Waterstand- en afvoervoorspelling voor de Nederlandse rivieren van incidentele hoogwatervoorspelling naar continue en klantgerichte afvoervoorspelling Eric Sprokkereef Rijkswaterstaat Waterdienst Afdeling Crisis Management en Informatievoorziening SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Inhoud De stroomgebieden Historisch overzicht FEWS NL Omgaan met onzekerheden Plannen voor de toekomt SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Karakteristieken SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Looptijd hoogwatergolf tot Nederlandse grens uren/heures dagen/jours Relevantie: Nederland/Vlaanderen in de benedenloop van Schelde/Rijn/Maas. Looptijd tot Nederlandse grens: Maas uitgedrukt in uren Rijn uitgedrukt in dagen SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Organisatie voorspelling Dagelijkse voorspellingen voor de Rijn (365 d/j) Geen regelmatige voorspellingen voor de Maas Hoogwatervoorspellingen bij overschrijden van vaste peilen RWS WD is verantwoordelijk voor voorspellingen op landsgrenzen Regionale diensten zijn verantwoordelijk voor voorspellingen binnen Nederland RWS WD publiceert hoogwaterberichten voor heel Nederland SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Welke instrumenten gebruikten we in 1995? tot januari 1999: statistisch model LOBITHW (voor dagelijkse berichtgeving en voor hoogwatervoorspellingen) SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Model LOBITHW statistisch model op basis van meervoudig lineaire regressie input: waterstanden, afvoeren, gemeten en voorspelde neerslag output: waterstandvoorspellingen voor Lobith voor de komende 4 dagen SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Gewenste nauwkeurigheid voor hoogwatervoorspellingen voor de Rijn te Lobith SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Resultaten model LOBITHW tijdens hoogwater 1995 SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Afspraken Hoogwater Actie Plan Verlenging van de zichttijd van betrouwbare hoogwatervoorspellingen met 50% in 2000 met 100% in 2005 (in vergelijking tot de situatie van 1995) SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Waarom een andere aanpak? Verbetering van het bestaande model leidde niet tot het gewenste resultaat Verwachte veranderingen in het stroomgebied vragen om een meer fysische manier van modelleren SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Ontwikkeling FEWS NL Begin van het project in 1996 O.a. gefinancierd door 2 EU frame work projecten Samenwerking met BfG (D) en FOEN (CH) Uitbestedingen aan Deltares (Delft Hydraulics) en SMHI SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Nieuwe aspecten Combinatie van hydrologische en hydraulische modellen Middenlange termijn voorspellingen (4 – 10 dagen) Gebruik van meerdere weersvoorspellingen Gebruik van ensemble weersvoorspellingen Client server / multi user Rijn en Maas in één applicatie Simulatie voor het hele stroomgebied Verbetering door data assimilatie technieken SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Waarom continu en automatisch voorspellen? Tijdig opsporen van problemen met datastromen Initiële vochtcondities monitoren Monitoren kwaliteit instrumentarium Continue behoefte aan afvoervoorspellingen Pleidooi voor continue en autormatische voorspelling Natuurlijk blijft opbouw van expertise belangrijk! (van automatische piloot op handbediening) SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Waarnemingen Waterstanden van ca. 60 meetpunten Neerslag en lucht-temperatuur van ca. 700 meetstations Gepland Metingen van neerslag-radar Gemeten bodemvocht Potentiële verdamping SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Weersvoorspellingen Numerieke weersvoorspellingen op gridbasis KNMI-HIRLAM - 48 h zichttijd DWD-LM2 - 78 h zichttijd DWD-GME - 174 h zichttijd ECMWF deterministisch - 240 h zichttijd ECMWF ensemble - 240 h zichttijd - 51 ensemble leden COSMO LEPS - 160 h zichttijd - 16 ensemble leden LM2 voorspelling: 09-03-2008 13:00 UTC SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Modellen regen -> afvoer Model HBV afvoer -> waterstand Model SOBEK Maas Rijn SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Voorspellingsresultaten deterministisch SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Voorspellingsresultaten probabilistisch Forecast run at 21-08-2005 06:00 MET SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Hoe gaan we om met al deze informatie? 71 verschillende waterstand-/afvoervoorspellingen Informatie over de (on)zekerheid van de voorspelling Maar de spreiding in de ensemble leden kan niet direct worden vertaald naar onzekerheid voor de afvoer Crisis managers moeten leren om te gaan met onzekerheden Hoe kunnen we het beste gebruik maken van al deze informatie?? SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Bepaling van onzekerheden Ensemble voorspellingen moeten worden gecalibreerd Systematische fouten (bias) kan worden vastgesteld door hindcasts van historische perioden Projecten gepland in 2008 Resultaten uit voorstudie Dit leidt tot snellere doorvoer van benodigde verbeteringen en daarmee tot een sterke verhoging van de technische en inhoudelijke betrouwbaarheid van het waterstandsvoorspelsysteem. Hierbij blijven de betreffende organisaties verantwoordelijk voor hun eigen modellen en interpretaties. SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Presentatie van onzekerheden Betrouwbaarheidsinterval SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Presentatie van onzekerheden Tabel met overschrijding van drempelwaarden SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Implementatie van onzekerheden in het proces van voorspellen en waarschuwen Onzekerheid wordt nu niet expliciet meegenomen in het proces van waarschuwen en preventie Acties worden geïnitieerd op basis van deterministische voorspellingen Onzekerheid is een subjectieve inschatting van de voorspeller en degene die het besluit neemt Probabilistische voorspellingen bevatten expliciete informatie over onzekerheden en risico’s SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

Hoe zou je gebruik kunnen maken van informatie over onzekerheden? Definieer drempels in de afvoer (waterstand) met bijbehorende maatregelen in de voorbereidende fase van een hoogwater Voor elke drempel kunnen kritische waarden worden bepaald door de kosten van het uitvoeren van maatregelen te vergelijken met de potentiële preventie van kosten en leed in het geval van een calamiteit Bijv.: wanneer er 50% kans is dat er schade van 5 miljoen € zal optreden en de kosten van het uitvoeren van preventieve maatregelen bedragen 1 miljoen €, dan moet waarschijnlijk de beslissing worden genomen om deze maatregelen uit te voeren. SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 Plannen voor FEWS NL Monitoren van de kwaliteit van de voorspellingen Modelverbeteringen en data assimilatie technieken Calibratie van ensemble voorspellingen Visualisatie van onzekerheden Implementatie van watertemperatuur voorspelling Implementatie van inundatiemodel voor uiterwaarden Koppeling met stoftransportmodellen SIMONA gebruikersdag 2 april 2008

SIMONA gebruikersdag 2 april 2008 All models are wrong, some are useful [George Box, 1979] Hartelijk dank voor uw aandacht Vragen ??? SIMONA gebruikersdag 2 april 2008