Wateropvang in groenzones aan de bron versus end-of

Wateropvang in groenzones
aan de bron versus end-ofpipe buffering afwaarts in
riolen of waterlopen
Patrick Willems
Afdeling Hydraulica, KU Leuven
Beheer van overstromingen:
Duurzaam stedelijk waterbeheer
Naar analogie met afvalbeheer:
In volgorde van afnemend belang:
• Bronmaatregelen:
regenwater opwaarts
ophouden
(gebruiken, infiltreren)
• Bergen (wachtbekkens)
• Vertraagd afvoeren
Voor onvermijdbare
overstromingen:
• Waarschuwen, evacueren
• Gevolgen verminderen
Impact urbanisatie, klimaatverandering …
Rivierdebiet
Meer tijdsvariatie /
Meer hydrologische extremen:
WINTER
ZOMER
Tijd
Urbanisatie
Landgebruik Vlaanderen en Brussel 1976:
1976
PhD Lien Poelmans KU Leuven, 2010
3 - 4% verhard
Urbanisatie
Landgebruik Vlaanderen en Brussel 1988:
1988
PhD Lien Poelmans KU Leuven, 2010
5 - 6% verhard
Urbanisatie
Landgebruik Vlaanderen en Brussel 2000:
2000
PhD Lien Poelmans KU Leuven, 2010
9 - 10% verhard
Impact urbanisatie
op waterhuishouding:
Meer hydrologische extremen:
 Toename neerslagafstromingspieken tijdens natte perioden
 Minder infiltratie: verminderde waterbeschikbaarheid tijdens
droge perioden
Impact urbanisatie
Meer riooloverstorten / piekbelasting waterloop
overstort
doorvoer
Klimaatscenario’s
Toename piekneerslag
(vooral in zomer)
&
Langere droge zomerperioden
Klimaatscenario’s
Toename broeikasgassen in de atmosfeer
Temperatuurstijging
Toename verzadigingsconcentratie waterdamp
Impact klimaatscenario’s Vlaanderen
Impact op riolering:
Vermindering terugkeerperiode extreme neerslag:
Hoog
Tot 30-40% extra berging vereist
Willems P. (2009), ‘Actualisatie en extrapolatie van hydrologische parameters in de nieuwe Code van Goede
Praktijk voor het Ontwerp van Rioleringssystemen’, voor VMM-AOW & CIW, september 2009
LOW FLOW PEAKS
Impact klimaatscenario’s Vlaanderen
Low scenario
Low scenario, Runoff peaks
Impact op laagwaterdebieten:
Low
scenario,
Runoff peaks
Low
scenario
Droog
Mean
scenario
Mean
scenario,
Runoff peaks
(-88%)
(-87%)
(-67%)
(-62%)
(-54%)
- (-68%)
- (-63%)
- (-55%)
- (-48%)
LOW FLOW PEAKS
(-88%)
(-56%) - (-55%)
(-87%)
(-68%)
(-54%) -- (-52%)
(-51%) -- (-47%)
(-67%)
(-63%)
(-46%) -- (-40%)
(-62%)
(-55%)
(-39%) -- (-30%)
(-54%)
(-48%)
Mean
scenario
Mean
scenario,
Runoffpeaks
peaks
Midden
High
scenario,
Runoff
High
scenario
(-35%)- -(-55%)
(-32%)
(-56%)
(-31%)
(-24%)
(-54%) - (-52%)
(-23%)- -(-47%)
(-21%)
(-51%)
(-20%) - (-15%)
(-46%) - (-40%)
(-14%) - (-10%)
(-39%) - (-30%)
Climate 2100, Flanders
High scenario
High scenario, Runoff peaks
-43 - -34
 Laagwaterdebieten dalen in sterke mate
in alle scenario’s
-33 - -19
(-35%) - (-32%)
(-31%) - (-24%)
Demer.shp
(-23%)
- (-21%)
- -71
(-20%) -74
- (-15%)
-70
- -56
(-14%) - (-10%)
(laagste zomerdebiet daalt met 20 tot 70%)
 Verdroging / laagwaterproblemen: waterkwaliteit,
irrigatienoden,
-55 - -44
Climate 2100,
drinkwaterproductie, scheepvaart, vegetatieschaarste,
... Flanders
Impact klimaatscenario’s Vlaanderen
• Vlaanderen is erg kwetsbaar voor drogere zomers
• Gemiddelde waterbeschikbaarheid is in Vlaanderen en
Brussel zeer beperkt: 1480 m3/(persoon.jaar)
gemiddelde waterbeschikbaarheid
(m3 per jaar en per inwoner)
25000
20000
<-> internationale normen:
<2000 “zeer weinig”
<1000 “ernstig watertekort”
15000
10000
5000
0
Door:
• Hoge bevolkingsdichtheid
• Slechts beperkt gedeelte van beschikbaar
oppervlaktewater afkomstig van lokale neerslag;
