Preventing pluvial flooding by implementing model predictive control design. A case study of Delfland, the Netherlands

In the past years, the speed of climate change has increased considerably, leading to more severe consequences such as more intense precipitation, sea level rise and significant flooding. The Netherlands, among all the other countries, is experiencing heavier rain and has witnessed an increase in pluvial flooding risk. One flood management strategy that has been adopted over the years is altering infrastructure to mitigate the issue of pluvial risk. Another approach to mitigate this risk is to have an optimal control scheme in place to spread the load of rainfall in space and time. The region of Delfland in the Netherlands has the highest density of greenhouses. The concentration of greenhouses in Delfland has resulted in practically impermeable land throughout the area, raising the possibility of pluvial risk. However, some storages have been installed adjacent to each greenhouse to store water collected by the roof of the greenhouses for irrigation purposes. These storages that are called "basin" are crucial for the greenhouse owners and are a valuable infrastructure for waterboard in the Delfland to use as a possible tool to mitigate and prevent the flood risk. To use these basins as a device for flood risk mitigation, horticulturists and waterboards must work together to find a balance between not reducing water levels below a specific value in the basins and having some storage capacity to retain rainfall. For this purpose, a new project, Rainlevelr, has been started in the waterboard of the Delfland to install a tube controlled by a valve to release water in advance to have enough room for incoming rain. In the Rainlevelr project, the planning has already been started, which means that there is no possibility of choosing the tube's location along with the height of the basin. The only control variable that exists is the opening situation of the valve. To exploit more the capacity of the Rainlevelr tube, model predictive control(MPC) has been used to not only deal with the constraint but also to consider the uncertainty of the rainfall forecast. In this project, after consulting with the waterboard, it has been decided that the forecast of rainfall for the next 24 hours has the uncertainty between 90% and 100%(completely accurate). In the end, it has been concluded that this control scheme can tackle the problem of pluvial risk by using MPC, even with the uncertainty of the forecast.

Negli ultimi anni, la velocità del cambiamento climatico è aumentata considerevolmente, portando a conseguenze più gravi come precipitazioni più intense, aumento del livello del mare e inondazioni significative. I Paesi Bassi, tra tutti gli altri paesi, stanno sperimentando piogge più intense e hanno assistito a un aumento del rischio di inondazioni pluviali. Una strategia di gestione delle inondazioni che è stata adottata nel corso degli anni è la modifica delle infrastrutture per mitigare il problema del rischio pluviale. Un altro approccio per mitigare questo rischio è quello di avere uno schema di controllo ottimale per distribuire il carico delle piogge nello spazio e nel tempo. La regione di Delfland nei Paesi Bassi ha la più alta densità di serre. La concentrazione di serre nel Delfland ha portato a un terreno praticamente impermeabile in tutta l'area, aumentando la possibilità di rischio pluviale. Tuttavia, alcuni depositi sono stati installati adiacenti ad ogni serra per immagazzinare l'acqua raccolta dal tetto delle serre per scopi di irrigazione. Questi depositi che sono chiamati "bacini" sono cruciali per i proprietari delle serre e sono una preziosa infrastruttura per l'acquedotto del Delfland da utilizzare come possibile strumento per mitigare e prevenire il rischio di inondazioni. Per utilizzare questi bacini come uno strumento per la mitigazione del rischio di inondazione, gli orticoltori e i waterboard devono lavorare insieme per trovare un equilibrio tra il non ridurre i livelli di acqua sotto un valore specifico nei bacini e avere una certa capacità di stoccaggio per trattenere le precipitazioni. A questo scopo, un nuovo progetto, Rainlevelr, è stato avviato nel bacino del Delfland per installare un tubo controllato da una valvola per rilasciare l'acqua in anticipo per avere abbastanza spazio per la pioggia in arrivo. Nel progetto Rainlevelr, la pianificazione è già stata avviata, il che significa che non c'è la possibilità di scegliere la posizione del tubo insieme all'altezza del bacino. L'unica variabile di controllo che esiste è la situazione di apertura della valvola. Per sfruttare di più la capacità del tubo Rainlevelr, il controllo predittivo del modello (MPC) è stato utilizzato non solo per affrontare il vincolo ma anche per considerare l'incertezza della previsione delle precipitazioni. In questo progetto, dopo aver consultato il consiglio dell'acqua, è stato deciso che la previsione delle precipitazioni per le prossime 24 ore ha un'incertezza tra l'90% e il 100% (completamente accurata). Alla fine, si è concluso che questo schema di controllo può affrontare il problema del rischio pluviale utilizzando MPC, anche con l'incertezza della previsione.