Voor onze numerieke modellering maken we gebruik van een waaier aan commerciële pakketten, opensourceoplossingen en zelf ontwikkelde programma’s en tools. Het Waterbouwkundig Laboratorium heeft de juiste expertise in huis om uit het bestaande portfolio van modellen het meest geschikte instrument te selecteren voor elke toepassing. We houden het portfolio continu up-to-date en vullen eventuele lacunes aan. Wij zijn vertrouwd met heel wat software voor zeer uiteenlopende toepassingen. Hieronder lijsten we de belangrijkste even kort op.
Hydrologische modellen
Hydrodynamische modellen
Waterbalansmodellen
Golfmodellen
Sedimenttransport- en morfologische modellen
Analyse van scheepstrajecten
Computational fluid dynamics
Hydrostatica van schepen
Hydrodynamica van schepen
Vullen en ledigen van schutsluizen
Hydrologische modellen
Het Waterbouwkundig Laboratorium maakt gebruik van hydrologische modellen voor de berekening van de afvoer vanuit een rivierbekken naar de waterloop. Zo bepalen we randvoorwaarden die gebruikt worden in hydraulische modellen en waterbalansmodellen.
De meeste hydrologische modellen - zeker operationeel - van het Waterbouwkundig Laboratorium zijn conceptuele reservoirmodellen. Voor studieopdrachten maken we vergelijkingen tussen conceptuele modellen (NAM, PDM, …), gemengde conceptuele-fysisch gebaseerde modellen (bv. WetSpa) en hooggedetailleerde, fysisch gebaseerde en volledig gedistribueerde modellen (bv. MIKE SHE).
Hydrodynamische modellen
Hydrodynamische modellen in 1D gebruikt het Waterbouwkundig Laboratorium voornamelijk om waterstanden en debieten in rivieren en hun overstromingsgebieden te berekenen in functie van de tijd. We maken o.a. gebruik van MIKE11 modellen die we onderhouden en actualiseren om steeds zo goed mogelijk de actuele situatie weer te geven.
Op het gebied van hydrodynamische modellen in 2D en 3D is een waaier aan toepassingen mogelijk. Het Waterbouwkundig Laboratorium gebruikt deze modellen voor de kustzone, de rivierdelta’s en voor specifieke vraagstukken zoals zoutindringing in havens. Deze softwarepakketten hebben ook modules om het sedimenttransport te simuleren. In functie van de benodigde functionaliteiten voor de opdracht en de partners werken we o.a. met TELEMAC, Delft3D en MIKE21. Voor verschillende van deze softwarepaketten werken we mee aan nieuwe ontwikkelingen door nieuwe code te schrijven voor specifieke toepassingen of modules, of door uitgebreide testen van nieuwe functionaliteiten.
We zetten hydrodynamische modellen zowel in voor studies, adviezen en onderzoeken als voor onze operationele voorspellingsmodellen. Typische studievraagstukken zijn scenarioanalyses ter ondersteuning van het waterbeheer, de planning en de ontwikkeling van het beleid. Deze softwarepakketten bevatten naast waterbeweging ook modules voor morfologie.
Voor de operationele voorspellingsmodellen koppelt het Waterbouwkundig Laboratorium zijn hydrologische en hydrodynamische modellen aan de WISKI databank via webservices. In deze databank wordt info over neerslag, debieten, waterstanden en sedimenthoeveelheden continu opgeslagen aan de hand van metingen op het terrein. Zo doen we minimaal 4 keer per dag voorspellingen voor de komende 48 uur voor alle bevaarbare waterlopen in Vlaanderen.
