Ontwerpsituaties en stelselfunctioneren

Bij het ontwerpen van voorzieningen en stelsels moet de ontwerper rekening houden met de verschillende weersomstandigheden die zich kunnen voordoen. Het programma van eisen beschrijft de eisen waaraan de voorzieningen en de stelsels moeten voldoen. Het systeem dat de ontwerper ontwerpt, moet voldoen aan die eisen, en moet functioneren in de volgende situaties:

bij aanhoudende droogte;
bij droge omstandigheden;
bij beperkte neerslag;
bij hevige neerslag;
bij extreme neerslag.

Aanhoudende droogte

Bij aanhoudende droogte is er geen hemelwater om af te voeren, en hoeft er ook geen grondwater afgevoerd te worden. In sommige gebieden moet juist (oppervlakte)water worden aangevoerd om het grondwater op peil te houden, via oppervlaktewater of (ook) via doorlatende leidingen. Bij een te lage grondwaterstand worden houten gebouwfunderingen aangetast en bij een aanhoudende te lage grondwaterstand is er schade aan bodemleven, natuur en gewassen. Onder droge omstandigheden moet vuilwater dat wordt geproduceerd naar een zuivering worden gebracht. De voorzieningen in vuilwaterstelsels moeten hierop berekend zijn qua afstroming en capaciteit.

Sommige voorzieningen binnen het stedelijk waterbeheer zijn gevoelig voor droogte. De ontwerper moet hier rekening mee houden bij zijn ontwerp. Sloten en vijvers zijn hier voorbeelden van. Als deze een te geringe waterdiepte of doorstroming hebben, is het moeilijk om de waterkwaliteit acceptabel te houden. Ze kunnen zelfs helemaal droogvallen, Dit kan diverse problemen opleveren: stank, ziektes of dieren die het niet overleven.

Stankwerende voorzieningen die gebruikmaken van de stankafsluitende werking van een laag water (sifons) zijn ook gevoelig voor aanhoudende droogte; dan verdampt dit water, waardoor er stank vrijkomt via de sifon. Bij voorzieningen die gebruikmaken van stankafsluiters, zoals kolken, moet hiermee rekening worden gehouden. Voorzieningen die afhankelijk zijn van begroeiing, zoals wadi's en greppels, worden kwetsbaar in tijden van aanhoudende droogte. De ontwerper kan hier bij zijn ontwerp rekening mee houden. Daarnaast kunnen er oplossingen worden gevonden in beheermaatregelen. Uiteraard is hinder of schade incidenteel te accepteren.

Droog weer

Onder droge omstandigheden moet vuilwater dat wordt geproduceerd naar een zuivering worden gebracht. De voorzieningen in vuilwaterstelsels moeten hierop berekend zijn qua afstroming en capaciteit. Er is geen neerslag om te verwerken en in gebieden waar grondwater wordt afgevoerd, kan sprake zijn van een na-ijleffect op van eerder gevallen neerslag. Als de ontwerper rekening houdt met hoge afvoeren bij aanhoudende regen, is er voor dit na-ijleffect ook voldoende capaciteit. Na-ijleffecten treden ook op na langere perioden van droogte. In die gevallen zal aandacht nodig zijn voor het aanvullen van grondwater. Hier houdt de ontwerper rekening mee.

Beperkte neerslag

De situatie van beperkte neerslag is vergelijkbaar met een droogweersituatie. Het verschil is dat in de situatie van beperkte neerslag een deel van de hemelwaterstelsels wat hemelwater aangeboden krijgen. Op andere plaatsen komt het mogelijk niet tot instroming, omdat het water van het verharde oppervlak verdampt of infiltreert. Neerslag die op onverhard gebied valt komt niet tot afstroming, maar zakt de bodem in. Voorzieningen voor vuil- én hemelwater krijgen in deze situatie naast vuilwater ook wat hemelwater te verwerken. Neerslag na een periode van droogte zorgt ervoor dat straatvuil wordt afgevoerd, en ook in gemengde riolen komt er bij een eerste bui na droogte meer vuil in beweging.

Hevige neerslag

De gangbare toets- en ontwerpsituatie is de situatie van hevige neerslag. Deze situatie wordt beschouwd als de maximale belasting waarbij een voorziening al het aangeboden water moet kunnen verwerken. Niet enkel vanaf verhard oppervlak, maar ook vanaf sommige stukken onverhard oppervlak zal water naar de voorzieningen stromen. In deze situatie vult een wadi zich tot de slokop of overloop nog (net) niet in werking treedt. Riolen staan tot de rand vol met water of er treedt net wat water op straat op. Greppels en goten staan op het punt van overlopen of net daar overheen. De grenzen waarbinnen stelsels en voorzieningen hevige neerslag moeten kunnen verwerken, staan vaak beschreven in het en zijn overgenomen in het programma van eisen.

