Identification of uncertainty sources in distributed hydrological modelling: Case study of the Grote Nete catchment in Belgium

The quest for good practice in modelling merits thorough and sustained attention since good practice increases the credibility and impact of the information, and insight that modelling seeks to generate. This paper presents the findings of an evaluation whose goal was to understand the uncertainty in applying a distributed hydrological model to the Grote Nete catchment in Flanders, Belgium. Uncertainties were selected for investigation depending on how significantly they affected the model’s decision variables. A Fault Tree was used to determine various combinations of inputs, mathematical code, and human error failures that could result in a specified risk. A combination of forward and backward approaches was used in developing the Fault Tree. Eleven events were identified as contributing to the top event. A total of 7 gates were used to describe the Fault Tree. A critical path analysis was carried out for the events and established their rank or order of significance. Three measures of importance were applied, namely the F-Vesely, the Birnbaum, and the B-Proschan importance measures. Model development of distributed models involves considerable uncertainty. Many of these dependencies arise naturally and their correct evaluation is crucial to the accurate analysis of the modelling system reliability.Keywords: distributed hydrological models, Grote Nete, MIKE SHE, uncertaint

Modeling of Nitrogen in River Water Using a Detailed and a Simplified Model

To model catchment surface water quantity and quality, different model types are available. They vary from detailed physically based models to simplified conceptual and empirical models. The most appropriate model type for a certain application depends on the project objectives and the data availability. The detailed models are very useful for short-term simulations of representative events. They cannot be used for long-term statistical information or as a management tool. For those purposes, more simplified (conceptual or meta-) models must be used. In this study, nitrogen dynamics are modeled in a river in Flanders. Nitrogen sources from agricultural leaching and domestic point sources are considered. Based on this input, concentrations of ammonium (NH4-N) and nitrate (NO3-N) in the river water are modeled in MIKE 11 by taking into consideration advection and dispersion and the most important biological and chemical processes. Model calibration was done on the basis of available measured water quality data. To this detailed model, a more simplified model was calibrated with the objective to more easily yield long-term simulation results that can be used in a statistical analysis. The results show that the conceptual simplified model is 1800 times faster than the MIKE 11 model. Moreover the two models have almost the same accuracy. The detailed models are recommended for short-term simulations unless there are enough data for model input and model parameters. The conceptual simplified model is recommended for long-term simulations

Fluid mud in waterways and harbours: an overview of fundamental and applied research at KU Leuven

edition: 2015status: publishe

Modelleren van stromingen en golven langs de Vlaamse kust

status: publishe

Assessment of two-layer turbulence models for rough bottoms

status: publishe

Het meten van de neerslag met behulp van een lokale neerslagradar: eerste resultaten

Het huidige rioleringsontwerp en –beheer maakt veelvuldig gebruik van resultaten van modelsimulaties. Omwille van een beperkte beschikbaarheid aan neerslaggegevens met een voldoend hoge ruimtelijke resolutie wordt vaak een uniforme neerslaginvoer verondersteld, ondanks het besef dat deze veronderstelling tot grote fouten kan leiden in de simulatieresultaten. Radargegevens kunnen dit tekort aan ruimtelijke gegevens opvangen, en sinds kort voert Aquafin nv, samen met de Afdeling Hydraulica van de Katholieke Universiteit Leuven, dan ook onderzoek uit over de toepasbaarheid van een lokale neerslagradar voor het meten van de neerslag. Hiervoor beschikt het over een proefopstelling in Leuven. Dit artikel beschrijft eerst het werkingsprincipe van een neerslagradar. Daaruit blijkt reeds dat het meten van neerslag met behulp van radar onderhevig is aan een aantal foutenbronnen, waarvoor niet altijd gemakkelijk kan worden gecorrigeerd. Nadien wordt de eigenlijke proefopstelling meer in detail besproken, waarna de eerste resultaten worden toegelicht. Die resultaten tonen aan dat radarbeelden zeker een waardevolle aanvulling kunnen betekenen voor het uitvoeren van modelsimulaties, ondanks de ermee gepaard gaande onzekerheden. Verder onderzoek is echter noodzakelijk.status: publishe

Evaluation of Sediment Removal Efficiency of Flushing Devices Regarding Sewer System Characteristics

Flushing devices are considered to be effective in removing settled particles from urban drainage networks and are becoming more frequently used. Modelling analyses with InfoWorks CS software were carried out to investigate the influence of sewer network design and sediment characteristics on the efficiency of a certain type of flushing device. The simulations were done for a sewer network composed of a series of connected pipes with identical diameters with a flushing device installed at the upstream part of the network and for various combinations of pipe diameters (300 mm & 400 mm), pipe slopes (2 mm/m & 3 mm/m), sediment particles (d50 equal to 0.2 and 0.3 mm), sediment concentration (50 mg/l & 100 mg/l), and dry weather flow (DWF) (0.005 m3/s & 0.008 m3/s). The DWF, sediment particle size and the slope of the sewer pipes have major effect in modifying the sediment bed and in predicting the sediment bed formation. Besides, the effect of flush intervals has proved to be an influencing parameter.status: publishe

