Meteorologische en klimatologische informatie is van groot belang voor regionale waterbeheerders om hun kerntaken goed te kunnen uitvoeren. Zowel het KNMI als de private sector zijn actief in de ontwikkeling en levering van weers- en klimaatproducten, waarbij het KNMI typisch een onderzoeks- en ontwikkelings rol vervult en de bedrijven zich richten op praktische markttoepassingen. Momenteel verlopen de activiteiten vaak projectmatig in plaats van in een programmatische context. Om een kennisagenda voor de lange termijn op te stellen en concrete onderzoeksvragen te formuleren, is het noodzakelijk om de behoefte in de watersector (waterschappen, Rioned, RWS) helder te definiëren. Daarnaast is het nodig om betere afstemming tussen de verschillende betrokken organisaties te realiseren, wat vraagt om inkadering van de rollen en verantwoordelijkheden van o.a. STOWA, Het Waterschapshuis, en de Unie van Waterschappen.

In deze inventarisatie van de kennisbehoefte in de watersector is onderscheid gemaakt tussen zowel actuele weersdata en -informatie als klimaatdata en -informatie. Typische voorbeelden van variabelen welke in dit project zijn meegenomen zijn neerslag, temperatuur, wind, en verdamping. Aangezien de waterschappen zelf de nodige technische en inhoudelijke capaciteit in huis hebben, kan de behoefte betrekking hebben op zowel (ruwe en gecalibreerde) data, als op daarvan afgeleide informatieproducten.

De informatie over de behoefte in de watersector is op twee manieren verkregen:

  1. Vijf diepte interviews met kernpersonen die een belangrijke organisatie / doelgroep vertegenwoordigen:
  2. Een online enquête onder een grotere doelgroep van waterbeheerders. Deze enquête bestaat uit een mix van verschillende typen vragen (multiple-choice, open, rankings, etc.) en de resultaten worden gepresenteerd in enkele eenvoudig te begrijpen figuren en grafieken.

Momenteel kopen de Nederlandse waterschappen via het SAT-WATER initiatief verdampingsdata aan die gebaseerd is op optische en thermische satellietbeelden. Echter, zulke beelden zijn op bewolkte dagen niet beschikbaar, waardoor de berekening van de actuele verdamping niet optimaal uitgevoerd kan worden. Op dit moment wordt door SAT-WATER de kwaliteit van de verdampingsdata op bewolkte dagen als onvoldoende beoordeeld. Gezien de hoge bewolkingsgraad van Nederland kunnen zo substantiële gaten ontstaan in de verdampingstijdreeksen voor de bewolkte perioden. Dit is een serieus obstakel voor het gebruik van satellietgebaseerde verdampingsdata voor het operationele, tactische en strategische waterbeheer.

Het in dit project ontwikkelde product heet CoMET (Coupled Models for EvapoTranspiration). CoMET is een koppeling tussen een satellietgebaseerd verdampingsmodel (ET-Look) en een ruimtelijk gedistribueerd hydrologisch model (Spatial Processes in HYdrology – SPHY) dat bodemvochtgegevens en verdamping berekent. Het energiebalansmodel ET-Look voedt het waterbalansmodel SPHY met dynamische en actuele vegetatie parameters waardoor SPHY het bodemvocht nauwkeuriger kan schatten, en op basis van een nauwkeuriger bodemvochtgehalte kan ET-Look vervolgens zijn verdampingsschatting verbeteren. Het resultaat is een verbeterde schatting van de actuele verdamping op zowel bewolkte als onbewolkte dagen.

