Een beslissingsondersteunende tool voor de aanmaak van 2D gesimuleerde overstromingskaarten in een GIS

Hanne Glas
Superstormen in kaart gebrachtOverstromingen zijn één van de meest destructieve natuurkrachten. De schade die deze rampen veroorzaken, is nauwelijks te overzien. Ook Vlaanderen hoeft te vrezen voor de destructieve krachten van overstromingen. Door de versnippering van bebouwing en de vele steden die opgebouwd zijn langs rivieren, vormt ons gewest een enorm risicogebied.Om dit rampscenario te vermijden, moet er preventief gewerkt worden; risicogebieden moeten in kaart gebracht worden, evacuatieroutes moeten uitgetekend worden en de opslagcapaciteiten van waterreservoirs moeten berekend worden.

Een beslissingsondersteunende tool voor de aanmaak van 2D gesimuleerde overstromingskaarten in een GIS

Superstormen in kaart gebracht

Overstromingen zijn één van de meest destructieve natuurkrachten. De schade die deze rampen veroorzaken, is nauwelijks te overzien. Ook Vlaanderen hoeft te vrezen voor de destructieve krachten van overstromingen. Door de versnippering van bebouwing en de vele steden die opgebouwd zijn langs rivieren, vormt ons gewest een enorm risicogebied.

Om dit rampscenario te vermijden, moet er preventief gewerkt worden; risicogebieden moeten in kaart gebracht worden, evacuatieroutes moeten uitgetekend worden en de opslagcapaciteiten van waterreservoirs moeten berekend worden. Om dit zo accuraat mogelijk uit te voeren, worden alle parameters die een overstroming beïnvloeden in een voorspellingsmodel gebracht. Dit model berekent  welke gebieden zullen overstromen, wanneer ze zullen overstromen en hoe lang ze overstroomd zullen blijven. Met deze informatie wordt dan concreet aan de slag gegaan.

Er zijn reeds heel wat verschillende software op de markt die dit voorspellingsmodel doorlopen. Ook al zijn er kleine verschillen merkbaar tussen de software, de algemene berekeningsmethode is steeds dezelfde. Deze software gaan allen uit van een zogenaamde automatische werkwijze. Hierbij krijgt de gebruiker enkel een overstromingskaart per tijdstip te zien als eindresultaat, terwijl de technische verborgen blijven.

Het is deze output, de overstromingskaart, die het onderwerp vormt van het onderzoek. De voorspellingsmodellen die nu worden gebruikt, hebben namelijk één grote tekortkoming. Tijdens het voorspellingsproces wordt voor elk punt van de rivier een waterhoogte en snelheid per tijdstap berekend. Aan de hand van deze gegevens wordt dan voor elke tijdstap bepaald welke gebieden overstroomd zullen zijn. Hierbij wordt enkel naar de hoogte van de omliggende gebieden gekeken en niet naar de weg die het water moet afleggen om deze plek te bereiken. De overstromingsvoorspellingskaart geeft dus een correct beeld van de uiteindelijke omvang van de overstroming na de ramp, maar zegt niets over de wijze waarop het water zich verplaatst tijdens de ramp. Deze methode, en het verschil met de realiteit, wordt uitgebeeld in Bijlage 1.

In het onderzoek is een tool ontworpen, die in het model van de reeds bestaande software kan worden ingevoegd, die overstromingskaarten genereert die de werkelijkheid op een correctere wijze weergeven. Per tijdstap wordt met behulp van de reeds berekende watersnelheid gekeken welke afstand het water maximaal kan afleggen. Daarna wordt de hoogte van alle punten in dit gebied vergeleken met de waterstand. Als deze hoogte lager is dan de waterstand, wordt het punt als ‘overstroomd’ geklasseerd. Tenslotte wordt de ligging van deze ‘overstroomde’ punten bekeken. Wanneer één van deze punten niet verbonden is met de rivier, vindt het water in werkelijkheid geen weg naar deze plek. Dit punt zal dus niet overstroomd zijn. De tool zal deze punten dan ook verwijderen uit de selectie, waardoor enkel de punten overblijven die ook echt zullen overstromen.

Bovenstaande werkwijze geldt enkel voor de tijdstappen voor het hoogtepunt van de overstroming. Wanneer de overstroming zich terugtrekt, zullen geen nieuwe gebieden overstromen. In deze tijdstappen zal de tool alle punten die in de vorige tijdstap ‘overstroomd’ waren, vergelijken met de nieuwe waterhoogte. Punten die nog steeds lager liggen dan deze hoogte, worden ook in deze tijdstap als overstroomd geklasseerd.

