Simona-Baseline modelschematisatie ontwikkelingen Anke Becker, David Kerkhoven, Erik de Goede Simona-Baseline gebruikersmiddag Delft Software Dagen 13 juni 2012
Inhoudsopgave KPP-programma modelschematisaties en ervaringen tot nu toe opgeleverde modelschematies in 2011/2012 en wat er nog op de lijst staat voor 2012/2013 voorbeeld Maas => afvoerafhankelijke ruwheden, automatische kalibratie met OpenDA Conclusies Kalman Filtering in OpenDA DCSMv6 model 2
KPP-programma schematisaties overige mensen bij Deltares ZKS, ZWS, DSC en marktpartijen
KPP-programma schematisaties doelstelling beheer, onderhoud en ontwikkeling van hydrodynamische modelschematisaties voor RWS ontwikkeling van een inzichtelijk en consistent modelinstrumentarium Simona (WAQUA/TRIWAQ), SOBEK, SWAN, Baseline afstemming met RWS-WD en de regionale diensten afstemming met programma s zoals Deltamodel, WTI, Ruimte voor de Rivier 4
KPP-programma schematisaties invulling programma juni/juli: regiobezoeken => inventarisatie gebruikerswensen september: RWS-WD stelt vraagfiches op n.a.v. regiobezoeken oktober: n.a.v. vraagfiches volgen Requirements door Deltares waarin de vraagfiches worden beantwoord november: vaststelling requirements binnen het managementcontract en opstellen van PINS indien relevant eind november: bespreking antwoorden met RWS op BGM / BGS december/januari: projectplannen komend jaar n.a.v. requirements 5
KPP-programma schematisaties 2011/2012 schematisaties rivieren nieuwe basismodellen (5 e generatie) jaarlijkse actualisatie van de vigerende WAQUA- en SOBEK-modellen voor de hoofdrivieren ten behoeve van de hoogwatervoorspelling WAQUA-modellen voor vergunningverlening (B&O-modellen) modellen ter opname in het Deltamodel schematisaties zee/kust afronden DCSM-ZUNO / SWAN-NZ voor HMC s, KNMI en SVSD Neurale Netwerken deining en rapportage NN s B&O Modelschematisaties opname nieuwe modellen, herstructurering Subversion + diverse overige activiteiten 6
KPP-programma schematisaties 5 e generatie modellen één set van modellen voor de NL hoofdrivieren op dezelfde manier opgebouwd: Baseline 5 WAQUA 2011 Waq2Prof SOBEK 3 roosters sluiten bij elkaar aan dezelfde schematisatie in de overlapgebieden Voor de modellen van estuaria/zee/kustgebieden willen we in de toekomst zo veel mogelijk aansluiten aan deze methodiek. In 2012 wordt er een start gemaakt met een nieuw model voor de Oosterschelde en Grevelingen dat via Baseline wordt opgebouwd. 7
opgeleverde modellen 2011/2012 DCSM-ZUNO / SWAN NZ IJVD RMM Rijn Maas 8
To Do 2012/2013 nieuwe gebieden: - Oosterschelde en Grevelingen (doorkijk Zeeuwse Delta) - Markermeer en Veluwerandmeren - nieuwe afgeleide WAQUA-modellen - SOBEK-modellen (SOBEK 3) diverse activiteiten voor B&O 9
ervaringen - hoofdlijnen meer vragen/activiteiten gewenst, dan budget activiteiten voor opbouwen nieuwe generatie SOBEK-modellen onderschat zowel t.a.v. het recept/de methodiek voor de bouw als de beschikbaarheid en toepasbaarheid van de nieuwe software. Nauwe samenwerking met DSC uitermate belangrijk. sterke afhankelijkheid van beschikbaarheid en betrouwbaarheid software (Baseline 5, WAQ2PROF, SIMONA, OPENDA, SOBEK3) gebruik door WTI van in 2010 opgeleverde schematisaties tijdens de productiesommen is succesvol verlopen combineren van overleg modelontwikkeling DCSMv6-ZUNOv4 en operationele systeem RWsOS Noordzee werkt zeer effectief 10
sterke interactie modelontwikkeling en software Baseline 5 en de 5e generatie RMM, IJVD, Maas en Rijn ervaringen en aanpassingen OpenDA-Kalibratie en WAQUA (Maas, Rijn) afvoerafhankelijke ruwheden geen Kalibriv? OpenDA-Kalman Filtering, FEWS en WAQUA (DCSM-ZUNO) SIMONA release gekoppeld aan release OPENDA i.v.m. toevoeging van functionaliteit in OPENDA t.g.v. opgedane ervaringen tijdens de ontwikkeling van Kalman Filter voor DCSMv6 FEWS-functionaliteiten uitbereiding WAQUA HLES (Maas-Rijn) Quick-scan correctheid HLES-implementatie in SIMONA m.b.v. praktijkmodellen Maas en Rijn conclusies en ervaringen 11
automatische kalibratie voorbeeld Maas ruwheidstrajecten afregelen van de zomerbedruwheid konstante ruwheid per traject traject = tussen twee meetstations ruwheid op een traject beinvloedt de waterstand op het station bovenstrooms => afregelen op die waterstand In OpenDA kunnen meerdere trajecten aan elkaar gekoppeld worden (= als een traject worden beschouwd).
