Een multimodelecologie voor de drinkwatersector

De kennisuitwisselingsbijeenkomsten Hydroinformatica worden georganiseerd vanuit het gezamenlijke onderzoeksprogramma Waterwijs van de waterbedrijven. Een belangrijk doel hiervan is het uitwisselen van praktijkervaring aan de hand van een relevant thema.

Deze kennisuitwisseling stond in het teken van modelleerraamwerken waarin meerdere typen modellen uit meerdere domeinen samen ingezet worden. In het algemeen worden modellen binnen een domein vaak gemaakt voor éénmalig gebruik of doel, op verschillende niveaus van detail en focus. Gekoppelde, op elkaar inwerkende modellen in een domein kunnen worden gezien als een multi-modelecologie of modelleerraamwerk. Dit is wenselijk vanwege de efficiëntie (hergebruik van modellen), de vastlegging van expertkennis die tussen modellen uitgewisseld wordt, en de mogelijkheid om onverwachte inzichten te verkrijgen die geïsoleerde modellen niet bieden.

Schematisch voorbeeld van een raamwerk waarin meerdere modellen aangestuurd worden en interacteren via een gebruikersinterface.

Schematisch voorbeeld van twee aan elkaar gelinkte modellen; een individuele actoren water behoefte model en een hydraulisch model van een distributieleidingnetwerk.

Participatory modeling

Een raamwerk voor meerdere modellen kan het beste gemaakt worden samen met belanghebbenden, stelde Bernard Luttinkhuizen (Oasen) in een eerste presentatie. Dat kan plaatvinden via een bottom-up approach waarbij stakeholders modellen bij elkaar brengen om een gezamenlijk probleem op te lossen, of door de toepassing van een iteratief, value-based ontwerpproces gebaseerd op de principes van Participatory Modelling. Bernard nam ons mee in de concepten die belangrijk zijn bij het inrichten van een multi-model ecologie (MME). In een ‘proof of concept’ voor de drinkwatersector heeft Bernard een agent-based model, dat het gedrag van individuele gebruikers simuleert, aangesloten op een hydraulisch model. Belanghebbenden kunnen dit MME gebruiken om scenario’s te berekenen. Zo presenteerde hij een scenario waarin de ‘agents’ (watergebruikers) zich zo gedragen dat het leidingnet het niet aankon. De vragen waar een MME uitkomst gaat bieden moeten voor de rest nog uitkristalliseren voor de drinkwatersector. Het helpt als er een ‘groot’ probleem is. Anderzijds, is het een aanpak waarbij drinkwaterbedrijven meer van elkaar kunnen leren door data, modellen en algoritmen te delen.

Investeren in een multimodelecologie voor de energiesector

Igor Nikolic (TU Delft) lichtte toe hoe het hem met de energiesector gelukt is om een MME raamwerk te bouwen over verschillende domeinen binnen deze sector. Voor de energiesector is het belangrijk om een compleet beeld met interacties te hebben, omdat dingen verderop in het systeem invloed hebben op andere plekken in het netwerk. In een MME kan je een ‘separation of concerns’ hebben, met modellen die specifiek sterk in zijn in hun eigen ‘concern’, terwijl je de kennis van de modellen wel integreert via het raamwerk. Er zijn uiteraard vele uitdagingen: fundamentele concepten kunnen uiteen lopen, abstractieniveaus kunnen verschillen tussen modellen en tijdschalen, sommige aannames zijn onduidelijk en modellen waren beschikbaar onder een variëteit aan licenties. Ze konden wel of niet aangesloten worden op een high performance computing systeem. De propagatie van onzekerheid was ook een uitdaging.

In de praktijk kwam Igor dit allemaal tegen. Een les die Igor wilt meegeven is dat het sociale proces veel aandacht behoeft. Voor de energiesector is uiteindelijk een universeel MME-raamwerk gemaakt dat ook door andere sectoren gebruikt zou kunnen worden, en daarin zijn drie multi-modellen gebouwd voor domein energiesector. Het testplatform is ook beschikbaar voor andere domeinen. Op de vraag waarom er niet is ingezet op een groot model, antwoord Igor dat kleine stukken model flexibeler zijn, meer gespecialiseerd, en beter te begrijpen dan een model met laag op laag. Op de vraag of de drinkwatersector hieraan moet beginnen, gezien de vele uitdagingen, antwoord Igor dat het noodzakelijk is bij vraagstukken die niet met enkele modellen beantwoord kunnen worden, in combinatie met grote belangen.

Nut en mogelijkheden voor de drinkwatersector

De deelnemers aan de kennisuitwisseling gingen uiteen in groepen om te praten over mogelijke toepassingen en dit werd centraal weer teruggekoppeld.  Deelnemers zagen verschillende opties voor het inzetten van een MME om domeinen te koppelen van operationele tot meer strategische vraagstukken. Bijvoorbeeld voor IT OT toepassingen van data uit de kantooromgeving naar operationeel, watervraag koppelen aan distributie of bronnen, het koppelen van diverse bestaande ‘digital twins’, of energie aanlevering. Een andere toepassing is de toekomstige watervraag van Nederland breed, voor zowel korte en lange termijn. Als wij als drinkwaterbedrijven één bedrijf zouden zijn; ‘Drinkwaterbedrijf NL’, welke keuzes zouden we dan maken? Ook werd gesproken over het omgaan met calamiteiten (zoals ‘freak accidents’), bronnen, grootstedelijke programmering van de ruimte, stapelen van opgaven, en alles in de nexus socio-economisch/omgeving/technisch.

Voor deze laatste toepassingsgebieden word voorzien dat ook modellen van collega bedrijven worden gekoppeld zoals het energie bedrijf, Rijkswaterstaat en waterschappen. Wie gaat welke actie anders nemen op basis van het MME? Of is weten dat het (waarschijnlijk) geen impact heeft is ook genoeg. Er werd geconcludeerd dat een MME een manier is om belangen bij elkaar te brengen, en het gesprek te beginnen en om alle belangen in de hele keten objectief te kunnen wegen. Er kunnen bijvoorbeeld modellen worden ingezet vanuit twee perspectieven. Maakt het veel uit? In die zin kan het een alternatief zijn voor lobbyisten.

Een praktische noot

De discussie eindigde met een praktische noot. Voordat een MME grootschalig wordt gebouwd moet er wel een helder beeld zijn van het reële probleem en/of een verwachtte opbrengst. Er is overduidelijk veel samenhang en interactie met andere sectoren (energie, waterbeheerders, overheden). Een ronde bij de drinkwaterbedrijven om de grootste opgaven en uitdagingen in deze context verder te concretiseren is een noodzakelijke stap. Vervolgens zou een investering vanuit het topsectorenbeleid kunnen bijdragen om hier een succes van te maken.