NEVLA model Het NEVLA model - kort voor ‘NEderlands-VLAams’ - is een hydrodynamisch model dat ontwikkeld werd in de SIMONA software. Het omvat de Belgische kustzone, de Westerschelde en Zeeschelde en ook debijrivieren Durme, Rupel, Nete, Dijle en Zenne. Deze rivieren zijn allemaal tot aan hun getijgrens opgenomen in het model. SIMONA staat voor ‘SImulatie MOdellen voor de NAtte waterstaat’ en is het instrumentarium waarvan de Nederlandse Overheid (Rijkswaterstaat) gebruik maakt voor haar watermanagementtaken. Door de NEVLA schematisatie in deze software op te bouwen en te onderhouden, kan het model makkelijk in een internationale (Vlaams-Nederlandse) context worden gebruikt.Het model wordt door het Waterbouwkundig Laboratorium onderhouden in een 3D- en 2D-versie. De 3D-versie wordt vooral gebruikt voor berekeningen van saliniteit en sedimenttransport (zand en slib). De 2D-versie is sneller in gebruik en zorgt voor operationele voorspellingen. |
Waterbalansmodellen
We doen een beroep op waterbalansmodellen (zoals MIKE Basin) voor studies rond waterbeschikbaarheid en waterallocatie. We zetten ze bv. in bij scenarioanalyses voor wijzigende klimatologische omstandigheden of een wijzigende watervraag.
Golfmodellen
Numerieke modellering van golven is een manier om het gedrag van de kustverdediging te bestuderen. Het Waterbouwkundig Laboratorium maakt voornamelijk gebruikt van SWAN, Mike21BW, SWASH, DualSPHysics en XBeach. SWAN, Mike21BW en SWASH worden vooral ingezet voor golftransformatie, DualSPHysics voor de interactie van golven met structuren (zie ook CFD sectie onder) en XBeach voor kustmorfologische studies.
Sedimenttransport- en morfologische modellen
Eén van de belangrijkste bezorgdheden van de beheerders van de waterwegen, estuaria en kustzone is de verandering van de bodem en troebelheid van het water onder invloed van het veranderende transport van fijn sediment en zand. De bodem van de kust en Scheld is continue in verandering, enerzijds onder invloed van natuurlijke variaties in bovenafvoer, seizoenen, stormen en klimaatverandering, maar evenzeer onder invloed van menselijke ingrepen zoals baggerwerken, infrstructuurwerken, in-/ontpolderingen en kustverdediging.
Het sediment wordt in opgewoeld en getransporteerd door het water onder invloed van stromingen en golven. Op stromingsluwe plaatsen of kentering in het getij kan zakt het sediment weer uit. Door de hydrodynamische modellen en golfmodellen op een slimme manier te koppelen met een sediment transportmodel worden zo de sediment transporten en bodemveranderingen wiskundig gemodelleerd. Het proces van opwoelen, weer uitzakken, maar ook flocculeren in de waterkolom en consolideren op de bodem tot een moeilijker erodeerbare sliblaag is een complex proces afhankelijke van vele factoren. Om de processen beter te begrijpen en de modellen continu te verbeteren voert het WL gerichte metingen, laboratorium testen en langdurige monitoringscampagnes uit.
Het WL beschikt over modellen voor de Schelde en Kust op basis van open source en in house ontwikkelde software:
- Delft3D:
- Afgeleide NeVla modellen voor zand en slibtransport in de Westerschelde en Zeeschelde
- Geïdealiseerd Scheldemodel voor lange termijn (decades tot eeuwen) morfologische ontwikkelingen in de Westerschelde en mondingsgebied
- Telemac 2D/3D:
- Scaldis model voor sediment transport in de Zeeschelde
- Scaldis-Kust: middellange (jaren tot decaden) morfologische ontwikkelingen in de kustzone en mondingsgebied onder invloed van getij en golven
- iFlow: in house ontwikkelde software voor geïdealiseerde evenwichtsmodellering van sediment transporten in estuaria
- XBeach: detailmodellen korte termijn morfologie (stormafslag) van de stranden
- 1D kustlijn modellen: middellange tot lange termijn ontwikkeling van de kustlijn
Analyse van scheepstrajecten
Het Waterbouwkundig Laboratorium beschikt over een specifieke tool om scheepsverkeer te analyseren.
