Ga door naar hoofdcontent
ArtikelenParTerra gebruikt de lokale kennis van bewoners en experts

ParTerra gebruikt de lokale kennis van bewoners en experts

Vrijdag 18 juni 2021Afbeelding ParTerra gebruikt de lokale kennis van bewoners en experts

De verstedelijking neemt toe over de gehele wereld. Meer dan de helft van de wereldbevolking leeft tegenwoordig in een stad en de verwachting is dat dit percentage zal blijven stijgen. Hoewel er duidelijke voordelen zitten aan het leven in een stad, zoals toegang tot meer voorzieningen en arbeidsplaatsen, kleven er ook nadelen aan de toenemende mate van verstedelijking.

In de context van recente ontwikkelingen kan hierbij uiteraard gedacht worden aan uitbraken en transmissie van ziektes. Verstedelijking heeft vaak ook een negatief effect op de waterhuishouding. Natuurlijke stroompaden worden vaak gekanaliseerd, raken bekneld of zijn volledig verwijderd, terwijl de toename van verhard oppervlak er juist voor zorgt dat neerslag minder goed in de bodem kan infiltreren en sneller tot afvoer komt. Dit kan leiden tot een verhoogde kans op overstromingen. Mede hierom wordt tegenwoordig hard ingezet op klimaatbestendigheid en klimaatadaptatie in steden, zowel vanuit overheden als niet-gouvernementele organisaties (NGO’s). In  Nederland zijn regionale overheden en waterschappen bezig om de waterhuishouding te verbeteren. De Europese Unie (EU) heeft van klimaatadaptatie in steden een belangrijk punt gemaakt [1]. Globale organisaties zoals de Wereldbank eisen dat dit onderwerp aandacht krijgt in hun projecten [2]. En er ontstaan nieuwe netwerken en organisaties die zich specifiek op dit onderwerp richten, zoals het C40 Cities [3] en Resilient Cities Network [4].

Figuur 1. OSM-data voor lijn- (links) en polyfoon- (rechts) elementen in Amsterdam (map data copyrighted OpenStreetMap contributors and available from https://www.openstreetmap.org, database d.d. 24-08-2020).

Belang van kwalitatieve geo-data

Om een goed inzicht te kunnen krijgen in de waterhuishouding, inclusief alle waterstromen, afvoer en overstromingsrisico’s, alsmede het kunnen uittesten van het effect van nieuwe stedelijke ontwikkelingen en/of maatregelen tegen overstromingen, zijn geografische data van hoge kwaliteit van belang. Deze data moeten daarnaast van een relatief hoge ruimtelijke resolutie zijn, om alle relevante infrastructuurelementen mee te kunnen nemen, en dienen uiteraard ook zo actueel mogelijk te zijn, zeker in gebieden waar de verstedelijking in een snel tempo plaatsvindt.

Hydrologische modellen

Voor projecten en studies die specifiek gericht zijn op (stedelijke) overstromingen wordt vaak gebruikgemaakt van hydrologische en/ of hydrodynamische modellen. Hydrologische modellen proberen de hydrologische cyclus (van regen, infiltratie, verdamping, opslag, afvoer etc.) te verklaren. Omdat hier veel ingewikkelde processen achter zitten worden voor veel van deze processen benaderingen gebruikt. Hydrodynamische modellen proberen juist heel nauwkeurig waterstromen te modelleren, terwijl veel van de achterliggende hydrologische processen achterwege worden gelaten. Modellen zijn per definitie een versimpeling van de werkelijkheid, maar kunnen toch goede resultaten behalen die nauw overeenkomen met die echte werkelijkheid. Mits ze voorzien worden van de juiste data. En één van de belangrijkste databronnen voor deze modellen zijn hoogtegegevens.

Nederland vs. Europa

In Nederland beschikken we over een grote hoeveelheid open, gratis en landsdekkende geografische data. Voor hoogtegegevens hebben we het Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) [5], een digitale hoogtekaart gebaseerd op lasertechnologie (LiDAR). In veel andere landen, ook binnen Europa, is dit echter niet het geval. Actuele hoogtedata van hoge kwaliteit en resolutie zijn vaak afgeschermd, duur of überhaupt niet aanwezig. Heel vreemd is dit overigens niet; het inwinnen van deze data is namelijk ook duur. En dan praten we nog niet eens over het opslaan, verwerken en beschikbaar maken ervan.

