Presentatie door Karolina Wojciechowska, Deltares, op het D-HYDRO Symposium 2019, tijdens de Deltares Software Dagen - Editie 2019. Woensdag, 19 juni 2019, Delft.

1. Modelonzekerheden
Aanbevelingen voor D-HYDRO
Bevindingen Houcine Chbab
Karolina Wojciechowska
D-HYDRO Symposium, 19 juni 2019

2. Overzicht
• Inleiding
• Modellering modelonzekerheid WAQUA in WBI
• Voorbeeld: modelonzekerheid WAQUA Markermeer
• Lessen uit WBI
• Impact modelonzekerheid op berekende maatgevende waterstanden
• Keuzes modellering modelonzekerheid
• Modelinvoer als onderdeel van modelonzekerheid
• Conclusies en aanbevelingen voor D-HYDRO

3. Inleiding
• Behoefte voor kwantificeren van (model)onzekerheden voor de 6de generatie
D-HYDRO modelschematisaties.
• WAQUA gebruikt in het Wettelijke Beoordelingsinstrumentarium (WBI) voor
het afleiden van lokale waterstanden voor verschillende combinaties van
randvoorwaarden (m.u.v. Oosterschelde).
• In het kader van het WBI is de modelonzekerheid in WAQUA gekwantificeerd
en meegenomen in de probabilistische berekeningen.
• Dat is gedaan voor de eerste keer. Inmiddels veel ervaring opgebouwd
met de modelonzekerheid.

4. Modellering modelonzekerheid WAQUA in WBI
• In het WBI heeft de modelonzekerheid betrekking op de resultaten die worden
gegenereerd uit de productieberekeningen met WAQUA en vervolgens gebruikt
worden voor probabilistische berekeningen met Hydra-Ring.
• De modelonzekerheid wordt bepaald door:
1. Modelinvoer: modelrandvoorwaarden die opgelegd worden voor de
aansturing van de productieberekeningen (bovenrand, benedenrand, wind).
2. Modellering van fysische processen: gebruikte modelschematisaties,
kalibratie en morfologische veranderingen.
3. Niet gemodelleerde aspecten en/of grootheden, die wel van belang zijn
voor de waterstanden zoals springtij (benedenrivieren).

5. Modellering modelonzekerheid WAQUA in WBI
• Uitgangspunten:
• Modelonzekerheid ~ N(μ,σ).
• Het gemiddelde μ = 0, geen bias dus.
• Modelonzekerheid locatie afhankelijk.
• Modelonzekerheid is constant voor het hele bereik van herhalingstijden
(onzekerheid in meetbereik dezelfde als in extreme situaties).
• Modelonzekerheid vooral uitgedrukt door standaardafwijking σ.
• De modelonzekerheid van WAQUA is voornamelijk op basis van de kalibraties, de
resultaten, van enkele gevoeligheidsberekeningen en vooral expert judgement
afgeleid. Er lag geen onzekerheidsanalyse aan ten grondslag.

6. Modellering modelonzekerheid WAQUA in WBI
• In de probabilistische berekeningen: modelonzekerheid opgeteld bij
waterstand-stochast.

7. Voorbeeld: modelonzekerheid Markermeer

8. Voorbeeld: modelonzekerheid Markermeer
• In WBI: WAQUA model incl. de Eem.
• Markermeer is een wind gedreven watersysteem (met opwaaiing tot enkele
meters).
• Drie stochasten in WBI: meerpeil, windsnelheid en windrichting.
• Bij het kwantificeren van de modelonzekerheid is het Markermeer ingedeeld in vijf
deelgebieden (o.b.v. hydraulische eigenschappen).

