project

Agentgebaseerde modellen voor de watervraag – een verkenning

Expert(s):
Ina Vertommen MSc, dr.ir. Mirjam Blokker

  • Startdatum
    15 nov 2019
  • Einddatum
    01 feb 2021
  • Opdrachtgever
    Bedrijfstakonderzoek
  • samenwerkingspartner(s)
    Evides, TU Delft

Voor het ontwerp van een toekomstbestendig leidingnet is zicht nodig op de ontwikkeling van de drinkwatervraag. Er is behoefte aan een methode om scenario’s voor de drinkwatervraag door te rekenen, rekening houdend met sociologische, economische, politieke, technologische, ecologische en demografische ontwikkelingen (SEPTED). Agentgebaseerde modellen (ABM) worden typisch voor dit soort vraagstukken ingezet en zouden hier wellicht ook uitkomst kunnen bieden.

Uit dit verkennend onderzoek blijkt dat er voldoende toegang bestaat tot alle ingrediënten die nodig zijn om een ABM te ontwikkelen dat de watervraag door de tijd heen kan simuleren, waarbij effecten van beleid, klimaatverandering en bijvoorbeeld meer thuiswerken in samenhang kunnen worden meegenomen. Zo’n ABM is vervolgens inzetbaar voor het ontwerp van toekomstbestendige drinkwaterinfrastructuur.

Toekomstige watervraag grootste onzekerheidsfactor

Aangezien de drinkwaterinfrastructuur voor de lange termijn wordt ontworpen, moet rekening worden gehouden met toekomstige ontwikkelingen. Hierin is de drinkwatervraag de belangrijkste grote onbekende. Behalve de totale drinkwatervraag gaat het ook om variatie door de tijd heen (dag, week, jaar, 10 jaar) en over het voorzieningsgebied. Daarnaast ontwikkelt de drinkwatervraag zich niet autonoom maar wordt deze door allerlei ontwikkelingen beïnvloed.

We onderscheiden sociologische, economische, politieke, technologische, ecologische en demografische ontwikkelingen (SEPTED); bijvoorbeeld (S) de trend om dagelijks te douchen, (E) vaker thuiswerken waardoor het waterverbruik in plaats en tijd verschuift, (P) beleid dat bijvoorbeeld de drinkwatervraag probeert te beperken door het subsidiëren van regentonnen, (T) de ontwikkeling van zuinige wasmachines, (E) klimaatverandering waardoor tuinen vaker worden gesproeid en (D) relatieve toename van het aantal senioren.

Omdat zo veel factoren van belang zijn, is onderzocht of een agentgebaseerd model geschikt is voor het in beeld brengen van toekomstige drinkwatervraagscenario’s. Agentgebaseerde modellen (ABMs, van het Engelse Agent Based Model) werken “bottom-up”, dat wil zeggen: aan de hand van het gedrag van en interacties tussen individuele agenten op lokaal niveau (micro) wordt het gedrag op systeemniveau (macro) bestudeerd.

Conceptueel ontwerp

In dit verkennend onderzoek is een beeld gevormd van wat een ABM voor de watervraag inhoudt, welke data hiervoor nodig zijn en welke modellen beschikbaar zijn. Het door KWR ontwikkelde waterverbruiksmodel SIMDEUM diende als ankerpunt. Ter illustratie bouwden studenten van de TU Delft een relatief eenvoudig ABM voor het inschatten van de dagelijkse watervraag nu en gedurende de komende 50 jaar, onder invloed van tijdsbestedingspatronen van mensen (thuis, op het werk of school, en vrijetijdsbesteding).

Uit het onderzoek blijkt dat een ABM voor de watervraag niet eenvoudig is te maken. Ook bestaat er nog geen model dat zo gebruikt kan worden. Wel beschikt KWR over alle benodigde ingrediënten om tot zo’n model te komen: detailkennis van waterverbruik, kennis van effectieve beleidsstrategieën en communicatie met drinkwaterklanten, kennis over het opnemen van deze strategieën in een ABM, en toegang tot geografische data (bijvoorbeeld demografie en mobiliteit). Een conceptueel ontwerp op basis van verschillende submodules is opgesteld, waarbij de details in een vervolgproject moeten worden uitgewerkt.

Toepasbaar, maar verdere uitbouw nodig

Een ABM voor de drinkwatervraag met verschillende SEPTED-componenten is geschikt om de drinkwaterinfrastructuur te ontwerpen. Hierin kunnen effecten van beleid, klimaatverandering en bijvoorbeeld meer thuiswerken samenhangend worden meegenomen. SIMDEUM is bijvoorbeeld minder geschikt om beleid en stedelijke veranderingen te vertalen naar veranderingen in de hoogte en de locatie van de drinkwatervraag in een voorzieningsgebied.

Een ABM voor de drinkwatervraag kan veel opleveren maar kost ook veel inspanning om te realiseren. Idealiter zouden elders ontwikkelde submodules worden ingeplugd die buiten de expertise van KWR liggen, zoals een module voor demografische ontwikkelingen. Mogelijke samenwerkingspartners moeten nog gezocht worden.

Agentgebaseerde modellen (ABM) beschrijven het gedrag van agenten en de interactie met elkaar en hun omgeving (naar: Metcalf, S., Simulating the Social Dynamics of Spatial Disparity through Neighborhood Network Evolution. 2007).