Projectvoorstellen
Uit eerdere studies weten we dat spontane ruimte in bassins, maar ook ruimte die ontstaat als gevolg van een aangepaste bedrijfsvoering (capacitaire ruimte), zeer effectief kan zijn in het beperken van wateroverlast in glastuinbouwgebieden. Twee vragen zijn dan belangrijk: Ten eerste de vraag hoeveel capacitaire ruimte dan veilig kan worden gerealiseerd zonder dat het risico op gietwatertekorten toeneemt. En dan de vraag via welke sturingsregels we deze ruimte ook daadwerkelijk maken en bewaken in de praktijk. In dit onderzoek beantwoorden we deze vragen.
Capacitair ruimte maken
Uit de Potentiestudie blijkt dat beschikbare bassinruimte in drie typen kan worden onderscheiden: 1) spontane ruimte; 2) operationele ruimte die kan worden gerealiseerd in het zicht van extreme neerslag en 3) capacitaire ruimte als gevolg van aangepaste bedrijfsvoering; Juist deze capacitaire ruimte kan zeer effectief zijn, omdat benodigde ruimte niet via voormalen en lozen hoeft te worden gecreëerd.
Voor het realiseren en benutten van capacitaire en operationele ruimte zijn verschillend opgebouwde sturingsregels nodig. Operationele ruimte vraagt om sturing voorafgaand aan en na afloop van extreme neerslag. Capacitaire ruimte vraagt juist om continue sturing op de achtergrond: regels die telers ondersteunen bij het creëren en behouden van ruimte, ook wanneer daar op basis van de actuele neerslagverwachting nog geen directe aanleiding voor is. Het veilig realiseren en bewaken van capacitaire ruimte vraagt wel om gedegen onderzoek. Daarbij onderzoeken we de relatie met seizoenen, cycli in teelt en bedrijfsvoering, de neerslaghistorie, en de neerslagverwachtingen op korte en lange termijn.
Analyse omgeving
Hoe gaan we te werk? We pakken de vragen op door concrete sturingsregels af te leiden en te testen binnen een analyseomgeving die we daarvoor speciaal ontwikkelen. Binnen deze omgeving kunnen we doorrekenen welke wateroverlastrisicoreductie kan worden bereikt en hoe we die binnen een RTC-systeem kunnen integreren. Het product is een helder sturingsconcept dat in de praktijk het realiseren van capacitaire ruimte ondersteunt en als uitgangspunt kan dienen in de communicatie daarover met telers.
Project: Sturingsregels Rainlevelr-capacitair
Hoe schatten we zo goed mogelijk de actuele vulling van niet-bemeten bassins? Door bassins slim te classificeren en beschikbare metingen te gebruiken om ontbrekende informatie in vergelijkbare bassins af te leiden.
Informatievraag
Voor de ontwikkeling van het RTC-systeem is betrouwbare informatie over de actuele situatie in het gebied essentieel. Deze draagt direct bij aan het verkleinen van wateroverlastrisico’s en aan een effectievere inzet van de sturing. Uit de Potentiestudie, blijkt dat deze informatie die nodig is voor zowel de basissturing (sturing die met beperkte informatie-input altijd aanvaardbare sturingsacties genereert), als voor meer situatie-specifieke sturingen nog onvolledig is. De vulling van bassins van niet-deelnemers is daarbij momenteel het belangrijkste informatiehiaat.
Wanneer we een goede real-time schatting kunnen maken van de vullingen van niet-bemeten bassins, ontstaat een veel completer systeembeeld. Daarmee kunnen we de beschikbare opvangcapaciteit binnen het gebied effectiever benutten en sturingsacties gerichter inzetten daar waar ze het hardst nodig zijn: op hydraulische knelpunten.
Machine learning
Binnen dit onderzoek verkennen we of, en zo ja hoe, machine-learningtechnieken kunnen worden ingezet om op basis van de wél beschikbare meetgegevens een nauwkeuriger en gebiedsdekkend 24/7-beeld van de actuele bassinvullingen op te bouwen. Daarbij leggen we koppelingen tussen systeem-, omgevings- en teeltkarakteristieken enerzijds en het vullingsverloop van bassins tijdens neerslag anderzijds. Op basis daarvan onderzoeken we in hoeverre ontbrekende bassinmetingen betrouwbaar kunnen worden afgeleid uit beschikbare informatie uit vergelijkbare situaties of gebieden.