In deze tweede fase van de overstroming kunnen plassen ontstaan. Dit zijn overstroomde plekken die niet langer met de rivier verbonden zijn. In deze plassen zal het water veel langzamer dalen, aangezien het niet meer terug naar de waterloop kan. In de huidige software wordt hiermee geen rekening gehouden en daalt het water in een plas even snel als in de waterloop. De tool zal deze plassen echter op een aparte locatie opslaan en na elke tijdstap opnieuw toevoegen aan de overstroomde gebieden. Het water in zo’n plas zal dus niet meer dalen. Ook al is dit geen perfecte weergave van de werkelijkheid, het resultaat is veel nauwkeuriger dan de overstromingskaarten die de huidige modellen leveren.

Om het gebruiksgemak van deze tool te verzekeren, zijn alle stappen voorgeprogrammeerd. De gebruiker dient enkel de bestanden met de rivier, het hoogtemodel van de omgeving en de tabel met de  waterhoogtes en snelheden per punt in te voeren. De output is een overstromingskaart per tijdstap. De werkwijze van de tool, die verborgen blijft voor de gebruiker, is schematisch voorgesteld in de figuur in Bijlage 2.

Dit volledige proces wordt in beeld gebracht met behulp van een GIS, een geografisch informatiesysteem. Een GIS wordt gebruikt om informatie aan een geografische locatie vast te hangen. Ook hier gebeurt dit, punten worden als ‘overstroomd’ bestempeld en ingekleurd. Zo krijgt de gebruiker meteen al een visuele indruk van de ramp. Om preciezere informatie te verkrijgen kan de attributentabel geopend worden, dit is een tabel die door het programma zelf gegeneerd wordt en voor elk punt de x- en y-coördinaat opslaat. Ook de waterhoogte kan in deze tabel afgelezen worden.

De tool en de resultaten, die veel dichter bij de werkelijkheid liggen dan de resultaten van de reeds bestaande modellen, zijn enorm belangrijk voor het rampenbeheer. Het opstellen van evacuatieroutes en het uitkiezen van opslagplaatsen voor water gebeurt immers op basis van deze overstromingsvoorspellingskaarten. Zoals uit de beslissingsondersteunende tool blijkt, zullen sommige regio’s minder snel geëvacueerd moeten worden dan de software doet uitschijnen. Ook moet bij het kiezen van opslagplaatsen voor water rekening worden gehouden met de plassen die ontstaan. Hier trekt het water namelijk minder snel weg dan de resultaten van de software weergeven. De capaciteit van de opslagplaatsen zal dus op een correctere manier berekend kunnen worden. In de tabel in Bijlage 3 kan men duidelijk de verschillen zien tussen de resultaten van beide werkwijzes.

De toekomst is duidelijk: door onder andere de klimaatsverandering zullen er steeds meer en ernstigere superstormen plaatsvinden. Vlaanderen moet zich hier tegen wapenen en hierbij is een preciezere overstromingsvoorspelling een must. Dit onderzoek biedt is zeker nog niet ten einde en deze beslissingsondersteunende tool biedt geen definitieve oplossing. Maar om toekomstige stormen de baas te kunnen, is deze tool een grote stap in de goede richting.

Bibliografie

ARCADIS Belgium NV (2011). Hoe omgaan met overstromingen in de Woluwe? Brussel, Vlaamse Milieumaatschappij [VMM]. Geraadpleegd op 12 december 2012, via http://www.vmm.be/pub.

ArcGIS (2012). ArcGIS 10.1 Help. Laatst geraadpleegd op 3 juni 2013, via http://resources.arcgis.com/en/help/

Bakhtyari Kia, M., Pirasteh, S., Pradhan, B., Mahmud, A.R., Sulaiman, W.N.A  en Moradi, A. (2012). An artificial neural network model for flood simulation using GIS: Johor River Basin, Malaysia. Environmental Earth Science, 67(1), 251-264.

 Björnsen Beratende Ingenieure GmbH (2013). Kalypso. Geraadpleegd op 21 februari 2013, via http://kalypso.bjoernsen.de/index.php?id=333&L=4.

Boateng, I. (2012). GIS assessment of coastal vulnerability to climate change and coastal adaption planning in Vietnam.  Journal of Coastal Conservation, 16(1), 25-37.

