Data-gedreven inzichten in zeebodemtopografie

Een Europees project met wereldwijde impact

Deltares neemt deel aan het ambitieuze project CMEMS (Copernicus Marine Service), onderdeel van het Europese Copernicus-programma. Dit project richt zich op het ontwikkelen van een wereldwijde kustbathymetriekaart met een resolutie van 100 meter. De wetenschap van het meten van de diepte van waterlichamen, ofwel bathymetrie, betreft in feite het maken van een onderwaterhoogtekaart. Deze kaart ondersteunt onderzoekers, overheden en bedrijven bij het modelleren van overstromingsrisico’s, kustveranderingen en klimaatimpact.

In samenwerking met EOMAP en GGS Geo Consultancy (GGSGC) werkt Deltares aan een kustdataset die binnenkort vrij beschikbaar is via het Copernicus-platform.

Van pixel tot dieptekaart

Binnen het consortium is Deltares verantwoordelijk voor de intergetijde bathymetrie – het gebied tussen het hoogste en laagste astronomische getij. Dit is een van de meest dynamische delen van de kust dat droogvalt bij eb en onder water staat bij vloed. Juist dit gebied is van groot belang voor onder andere de kustveiligheid en ecologie.

Deltares gebruikt satellietbeelden van onder andere Sentinel-2 (ESA) en Landsat (NASA), in combinatie met het GTSM-getijmodel (op basis van Delft-FEWS Platform en Delft3D FM simulatie software), om te bepalen hoe vaak een bepaald stukje van het aardoppervlak – een zogenaamde pixel – droogvalt.

Etiënne Kras, onderzoeker Resilient Ports & Coasts en Product Owner van dit project bij Deltares, legt uit: “Een pixel is in dit geval een klein vakje op de satellietfoto, bijvoorbeeld van 10 bij 10 meter (bij Sentinel-2). Elke pixel bevat informatie over de reflectie van licht op dat stukje aarde of water. Door te analyseren hoe vaak een pixel ‘droog’ lijkt te zijn (dus geen water reflecteert), en dat te koppelen aan het getij, kunnen we afleiden op welke hoogte de (zee)bodem zich daar bevindt. Dit gebeurt met behulp van geavanceerde algoritmes die draaien in de op de Cloud, zodat miljoenen beelden efficiënt geanalyseerd kunnen worden.”

"Bij Deltares werken we ook aan zogenaamde ‘Wave Kinematics’ bathymetrie, waarbij de beweging van golven in satellietbeelden wordt geanalyseerd om de bodemdiepte te bepalen. Deze methode is vooral bruikbaar in diepere kustzones waar golven ‘voelen’ dat ze de kust naderen", vertelt Ruben White, onderzoeker Resilient Ports & Coasts bij Deltares en lid van het multidisciplinair team van experts van dit project.

Slim combineren van methodes

De kracht van het project zit in het combineren van drie methodes: Intergetijde bathymetrie (Deltares), Subgetijde bathymetrie (EOMAP) en Wave Kinematics bathymetrie (Deltares & EOMAP).

Etiënne vertelt: "Het derde partnerbedrijf, GGSGC, zorgt voor het samenvoegen van deze lagen tot één uniforme dataset. Daarbij wordt per locatie (pixel) bepaald welke methode de meest betrouwbare data oplevert. Zo ontstaat een consistente onderwaterhoogtekaart zonder ‘verticale sprongen’ tussen datasets – een veelvoorkomend probleem bij het combineren van verschillende databronnen."

Van ruwe data naar bruikbaar product

Hoewel de uiteindelijke dataset slechts tientallen gigabytes groot zal zijn, gaat daar het verwerken van een enorme hoeveelheid ruwe data aan vooraf, terabytes aan satellietbeelden. Door slimme compressie methoden en het uitsluiten van diepe oceaangebieden ontstaat een handzaam product dat wereldwijd inzetbaar is.

De eerste versie van de statische dataset is gehost op het Copernicus-platform. Iedereen, van wetenschapper tot beleidsmaker, kan deze data vanaf nu vrij gebruiken.

Ik haal er veel plezier uit om iets te bouwen dat herbruikbaar is, dat we kunnen opschalen en dat echt impact heeft. Dit project is technisch uitdagend, maar ook maatschappelijk relevant en dat maakt het zo waardevol.