Interessante meerwaarde ligt verder in het feit dat, naast de actuele verdamping en verdampingstekort, ook bodemvocht dagelijks geleverd wordt. Daarnaast biedt CoMET de mogelijkheid om een 7-daagse voorspelling te geven van zowel verdamping als bodemvocht op basis van weersvoorspellingen. Dit geeft waterschappen een sterk verbeterd inzicht in de bergingsmogelijkheden per beheersgebied, en biedt ze de mogelijkheid sneller en effectiever te anticiperen op veranderingen in de waterhuishouding en zo eventuele economische of maatschappelijke schade te minimaliseren. Alle kaarten worden geleverd op 250×250 meter resolutie en met een kwantitatieve nauwkeurigheidsinschatting per pixel.

De online viewer van CoMET is hier te bekijken.

Screenshot van de viewer waarin dagelijks nieuwe kaarten van actuele verdamping worden weergegeven. Te zien is de kaart van 19 november 2017, zoals die op 16 november werd voorspeld door de gekoppelde COMET modellen.

The development of high-end electrical sensors has taken a boost over the last few years, and staying up-to-date is therefore a must. Within the east of the Netherlands, several SMEs and knowledge institutes luckily have a strong position in the development, production, and commercializing of sensor systems, their components, and required technologies. The Management Authority OP Oost from the province of Gelderland provides financial support to bring the development and commercialization of innovative sensor systems from TRL4/5 to TRL6/7.

Difference between high-resolution AESA radar (left) and KNMI radar (right).

Within the first DAISY project the TRL4/5 of the DAISY concept was demonstrated. We demonstrated that this compact and mobile sensor system has the potential for several socio-economic applications, being security, transport and logistics, life-sciences, and agro-food. DAISY 2 builds on the success of the first DAISY project, and aims to further develop this sensor system and explore the viability of this sensor product for different markets.

The DAISY 2 consortium is led by Thales Nederland B.V., and consists of the following consortium members: NXP, TNO, Sencio, Salland Engineering, Sintecs, Noldus, VDM Kunststoftechniek, Etchform, FutureWater, and the Hydrology and Quantitative Water Management Group (HWM) of Wageningen University. During this 3-year project we aim to bring the development and commercialization of this sensor product to a Technology Readiness Level (TRL) 6/7. Within this project FutureWater will work closely together with the HWM group of Wageningen University to further develop and explore the viability of this AESA sensor for the meteo-hydrological forecasting and water-for-food market.

Presentation of the DAISY concept (left) to Mr. Kamp, Minister of Economic Affairs (right).

Climate change will likely influence the concentrations and loads of contaminants in and towards ground- and surface waters. To have a better understanding on the effects of climate change on contaminants in the hydrological system, a consortium was formed a few years ago, consisting of the National Institute for Public Health and the Environment (RIVM), Utrecht University, VITO (Belgium), and ALTERRA. The project was entitled as “Climate Cascades”, which represents interrelated processes that occur as a result of climate change, and the influences of these processes that are exerted on man and ecosystems.

In the project “Climate Cascades”, Utrecht University adopted the task to develop a “River Basin Model” aiming at simulating the climate change-induced changes in catchment-scale heavy metal and pathogen concentrations and loads. The “River Basin Model” has been developed by implementing and applying a conceptual lumped hydrological model, called WALRUS (Wageningen Lowland Runoff Simulator), in a semi-distributed way. For the implementation and application of the model the catchment of the Dommel River (i.e. located in the border region of the Netherlands and Belgium) was selected as study area. Subsequently, a metal transport module was coupled with the hydrological model in order to simulate Cd and Zn concentrations and loads in ground- and surface water. Following the coupling between the hydrological model and the metal transport module, a pathogen transport model was coupled with the hydrological model in order to simulate the transport of Campylobacter and Cryptosporidium from land surface and sewage to surface waters.

The outcomes of the studies as mentioned above were and are reported by means of scientific publications. The aim of this project is to finish two papers that were initiated at the Utrecht University. The first paper focussing on the effects of climate change on metal transport has already been submitted and is currently in review. The second paper focussing on the effects of climate change on pathogen transport is in development and has to be submitted. The main aim of this project is to finish these papers and to guide them to publication in a peer-reviewed journal.

