Presentatie door Albrecht Weerts, Deltares, TU Delft , op de Delft-FEWS NL Gebruikersdag 2018, tijdens de Deltares Software Dagen - Editie 2018. Dinsdag, 5 juni 2018, Delft.

1. Verbeteren
hydrologisch
modelleren en
voorspellen afvoer Rijn
A l b r e c h t W e e r t s , B a r t v a n O s n a b r u g g e ,
R u b e n I m h o f f , W i l l e m v a n Ve r s e v e l d
5 j u n i 2 0 1 8

2. Introductie
Context
• Doelen IMPREX:
• Van closed source naar onderhouden
open source (wflow framework)
• Zoveel mogelijk gebruik van
beschikbare ruimtelijke informatie
• Gebruik van satelliet- & puntdata
(model parameters, invoer, validatie, en
op termijn assimilatie)
• Betere beschrijving dominante
hydrologische processen
2

3. Introductie
Context
Stappen:
• Gegridde forcering
• Neerslag
• Temperatuur
• Makkink verdamping (op basis van near
real-time satelliet globale straling)
• HBV modelopzet in wflow (ter vervanging
wat er al is, niet getoond vandaag)
• Nieuw modelconcept en validatie (met
afvoer, actuele verdamping, satelliet
bodemvocht en satelliet zwaartekracht
TWS);
• TODO: Verbeteren voorspellingen dmv
assimilatie van afvoeren en meerstanden
3

4. Forcering
4
• Forcering (6 uurlijks op 1200x1200 m2):
• Op basis van uurlijkse P (genRe),T, PET voor de periode 1996-
2015 [van Osnabrugge et al., 2017, 2018]

5. 6
Dagelijks vergelijk
Uurlijkse (event)
vergelijk
Van Osnabrugge et al. WRR, 2017

6. Model
Processen
• Parameters representeren fysische
eigenschappen
• Bucket model met laterale
grondwaterstroming tussen cellen
• ET en interceptie verliezen (Gash/Rutter)
• Capillaire opstijging
• Kinematic wave routing op PCRaster D8-
network [Karssenberg, et al., 2010]
• Optie om meerdere bodemlagen te
gebruiken
• Reductie coefficient voor ETact van
onverzadigde zone [Feddes et al., 1978]
7
wflow_sbm
[Schellekens et al., 2018]:
• Gebaseerd op topog_sbm
[Vertessy and Elsenbeer, 1999]
• gedistribueerd hydrologisch
model

7. wflow_sbm modelopzet (I)
8
• Gebruik van pedotransfer functies en regionalisatie
technieken [Samaniego et al., 2010; Mizukami et al., 2017;
Samaniego et al., 2017]
• Ruimtelijke informatie bronnen, e.g.:
• ISRIC global SoilGrids 250 m [Hengl et al., 2017]
• ESDAC voor Eurasia [ESDAC, 2004; Panagos et al., 2012]
• GLOBCOVER
• LAI (maandelijkse klimatologie) satelliet gebaseerd
Imhoff et al 2018 in prep for WRR

8. wflow_sbm
Parameter gevoeligheidsanalyse

9. wflow_sbm modelopzet (II)
10
Verzadigde en residual water gehalte [Tóth et
al., 2015]:
Pedo-transfer functions in een notendop
bodemdikte:
• Diepte tot bedrock [Hengl et al., 2017]
• Diepte tot impermeabele laag [ESDAC,
2004; Panagos et al., 2012]

10. wflow_sbm modelopzet (III)
11
Pedo-transfer functions in een notendop
Verzadigde doorlatenheid
[Wösten, 1997]:
M parameter zelfde als in
TOPMODEL [Beven and Kirkby,
1979], gefit door Ksat geschat
op 7 dieptes
1.2x1.2 2.4x2.4 3.6x3.6 4.8x4.8

11. wflow_sbm modelopzet (IV)
12
Pedo-transfer functions in een notendop
Land cover klassen
bodemdikte
Look-up tables bij Zeng [2001]

12. Model validatie
Hydrografen
13
Discharge[m3/s]Discharge[m3/s]
Obsi
Omos 2
KGE = 0.86
KGE = 0.93

13. Model validatie
Hydrografen
14
Thur
Upper Rhine
Lower Rhine
Discharge[m3/s]Discharge[m3/s]Discharge[m3/s]
KGE = 0.39
KGE = 0.68
KGE = 0.74

14. Modelvalidatie
Afvoer skill assessment Rijn
15

15. Modelvalidatie
Actuele verdamping (dag gemiddelde)
16
DMET LSA SAF vanTrigo et al. (2011)
[Demirel et al., 2018;
Koch et al., in review]

16. Modelvalidatie
Actuele verdamping (tijdserie)
17
DMET LSA SAF from Trigo et al. (2011)

17. Modelvalidatie
Bodemvocht
18
[Bauer-Marschallinger et al., in review]

18. Results
Totaal bodemvocht versus total water storage (TWS) van GRACE
19
Klinger et al., 2016

19. Model upscaling
Model gevoeligheid voor resolutie
20
Reference 1.2x1.2 2.4x2.4 3.6x3.6 4.8x4.8
ETact LSA SAF
[Trigo et al.,
2011]
Bodemvocht
[Bauer-
Marschallinger et
al., in review]

20. Results
Model sensitivity to resolution - Discharge
21

21. Samenvatting
22
Forcering
1200x1200 m
Satelliet en
bodem data
Pedo-transfer
functies
MPR
upscaling
wflow_sbm
Modelvalidatie :
Q, ETact en bodemvocht
Gevoeligheidsanalyse
 PTF
schaalgevoeligheid
Gevoeligheid voor
gekozen PTF
(niet getoond)
1200x1200 m
6 uurlijks
1998-2015

22. Conclusies
Take-home messages
23
• Niets staat gebruik van ruimtelijke & satelliet data voor hydrologische
modelleren in de weg
• Het wflow_sbm model met PTF-gebaseerde parameters is veel belovend
(KGE> 0.6, sometimes >0.85)
• Performance in Zwitserland is minder goed (~0.4)
• Goede vergelijk met actuele verdamping van LSA SAF, maar
wflow_sbm model geeft iets hogere (meer realitsiche) ETact (~60 mm/jaar
meer)
• Verbeteren sneeuwmodellering cruciaal voor klimaatstudies Rijn
• Parameterschattingen en MPR upscaling techniek geeft consistente
modeluitkomsten bodemvocht en Etact.
• Voor afvoer neemt de performance af omdat het dominate hydrologische
proces (laterale subsurface flow) niet goed meer wordt gemodelleerd
• Toekomst: Test aanpak op andere catchments wereldwijd (vrijafwaterende
waterschappen?) en in combinatie met DA

23. www.imprex.eu
Contact details
Deltares
Albrecht Weerts
albrecht.weerts@deltares.nl
Acknowledgement
IMPREX is a research project supported by
the European Commission under the Horizon 2020
Framework Programme
Grant Agreement No 641811
Duration: 01/10/15 - 01/10/19