voor de landbouw.
Gebruikersscenario thema droogte, Waterschap Vallei en Veluwe (1/3)
De peilbeheerder heeft een afspraak met een agrariër in de regio. De man wil graag zijn landbouwgrond bewerken om binnenkort te kunnen zaaien. De grond is echter nog veel te nat en hij vindt dat het waterschap het peil moet laten zakken.
De peilbeheerder kent de situatie en weet dat hij weinig kan doen aan de situatie van de boeren. Hij gaat er heen om de zien hoe het er voor staat en tekst en uitleg te geven. Hij neemt zijn tablet mee en gaat op weg.
Gebruikersscenario thema droogte, Waterschap Vallei en Veluwe (2/3)
Eenmaal ter plaatse laat de peilbeheerder het dashboard zien met gegevens over bodemvocht en meteodata. Hij legt uit dat hoewel het land aan de oppervlakte erg nat is, de bodemvochtwaarden op 20cm diepte normaal zijn voor deze tijd van het jaar.
Met de huidige neerslagverwachting zal het weliswaar nog zo'n twee weken flink nat blijven, maar daarna zal de grond snel opdrogen en kan hij het land op.
Gebruikersscenario thema droogte, Waterschap Vallei en Veluwe (3/3)
De peilbeheerder legt uit dat een lager peil het proces niet kan versnellen. Ook adviseert hij om de stuwtjes die de boer zelf op zijn land heeft juist op te zetten, om zo water vast te houden voor een mogelijk lange droge periode die later in het voorjaar zou kunnen volgen.
Gebruikersscenario thema waterkwaliteit, Waterschap Vallei en Veluwe (1/6)
Voor het thema waterkwaliteit is de
Zijdewetering als casus gebruikt.
We zoomen even in op dit gebied.
Gebruikersscenario thema waterkwaliteit, Waterschap Vallei en Veluwe (2/6)
De Zijdewetering dient als afwatering van de rioolwaterzuiveringsinstallatie Ede. Afvalwater uit Ede en de omliggende dorpen wordt via gemalen naar de zuivering gepompt. Het gezuiverde water (effluent) wordt geloosd op de Zijdewetering die uiteindelijk uitmondt in het Valleikanaal.
Onder de druk van afvalstoffen en nutriënten in het afvalwater is het al jaren slecht gesteld met de ecologie in het gebied. Vooral in de zomer als de hogere temperatuur en hogere zuurgraad ervoor zorgen dat meer ammonium wordt omgezet in ammoniak, hebben flora en fauna het zwaar te verduren.
Gebruikersscenario thema waterkwaliteit, Waterschap Vallei en Veluwe (3/6)
De problemen worden verergerd bij hevige regenbuien. Regenwater wordt via regenpijpen en putten afgevoerd naar het riool en zo samen met het afvalwater uit huishoudens en industrie naar de zuivering getransporteerd.
De zuivering krijgt zo veel meer water te verwerken waardoor het water sneller door het systeem geleid moet worden en minder goed gezuiverd kan worden. Hierdoor komen meer afvalstoffen in de Zijdewetering terecht.
Gebruikersscenario thema waterkwaliteit, Waterschap Vallei en Veluwe (4/6)
Bij extreme neerslag kan het gebeuren dat de
zuivering de hoeveelheid aanvoer niet kan
verwerken. In dat geval kan er ongezuiverd
rioolwater direct geloosd worden op de
Zijdewetering. Dit zorgt ervoor dat daar nog
meer afvalstoffen terecht komen.
Al is deze situatie slechts tijdelijk, het kan
desastreuze gevolgen hebben voor de planten en
dieren in de Zijdewetering.
De grenzen van leefbare zuurstof- en
ammoniumwaarden worden dan overschreden. Een
organisme kan immers maar één keer
doodgaan. Dit is te zien in de slechte
ecologische status van de Zijdewetering.
Ook in de rioolsystemen zelf kan een overschot
aan afvalwater ontstaan. Dat kan dan geloosd
worden op overstortplekken in de woonkernen
zelf, bijvoorbeeld in sloten of vijvers.