Sterk afhankelijk van de buurregio’s (voor
instroom Frankrijk/Wallonië, min. doorvoer naar
Nederland bij laagwater)
Impact klimaatscenario’s Vlaanderen
Duurzaam stedelijk waterbeheer:
Meer lokale-opwaartse berging en infiltratie
Doorlatende verharding:
Regenwater
berging en
hergebruik:
Individuele infiltratie:
Duurzaam stedelijk waterbeheer:
Meer lokale-opwaartse berging en infiltratie
Betere afstemming tussen ruimtelijke planning /
stadsontwerp / groenbeheer & stedelijk waterbeheer:
Meervoudige functies
aan open ruimtes in
de stad (vb. parken,
groenzones):
Campus Park, Clichy sous Bois [Composante Urbaine, 2004]
RIONED 2009
Masterthesisonderzoek:
Jelle Weustenraad & Kristof De Vleeschauwer:
“De invloed van op- en afwaartse buffering op de riolering en
waterloop te Turnhout”,
Master in de Ingenieurswetenschappen – Bouwkunde
i.s.m. ASRO, PhD Christian Nolf
Laureaten Besix-prijs
Gevalstudie: Stad Turnhout
Problemen: zowel rivier- als
rioleringsoverstromingen, o.a.
door toenemende urbanisatie
Ook:
• Effect riooloverstorten
• Geologische eigenschappen van het rivierbed
• Rechttrekking van de waterloop in jaren 197080: 30% korter
• Overmatige kruidgroei in de zomerperiode
Gevalstudie: Stad Turnhout
1. Regenwaterberging en
infiltratie in open ruimtes in de
stad: bronmaatregelen /
“blauw - groen water”
integratie
2. Bufferbekkens afwaarts de
regenwaterstelsels / opwaarts
de overstort & ontvangende
waterloop
3. Bufferbekkens afwaarts langs
de waterloop: “end-of-pipe”
buffering
Evolutie van het Turnhoutse drainagesysteem
in relatie tot de bebouwde oppervlakte
PhD Christian Nolf, op basis van
historische kaarten (NGI) en
Stadsarchief Turnhout
open afwatering via waterlopen
eerst (gedecentraliseerd) gemengd rioolstelsel
7.500 extra woningen
en 180 extra hectare
bedrijventerreinen gepland
op middellange termijn
-> Plan Grontmij (2009)
centralisatie naar de RWZI via
collectoren en overstorten
geleidelijke verzadiging van het netwerk
-> behoefte aan alternatieve regenwaterafvoer
Optie 2: Bufferbekkens afwaarts
regenwaterstelsels
40,000 inwoners
Gemengd rioleringsstelsel
vervangen door gescheiden
stelsel
(80 regenwateroverstorten;
6 zorgen voor 80% van het
totaal overstortvolume)
Uitgangspunt: Aquafin toestand D
Totaal: 58,000 m3
Optie 2: Bufferbekkens afwaarts
regenwaterstelsels
Ontwerp bufferbekkens:
overstortfrequentie > 20 jaar
250 m3/ha verhard
gravitaire
doorvoer:
20 l/(s.ha verhard)
VLAREM wetgeving
Uniforme ontwerpregels: onafhankelijk van de
eigenschappen van de waterloop
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Ontwerpterugkeerperiode: 20 jaar
of lager (5 jaar) m.b.t. maximale
nuttige hoogte van 0,4 m
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Gebaseerd op:
• Locaties rioleringsoverstromingen
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Gebaseerd op:
• Locaties open ruimtes & groene zones zoals parken, stadstuinen, speeltuinen, groene zones rond
scholen en ziekenhuizen
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Gebaseerd op:
• Onderscheid tussen publieke en privé-eigendom
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Gebaseerd op:
• Zones die in transitie zijn of waarvoor herontwikkeling voorzien is op korte of midellange termijn
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Gebaseerd op:
• Ruimtelijke connectiviteit : Topografische / gravitaire logica
