Koppelingen

In het NHI wordt diverse koppelingsprogrammatuur gebruikt. De meest gebruikte koppeling is de interactieve koppeling tussen MODFLOW en MetaSWAP. Daarnaast is er een aantal koppelingen met het oppervlaktewater, die vooral worden gebruikt in het LHM. De laatste ontwikkelingen zijn de koppeling van MetaSWAP en WOFOST, en de koppeling van MODFLOW 6 en MetaSWAP.

1 a koppeling tussen MODFLOW 2005 en MetaSWAP

De koppeling tussen MODFLOW en MetaSWAP is beschreven door van Walsum en Veldhuizen (2011). De effecten op de grondwateraanvulling zijn nader toegelicht in de volgende powerpoint.

  • On-line volledig gekoppeld in één modelcode. In deze code wordt MetaSWAP als het ware aangeroepen als een MODFLOW package;
  • MODFLOW stuurt grondwaterstanden naar MetaSWAP;
  • MetaSWAP levert een uitwisselingsflux tussen verzadigde zone (grondwater) en onverzadigde zone (grondwateraanvulling danwel capillaire opstijging) en de freatische bergingscoëfficiënt (die per iteratie / tijdstap) verandert;
  • In cellen met beregening uit grondwater kan MetaSWAP ook een onttrekkingsvraag aan MODFLOW toekennen;
  • Berekeningen en uitwisseling vindt plaats op dagbasis.
1 b koppeling tussen MODFLOW 6 en MetaSWAP
 
De hierboven geschreven conceptuele koppeling met MetaSWAP is in 2020 ook gerealiseerd voor toepassing van MODFLOW 6. Deze koppeling kan worden toegepast voor gestructureerde roosters in MODFLOW 6 en is via BMI gerealiseerd de laatste iMOD toepassing (iMOD 5.2, dec 2020). Voor toepassing van deze koppeling worden specifieke configureatiefiles gebruikt en een script (iMOD_coupler), die onderdeel maken van de iMOD 5.2 release. 

In de releasenotes van iMOD 5.2 en de gebruikershandleiding van iMOD  (zie onder modelcode) is meer informatie gegeven. De koppelprogrammatuur is ontwikkeld en ontsloten via github.

De koppeling is in 2020 succesvol toegepast binnen het LHM. Meer informatie over deze koppeling in LHM is hier te downloaden.

2. Koppelingen met  oppervlaktewatermodules

2a koppeling tussen MOZART en MetaSWAP (LHM)

  • On-line met losse codes (losse programma’s wachten steeds op elkaars uitvoer);
  • Koppeling werkt via een zogenaamde vraag- en allocatiefase;
  • MetaSWAP levert een oppervlaktewaterflux als runoff optreedt door beperkte infiltratiecapaciteit bodem;
  • In cellen met beregening uit oppervlaktewater kan MetaSWAP ook een onttrekkingsvraag aan MOZART toekennen, andersom kan MOZART in de allocatiefase aangeven of aan deze vraag kan worden voldaan;
  • Berekeningen metaSWAP op dagbasis, MOZART op decadebasis; uitwisseling op decadebasis.

2b koppeling tussen MODFLOW en DM

  • Er is geen werkelijke koppeling tussen MODFLOW en DM, echter de waterlopen uit DM zijn wel geparametriseerd in MODFLOW om uitwisseling tussen landelijk oppervlaktewater en het grondwater mogelijk te maken. De uitwisselingsflux wordt niet naar DM doorgegeven.

2c koppeling tussen MOZART en MODFLOW

  • On-line met losse codes (losse programma’s wachten steeds op elkaars uitvoer);
  • Koppeling werkt via een zogenaamde vraag- en allocatiefase;
  • MODFLOW berekent de uitwisseling tussen grond- en oppervlaktewater bestaande uit de afvoerflux naar (danwel aanvoerflux vanuit) waterlopen, buisdrainage en verzadigde afvoer via maaiveld;
  • Op basis van de door MODFLOW berekende flux en af- en aanvoermogelijkheden wordt in MOZART een nieuw waterpeil berekend en weer teruggegeven aan Modflow;
  • Berekeningen MODFLOW op dagbasis, MOZART op decadebasis; uiwisseling op decadebasis.
2d. koppeling MODFLOW - MetaSWAP - D-Hydro

In het kader van Lumbricus is gewerkt aan een prototype voor de koppeling tussen MODFLOW-MetaSWAP en D-Hydro. Dit prototype wordt momenteel toegepast binnen Lumbricus en is nog niet als officiele release beschikbaar.

In bijgevoegde presentatie is meer inzicht gegeven in deze nieuwe koppeling..
 

3 koppeling tussen oppervlaktewatermodules (LHM)

3a MOZART en DM (LHM)

  • On-line met losse codes (losse programma’s wachten steeds op elkaars uitvoer);
  • Koppeling werkt via een zogenaamde vraag- en allocatiefase.
  • MOZART berekent eerst in de vraagfase een waterbalans van het regionale watersysteem. MOZART berekent hierbij waar er in het regionale systeem wateroverschotten zijn en waar watertekorten. DM rekent vervolgens het hoofdsysteem door, waarbij de verschillende regionale wateroverschotten en –tekorten landelijk worden verdeeld. Uit de berekening blijkt waar in het regionale systeem aan de eventuele tekorten kan worden voldaan (er is genoeg inlaatwater beschikbaar) en waar niet. Uitgaande van deze berekening berekent MOZART in de allocatiefase nieuwe waterpeilen, waarbij het waterpeil is uitgezakt of bepaalde onttrekkingen worden gekort als er niet genoeg inlaatwater beschikbaar bleek.

3b koppeling tussen MOZART, DM en Sobek (LSM)

  • Het LHM berekent debieten die als randvoordvoorwaarden opgelegd aan het Landelijk Sobek Model. Voor een beschrijving hiervan wordt verwezen naar de documentatie van het oppervlaktewater.

Momenteel wordt gewerkt aan het vervangen van MOZART en DM door RTC-tools. Naar verwachting zal dit in het voorjaar van 2018 zijn gerealiseerd, en ook de modelkoppelingen zijn geactualiseerd.

4 koppeling tussen MetaSWAP en WOFOST

Eerste ontwikkelingen rond de koppeling tussen MetaSWAP en WOFOST zijn gepubliceerd in 2012, in Hess. Voor het Deltamodel is in 2013 in het kader van een gevoeligheidsanalyse aangetoond dat de koppeling significante invloeden kan hebben op de berekeningen van de landelijke watervraag (Van Walsum en Van der Bolt 2013).  De afgelopen jaren is de koppeling verder ontwikkeld, en toegepast, in het kader van Lumbricus (voor Waterschap Vechtstromen en Waterschap Aa en Maas),  en in het LHM (versie 4.0). 

zie voor meer informatie: artikel MetaSWAP - WOFOST