Modellen, modellen, modellen. Henk Schuttelaars

Transcriptie

1 Modellen, modellen, modellen Henk Schuttelaars

2 Modellen, modellen, modellen Wat gebeurt er in hydro- en morfodynamische modelstudies en hoe zijn de resultaten te interpreteren? Henk Schuttelaars

3 Hier is een mogelijke definitie: Wat is een model? A model is a (simplified) representation of a system that allows for investigation of the properties of the system and, in some cases, prediction of future outcomes 3/37

4 Hier is een mogelijke definitie: Wat is een model? A model is a (simplified) representation of a system that allows for investigation of the properties of the system and, in some cases, prediction of future outcomes 4/37

5 Wat is een model? Hier is een mogelijke definitie: A model is a (simplified) representation of a system that allows for investigation of the properties of the system and, in some cases, prediction of future outcomes Verschillende soorten modellen (de Vriend, 1991): Data-based models: alleen metingen worden gebruikt (bijv. lineaire regressie) Empirische relaties: gebaseerd op observaties Proces-gebaseerde modellen: onderliggende fysische behoudswetten 5/37

6 Wat is een model? Hier is een mogelijke definitie: A model is a (simplified) representation of a system that allows for investigation of the properties of the system and, in some cases, prediction of future outcomes Verschillende soorten modellen (de Vriend, 1991): Data-based models: alleen metingen worden gebruikt (bijv. lineaire regressie) Empirische relaties: gebaseerd op observaties Proces-gebaseerde modellen: onderliggende fysische behoudswetten 6/37

7 Wat is een model? Proces-gebaseerde modellen: niet één soort model, maar een continuum van modelformuleringen 7/37

8 Wat is een model? Proces-gebaseerde modellen: niet één soort model, maar een continuum van modelformuleringen Exploratory model (Murray, 2003) Simulation model 8/37

9 Wat is een model? Proces-gebaseerde modellen: niet één soort model, maar een continuum van modelformuleringen Exploratory model (Murray, 2003) Simulation model Exploratory models arise when trying to discover what processes or interactions are essential to produce specific phenomena and their sensitivity when searching for a clear explanation 9/37

10 Wat is een model? Proces-gebaseerde modellen: niet één soort model, maar een continuum van modelformuleringen Exploratory model (Murray, 2003) Simulation model Simulation models are designed to reproduce a natural system as completely as possible, to simulate as wide a range of behaviors, in as much detail, and with as much quantitative accuracy as can be achieved. 10/37

11 Wat is een model? Proces-gebaseerde modellen: niet één soort model, maar een continuum van modelformuleringen Exploratory model (Murray, 2003) Simulation model Focus op begrip van specifieke fenomenen (mechanismen!) Alleen relevante processen Simpele parameterisaties Qualitatieve vergelijking Alle processen meegenomen Zoveel mogelijk details State-of-the-art parameterisaties Quantitatieve vergelijking 11/37

12 Wat is een model? Proces-gebaseerde modellen: niet één soort model, maar een continuum van modelformuleringen Exploratory model (Murray, 2003) Simulation model Snel in termen van runtijd Systematisch onderzoek van geometrie/parameterwaarden. Robust Fysisch inzicht en inzicht in tendensen Lang en duur om te runnen Gedetailleerde oplossing Gevoeligheidsonderzoek uiterst lastig Geen fysisch inzicht 12/37

13 Wat is een model? Proces-gebaseerde modellen: niet één soort model, maar een continuum van modelformuleringen Exploratory model (Murray, 2003) Simulation model Snel in termen van runtijd Systematisch onderzoek van geometrie/parameterwaarden. Robust Fysisch inzicht en inzicht in tendensen Lang en duur om te runnen Gedetailleerde oplossing Gevoeligheidsonderzoek uiterst lastig Geen fysisch inzicht ONTWIKKELTIJD IS VOOR ALLE TYPEN MODELLEN VAN DEZELFDE ORDE VAN GROOTTE 13/37

14 Wat is een model? Exploratory model Simulation model Onthoud: elk model is maar een model 14/37

15 Welk model te gebruiken? 15/37

16 Welk model te gebruiken? Dat hangt van de vraag af die je wilt beantwoorden 16/37

17 Welk model te gebruiken? Dat hangt van de vraag af die je wilt beantwoorden In het geval van de Eems (in alle complexiteit): Waarom zo n hoge concentraties zwevend stof Welke maatregel zou eventueel een reductie van deze concentraties kunnen bewerkstelligen (zowel korte als lange termijn), en hoe zo n maatregel te optimaliseren. Hoe gevoelig zijn de resultaten voor onnauwkeurigheden in parameters, processen, etc 17/37