afvoerafhankelijke ruwheden voorbeeld Maas 3 afvoerniveaus: laag, midden (= ongeveer bankfull), hoog ruwheid 3000 2500 2000 Borgharen dorp 2600 m³/s afvoer afvoer (m³/s) 1500 1000 1300 m³/s 500 0 200 m³/s 22-11-1994 2-12-1994 12-12-1994 22-12-1994 1-1-1995 11-1-1995 tijd 21-1-1995 31-1-1995 10-2-1995 20-2-1995 2-3-1995 12-3-1995
afvoerafhankelijke ruwheden voorbeeld Maas resultaat:
Conclusies Vanuit modelontwikkeling liggen veel relaties met software releases en software ontwikkelingen. Implementaties in de software worden getest op analytische testbanken, maar de praktijk casussen vormen vaak de ultieme test. Praktijkontwikkelingen en gebruik brengen vaak bugs naar boven die alleen door nauwe uitwisseling tussen modelbouwers en softwareontwikkelaars kunnen worden opgelost. meer aandacht nodig voor praktijk-casussen voordat men overgaat tot software releases. meer doorlooptijd en ruimte inplannen in modelontwikkelingstrajecten waar met nieuwe software wordt gewerkt: Releases zijn vaak later beschikbaar dan gepland, geconstateerde bugs snoepen doorlooptijd en budget van modelontwikkelingstrajecten op.
Kalman Filtering in OpenDA & WAQUA Ontwikkeling DCSMv6-ZUNOv4 vraagt nieuwe functionaliteit van KF door het toepassen van: Parallel rekenen, horizontale domeindecompositie, toename van aantal rekenpunten van het model, assimilatie van meer meetstations (30 i.p.v. 8) Kalman Filtering binnen OPENDA (i.p.v. direct in WAQUA) maakt het nu mogelijk om ook voor andere rekenharten (SWAN, SOBEK,..) hiervan gebruik te maken.
DCSMv6 model Sheets van Firmijn Zijl, Martin Verlaan, Herman Gerritsen Overgenomen uit JONSMOD2012 presentatie van Firmijn Zijl (mei 2012, Brest)
DCSMv6 model development Development of a real-time flood forecasting model for the Northwest European Shelf and North Sea Dutch Continental Shelf Model v6 (DCSMv6) will replace operational DCSMv5 Model to provide water level forecasts every 6 hours, with 48-hour lead time Provide downstream boundary conditions for (fluvial) flood forecasting models WAQUA module of Simona framework
DCSMv6 model development (operational framework) The framework for operational storm surge prediction Maintained by the Dutch Storm Surge Warning Service (SVSD), which is responsible for issuing warnings to coastal authorities during high water threats Framework contains much more functionality and models (e.g. DCSMv6 with Kalman filter, DCSMv6-ZUNOv4, SWAN model, etc.)
DCSMv6 model setup (model grid and bathymetry) Model setup - computational grid Uniform cell size of 1.5 (1/40 ) in east-west direction and 1.0 (1/60 ) in north-south direction (~nautical mile) Around 10 6 active grid cells With a computational time step of 2 minutes, a 1 day simulation takes approximately 5 minutes on 12 computational cores
Calibration DCSMv5 versus DCSMv6 Goodness-of-Fit (in cm) for final calibration results (13 Dutch coastal stations) RMSE (getij) RMSE (opzet) RMSE (volledig) RMSE (hoogwater) RMSE (laagwater) DCSMv5 (2007) 9.5 9.1 13.1 11.3 11.0 DCSMv6 (2007) 3.7 6.9 7.8 7.4 7.5-61% -24% -40% -35% -32%
DCSMv6 model validation Goodness-of-Fit (in cm) for validation results (13 Dutch coastal stations) RMSE (getij) RMSE (opzet) RMSE (volledig) RMSE (hoogwater) RMSE (laagwater) Calibration (2007) 3.7 6.9 7.8 7.4 7.5 Validation (2008) 4.2 7.0 8.1 7.9 7.6 surge - 2007 surge - 2008
Conclusions OpenDA used for calibration and for data-assimilation The water level representation of the model is accurate, with GoF values, considering all stations, of 7.6 cm (tide), 8.0 cm (surge) and 9.9 cm (full signal) When considering Dutch coastal stations, excellent GoF values of 3.7 cm (tide), 6.9 cm (surge) and 7.8 cm (full signal) are found Compared to the existing operational model, this implies an improvement of 60 % for the tide, 24% for the surge and 40% for the full water level signal The forecast accuracy remains stable for the first lead time intervals. Thereafter, the accuracy can reduce, especially for the more extreme surge events