Onze strijd kiezen: eerste inzichten uit de strijd om de waterfutures

In juni 1985 stelden de organisatoren tijdens de conferentie “Computers in Water Resources” in Buffalo, New York, een vriendelijke competitie voor om een vereenvoudigd dimensioneringsprobleem voor een drinkwatersysteem op te lossen. Zo werd de “Anytown”-benchmark geboren. Veertig jaar later ontwikkelen talloze promovendi en onderzoekers nog steeds nieuwe methodologieën op basis van precies datzelfde probleem.

Door de jaren heen zijn deze competities een traditie geworden binnen de onderzoeksgemeenschap rond drinkwater. Recenter vindt, telkens wanneer de WDSA- gemeenschap (Water Distribution Systems Analysis) en de CCWI-gemeenschap (Computing and Control for the Water Industry) de krachten bundelen, een nieuwe speciale “Battle”-sessie plaats. Zo kun je bijvoorbeeld lezen wat we hebben geleerd van onze deelname aan de Battle of the Water Demand Forecasting in Ferrara, twee jaar geleden.

Dit jaar was het wat dichter bij huis. De 4e WDSA/CCWI-conferentie werd georganiseerd door onze Water-Futures-projectpartners bij KIOS, University of Cyprus, waarbij prof. Marios Polycarpou het voorzitterschap van de conferentie deelde met onze eigen prof. Dragan Savić. Natuurlijk moest, om onze aanwezigheid op de prachtige locatie in Paphos te rechtvaardigen, het hele Water-Futures-projectteam aan de bak. Terwijl KIOS de zwaarste last van de conferentieorganisatie droeg — geweldig trouwens! — sprongen wij bij als reviewers, leidden we sessies — voor velen van ons een primeur! — en organiseerden we zelfs een korte cursus over moderne optimalisatie van watersystemen. Ons materiaal is hier te vinden.

Maar zonder twijfel ging onze grootste inspanning naar het samenstellen van de competitie van dit jaar: The Battle of the Water-Futures.

Als je de — eerlijk gezegd lange en ingewikkelde — probleemstelling zou lezen, zou je zien dat de naam meer was dan een verwijzing naar ons door de ERC gefinancierde Synergy Project Water-Futures (WF); de naam vatte de aard van de uitdaging zelf samen. Deze keer was het doel van de deelnemers om een masterplan op te stellen voor een nationaal waternet en de continue werking daarvan tot het einde van de eeuw te waarborgen. Dit raakt precies aan de kern van het centrale thema van zowel de conferentie als het WF-project: het ontwerpen van de volgende generatie stedelijke watersystemen.

Zo’n lange tijdshorizon voor een systeem op hoog niveau brengt je vanzelf op onbekend terrein, of wat wij onderzoekers graag “deep uncertainties” noemen. Dit beschrijft een situatie die zo volatiel is dat we het niet alleen oneens zijn over hoe de toekomst eruit zal zien, maar zelfs niet kunnen overeenkomen hoe waarschijnlijk verschillende scenario’s zijn. Zal de bevolking sterk groeien of juist krimpen? Hoe zullen weerpatronen veranderen? Zullen nieuwe technologieën de watervraag per persoon verminderen of die onbedoeld juist vergroten? Terugkijkend: had iemand honderd jaar geleden echt kunnen voorspellen waar we nu staan?

Om de uitdaging tastbaar te maken, ontwierpen we een volledig nieuwe casestudy met fictieve regionale waterbedrijven die binnen een nationale context met elkaar interacteren. We baseerden het hele model sterk op Nederland — want hoe kon het ook anders, toch? — maar gebruikten uitsluitend synthetische en open-sourcedata. Gelukkig is Nederland ongelooflijk rijk aan open data, en we zijn instellingen als het CBS voor bevolkingsdata, KNMI voor weersprojecties en Vewin voor realistische informatie over de watervraag enorm veel dank verschuldigd.

Deelnemers moesten beslissingen nemen over grote infrastructurele ingrepen, zoals het openen of sluiten van waterbronnen en het bouwen van enorme transportleidingen, naast beleidskeuzes op hoog niveau, zoals het vaststellen van waterprijzen of het beheren van schuldniveaus.

De competitie ontvouwde zich over meerdere weken in drie afzonderlijke fases, die elk een periode van 25 jaar vertegenwoordigden. In elke fase stuurden de deelnemers ons hun masterplan voor de toekomst. Vervolgens simuleerden wij die plannen tegen een specifieke, geheime toekomst die we achter gesloten deuren hadden bedacht. Zodra elk blok van 25 jaar was “verstreken”, stuurden we de teams een data-update en een narratief waarin werd uitgelegd wat er zojuist in hun wereld was gebeurd. Met deze nieuwe observaties tot hun beschikking moesten zij zich aanpassen, leren van ervaring en de koers van hun strategie voor de volgende kwarteeuw bijsturen.