Gebruikersscenario thema waterkwaliteit, Waterschap Vallei en Veluwe (5/6)
Een maatregel die kan bijdragen aan het
verminderen van de problemen in de Zijdewetering
is het afkoppelen van de afvoer van hemelwater.
Bewoners kunnen regentonnen plaatsen, putten in
de bestrating kunnen aangesloten worden op
infiltratieputten of via een tweede rioolbuis
hemelwater apart afvoeren.
Hierdoor kunnen de aanvoer-pieken bij hevige
neerslag sterk verminderd worden en is
overstorten niet nodig.
Voor deze maatregelen is de inzet van de gemeente noodzakelijk.
Gebruikersscenario thema waterkwaliteit, Waterschap Vallei en Veluwe (6/6)
Het waterschap heeft een dashboard ontwikkeld
dat op basis van de gegevens van een aantal
meetpunten en berekeningen de waterkwaliteit in
de Zijdewetering kan monitoren. Hieraan is
duidelijk te zien dat zeer regelmatig
gevaarlijke grenzen worden overschreden van
zuurstoftekort en toxiciteit.
In het kader van het digital twin project heeft
Witteveen & Bos een model ontwikkeld dat de
situatie kan simuleren. Hiermee kan de
effectiviteit van verschillende maatregelen
worden berekend.
Voorbeeldscenario: Om de gemeente te overtuigen gebruiken medewerkers van het waterschap het dashboard om de gevolgen van het overstorten op de waterkwaliteit duidelijk aan te tonen. Met het model wordt berekend hoe de situatie zou kunnen verbeteren door het afkoppelen van 30% van het hemelwater in de woonkernen. Met deze informatie stapt het waterschap naar de gemeente om het belang van afkoppelen nogmaals te benadrukken en haar zo te stimuleren om op meer plaatsen maatregelen door te voeren.
Gebruikersscenario thema waterzuivering (1/4)
Door de bevolkingsgroei en strengere normen op het gebied van waterkwaliteit, energieverbruik en gebruik van chemicaliën moet de rioolwaterzuivering op zoek naar mogelijke verbeteringen van de efficiëntie.
Eén van de mogelijke verbeteringen is te vinden in een gelijkmatigere aanvoer van het influent. De zuiveringsinstallatie kan hierdoor efficiënter werken en met minder energie en chemicaliën zorgen voor schoner effluent.
Gebruikersscenario thema waterzuivering (2/4)
De hoeveelheid rioolwater die bij de zuiveringsinstallatie binnenkomt hangt voornamelijk af van de hoeveel afvalwater van inwoners en bedrijven in het verzorgingsgebied en van de hoeveelheid hemelwater dat via het riool wordt afgevoerd.
Pompgemalen kunnen de hoeveelheid water die uit de rioolsystemen naar de zuivering wordt gepompt reguleren. Bij flinke neerslag staan deze gemalen vrijwel altijd vol aan om wateroverlast in de bewoonde gebieden te voorkomen. In andere gevallen bepaalt een centraal regelsysteem de debieten.
Gebruikersscenario thema waterzuivering (3/4)
's Nachts als de meeste mensen slapen is de aanvoer van afvalwater veel minder dan overdag. Als de weersomstandigheden het toelaten is het mogelijk om overdag de rioolgemalen minder hard te laten pompen en dit 's nachts te compenseren. Dit zorgt voor een gelijkmatiger aanvoer bij de zuivering.
Op basis van de beschikbare gegevens over waterverbruik van huishoudens en bedrijven en waterniveaus en debieten in de gemalen is een model ontwikkeld om het aanvoersysteem te simuleren. In combinatie met weersgegevens en -verwachtingen zijn de mogelijkheden van het bufferen van rioolwater in de systemen onderzocht.
Gebruikersscenario thema waterzuivering (4/4)
Bij een doorontwikkeling van de digital twin is het mogelijk om op basis van het model een dashboard te maken dat een voorspelling van het influent voor de komend periode toont. Ook kan het een aanbeveling doen om de rioolgemalen zo bij te sturen dat afvalwater zo gelijkmatig mogelijk naar de zuivering wordt gepompt.
Hierbij wordt ook rekening gehouden met de voorspelde neerslag om zo te voorkomen dat de aanpassingen tot extra overstorten zouden leiden.