Project: Bassinschatter
Project: Ontwerpomgeving generieke sturingsregels
In peilgereguleerde gebieden, zoals polders, werken stuwen en gemalen samen om het systeemgedrag te sturen richting gewenste waterstanden en afvoeren. Dat noemen we een gebiedsregeling. In glastuinbouwgebieden is het zinvol deze regeling uit te breiden met twee aanvullende vormen van sturing:
1. sturing op capacitaire ruimte: het realiseren en bewaken van structurele ruimte in bassins (Rainlevelr-capacitair)
2. gesynchroniseerd voormalen en lozen van bassinwater in voorbereiding op extreme neerslag (Rainlevelr-operationeel).
Deze verschillende vormen van sturing moeten uiteindelijk worden geïntegreerd in één samenhangende regeling die afhankelijk van de actuele situatie kan reageren én anticiperen. Dit onderzoek richt zich op de ontwikkeling van die geïntegreerde sturing.
Algoritmiek
Om een goede geïntegreerde gebiedsregeling voor glastuinbouwgebieden te ontwikkelen, moeten we eerst het sturingsprobleem wiskundig formuleren en analyseren. Sturingsacties volgen uit het verschil tussen de actuele situatie en de gewenste situatie op dat moment. Met sturingsacties proberen we de actuele situatie steeds zo goed mogelijk richting de gewenste situatie te bewegen, terwijl beide continu veranderen: het systeem door neerslag, afvoer en uitgevoerde sturingsacties, en de gewenste situatie door veranderingen in de hydraulische beperkingen. Goede sturingsregels zorgen ervoor voor dat bij die beperkingen het systeemgedrag het gewenste gedrag toch zo dicht mogelijk benadert. We letten daarbij ook op: robuustheid, transparantie, uitlegbaarheid, en praktische toepasbaarheid voor gebruikers.
Meer ruimte maken in de bassins en het watersysteem draait om een continue afweging tussen twee typen risico’s: het risico op te hoge waterstanden enerzijds en het risico op onnodig watertekort anderzijds. De centrale vraag binnen dit onderzoek is hoe we deze afweging zo goed mogelijk kunnen ondersteunen.
Informatievoorziening
De belangrijkste informatiebron bij de beslissing om een verzoek te doen aan telers (Rainlevelr-operationeel) is, naast een actueel beeld van de aanwezige ruimte, de neerslagverwachting. Die verwachting combineren we met informatie over de actuele gebiedssituatie zoals: recent gevallen neerslag, actuele waterstanden, bergingsruimte en de afvoermogelijkheden. Het gaat namelijk om alle kunstwerken die nodig zijn om water tijdig uit het watersysteem af te voeren. We willen een inschatting van de snelheid waarmee water zich door het systeem kan verplaatsen.
Qua neerslagverwachting hebben we 3 type informatie nodig: 1) een korte termijn verwachting 2) een langere termijn verwachting, en 3) een inschatting van de onzekerheid in die verwachtingen. Juist de combinatie van deze drie kan de beslissing optimaal ondersteunen.
Twee neerslagsommen in beeld
Binnen dit onderzoek ontwikkelen we een applicatie die op peilvakschaal zowel de korte als de lange termijn neerslagverwachting inzichtelijk maakt, inclusief een indicatie van de onzekerheid in die waarden. Op basis van deze informatie genereert de applicatie een advies dat gebruikers ondersteunt bij de afweging tussen tijdig ingrijpen en het beperken van onnodige afvoer. Daarmee ontstaat een digitale ‘copiloot’ die helpt om het verzoek aan telers beter te onderbouwen, het voormalen in glastuinbouwgebieden consistent en transparant toe te passen en die op termijn telers ondersteunt bij hun beslissing om het verzoek van Delfland wel of niet te honoreren.