18 Welk model te gebruiken? 18/37

19 Welk model te gebruiken? Resultaten van het model rechts wekken natuurlijk veel meer vertrouwen dan die van links!! 19/37

20 Welk model te gebruiken? Resultaten van het model rechts wekken natuurlijk veel meer vertrouwen dan die van links!! Want: geometrie ziet er veel realistischer uit en veel ingewikkelder, dus zullen de resultaten voor mijn doeleinden ook wel beter zijn.. 20/37

21 Welk model te gebruiken? Resultaten van het model rechts wekken natuurlijk veel meer Vertrouwen dan die van links!! Want: geometrie ziet er veel realistischer uit en veel ingewikkelder, dus zullen de resultaten voor mijn doeleinden ook wel beter zijn? 21/37

22 Welk model te gebruiken? dus zullen de resultaten voor mijn doeleinden ook wel beter zijn? De vragen in het geval van de Eems (in alle complexiteit): Waarom zo n hoge concentraties zwevend stof Welke maatregel zou eventueel een reductie van deze concentraties kunnen bewerkstelligen (zowel korte als lange termijn), en hoe zo n maatregel te optimaliseren. Hoe gevoelig zijn de resultaten voor onnauwkeurigheden in parameters, processen, etc 22/37

23 Welk model te gebruiken? Resultaten van het model links Kunnen ook niet alle vragen beantwoorden: De vragen in het geval van de Eems (in alle complexiteit): Waarom zo n hoge concentraties zwevend stof Welke maatregel zou eventueel een reductie van deze concentraties kunnen bewerkstelligen (zowel korte als lange termijn), en hoe zo n maatregel te optimaliseren. Hoe gevoelig zijn de resultaten voor onnauwkeurigheden in parameters, processen, etc 23/37

24 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb Maar de experts weten de juiste waarden van de parameters toch wel? 24/37

25 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb Maar de experts weten de juiste waarden van de parameters toch wel? Delft3D, Egmond case: (From I. Garcia, in prep.) 25/37

26 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb Maar de experts weten de juiste waarden van de parameters toch wel? (From I. Garcia, in prep.) Als we parameters variëren zien we dit, maar is daar wel budget voor? 26/37

27 DUS.. Wat betekent het nu eigenlijk als we besluiten een klein aantal numerieke experimenten te doen? 27/37

28 DUS.. Wat betekent het nu eigenlijk als we besluiten een klein aantal numerieke experimenten te doen? 28/37

29 DUS.. Wat betekent het nu eigenlijk als we besluiten een klein aantal numerieke experimenten te doen? Maar: het aantal parameters is orde 100, begincondities niet nauwkeurig bekend, forcering stochastisch 29/37

30 DUS.. Wat betekent het nu eigenlijk als we besluiten een klein aantal numerieke experimenten te doen? Maar: het aantal parameters is orde 100, begincondities niet nauwkeurig bekend, forcering stochastisch WE WETEN NIET EENS WAAR HET BORD PRECIES HANGT 30/37

31 HOE NU VERDER.. COMBINATIE VAN VERSCHILLENDE TOOLS, WAARBIJ DE STERKE PUNTEN VAN IEDERE TOOL WORDEN GEBRUIKT EN GECOMBINEERD: 31/37

32 HOE NU VERDER.. COMBINATIE VAN VERSCHILLENDE TOOLS, WAARBIJ DE STERKE PUNTEN VAN IEDERE TOOL WORDEN GEBRUIKT EN GECOMBINEERD: Exploratory models om gevoeligheden af te tasten Simulation models om best options te bekijken 32/37

33 HOE NU VERDER.. COMBINATIE VAN VERSCHILLENDE TOOLS, WAARBIJ DE STERKE PUNTEN VAN IEDERE TOOL WORDEN GEBRUIKT EN GECOMBINEERD: Exploratory models om gevoeligheden af te tasten Simulation models om best options te bekijken Combineer/vergelijk met data/data-driven models 33/37