AIS data-analysetool Het Waterbouwkundig Laboratorium ontwikkelde een tool om Automatic Identification System (AIS) data op een flexibele en effectieve manier te analyseren. AIS data bevatten informatie die bv. gebruikt kan worden bij de analyse van het scheepsverkeer voor operationele doeleinden of voor specifieke manoeuvres op welbepaalde locaties. Omdat datavolumes vaak zeer groot zijn, sorteert de AIS data-analysetool eerst de nodige scheepsinformatie. Nadien wordt die gefilterd op basis van specifieke parameters zoals de scheeps- of reiskarakteristieken. Voor de visualisatie van de data voorziet de AIS data-analysetool exportopties in verschillende formaten die compatibel zijn met GIS viewers. |
Computational fluid dynamics
Met Computational Fluid Dynamics) (CFD), oftewel numerieke stromingsleer, bestuderen we stromingen van vloeistoffen en gassen (zoals water en lucht) via numerieke weg met behulp van computers. Hierbij worden de Navier-Stokes vergelijkingen in discrete vorm opgelost, waardoor we gedetailleerd stromingspatronen kunnen simuleren. CFD wordt gebruikt om de hydrodynamische krachten op schepen en structuren te bepalen en om de stroming door of in de omgeving van waterbouwkundige constructies te simuleren.
FINETM/Marine OpenFOAM DualSPHysics |
Hydrostatica van schepen
Het Waterbouwkundig Laboratorium kan een breed gamma aan software voor hydrostatische berekeningen van schepen inzetten, elk met eigen functionaliteiten en mogelijkheden.
DELFTship Rhino en Orca3D |
Hydrodynamica van schepen
Ook voor de studie van de hydrodynamica van schepen beschikken we over verschillende onderzoeksmogelijkheden.
ROPES ProToel Een gebruiker kan in de ProToel-GUI de gewenste reis simuleren door selectie van het schip, de ladingsconditie, de vaarroute met bijhorende vaarsnelheden en het/de gewenste tijdstip(pen) van vertrek. Op elk trajectpunt vraagt ProToel de voorspelde hydrometeogegevens (getij, stroom en directioneel golfklimaat) op via een webservice die het Waterbouwkundig Laboratorium host. Voor berekeningen op lange termijn is het mogelijk om astronomische hydrometeogegevens te definiëren in de lokale databank. De reacties van het schip op zeegang (dynamische verticale beweging) en squat (stationaire verticale beweging) berekenen we met behulp van een databank van scheepsbewegingskarakteristieken (bekomen uit modeltesten en numerieke berekeningen). |
Vullen en ledigen van schutsluizen
Het Waterbouwkundig Laboratorium gebruikt programma’s die het vul- en ledigingsproces van een schutsluis beschrijven in een geschematiseerde vorm. Ze berekenen de variatie in de tijd van de waterstand in de sluiskolk, de variatie in de tijd van het debiet door openingen in deuren of omloopriolen en de variatie in de tijd van langskrachten op het schip in de sluiskolk (dwarskrachten kunnen niet berekend worden).
LOCKFILL vul_sluis |
Impact van overstromingen
Naast het bepalen van fysische parameters zoals waterstanden of stijgsnelheden in overstroomde gebieden, berekent het Waterbouwkundig Laboratorium ook de impact van overstromingen door inschattingen te maken van schade en slachtoffers. Dit doen we om het risico voor en na een ingreep te vergelijken of om bv. de effecten van klimaatscenario’s door te rekenen.
LATIS LATIS gebruikt een zeer gedetailleerde landgebruikskaart tot op perceelniveau. De exacte locatie van (residentiële en industriële) gebouwen, wegen en andere constructies wordt in rekening gebracht. Op basis van deze landgebruiksinformatie en socio-economische data is het mogelijk om een potentiële schadekaart op te stellen. Die wordt gecombineerd met verschillende overstromingskaarten voor diverse terugkeerperioden om 1 risicokaart te vormen. Met behulp van schadefuncties wordt de werkelijke schade berekend op basis van de waterdiepte, maar ook de stroomsnelheid en de stijgsnelheid van het water. LATIS speelt een belangrijke rol om te voldoen aan de eisen van de Europese Overstromingsrichtlijn (Richtlijn 2007/60/EG). Het pakket is opgebouwd in Microsoft.NET met behulp van de Idrisi API (raster-GIS, Clark Labs). De gebruikersinterface en het algoritme van het model zijn geïmplementeerd in C#.Net. |