Onzekerheden waren overal: klimaateffecten, economische verschuivingen, schommelende elektriciteitsprijzen en zelfs willekeurige bouwvertragingen voor nieuwe zuiveringsinstallaties. Om het geheel op een mooie manier chaotisch te maken, waren ook publieke verwachtingen een bewegend doelwit. Teams moesten voortdurend conflicterende doelen in balans brengen en prioriteren: financiële schulden laag houden, de betrouwbaarheid van het systeem waarborgen, water betaalbaar houden en de uitstoot van broeikasgassen sterk verminderen.

Onze eerste lessen

Wat we op de slotdag van de conferentie zagen, toen de deelnemers hun aanpak presenteerden, was echt indrukwekkend. Twaalf teams lieten hun methodologieën zien, variërend van klassieke, op regels gebaseerde technische heuristieken tot ultramoderne, volledig autonome AI-agents. Spoiler alert: een autonome AI-agent behaalde daadwerkelijk de tweede plaats, al was er wel behoorlijk wat ad-hoc engineering in ingebakken om met de chaos om te kunnen gaan.

Hoewel we de eindscores en officiële ranglijst bewaren voor een aankomend peer-reviewed artikel, springen er nu al enkele belangrijke lessen op hoofdlijnen uit:

– Flexibiliteit en adaptiviteit zijn alles: sommige deelnemers verzuchtten openlijk dat ze “niet meer terug konden” zodra ze bepaalde ingrepen hadden doorgevoerd. Stel je voor dat je miljoenen euro’s aan belastinggeld uitgeeft aan een enorm infrastructuurproject, om er tien jaar later achter te komen dat het veel te groot was opgezet of juist bij lange na niet genoeg was. Au!

– De toekomst voorspellen is een verloren spel: onze data lieten hiervan een scherp voorbeeld zien. In 72% van de gevallen onderschatten deelnemers die inflatie probeerden te voorspellen de daadwerkelijke inflatie. Dat betekent dat ze bijna drie van de vier jaar op het verkeerde spoor zaten.

– De politieke valkuilen zijn echt: het in balans brengen van het “publieke perspectief” bleek ongelooflijk moeilijk. Deelnemers die er bijvoorbeeld in slaagden hun schuldniveaus laag te houden, moesten vaak concessies doen aan de betaalbaarheid van water voor consumenten. Omdat niemand vooraf wist wat de daadwerkelijke voorkeur van het publiek was, zagen we behoorlijk wat diversiteit in wat verschillende teams besloten te prioriteren.

– Soms is genoeg genoeg: meer infrastructuur is niet altijd beter. Niet elke ingreep leverde een verbetering op, en we hadden het probleem bewust op die manier ontworpen. Eén deelnemer presenteerde dit concept op meesterlijke wijze.

– Kies je strijd — en omarm het onbekende: we kunnen de wereld niet perfect modelleren. We hebben het probleem bewust overontworpen en zeer gedetailleerd gemaakt, waardoor het zo groot en complex werd dat het onmogelijk was om “alles te doen”. We gingen ervan uit dat compromissen op het detailniveau voor de teams noodzakelijk zouden zijn. Tot onze verrassing probeerde iedereen het toch ongelooflijk hard — en paradoxaal genoeg wilden sommige teams zelfs méér!

Het was ongelooflijk bevredigend om te zien dat zoveel mensen zo veel moeite staken in wat eigenlijk bedoeld was als een leuk hypothetisch project. Uiteindelijk werd alles gedreven door een puur wetenschappelijke wens om het gewoon nét iets beter te doen.

Uiteindelijk hopen we dat degenen die de presentaties live hebben kunnen zien — en degenen die in de toekomst aan dit uitdagende probleem zullen werken — zullen begrijpen hoe enorm groot deze buitengewoon complexe uitdaging is. We krabben nog maar aan de oppervlakte.

Maar als deze battle ons iets heeft laten zien, dan is het dat de toekomst van waterbeheer niet draait om het bouwen van de perfecte statische verdediging; het draait om het inbouwen van adaptiviteit en flexibiliteit in onze systemen én in ons denken.

Heel veel dank aan de conferentieorganisatoren en het Water-Futures-team die dit mogelijk hebben gemaakt, en aan de deelnemers, wier toewijding dit geheel zo betekenisvol maakte.