Tijdens droge zomerperiodes wordt er in de provincies rondom het IJsselmeer water aangevoerd, onder andere voor het op peil houden van de grondwaterstanden en beregening ten behoeve van de landbouw. In de meeste zomers is de buffercapaciteit van het IJsselmeer voldoende om aan alle watervragen te voldoen, maar in extreem droge zomers kan het voorkomen dat zelfs het IJsselmeer niet kan voldoen aan de watervraag. Zulke extreem droge zomers zullen naar verwachting steeds vaker voorkomen als gevolg van klimaatverandering.

Tijdens periodes van waterschaarste is een optimale verdeling van zoetwater van groot belang. Om te komen tot een optimale verdeling van zoetwater moeten eerst de watervragen van de regio’s rondom het IJsselmeer inzichtelijk gemaakt worden. Deze watervragen kunnen verschillen door ruimtelijke verschillen in neerslagtekort, maar ook door verschillen in gebruiksfuncties (peilhandhaving voor behoud van de stabiliteit van waterkeringen, beregening van kapitaalintensieve teelten, proceswater voor de industrie, etc.).

Wanneer de watervraag van de verschillende regio’s in beeld is gebracht en het wateraanbod bekend is, kunnen ook de watertekorten berekend worden. Watertekorten kunnen evenredig over de regio’s en functies worden verdeeld, maar omdat bepaalde functies waardevoller zijn dan andere is er in 2009 een landelijke prioritering opgesteld. Deze prioritering wordt de ´verdringingsreeks´ genoemd. Het uitgangspunt van de verdringingsreeks is dat de economische en maatschappelijke schade van het watertekort geminimaliseerd wordt.

De landelijke verdringingsreeks.

Binnen de categorieën 3 en 4 van de landelijke verdringingsreeks is er ruimte voor regionale prioritering. Bij uitwerking van de regionale prioritering voor Noord-Nederland is de inschatting van de economische en maatschappelijke schade gemaakt op basis van de beschikbare kennis en deskundigheid van de werkgroep. Er is echter behoefte om deze inschatting te kunnen kwantificeren, zowel om de juiste keuze voor de waterverdeling te kunnen maken als wel om de prioritering uit te kunnen leggen aan de belanghebbenden. Ook is er de behoefte om de gevolgen van andere prioriteringen in beeld te kunnen brengen.

Om de watervraag van een van de regio’s rond het IJsselmeergebied in beeld te brengen, zal een pilot uitgevoerd worden in het beheersgebied van waterschap Hunze en Aa’s. Met het ontwikkelde instrumentarium zullen een aantal scenario’s voor waterverdeling doorgerekend worden. Op die manier zal onderzocht worden hoe het water optimaal toebedeeld kan worden aan de
gebruiksfuncties, waarbij de economische en maatschappelijke schade geminimaliseerd wordt. De watervraag, watertekorten en schade onder verschillende waterverdelingen zullen in beeld gebracht worden voor de droge zomer van 2013.

Het Woudagemaal in Lemmer. Hier wordt IJsselmeerwater ingelaten en via Friesland doorgevoerd naar Groningen en Drenthe.
Het Woudagemaal in Lemmer. Hier wordt IJsselmeerwater ingelaten en via Friesland doorgevoerd naar Groningen en Drenthe.

Wanneer deze pilot veelbelovende resultaten oplevert, kan deze uitgebreid worden naar de gehele zoetwaterregio IJsselmeergebied, waarbij de onderlinge verdeling van het wateraanbod tussen de regionale waterbeheerders rondom het IJsselmeer geoptimaliseerd wordt. Het resultaat van de pilot is een bouwsteen om Slim Watermanagement in de praktijk te brengen.