Extreme neerslag

De uiterste toets- of ontwerpsituatie is de situatie van extreme neerslag. In die situatie lopen de voorzieningen over en zal - behalve bij extreem doorlatende ondergronden - de neerslag van vrijwel al het onverhard oppervlak ook afstromen. Het hele systeem loopt dan vol, en er staat veel water op straat, in tuinen en op openbaar groen. In deze situatie kan de ontwerper de werking van het openbare terrein en tuinen als buffer beoordelen, kan hij zien of de afvoer via straten op gewenste wijze verloopt en moet hij beoordelen of gebouwen en andere schadegevoelige objecten geen schade ondervinden van de grote hoeveelheden neerslag.

In het schema hierna treft u een overzicht aan van de verschillende neerslagsituaties, met daarbij hun aandeel in de jaarlijkse hoeveelheid regen en de gevolgen van deze neerslagsituaties.

Frequentie	Neerslag in de volksmond	Hier gebruikte term	Aandeel van het volume van de jaarlijkse regen	Gedrag bij een gemengd stelsel	Gevolg
Eens per week	Miezerbui	Beperkte neerslag	90%	Het water zakt in het aanwezige groen en via voegen in de grond.	Er is weinig te merken van de neerslag nadat die is gevallen.
Eens per maand	Stevige bui	Beperkte neerslag	9%	Het water loopt deels het riool in.	Er is weinig te merken van de neerslag die is gevallen, een deel van de neerslag gaat naar de zuivering.
Eens per jaar	Hoosbui	Hevige neerslag	0,9%	Er blijven plassen staan op straat en op het groen, het riool zit vol en loopt over naar een vijver of sloot.	Op sommige plekken krijg je natte voeten. Er komt rioolwater in de sloot. De zuivering ontvangt dun water.
Eens per eeuw	Wolkbreuk	Extreme neerslag	0,1%	Het meeste water wordt geborgen en afgevoerd, maar niet alles. De straat staat een paar uur vol water. Sommige tuinen lopen onder.	Sommige verkeersroutes raken tijdelijk gestremd. Er is een risico van contact met afvalwater op straat en van losse putdeksels. Bij sommige gebouwen loopt er water naar binnen.

Stelsels verwerken waterstromen

Om de verschillende waterstromen in het projectgebied te verwerken heeft de ontwerper de keuze uit de volgende acht stelsels. Een beschrijving van deze stelsels is opgenomen in het kennisbankonderdeel Stelsels en voorzieningen:

vuilwaterstelsel;
vuil- en hemelwaterstelsel;
hemelwaterstelsel oppervlakkig niet-doorlatend;
hemelwaterstelsel ondergronds niet-doorlatend;
hemel- en/of grondwaterstelsel oppervlakkig doorlatend;
hemel- en/of grodnwaterstelsel ondergronds doorlatend;
grondwaterstelsel ondergronds doorlatend;
oppervlaktewater.

Afstromings-, bergings- en pompcapaciteit

Stelsels voor vuilwater hebben geen aparte functionaliteiten voor de diverse neerslagsituaties. Het vuilwater moet in al deze situaties de zuivering bereiken. De afstromings- en pompcapaciteit is afgestemd op het vuilwateraanbod van het stelsel. Uitgangspunt voor de bergingscapaciteit van een stelsel is dat de rioolbeheerder voldoende tijd moet hebben om vervelende gevolgen van een gemaalstoring te voorkomen. De productie van huishoudelijk afvalwater is maximaal 10 tot 15 l/h/inw, dus de ontwerper stemt de verwerkingscapaciteit voor vuilwater daarop af. De minimale diameter die in vuilwaterriolen onder vrijverval wordt toegepast is 200 mm. Pas als zeer grote gebieden vuilwater afvoeren of bij grote lozingen zijn er grotere diameters nodig voor een vuilwaterstelsel. Bij drukriolering, ook uitsluitend bedoeld voor het transport van vuilwater, is dat minimaal 63 mm.

Stelsels die vuil- en hemelwater verwerken, hebben een bergingscapaciteit, een afvoercapaciteit, en in gevallen dat er een pomp is geplaatst voor het verdere transport van water, een pompovercapaciteit (een term die wordt gebruikt voor het "hemelwaterdeel" van de pompcapaciteit van een gemaal in een stelsel voor vuil- en hemelwater). Deze gemengde riolen zijn doorgaans ontworpen op een bergingsruimte van 7 mm met een pompovercapaciteit van 0,7 mm. Bergings- of bergbezinkvoorzieningen leveren daarbij vaak 2 mm aan berging. Gemengde en hemelwaterriolen hebben doorgaans diameters vanaf 250 mm. Naarmate het bovenstroomse afstroomgebied toeneemt, zijn steeds grotere buisdiameters en putmaten nodig.

