Daar boven op de berg: leidingnetten optimaliseren met Gondwana

Perspectief op optimaal ontworpen leidingnetten

Het drinkwaterdistributienetwerk dat nu in de grond ligt, is het resultaat van evoluties in materiaalgebruik, ontwerpfilosofieën en -doelstellingen over meer dan honderdvijftig jaar. Het ontwerp is vaak gemaakt op basis van ervaring en vaak zijn extra veiligheidsmarges ingebouwd. Nu veel drinkwaterbedrijven voor een groeiende vervangingsvraag staan, is het zinvol om onderbouwde keuzes te maken over de netstructuur die wordt teruggelegd. Een  meer holistische benadering van het ontwerpproces is daarbij belangrijk, waarbij rekening gehouden wordt met  aspecten als leveringszekerheid, waterkwaliteit, energie en  – uiteraard – kosten. Onderzoek heeft laten zien dat experts hierbij betere ontwerpen kunnen maken als ze – naast klassieke benaderingen – ook numerieke optimalisatiemethoden toepassen.

Optimalisatieplatform Gondwana: status

Om de in academisch onderzoek ontwikkelde numerieke optimalisatiemethoden toegankelijker te maken voor de praktijk, heeft KWR het optimalisatieplatform Gondwana opgezet. Tussen 2015 en 2017 hebben onder andere onderzoekers van KWR voor de waterbedrijven Gondwana ingezet voor het inrichten van District Metered Areas (DMA’s): begrensde gebieden die bewust zijn ingericht met bepaalde doelstellingen en waarvan de in- en uitstromende hoeveelheid water gemeten wordt. Gondwana wordt ook gebruikt bij het ontwerpen van streefstructuren en de transitie ernaartoe. Met het Gondwana-platform zijn al diverse interessante resultaten bereikt:

• Het  indelen van leveringsgebieden in DMA’s geeft  inzicht in de afweging tussen het aantal benodigde volumestroommeters en de gevoeligheid van DMA’s om afwijkingen te detecteren. Op basis van deze informatie kunnen drinkwaterbedrijven onderbouwde beslissingen nemen over de DMA-indeling die het beste aansluiten bij hun eisen en verwachtingen.
• Bij het ontwerp van streefstructuren blijkt  dat de bestaande leidingnetten significant te verkleinen zijn. Dit vertaalt zich in kostenbesparingen, terwijl de prestaties op het gebied van leveringszekerheid en -druk worden verbeterd.
• Bij het bestuderen van de gewenste transitie van de huidige infrastructuur naar de optimale streefstructuur wordt duidelijk welke relaties er bestaan tussen het aantal locaties met jaarlijkse werkzaamheden en de reductie van het aantal storingen of de verbetering van de hydraulische prestatie van het leidingnet. Met deze informatie kunnen drinkwaterbedrijven beter onderbouwde keuzes maken.

De ervaring heeft ook geleerd dat de inzet van Gondwana in de praktijk hoge eisen stelt aan de beschikbaarheid van data en een goede communicatie tussen onderzoekers en drinkwaterbedrijven: dit zijn belangrijke randvoorwaarden om in een iteratief proces tot goede en toepasbare resultaten te komen.

KWR werkt verder aan de doorontwikkeling van Gondwana en neemt daarbij onder meer aspecten mee als onzekerheid in de watervraag en weerbaarheid tegen cyberaanvallen.

Workshop voor de drinkwaterpraktijk

Op 6 juni hield KWR een workshop waar medewerkers van één Belgisch en verschillende Nederlandse drinkwaterbedrijven en een adviesbureau een toelichting kregen op de hierboven genoemde ervaringen met Gondwana.

Na de presentaties over de ontwikkelingen in Gondwana, de verkregen resultaten, de geleerde lessen en de op dit moment lopende onderzoeken kwam een breed spectrum aan vragen los: van het belang van het op orde brengen van data tot de grootte van de leidingnetmodellen waarmee gerekend kan worden en de flexibiliteit van Gondwana wat betreft het meenemen van nieuwe en bedrijfsspecifieke randvoorwaarden en doelen. De drinkwaterbedrijven zien veel nieuwe kansen voor de toepassing van Gondwana. Enkele belangrijke nieuwe onderwerpen waarvoor zij het platform willen inzetten zijn de optimalisatie van drukmeetpunten, nieuwe lay-outs van leidingnetwerken en energie-optimalisatie.

KWR-onderzoekers Peter, Ina en Mario, helpen deelnemers van de workshop met het opzetten van optimalisatieproblemen in Gondwana.

Gondwana in de zandbak

De deelnemers aan de workshop kregen vervolgens een mini-cursus Gondwana en gingen zelf aan de slag met twee optimalisatieproblemen: het bepalen van optimale leidingdiameters voor het drinkwatertransportnetwerk van New York, en het indelen van het leveringsgebied van Velsen in DMA’s waarin een bepaalde lekgrootte meetbaar is. De grootste uitdagingen daarbij waren het vertalen van deze praktische vraagstukken naar formele optimalisatieproblemen en het kiezen van de meest geschikte functies in Gondwana. Alle deelnemers zijn erin geslaagd om resultaten te genereren. Door zelf met Gondwana te spelen, hebben zij meer gevoel ontwikkeld voor wat optimalisatieproblemen inhouden en hoe Gondwana gebruikt kan worden om deze problemen door te rekenen. Een aantal deelnemers wil na een middagje Gondwana meer: zij zijn enthousiast naar huis gegaan met de wens om Gondwana verder te mogen uitproberen, verkennen en toepassen. Hiervoor gaat KWR mogelijkheden ontwikkelen.