Remote sensing wordt in de ruimste zin van het woord gebruikt voor waarnemingen vanaf afstand en in de geo-informatica tot het gebruik maken van satellieten, vliegtuigen, en drones voor aardobservatie. Ondanks dat remote sensing technieken al meer dan een eeuw oud zijn (luchtballon sinds ~1860, vliegtuigen sinds ~1915, satellieten sinds ~1960, drones sinds ~2010) is de toepassing ervan in het waterbeheer nog steeds beperkt. Typische voorbeelden waar wel veelvuldig gebruik van gemaakt wordt in Nederland zijn het AHN, neerslagradar en LGN landgebruik. Daarnaast wordt er incidenteel op pilot basis gekeken naar diverse toepassingen zoals verdamping, dijkmonitoring, slotenschouw en waterkwaliteit.

Remote sensing voor precisielandbouw
Remote sensing voor precisielandbouw.

De mogelijkheden voor remote sensing in het waterbeheer zijn echter veel groter dan de huidige toepassingen. Er lijkt een soort contradictie te zijn: zowel de vraagkant als de aanbodkant zijn groot, maar men komt nog weinig tot elkaar. Een aantal belangrijke knelpunten zijn dat: (i) de aanbodkant vaak een te optimistisch beeld van mogelijkheden schetst; (ii) de vraagkant soms niet-haalbare eisen stelt; (iii) aanbodkant vaak meer academisch is en vraagkant zeer praktisch insteekt; (iv) weinig personen / organisaties / bedrijven beide werelden goed kennen. Een eerste stap om te zorgen dat vraag en aanbod beter met elkaar in contact komen is een gedegen en realistische inventarisatie van huidige en potentiële mogelijkheden. Belangrijk is om aan te geven wat nu mogelijk is, maar ook al een doorkijk te geven voor de komende vijf tot tien jaar.

SatWater

De kerngroep SATWATER binnen de Adviesgroep Watersysteemanalyse van STOWA is een samenwerkingsverband van waterschappen dat nastreeft om gezamenlijk het potentieel van remote sensing in het waterbeheer optimaal te benutten. SATWATER wil haar koers voor de komende jaren verder uitwerken en heeft daartoe aan FutureWater opdracht gegeven voor het uitvoeren van een marktverkenning van informatieproducten op basis van remote sensing, die interessant zijn voor de waterschappen. In het kader van deze marktverkenning stelt FutureWater een database samen van informatieproducten op basis van remote sensing die aangeboden worden door Nederlandse partijen, met hun belangrijkste eigenschappen. In een begeleidend rapport wordt deze database geanalyseerd en in verband gebracht met de bestaande informatiebehoefte bij de waterschappen.

De afgelopen jaren hebben in Nederland verschillende grote natuurbranden plaatsgevonden. Ondanks dat de aangetaste arealen klein zijn in vergelijking met het buitenland, is het maatschappelijk risico groot vanwege de intensieve gebruiksfunctie van de natuur door recreatie, toerisme, houtproductie, militaire oefenterreinen, etc. Daarnaast grenst risicovolle vegetatie vaak aan snelwegen, spoorwegen, installaties voor drinkwatervoorziening en stedelijke bebouwing. Het Natuurbrandverspreidingsmodel (NBVM) van het IFV speelt een belangrijke rol in de beheersing van natuurbranden. Het model geeft een prognose van de uitbreiding in de tijd van een brand en wordt gebruikt zowel voor risicoanalyse in de voorbereidende fase, als om tijdens een natuurbrand de besluitvorming te ondersteunen.