Ondergrondse hemelwaterstelsels die vrij lozen in oppervlaktewater (onderdeel van een gescheiden stelsel) hebben geen of slechts een beperkte bergingsruimte. Dit is ofwel omdat de leidingen onder de waterspiegel van het ontvangende oppervlaktewater liggen en daarom permanent gevuld zijn, ofwel omdat ze juist direct leeglopen in oppervlaktewater. Uiteraard hebben de leidingen een minimale diameter nodig (doorgaans 200 mm) om voldoende afstroming te garanderen, en voor toegankelijkheid voor onderhoud.

Ondergrondse hemelwaterstelsels waarvan het water primair naar de zuivering gaat (onderdeel van een verbeterd gescheiden stelsel), hebben juist berging nodig. Ze moeten overlopen naar oppervlaktewater, maar daar niet altijd in leeglopen. De berging wordt gecreëerd door tussen oppervlaktewater en het hemelwaterriool een stuw aan te brengen, de hemelwateroverstort. Een gangbare bergingsruimte voor het hemelwaterriool van een verbeterd gescheiden stelsel is 4 mm. Een gangbare afvoercapaciteit voor dit soort stelsels is 0,3 mm/h.

Bij al deze bergingscapaciteiten geldt dat de millimeters een relatieve maat van waterberging weergeven ten opzichte van een oppervlak. Hoe u deze relatieve maat kunt omrekenen naar effectieve bergingsruimte (aantal kubieke meters) leest u op de pagina Absolute en relatieve berging.

Voorzieningen

De afvoerhoeveelheden, de overloopvolumes, de frequenties van overlopen en de overloopduren van voorzieningen worden bepaald door de hoeveelheid berging in relatie tot de afvoercapaciteit. De functionaliteit van voorzieningen met inloopmodel en van voorzieningen zonder inloopmodel kunt u in tabellen aflezen. De tabellen zonder inloopmodel zijn geschikt voor kleine gebieden, terwijl de tabellen met inloopmodel gebruikt worden voor grotere gebieden waarbij vertraging echt een rol van betekenis speelt.

Bij oppervlakkige voorzieningen die bedoeld zijn om hemelwater te transporteren of te laten infiltreren, zoals goten, infiltratievelden en wadi’s, speelt de waterdiepte een rol bij de veiligheid. Doorgaans wordt voor deze voorzieningen een maximale waterdiepte van 0,3 m gehanteerd.

Hoogte

Voorzieningen aan het maaiveld die bedoeld zijn om water te transporteren, hebben een minimaal en een maximaal verhang. Bij te weinig verhang stroomt het water niet naar de volgende voorziening, bij te veel verhang zijn de voorzieningen moeilijk in te passen in de openbare ruimte. Een verhang van 3 tot 5‰ is gangbaar.

Ligging van leidingen

Riolen in het openbare terrein liggen doorgaans in het midden onder het wegdek. Daardoor zijn de aansluitleidingen naar woningen aan weerszijden van de weg even lang. De ontwerper kan er ook voor kiezen de leidingen aan één kant van de weg te plaatsen, bijvoorbeeld onder het trottoir. Dan zijn huisaansluitingen aan die zijde korter. Die van de andere kant van de straat worden dan langer. Deze keuze heeft een belangrijk raakvlak met de onder- en bovengrondse ruimte. Ondergronds in verband met andere kabels en leidingen, maar ook met de ruimte in het wegcunet. Bovengronds in verband met bomen, perceelgrenzen en bouwwerken.

Ruimte voor beheer

Al in het schetsontwerp moet de ontwerper rekening houden met het ruimtebeslag voor het beheer van de geplande voorzieningen. Zo moeten pompputten bereikbaar zijn voor (zwaar) takelmaterieel. Bodempassages, infiltratievelden en wadi’s moeten gemaaid kunnen worden. Vijvers moeten voor onderhoud toegankelijk zijn met varend materieel of een ruime strook hebben voor het manoeuvreren van rijdend materieel. Volgens de Keur van de waterschappen moet er langs een A-watergang een strook van enkele meters vrijgehouden worden om werkzaamheden aan zo’n watergang te kunnen uitvoeren, met daarnaast ruimte voor een obstakelvrije zone op de oevers. Ook verzamelplaatsen voor maaisel vragen ruimte.