Het idee achter ParTerra is dat lokale experts, gebruikers en bewoners van een gebied veel kennis bezitten die waardevol is bij het aanmaken van een hoogtemodel

ParTerra-model

Dit betekent dat er vaak teruggegrepen wordt op globale digitale hoogtemodellen (Digital Elevation Model, DEM). Hiervan bestaan er een aantal die (zo goed als) globale dekking hebben en gratis beschikbaar zijn. Het bekendste voorbeeld hiervan is de Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) van NASA [6]. Er bestaan er dus meer, maar de hoogst haalbare ruimtelijke resolutie van deze gratis beschikbare DEM’s is tot nu toe 30 meter. Dit is uiteraard niet goed genoeg voor stedelijk gebied. Als antwoord hierop is bij Deltares het ParTerra-model ontwikkeld. ParTerra staat voor Participatory Terrain, oftewel Participatief Terrein. Het idee hierachter is dat lokale experts, gebruikers en bewoners van een gebied veel kennis bezitten op een hoog detailniveau, die waardevol is bij het aanmaken van een hoogtemodel. Gedacht kan worden aan de locatie en omvang van objecten die lastig te detecteren zijn met behulp van traditionele methoden (zoals duikers onder wegen). De participatie kan op verschillende manieren gefaciliteerd worden, afhankelijk van de technische expertise en kennis van de deelnemers. Een van de mogelijkheden is om te werken met OpenStreetMap.

OpenStreetMap

OpenStreetMap (OSM) is een vrij beschikbare online kaart die is aangemaakt en wordt beheerd door vrijwilligers. In die zin is het vergelijkbaar met Wikipedia; elke wereldburger kan de kaart aanpassen (crowdsourcing) en de database achter OSM is eveneens vrij toegankelijk. Deze database is een bron van diverse relevante informatie, waarin gebruikers bijvoorbeeld de breedte van een weg, de diepte van een rivier of de hoogte van een gebouw kunnen opgeven. Het is echter niet verplicht om alles op te nemen en hoewel er wel richtlijnen zijn worden er geen harde standaarden opgelegd, waardoor het gebruik van deze database soms lastig kan zijn. ParTerra heeft meerdere manieren om het gebruik van OSM-data te versimpelen en toe te passen voor het aanmaken van hoogtedata. De gebruiker van ParTerra heeft hier geen kennis van Python of andere programmeertaal voor nodig; alles wordt afgehandeld via Excel-sheets. Hierin kunnen type objecten (bijv. gebouw of weg) onderverdeeld worden in subtypes (bijv. woningen of snelwegen) en aan deze subtypes kunnen relevante waardes toegekend worden.

Figuur 2. OSM data voor wegen, standaard als lijnelementen, verwerkt tot polygoon-elementen (map data copyrighted OpenStreetMap contributors and available form https://openstraatmap.org, database d.d 24-08-2020).

Relatieve hoogtekaart

Bij het uitvoeren van ParTerra worden de OSM-data verwerkt om tot een relatieve hoogtekaart te komen die zowel het terrein (Digital Terrain Model, DTM, of ‘zoals het water stroomt’) als het oppervlak (Digital Surface Model, DSM, of ‘zoals de vogel vliegt’) beschrijft in een door de gebruiker opgegeven horizontale resolutie. In de praktijk is dit vaak een resolutie van 0,5 tot 5 meter. Een veel hogere resolutie heeft vaak geen nut omdat de meeste OSM-elementen niet zo nauwkeurig zijn. Een lagere resolutie is voor stedelijke toepassingen meestal niet toereikend.

Figuur 3: ParTerra invoer en uitvoer door een deel van Amsterdam (bron: Deltares)

Boven- en ondergronds

In de DSM worden alleen elementen meegenomen die bovenaan het oppervlak liggen; elementen die je vanuit de lucht zou kunnen zien. In de DTM worden juist alleen elementen meegenomen die belangrijk zijn voor de stroming van water zoals stuwen en duikers bij wegen. Dit betekent dat ook ondergrondse elementen meegenomen kunnen worden, wat één van de voordelen is ten opzichte van een hoogtekaart gebaseerd op vanuit de lucht opgenomen gegevens. Een mooi voorbeeld hiervan zijn de duiker en sluis die zich onder de Nieuwmarkt in Amsterdam bevinden [7]; deze zijn opgenomen in OSM en kunnen dus ook worden opgenomen in een DTM van Amsterdam, waardoor water dat gemodelleerd wordt op deze DTM, net zoals in de realiteit, onder de Nieuwmarkt door kan stromen.

ParTerra is open source en beschikbaar via https://gitlab.com/deltares/parterra/parterrapython. Een snelle visualisatie van eerdere resultaten kan bekeken worden op https://arjenhaag.users.earthengine.app/view/parterra.

 Referenties

Auteurs

Afbeelding voor Arjen Haag

Arjen Haag

Arjen Haag is onderzoeker/ adviseur bij Deltares.

Volledige biografie