Ondanks dat het NBVM sterk afhankelijk is van ruimtelijke informatie, wordt op dit moment alleen gebruikt gemaakt van de TOP 10NL kaart in combinatie met weersgegevens. Het project Satellietdatagebruik bij Natuurbrandbeheersing zal een product opleveren waarmee een significante verbetering gerealiseerd wordt in de ruimtelijke representatie van omgevingsfactoren die relevant zijn voor het NBVM. De Wildfire module van het product SVIPE (Satellite-based Vegetation Information PackagE) zal dynamische kaartlagen bevatten die als invoer kunnen worden gebruikt. Generieke, actuele kaartlagen van een groot aantal belangrijke factoren in een natuurbrandproces zullen beschikbaar komen voor alle natuurgebieden in heel Nederland. Op basis van deze informatie zullen de prestaties van het NBVM verbeteren, zowel voor het analyseren van risico’s op het ontstaan van branden als voor het simuleren van verspreidingsgedrag. Wanneer zowel brandweer als natuurbeheerders gebruik maken van het product zal dit ten goede komen aan het gezamenlijk beheersen van risico’s en bestrijden van incidenten.

Na een succesvolle eerste fase waarin de technische en economische haalbaarheid van SVIPE-W is aangetoond, is nu een tweede fase van start gegaan om een volwaardig prototype te ontwikkelen. De methodiek zal in deze fase volledig worden geautomatiseerd en gestandaardiseerd, en dankzij veldwerk zullen de gebruikte algoritmen verder worden getraind en gevalideerd. Het eindresultaat van dit project is een product dat op operationele basis vlakdekkende informatie biedt over brandstoftype, biomassadichtheid, en vochtgehalte.

Wetterskip Fryslân beheert ongeveer 3.300 km aan regionale waterkeringen. Om de toestand hiervan te monitoren worden deze tijdens de jaarlijkse kadeschouw gedurende de maanden januari en februari te voet gecontroleerd door de rayonbeheerders.

Het uitvoeren van de jaarlijkse kadeschouw is arbeidsintensief werk en resulteert slechts in momentopnamen. Daarom is Wetterskip Fryslân op zoek naar methodes om kades systematisch te inspecteren met nieuwe technologie. Ook is het Wetterskip Fryslân geïnteresseerd in methodes waarmee in het geval van calamiteiten, zoals droogtesituaties, snel informatie beschikbaar gemaakt kan worden die dient ter aanvulling van de visuele kade-inspectie.

In dit onderzoek is gekeken naar de mogelijkheden die Flying Sensors (drones) bieden bij kade-inspecties, zowel onder normale omstandigheden als onder zogenoemde calamiteiten.
Uit het onderzoek kwam naar voren dat de huidige generatie Flying Sensors niet de volledige kadeschouw kunnen vervangen omdat het totale inspectiegebied te groot is ten opzichte van de – op dit moment wettelijk toegestane – actieradius. De kracht van de huidige generatie Flying Sensors bij kadeschouw is vooral aanvullend en in beperkte mate vervangend voor huidige technieken. Toepassingen zijn vooral: (i) een gerichte inzet in specifieke gebieden waar er vermoedens bestaan van problemen, (ii) bij een noodzaak van zeer frequent monitoren, of (iii) in moeilijk toegankelijke gebieden.

Hoogte
Flying Sensor hoogtemodel van het pilotgebied bij Goingarijp.

Dit project heeft aangetoond dat Flying Sensors de potentie hebben voor het vastleggen van de kadehoogtes voor de hoogtetoets (vergelijking van vereiste kadehoogte met de werkelijke kadehoogte). De huidige wettelijke restrictie dat er maximaal 500 meter van een waarnemer gevlogen mag worden (dus actieradius van 1 kilometer), maakt wel dat de inzet van Flying Sensors economisch nog niet volledig kan concurreren met andere methoden. De hoge resolutie en de flexibiliteit om de Flying Sensors op elk gewenst moment in te zetten, zijn grote verbeteringen ten opzichte van bestaande technieken gebaseerd op het AHN. Daarnaast geeft de Flying Sensor niet alleen de hoogte, maar integraal ook de vegetatietoestand en een hoge resolutie zichtbaar beeld. De digitale hoogtemodellen kunnen ook in 3D bekeken worden op Sketchfab.

