Een Dynamic Digital Twin voor riolering en wateroverlast

Het zal geen verrassing zijn dat door de klimaatverandering vaker wateroverlast ontstaat. Als het regent, stroomt er water over de straat. Bij normale regen loopt dit water in principe probleemloos weg naar het riool en de bodem. Pas als het uitzonderlijk hard regent, kan de riolering de afvoer niet meer aan. Dan blijft water op straat staan. Dat water moet de goede kant op: naar open water, de bodem in, of na een tijdje alsnog het riool in. In elk geval mag het water van de straat niet in gebouwen stromen of doorgaande wegen blokkeren. Het gaat er dus om dat we het water in goede banen leiden. Dat kan bij hevige buien niet zonder dat we het merken. Berging en transport van water over en in de openbare ruimte zijn onvermijdelijk.

Water op straat is altijd zeer plaatselijk en over het algemeen beperkt tot een straat, plein of tunnel. Ook na het treffen van maatregelen blijven sommige locaties door hun ligging relatief kwetsbaar voor wateroverlast. Denk aan laaggelegen plekken, ingesloten gebieden of een vlak terrein onderaan een helling. Maar ook aan plaatsen waar het oppervlaktewater een beperkte afvoercapaciteit heeft en de riolering het water niet goed kwijt kan. Uit modelberekeningen, hoogtekaarten en plaatselijke ervaringen kan een gemeente nagaan welke locaties kwetsbaar zijn. Meldingen van bewoners bij de gemeente, brandweer of via social media zijn ook een belangrijke bron van informatie over wateroverlast. Misschien is een plek niet kwetsbaar door de ligging, maar door een verstopte kolk.

De gemeenten Breda, Den Haag, Groningen en Rotterdam hebben de handen ineengeslagen en zijn het project Dynamic Digital Twin Riolering gestart. Cofinanciering werd verkregen vanuit het Innovatiebudget Digitale Overheid (ministerie van BZK). Dit project had als doel om een dynamisch 3D-stadsmodel voor stedelijk waterbeheer te ontwikkelen.

Het project bestaat uit drie componenten:

Om operationele, dynamische data te kunnen ontsluiten, overlastmeldingen eenvoudiger te kunnen monitoren en scenario’s te modelleren, zijn de vier gemeenten samen met Stichting RIONED, Future Insight BV en Nelen & Schuurmans op zoek gegaan naar slimme oplossingen. Door rioleringsgegevens en (dynamische) informatie over de leefomgeving en de gevolgen van klimaatverandering aan elkaar te koppelen, wordt meer inzicht gecreëerd. Dit leidt tot betere afwegingen om de openbare ruimte klimaatbestendig en kosteneffectief in te richten, de inbreng van burgers optimaal te benutten, en het rioleringsbeheer efficiënter en effectiever te maken en hierover transparant te communiceren.

De eerste stap om deze ambities waar te maken, lag bij het Gegevenswoordenboek Stedelijk Water (GWSW). GWSW is een open standaard voor het eenduidig uitwisselen en ontsluiten van gegevens in het stedelijk waterbeheer. Deze pas-toe-of-leg-uit standaard verbetert de samenwerking tussen de beheerder en de gebruiker van de rioleringsdata. Om een GWSW-dataset (in W3C-formaat RDF) te kunnen ontsluiten in een Digital Twin, wordt deze omgezet naar het OGC-dataformaat CityGML.

Stichting RIONED en Future Insight hebben samengewerkt om dit proces te automatiseren in een gestandaardiseerde RDF>CityGML-converter. Wanneer een (actuele) dataset naar de GWSW-server wordt ingeladen, dan leidt dit automatisch tot een omzetting naar CityGML-basisbestand voor een 3D Digital Twin. De generieke ontsluiting van CityGML-bestanden van rioleringsdata van in principe alle gemeenten en waterchappen, is vanaf de GWSW-server (zie apps.gwsw.nl­), handmatig en via API, vrij en leveranciersonafhankelijk beschikbaar.