34 HOE NU VERDER.. Let op: veel vragen zijn echt onderzoeksvragen. Het kost TIJD en INSPANNING die te beantwoorden. Misschien is er geen (eenvoudige/haalbare) oplossing voor een gesteld probleem. Vaak is dit a priori niet te zeggen! 34/37

35 HOE NU VERDER.. MAAR: (onderzoeks)vragen die nu niet worden aangepakt komen uiteindelijk toch weer terug 35/37

36 HOE NU VERDER.. MAAR: (onderzoeks)vragen die nu niet worden aangepakt komen uiteindelijk toch weer terug Voorbeeld: stabiliteit meergeulenstelsels in de Waddenzee Al genoemd in NAM 1998 rapport Ook in rapport Commissie Meijer, 2004 Nu weer actueel.. maar zijn we veel verder dan 15 jaar geleden? Een citaat uit de Integrale Bodemdalingstudie: Verkennende analyses op basis van het eerste niet-lineair meerdimensionaal model van een sterk vereenvoudigd zeegatsysteem (Schuttelaars, 1997) laten zien dat in een systeem, zoals de Wadden, nietlineair dynamisch gedrag kan optreden. [ ] Uit het model van Schuttelaars komt naar voren dat in theorie meerdere evenwichts-toestanden mogelijk zijn. Het lijkt dus voor de hand te liggen om analyses te doen op basis van dit soort modellen en de aldus verkregen kennis te integreren in empirische modellen, zoals AEGHIS. Het probleem is dat de ontwikkeling van dit soort niet-lineaire modellen nog in een eerste stadium verkeert, zodat een praktische vertaalslag naar 1-D modellen nog niet mogelijk is. Vooralsnog zijn overwegend lineaire modellen, zoals AEGHIS, MORRES, ESTMORF en ASMITA gebaseerd op empirische kennis, het enig haalbare voor lange termijn voorspellingen (NAM 1998, pag. 200). 36/37

37 CONCLUSIE/DISCUSSIE COMBINATIE VAN VERSCHILLENDE TOOLS, WAARBIJ DE STERKE PUNTEN VAN IEDERE TOOL WORDEN GEBRUIKT EN GECOMBINEERD: Exploratory models om gevoeligheden af te tasten Simulation models om best options te bekijken Combineer/vergelijk met data/data-driven models 37/37

38 Welk model te gebruiken?..intermezzo.. Als we iets over sediment willen weten, waarom besteden we dan bij beoordelingen van modelexercities zoveel aandacht aan het verticale getij (uitwijking van het zeeoppervlak), terwijl we juist naar de snelheden moeten kijken.. 38/37

39 Welk model te gebruiken?..intermezzo.. Als we iets over sediment willen weten, waarom besteden we dan bij beoordelingen van modelexercities zoveel aandacht aan het verticale getij (uitwijking van het zeeoppervlak), terwijl we juist naar de snelheden moeten kijken.. O ja, en ALSJEBLIEFT NIET door lijntjes met lijntjes te vergelijken (later meer). Zullen we daar gewoon mee stoppen? 39/37

40 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb2 Maar deze lijntjes liggen toch wel dicht genoeg bij de metingen? 40/37

41 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb2 Maar deze lijntjes liggen toch wel dicht genoeg bij de metingen? LET OP: dit zijn zeeniveaus, NIET interessant voor sediment- transport!! 41/37

42 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb2 Maar deze lijntjes liggen toch wel dicht genoeg bij de metingen? SNELHEDEN!! 42/37

43 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb2 Maar deze lijntjes liggen toch wel dicht genoeg bij de metingen? SNELHEDEN!! SEDIMENT TRANSPORT!! 43/37

44 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb2 Maar deze lijntjes liggen toch wel dicht genoeg bij de metingen? IMPORT EXPORT SNELHEDEN!! SEDIMENT TRANSPORT!! 44/37

45 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb2 Maar deze lijntjes liggen toch wel dicht genoeg bij de metingen? IMPORT EXPORT SNELHEDEN!! SEDIMENT TRANSPORT!! Ipv lijntjes : amplituden en fases! 45/37

46 Waarom gevoeligheidsstudie: Vb2 Maar deze lijntjes liggen toch wel dicht genoeg bij de metingen? IMPORT EXPORT Als we parameters variëren zien we dit, maar is daar wel budget voor? 46/37