Het (vermeende) belang van de ‘first flush’

In de discussie over de kwaliteit van afstromend hemelwater en het functioneren van vgs speelt het begrip ‘first flush’ soms een belangrijke rol. De ‘first flush’ is de plotselinge en kortdurende toename van de vuilconcentratie in het afstromende hemelwater aan het begin van een bui. Zo’n concentratiepiek is vaak aangetoond in metingen (zie bijvoorbeeld figuur A). De toename in vuilgehalte heeft twee redenen: het afstromende hemelwater neemt op verhard oppervlak verzameld vuil met zich mee; bezonken materiaal in het hemelwaterstelsel woelt weer op door de toenemende stroomsnelheden in de overgang van droogweerafvoer (dwa) naar hemelwaterafvoer (hwa). ‘First flush’-regeling Het hwa-gemaal van een vgs wordt vaak zo geprogrammeerd dat de ‘first flush’ naar de rwzi gaat. Het gemaal blijft dan na het begin van een bui bijvoorbeeld 30 minuten operationeel. Na deze 30 minuten stopt het gemaal en wordt het afstromende hemelwater in het vervolg van de bui als 'schoon genoeg' beschouwd om direct in het oppervlaktewater te kunnen lozen. Figuur A Vergroot afbeelding Kanttekeningen Bij de ‘first flush’-regeling zijn enkele kanttekeningen te plaatsen. 30 minuten willekeurige keuze De keuze voor 30 minuten is vrij willekeurig. Praktijkmetingen laten zien dat de duur (en hoogte) van de concentratiepiek enorm kan variëren van locatie tot locatie en van bui tot bui. In het voorbeeld in figuur A duurt de ‘first flush’ bij de eerste bui op 25 maart vele uren en bij de laatste bui op 29 maart veel korter. Ook komt het voor dat er bij een bui helemaal geen ‘first flush’ is. Het optreden en de omvang van een ‘first flush’ hangen samen met onder meer de neerslagintensiteit en -diepte, de duur van de voorafgaande droogweerperiode en stelselkenmerken zoals verhang en verloren berging. ‘End flush’ Naast een ‘first flush’ bestaat er vaak ook een ‘end flush’: een piek in vuilconcentraties na afloop van de bui als het stelsel bijna leeggepompt is. De oorzaak van deze piek ligt ook in toenemende stroomsnelheden in de overgang van hwa naar dwa (als het stelsel bijna leeggepompt is), waardoor tijdens de bui bezonken materiaal weer opwoelt. Voorbeelden van zo'n ‘end flush’ ziet u in figuur A bij de tweede en derde bui. Bij de derde bui ligt de gemeten troebelheid bij de ‘end flush’ zelfs hoger dan bij de ‘first flush’.   Concentratie versus vracht Het is van belang te beseffen dat bovenstaande over een piek in vuilconcentraties gaat. Van oorsprong heeft ‘first flush’ een betekenis in de context van de verdeling van de geloosde vuilvracht tijdens een bui (Bertrand-Krajewski et al., 19981). In deze betekenis is sprake van een ‘first flush’ als het eerste deel van het afgevoerde volume water relatief veel vuilvracht afvoert, bijvoorbeeld 60% van de vuilvracht in de eerste 20% van het volume tijdens de bui. In figuur B staan enkele voorbeelden van buien waarvoor de massa-volumecurve tijdens een bui getekend is. Als de bui precies op de diagonaal ligt, wordt met elke m3 water een constante hoeveelheid vuilvracht meegevoerd (en verandert de vuilconcentratie tijdens de bui dus niet). Als de bui boven deze diagonaal ligt, wordt aan het begin van de bui meer vuilvracht afgevoerd dan aan het einde van de bui. Hoe ver de curve boven de diagonaal moet liggen om te kunnen spreken van een ‘first flush’, is niet algemeen gedefinieerd. Zoals blijkt uit de figuur kennen in de praktijk lang niet alle buien een ‘first flush’. Sommige buien liggen zelfs onder de diagonaal en kennen dus relatief meer afvoer van vuil in de tweede helft van de bui dan in de eerste helft. Figuur B Afgevoerd volume (horizontale as) en afgevoerde vuilvracht (verticale as) tijdens verschillende buien (Bron: Bertrand-Krajewski et al., 1998) Vergroot afbeelding Niet altijd piek in vuilvracht Een piek in de vuilconcentratie aan het begin van de bui hoeft niet per se samen te gaan met een ‘first flush’ in de zin van vuilvrachten. Immers, een concentratiepiek is vaak van korte duur en treedt meestal op als het debiet in het hemelwaterstelsel nog aan het toenemen is (zie figuur C). Hierdoor kan de afgevoerde vuilvracht (debiet maal concentratie) tijdens een concentratiepiek relatief klein zijn ten opzichte van de afgevoerde vuilvracht tijdens de gehele bui (lagere concentraties, maar veel meer volume). Een 30-minutenregeling op een hwa-gemaal verpompt dan weliswaar het meest vervuilde water richting rwzi (dat wil zeggen, met de hoogste vuilconcentratie), maar dat is vaak maar een (zeer) beperkt deel van de totale vuilvracht die het hwa-stelsel tijdens de bui afvoert. Figuur C Vuilconcentratie (‘concentration’) en debiet (‘flow rate’) tijdens een bui (Bron: Bertrand-Krajewski et al., 1998) Vergroot afbeelding Gemaal versus overstort Ten slotte is het van belang te beseffen dat een ‘first flush’ vaak wordt gemeten bij een gemaal, terwijl de interesse ook uitgaat naar de waterkwaliteit bij de overstort(en) van het hwa-stelsel. Afhankelijk van de situatie kan de waterkwaliteit op beide locaties onderling fors verschillen. Niet-functioneren ‘first flush’-regeling Los van het (vermeende) belang van de ‘first flush’ voor het milieutechnisch functioneren van het hemelwaterstelsel, blijkt een ‘first flush’-regeling in de praktijk niet altijd goed te werken. Dit komt door interactie met het naastgelegen vuilwatergemaal (zie Niet-functioneren 'first flush'-regeling door interactie hwa- en dwa-gemalen van vgs). 1 Bertrand-Krajewski, J.-L., Chebbo, H. en Saget, A. (1998). Distribution of pollutant mass vs volume in stormwater discharges and the first flush phenomenon. Water Research, 32(8), 2341-2356.