De gemeenten Rotterdam, Den Haag en Groningen beschikken over een 3D-stadsmodel opgebouwd met CityGML. Daarin konden de beschikbare geconverteerde GWSW-data ingeladen worden. Voor Breda was dit anders, omdat die gemeente zelf nog geen stadsmodel heeft. Maar door gebruik te maken van de 3D-BAG is er toch een demo Digital Twin ontwikkeld waar de rioleringsdata soepel aan werden toegevoegd. Samen met gemeentespecifieke data kwam het project dichter bij de dynamische Digital Twin die het nastreeft.

Om meer inzicht te geven in de wateroverlast in de Digital Twin, is een koppeling gemaakt met de 3Di-plugin van Nelen & Schuurmans. 3Di is cloud-based hydrodynamische modelleersoftware die een integraal perspectief op het watersysteem biedt. Door toevoeging van de plugin is het mogelijk gemaakt om op hoge resolutie te rekenen aan water(standen) binnen de 3D Digital Twin.

Met de plug-in wordt het integrale rekenmodel aangeroepen op de 3Di-server. De gebruiker kan een neerslaggebeurtenis naar wens kiezen en de simulatie starten. Het resultaat is de waterdiepte die per tijdstap wordt ververst. Het uitvoeren van deze simulaties binnen een 3D Digital Twin maakt de impact van wateroverlast in het stedelijk gebied inzichtelijker. Het geeft bijvoorbeeld inzicht bij welke regenintensiteit welke systemen en straten/percelen kwetsbaar zijn.

De demo Digital Twin is opgezet als testomgeving en te bekijken op www.totaal3d.nl/viewer/ddt/#/. De Digital Twin laat bovenstaande componenten zien en maakt het mogelijk om te verkennen wat de huidige technische mogelijkheden zijn om een Dynamic Digital Twin op te zetten. In de demo Digital Twin zijn verschillende databronnen gecombineerd:

Met deze componenten en de demo Digital Twin is er nog geen sprake van een Dynamic Digital Twin. De 3Di modellen zijn dynamisch, maar de vraag van de gemeenten ging over hoe de Digital Twin kan worden ingezet voor wateroverlast en (wateroverlast)meldingen. Daarom is dat voor elk van de gemeenten apart uitgewerkt, aansluitend bij de geïdentificeerde informatiebehoefte en toepassingen zoals die zijn opgehaald in verschillende werksessies. Dit resulteerde in vier use cases:

Voor de uses cases was de demo Digital Twin het uitgangspunt om samen te ontdekken hoe een Dynamic Digital Twin kan bijdragen aan de aanpak van wateroverlast in de stad. In intensieve workshops zijn de modellen en inzichten besproken met de beheerders en projectleiders van de Stedelijk Water afdelingen van de gemeenten. De toepassing van de Dynamic Digital Twin is per gemeente uitgewerkt in een prototype en een toelichtende video. De prototypes verkennen hoe toepassingen met de dynamische databronnen in de 3D Digital Twin bij kunnen dragen aan het maken van betere afwegingen.

In de video leggen we uit welke stappen de gebruiker doorloopt in een mogelijke toepassing en hoe de Dynamic Digital Twin er rondom de desbetreffende gemeente uit kan zien. De uiteindelijke toepassingen zijn binnen het tijdspad en budget van dit innovatieproject niet ontwikkeld, maar geven een beeld hoe de Dynamic Digital Twin ingezet zou kunnen worden.

In dit project hebben we geleerd dat de techniek er al is, maar dat we nog stappen moeten nemen om op deze integrale digitale manier te gaan werken en de data nog verder samen te brengen. Duidelijk is dat de 3D-stadsmodellen in combinatie met dynamische data grote potentie hebben voor de use cases en toekomstige toepassingen bij assetmanagement en maat- schappelijke opgaven zoals de energietransitie en klimaatadaptatie. Die toekomst hebben we met dit project weer een klein beetje dichterbij gebracht.

Meer informatie