Etiënne Kras, Deltares

Van globaal naar lokaal: schaalbaarheid en maatwerk

De statische dataset is bedoeld als een eerste globale, consistente kaart met bodemhoogtes voor de kust. Voor lokale toepassingen – zoals een de kust rond een specifiek havengebied of een kwetsbare kustlijn – is soms meer gedetailleerde data nodig. Dankzij de flexibele dataprocessing-pipeline kan Deltares snel en gericht lokale, meer gedetailleerde datasets genereren, door verschillende parameters aan te passen en algoritmes opnieuw te draaien. Dit maakt het mogelijk om maatwerk te leveren voor o.a. specifieke case studies.

Ruben voegt toe: "Veel partijen zullen eerst gebruikmaken van de open dataset, maar hebben later mogelijk lokale verfijning nodig. Dat is precies waar Deltares in uitblinkt: het combineren van data-analyse met domeinkennis, om tot toepasbare inzichten te komen."

Open data als katalysator voor samenwerking

Het project sluit aan bij het “dare-to-share”-principe van de Europese Unie: het openbaar beschikbaar maken van data om maatschappelijke vraagstukken - zoals klimaatverandering, energietransitie en kustveiligheid - aan te pakken.

Etiënne: “Wij delen de visie dat open data innovatie stimuleert. Tegelijkertijd behouden we het intellectuele eigendom van de onderliggende routines en beschikken we over diepgaande domeinkennis. Daardoor kunnen we voor specifieke toepassingen verdieping en maatwerk blijven leveren. Die expertise is niet van gisteren: we bouwen al bijna 100 jaar aan een solide trackrecord op het gebied van water en ondergrond.” Wat Deltares uniek maakt, is de combinatie van:

• Diepgewortelde domeinkennis op het gebied van water en ondergrond: vanuit negen expertisegebieden, waaronder droogte, overstromingen, zeespiegelstijging, energietransitie en meer.
• Technische expertise: in cloud computing, modellering en data-analyse.
• Multidisciplinariteit: de mogelijkheid om snel experts uit verschillende vakgebieden samen te brengen.

Etiënne benadrukt: "Deze combinatie stelt Deltares in staat om integraal advies en oplossingen te bieden – van data tot beleid."

Naar dynamische bathymetrie?

Naast de statische kaart onderzoekt het consortium ook de mogelijkheid van dynamische bathymetrie. Etiënne ligt toe: “In sommige gebieden, zoals de rondom de zeegaten van de Wadden Zee, verandert de zeebodem van maand tot maand. Het consortium ontwikkelt ook een roadmap om te kijken of het mogelijk is om jaarlijks (of zelfs frequenter) updates te leveren voor deze gebieden.” De visie op dynamische bathymetrie wordt eind 2025 opgeleverd, bij een positief resultaat wordt het project verlengd.

Data als brandstof voor de toekomst

Bathymetrie vormt de basis voor vrijwel elk model dat met water of bodem te maken heeft: van overstromingsrisico’s tot kustlijnveranderingen en grondwaterstudies. Door deze data openbaar beschikbaar te maken, versnellen we niet alleen onze eigen studies, maar dragen we ook bij aan een veiliger, duurzamer en beter begrepen kustsysteem wereldwijd.

Data zijn de brandstof van onze modellen. Hoe beter de data, hoe beter onze voorspellingen en hoe beter we kunnen bijdragen aan oplossingen voor de grote maatschappelijke uitdagingen.

Ruben White, onderzoeker Resilient Ports & Coasts bij Deltares

Internationale erkenning en toekomstpotentie

Het project is inmiddels geaccepteerd als een UN Ocean Decade project, wat inhoudt dat het aansluit bij het Ocean Decade action framework. Ruben zegt daarover: “Dit opent de deur voor extra financiering. Daarmee kunnen nog meer innovatieve toepassingen worden ontwikkeld, zoals het gebruik van Artificial Intelligence (AI) voor het opvullen van datagaten (gap-filling) of het verbeteren van de resolutie in complexe kustgebieden.”

Meerwaarde van multidisciplinair team

Bij Deltares wordt dit project uitgevoerd door een multidisciplinair team van experts in kusttechniek, data-analyse en modellering. Een multidisciplinair team brengt diverse perspectieven en expertise samen, wat leidt tot innovatieve oplossingen en beter onderbouwde beslissingen. Het team bestaat uit Etiënne Kras, Ruben White, Matthijs Gawehn, Martin Verlaan, Mario Fuentes Monjaraz, Maarten Pronk, Marieke Eleveld, Arjen Luijendijk en Antonio Moreno Rodenas.