Een onderzoek naar het gebruik van 3Di als ad hoc overstromingscalamiteitenmodel
- Opdrachtgever
- Waterschap Rijn en IJssel
- Jaar
- 2023
- Partners
- Arcadis
In een calamiteiten situatie zijn snelle en betrouwbare overstromingssimulaties van uiterst belang. Waterschap Rijn & IJssel is benieuwd hoe 3Di zich als ad hoc calamiteiten model verhoudt ten opzichte van andere hydrodynamische modelpakketten. 3Di heeft aangetoond accurate resultaten te kunnen leveren en tot een factor twee sneller te zijn dan vergelijkbare modelleerpakketten.
De uitdaging
Waterschap Rijn & IJssel is op zoek naar het beste modelleerpakket om een calamiteitenmodel mee op te zetten en door te rekenen. Hiermee kan in een crisissituatie snel een overstromingssimulatie worden uitgevoerd om bruikbare inzichten te verschaffen. Onlangs heeft Arcadis voor verschillende dijkringen een D-Hydro overstromingsmodel (een beleidsmodel voor scenarioberekeningen) opgesteld en vervolgens een kort onderzoek uitgevoerd naar de toepassingsmogelijkheden van Tygron als ad hoc calamiteitenmodel. Waterschap Rijn & IJssel wil ook graag weten hoe 3Di functioneert als ad hoc calamiteitenmodel. Hieruit is de volgende hoofdvraag ontstaan:
“Hoe verhoudt 3Di zich als ad hoc calamiteitenmodel voor een overstroming bij Dijkring 49 ten opzichte van Tygron en D-Hydro?”
Onze oplossing
Om een goede vergelijking te maken met het D-Hydro model is er in 3Di een 2D hydrodynamisch overstromingsmodel opgezet. Hiervoor zijn hoge resolutie (0.25 m2) rasters gebruikt voor de hoogtekaart en het frictieraster. Deze rasters zijn gebaseerd op het AHN4 en het fysieke landgebruik. Door het gebruik van de subgrid techniek kan deze data op hoge resolutie meegenomen worden in berekeningen zonder in te leveren op rekentijd. Om te zorgen dat belangrijke sturende elementen (treinsporen, snelwegen etc.) goed meegenomen worden in de simulatie zijn deze elementen toegevoegd als verhoogde lijnelementen.
Aan het model is een bres toegevoegd vanuit de IJssel met een afvoergolf die eens in de tienduizend jaar voorkomt. De afvoergolf is berekend met het Rijntakkenmodel, en is toegevoegd als een waterstands randvoorwaarde. Van deze simulatie zijn de bresgroei en stroomsnelheid door de bres vergeleken met dezelfde parameters in het D-Hydro model. Na analyse van deze parameters kan geconcludeerd worden dat 3Di nagenoeg op dezelfde waarden uitkomt als D-Hydro.
Naast de bresparameters zijn ook de maximale waterdiepte en aankomsttijden vergeleken met de resultaten van D-Hydro. De grootste verschillen zijn zichtbaar in het inundatiegebied, waar 3Di door het gebruik van subgrid meer van het gebied inundeert omdat kleine watergangen in het model beter worden meegenomen.
Het resultaat
3Di rekent aantoonbaar sneller dan de andere pakketten. In deze studie rekent het gemaakte 3Di model een factor 2 sneller dan het D-Hydro model waarvan het is afgeleid. Dit komt met name door de wijze van berekening. De combinatie van subgrid en quadtrees zorgen voor een zeer efficiënte 2D-berekening met weinig verlies in nauwkeurigheid. Naast de rekensnelheid komen de resultaten uit het model goed overeen met de resultaten uit D-Hydro. Hierdoor is 3Di een uitstekende optie om te gebruiken als ad hoc calamiteitenmodel.
Alle cases