Spoelputten als systemen om afzettingen in riolen te vermijden

Afzettingen in riolen kunnen leiden tot allerhande problemen (onder meer vermindering van de hydraulische sectie en verhoging van het vervuilingspotentieel ten gevolge van heropwoeling en uitspoeling van de afzettingen). Vandaar dat afzettingen in het riool best vermeden worden. Het is echter niet altijd mogelijk om vanuit het ontwerp hiermee rekening te houden. Bij de bouw van nieuwe woonwijken, waarbij het regenwater gescheiden gehouden wordt van het afvalwater, kan men gravitaire vuilwaterleidingen vaak slechts met een beperkte helling (kleiner dan diegene vereist opdat de leiding zelfreinigend zou zijn) aanleggen. De inzet van spoelinrichtingen die een gecontroleerde spoelstoot kunnen genereren, zouden een oplossing kunnen bieden om afzettingen tegen te gaan. In voorliggend artikel worden de resultaten toegelicht van twee studies rond de spoelput van het type ‘Giehl’: één uitgevoerd aan de Fachhochschule Münster (Uphoff, 2004) en één uitgevoerd aan het Laboratorium voor Hydraulica van de Katholieke Universiteit Leuven (o.a. Shirazi, 2004). Aan de Fachhochschule Münster werd er experimenteel onderzoek gedaan naar de efficiëntie van de spoelput. De opzet was om na te gaan of er inderdaad een golfbeweging wordt geïnduceerd en om de spoellengte in functie van de helling en het type bezonken materiaal te bepalen. Het uiteindelijke doel was te komen tot een nieuwe, aangepaste dimensioneringsgrafiek. Uit de proeven blijkt dat het spoeleffect sterk afhankelijk is van de zandfractie die inspoelt. Bij vuilwaterstelsels is deze fractie meestal klein en worden er belangrijke spoellengtes en goede spoeleffecten verkregen. Dit werd tevens bevestigd door metingen van het spoeleffect op een bestaande rioolleiding in het Duitse Ochtrup. In tegenstelling tot het onderzoek dat werd uitgevoerd aan de Fachhochschule Münster, werd er bij het onderzoek aan de K.U.Leuven niet gewerkt met vervangingsmaterialen, om dan zo het spoeleffect empirisch te beschrijven. Bij het onderzoek aan de K.U.Leuven werd er in eerste instantie aandacht besteed aan het hydraulisch functioneren van de spoelput (welk spoeldebiet wordt er gerealiseerd?). In een tweede fase werd er met behulp van de InfoWorks CS software (Wallingford Software, Verenigd Koninkrijk) het gevonden spoeldebiet opgelegd aan een leiding, om zo de uit het spoeldebiet resulterende schuifspanningen te berekenen en dit voor verschillende leidingdiameters en bodemhellingen. De modelresultaten tonen aan dat, naast de diameter en de helling van de leiding, ook de tijdsinterval, gedurende hetwelk een bepaalde schuifspanning wordt overschreden, van belang is bij de analyse van het spoeleffect.status: publishe

Application of flushing tanks in simple sewer networks for in-sewer sediment erosion and transport

Assessing in-sewer sediment accumulation, which causes problems such as loss of hydraulic capacity of sewers and pollution consequences when re-suspended by peak flows, is becoming more in concern and is important in urban drainage design and maintenance. An evaluation based on simulations carried out with InfoWorks CS regarding application of a flushing tank as a tool for eroding deposited sediments from a simple sewer network is presented. The hydrodynamic modelling is comprised of implementing InfoWorks CS (Wallingford Software, UK) to assess the eroding capability of the generated flush waves regarding sediment removal and transport, applying the model based on the shear stress estimation in the software (the KUL model developed by Bouteligier et al., 2002). The simulations were initially done for a simple network composed of one straight conduit partitioned into 5 pipes with lengths equal to 10 m. Various combinations of pipe diameter, pipe slope, sediment characteristics, and DWF in the network was considered. Regarding the dry weather sediment build-up modelling, it was important to reach an equilibrium condition before any implementation of flushing tanks would be considered. Initially, the effect of flush waves emitted from one flushing tank implemented at the most upstream manhole on sediment removal was analysed. Various flushing events were assumed (i.e. 1 flush, 7 flushes with 5 min intervals, and 10 flushes with 10 min intervals). After the flushing events occurred in the network, their effects on sediment transport were assessed. Whenever the upstream flushing tank was found incapable of generating required criterion for sediment erosion and transport through the network, more flush tanks were proposed to be applied in downstream manholes. Next, having implemented more flushing tanks in potentially effective locations, the results for sediment erosion and transport in the network was analysed and the positive and negative outcomes of such applications were assessed. Afterwards, in the second phase, few more pipes (as branches) were added to the initial network and the same analyses were repeated to evaluate the overall effects of added parts on sediment build-up and transport. The final aim was to evaluate whether by implementing flushing tanks in such a simple network, erosion of the settled particles and removing them out of the system could be reached. Whether a flushing tank was efficient in removing and transporting sediments from a part of the sewer network was related to various parameters such as sediment characteristics and the flush interval. In fact, it was understood that the type of sediments and their characteristics (mainly the particle size and density) and other parameters with relevant effects on the overall hydraulic characteristics of the sewer network need to be carefully considered in sediment transport modelling in order to reach to suitable modelling results. In an overall perspective, the capability of such flushing tanks to produce effective forces for removal of the settled particles in sewer pipes is well accepted.status: publishe