Een toepassing die op dit moment al wel mogelijk is, is het in beeld brengen van de dalingssnelheid van kades. Dit kan gedaan worden door de kade gelijk na een revisietraject in te vliegen met een Flying Sensors of in te meten met een 3D-laserscanner. Ook in het geval van een calamiteit, zoals (kans op) dijkdoorbraak en muizenplaag, kan ter plekke de schade in kaart gebracht worden met Flying Sensors.

Naast de genoemde toepassingen is monitoring van vegetatiegroei in natuuroevers een toepassing die al mogelijk is met Flying Sensors. Daarnaast liggen er kansen voor de ontwikkeling van methodes voor kweldetectie met behulp van een thermische sensor, monitoring van algenbloei, monstername met Flying Sensors en puntinspectie i.v.m. het vastleggen van milieudelicten.

Zoetwatervoorziening is belangrijk en zal met de toenemende vraag en de gevolgen van klimaatverandering nog belangrijker worden in de toekomst. Een tot nu toe onderbelicht aspect is de energieconsumptie die nodig is om aan de zoetwatervoorziening te voldoen. Gemalen en pompen gebruiken een substantiële hoeveelheid energie om dit water naar de eindgebruiker te krijgen. Met name de landbouw, de grootste gebruiker van zoetwater, gebruikt hierdoor grote hoeveelheden energie.

Een efficiënter omgaan met water leidt daarom automatisch tot energiebesparing. Echter, de informatie om efficiënter om te gaan met water, en dus energie, ontbreekt in de water en landbouwsector. Tegelijkertijd zijn de ontwikkelingen in de drone technologie (hierna genoemd Flying Sensors) de laatste jaren enorm hard gegaan. De uitdaging met Flying Sensors is daarom ook niet meer de techniek zelf, maar het inzetten van de verkregen informatie.

Pelican
De Flying Sensor ‘Pelican’, die gebruikt kan worden om efficienter met zoetwater en dus energie om te gaan.

De doelstelling van dit haalbaarheidsonderzoek is dan ook: “Onderzoeken van de kansen die een innovatieproject heeft voor de ontwikkeling van Flying Sensor informatievoorziening om zoetwater en energie te besparen”

De resultaten van dit haalbaarheidsproject zullen via een ontwikkelingsproject kunnen leiden tot een innovatieve dienst voor beter omgaan met water en energie (het beoogde eindresultaat). Dit eindresultaat is een dienst waarbij waterbeheerders en agrariërs wekelijks (of twee-wekelijks) gedetailleerde kaarten van hun percelen krijgen waarop te zien is of beregening noodzakelijk is, en zo ja de gewenste hoeveelheid. Bovendien wordt aangegeven wat de energie consumptie zal zijn van de beregening, gespecificeerd naar  zoetwaterbron (grondwater of oppervlaktewater) en pompsysteem (tractor, elektrische pomp, of diesel pomp).

leverbot_relatief_bodemvocht
Voorbeeld van een bodemvochtkaart uit 2013.

De GD geeft jaarlijks een leverbotprognose uit op basis van modelresultaten; een voorlopige versie en september en een definitieve in november. Daarnaast wordt in sommige jaren ook in het voorjaar een prognose gepubliceerd. Op basis van de eerdere onderzoeksresultaten heeft de GD sinds enkele jaren ook voorspellingen van bodemvocht in haar model opgenomen. Voorafgaand aan elke leverbotprognose levert FutureWater de volgende outputs aan de GD:

  • Maandelijkse bodemvocht kaarten op een ruimtelijke resolutie van 250 x 250 m.
  • Tabel met maandelijkse bodemvochtgehaltes per 4-cijferige postcode.

SPHY (Spatial Processes in HYdrology) wordt voor dit doel door FutureWater ingezet. SPHY is ontwikkeld door FutureWater op basis van bestaande en goed geteste model concepten, en is in deze studie ingezet om maandelijkse bodemvochtkaarten te genereren voor heel Nederland voor de periode 2001-2013.