9. Voorbeeld: modelonzekerheid Markermeer
Onzekerheidsbron St. deviatie [m]
Transformatie naar open-water wind 0,15
Windstress en modellering waterruwheid 0,25
Windvelden 0,15
Stormduur en winddraaiing 0,10
Parameterinstelling en numerieke aspecten 0,10
Slingeringen, morfologie/bodem, overlaten e.d. 0,10
Deelgebied Bias [m] Standaardafwijking
[m]
Markermeer winddominant: locaties langs
Flevoland 0 0,30
Gooimeer 0 0,30
Markermeer wind en meerpeil bepalend:
locaties langs IJburg 0 0,25
Markermeer meerpeilgedomineerd: locaties
langs kust van Noord-Holland
0 0,15
Eemmeer en Nijkerkernauw 0 0,35
Eem 0 0,40
Incl. Eemafvoer

10. Voorbeeld: modelonzekerheid Markermeer

11. Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA
• Lessen uit WBI:
• Impact modelonzekerheid op berekende maatgevende waterstanden (na
afloop van probabilistische berekeningen)
• Keuzes modellering modelonzekerheid
• Modelinvoer als onderdeel van modelonzekerheid

12. Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA
• Impact modelonzekerheid op berekende maatgevende waterstanden:

13. • Impact modelonzekerheid op berekende maatgevende waterstanden:
Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA

14. • Impact modelonzekerheid op berekende maatgevende waterstanden:
Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA
0,1 m

15. • Impact modelonzekerheid op berekende maatgevende waterstanden:
Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA

16. Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA
• Keuzes modellering modelonzekerheid:
• Modelonzekerheid normaal verdeeld: andere verdeling een mogelijke
oplossing voor onrealistische effecten van modelonzekerheid (zorgvuldig!).
• Locatie afhankelijkheid: indeling in deelgebieden o.b.v. hydraulische
eigenschappen blijkt niet voldoende. Binnen een deelgebieden differentiatie
nodig als gevolg van fysica en lokale aspecten.
• Afhankelijkheid herhalingstijd: in principe voldoende voor WBI, nadere
uitwerking voor bijv. Ruimte voor de Rivier maatregelen en het sluiten van
stormvloedkeringen. Voor andere toepassingen dan WBI kan het lage bereik
wel relevant zijn.

17. Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA
• Modelinvoer als onderdeel van modelonzekerheid:
• Modelinvoer een belangrijke onzekerheidsbron (naar verwachting ook voor
D-HYDRO).
• Voor bepaalde gebieden is de onzekerheid in modelinvoer nog belangrijker dat
de modelonzekerheid als gevolg van modelschematisaties en modellering van
fysische processen.
• Studie van HKV naar de impact van de modelinvoer op de waterstand in het
benedenrivierengebied (o.a. faseverschil stormopzet en getij, afvoerverdeling
bij Pannerdensche Kop).

18. Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA
• Studie van HKV: variatie invoer

19. Lessen uit WBI over modelonzekerheid WAQUA
• Studie van HKV: effect op waterstanden

20. Conclusies en aanbevelingen voor D-HYDRO
• De keuze voor locatieafhankelijkheid van modelonzekerheid lijkt onomkeerbaar. De
wijze waarop dat voor WBI is gedaan is niet voldoende gebleken voor bepaalde
systemen en specifieke gebieden.
• De keuze van onafhankelijkheid van modelonzekerheid van de herhalingstijd lijkt
met uitzondering van zeer specifieke gevallen gerechtvaardigd (voor WBI) → voor
andere toepassingen (waar niet-extreme waterstanden relevant zijn) kan het zijn
dat deze keuze niet gerechtvaardigd is.
• Het blijkt dat de modelinvoer een belangrijke onzekerheidsbron is → indien wens
om deze apart te beschouwen dan moet er een nieuwe methode ontwikkeld
worden.
• Kalibratie- en validatieresultaten geven inzicht in de grootte van modelonzekerheid
en dienen dan ook bij voorkeur als vertrekpunt te worden gehanteerd → let op:
dekking en range!
• Veel ervaring met modelonzekerheid bij WBI (vaak mix kennis en
pragmatisme). Maak gebruik van de ervaring!