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Voorbeelden ruimtelijke inrichting:
• Speeltuin:
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Voorbeelden ruimtelijke inrichting:
• Bedrijventerrein:
Optie 1: Opwaartse regenwaterberging &
infiltratie in open ruimtes in de stad
22 open ruimtes geïdentificeerd in de stad, geschikt voor
regenwaterberging en –infiltratie (integratie blauw & groen water)
Andere voorbeelden (buitenland):
Optie 3: Bufferbekken afwaarts langs
waterloop
GOG:
gecontroleerd
overstromingsgebied
vulling boven 18.8 m TAW
bergingsvolume som van 6
bufferbekkens afw. riolering
Integraal “conceptueel” model
Modelkalibratie en -validatie
Piekdebieten in waterloop
versus terugkeerperiode in
waterloop (Aa) afwaarts de stad
Kalibratieresultaten: 1998-2000
Validatieresultaten: 1992-1995
Impactresultaten optie 2
Invloed regenwaterstelsel en bufferbekkens op piekdebieten
in waterloop:
Impactresultaten optie 2
Invloed regenwaterstelsel en bufferbekkens op piekdebieten
in waterloop:
Rioleringspiek komt vroeger
dan rivierpiek
Δt
T = 100 jaar in waterloop
Δt = 6 h tijdsverschuiving
Ook seizoensverschillen
Verschil in grootte gebieden
Impactresultaten optie 1 (bronmaatregelen)
Impact op overstromingsvolume langs riolering:
1% van afstromingsoppervlakte gebruikt voor
regenwaterberging en –infiltratie leidt tot 30% à 50% reductie
in overstromingsvolume
EN: infiltratie voedt grondwaterreserves
Impactresultaten opties 1 & 2
Impact op piekdebieten riooloverstorten:
 Bronmaatregelen hebben nauwelijks invloed op reductie
overstortdebieten of waterloopdebieten
 Bufferbekkens afwaarts de riolering geven wel sterke reductie in
overstortdebieten, maar dit heeft nauwelijks invloed op waterloop
-> Belangrijk om riolering & waterloop gezamelijk te bekijken !
Impactresultaten optie 3 (“end-of-pipe”)
Impact op piekdebieten in waterloop:
 Sterke reductie in waterlooppieken
 Uiteraard geen reductie in
rioleringsoverstromingen
Hemelwaterplanning: bestudeerde opties
1. Regenwaterberging en
infiltratie in open ruimtes in de
stad: bronmaatregelen /
“blauw - groen water”
integratie
2. Bufferbekkens afwaarts de
regenwaterstelsels / opwaarts
de overstort & ontvangende
waterloop
3. Bufferbekkens afwaarts langs
de waterloop: “end-of-pipe”
buffering
Conclusies
• Hemelwaterplanning op lokaal/gemeentelijk niveau wordt
belangrijker
• Bufferbekkens afwaarts de riolering hebben niet
noodzakelijk een gunstige invloed op de waterloop
(reductie in piekdebieten)
Voor de gevalstudie Turnhout: slechts 5% reductie in
piekdebieten
• De invloed kan zelfs negatief zijn
• Precieze invloed hangt af van eigenschappen
rioleringsstelsel & ontvangende waterloop (vb. verschil in
grootte en responstijd)
• Geïntegreerde analyse rioleringsstelsels – waterloop nodig
Conclusies (2)
Bronmaatregelen kunnen meer kosten-effectief
zijn dan “end-of-pipe” oplossingen
(cfr. gevalstudie Turnhout: bronmaatregelen zijn zeer effectief in het
reduceren van de overstromingsrisico’s langs de riolering, maar
minder effectief in het reduceren van de overstromingsrisico’s langs
de waterloop)
Nood aan “gedifferentieerde buffereisen” (geen uniforme
ontwerpregels)
rekening houdend met eigenschappen van de afwaartse
waterloop: integrale analyse watersysteem
(geef meer vrijheid aan ingenieurs om meer optimale, geval-specifieke
oplossingen uit te denken …)
Discussie / vragen …
[email protected]