Cauwenberghs, K. (2012). Crisisbeheer in Vlaanderen, van overstromingsvoorspeller naar crisisportaalsite. Presentatie op studiedag overstromingsaanpak VMM, 15 juni 2012. Geraadpleegd op 18 december 2012, via http://www.vmm.be/pub/presentaties-studiedag-overstromingsaanpak-floodr… in vlaanderen.

Deltares (2012). SOBEK Suite. Geraadpleegd op 21 februari 2013, via http://www.deltaressystems.com/hydro/product/108282/sobek-suite.

Devroede, N., Dewelde, J., Cauwenberghs, K., Blanckaert, J., Swings, J., Francken, T., Gullentops, C. en Bulckaen, D.(2012). Flood Risk Management Planning in Flanders. Brussel, Flemisch Evironment Agency. Geraadpleegd op 7 februari 2013, via http://www.vmm.be/pub/presentaties-studiedag-overstromingsaanpak-floodr….

DHI (2011). Mike 11 – river modeling unlimited. Geraadpleegd op 21 februari 2013, via http://www.dhisoftware.com/Products/WaterResources/MIKE11.aspx.

Ecorem-Haecon (2002). De IJse. Computermodellering als methode, hoogwaterbeheer als doel. Brussel, Administratie Milieu,- Natuur-, Land- en Waterbeheer [AMINAL], afdeling water. Geraadpleegd op 12 december 2012, via http://www.vmm.be/pub/brochures-modellering/.

                ETH (2010). Basement. Geraadpleegd op 21 februari 2013, via http://www.basement.ethz.ch.

Feng, L. en Lu, J.(2010). The practical research on flood forecasting based on artificial neural networks. Expert Systems with Applications 37: 4, 2974-2978.

Foraci, R., Bider, M., Cox, J.P., Lugli, F., Nicolini, R., Simoni, G., Tirelli, L., Mazzeo, S. en  Marsigli, M.(2005). M3Flood: An Integrated System for Flood Forecasting and Emergency Management. In Professor Dr. Peter van Oosterom, Elfriede M. Fendel (red.), Geo-information for Disaster Management (pp. 1193-1210). Berlinn Heidelberg: Springer.

Harris County Public Infrastructure Department (2010). Floodplain Information. Geraadpleegd op 18 februari 2013, via http://hcpid.org/permits/fp_information.html.

Hydrolic Engineering Center (2008) Hec-RAS. Geraadpleegd op 21 februari 2013, via http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/.

Innovyze (2008). Infoworks RS and floodworks: the evolving story. Geraadpleegd op 21 februari 2013, via http://www.environmental-expert.com/articles/infoworks-rs-and-floodwork….

Innovyze (2013). Infoworks RS. Geraadpleegd op 21 februari 2013, via http://www.innovyze.com/products/infoworks_rs/.

Kim, J., Kuwahara, Y. en Kumar, M. (2011). A DEM-based evaluation of potential flood risk to enhance decision support system for save evacuation. Natural Hazards 59(3), 1561-1573.

Kubíček, P., Muličková, E., Konečný, M. en Kučerová, J. (2011). Flood Management and Geoinformation Support within the Emergency Cycle (EU Example). IFIP Advances in Information and Communication Technology 359(1), 77-87.

Vafeidis, A., Nicholls, R., MCFadden, L., Tol, R., Hinkel, J., Spencer, T., Grashoff, P., Boot, G. en Klein, R. (2008). A new global coastal database for impact and vulnerability analysis to sea-level rise. Journal of Coastal Research 24(4), 917-925.

Van der Mensbrugghe, T. F. (2012). ‘We moeten ons wapenen tegen superstormen’. De Morgen. p. 11.

Vlaams Instituut voor de zee [VLIZ] (2013). Estuaria & rivieren. Geraadpleegd op 17 mei 2013, via http://www.vliz.be/cijfers_beleid/zeecijfers/main.php?id=1&sid=13&ssid=25.

Vlaams-Nederlandse Scheldecommissie [VNSC] (z.j.). Regenrivier en getijdenrivier. Geraadpleegd op 18 februari 2013, via http://www.vnsc.eu/schelde-estuarium/de-rivier/regenrivier-en-getijdenr….

Universiteit of Hogeschool
Industrieel Ingenieur Landmeten
Publicatiejaar
2013
Kernwoorden
Deel deze scriptie