Hydraulisch functioneren onder verschillende omstandigheden

Stelsels en voorzieningen binnen het stedelijk watersysteem moeten onder verschillende weersomstandigheden kunnen functioneren. Het is belangrijk om onder verschillende omstandigheden te weten hoe een stelsel functioneert en wat er gebeurt (met het stelsel en de omgeving) bij overbelastig. Deze omstandigheden zijn:

Perioden met aanhoudende droogte.
Droge omstandigheden.
Perioden met beperkte neerslag.
Perioden met hevige neerslag.
Perioden met extreme neerslag.

Functioneren bij aanhoudende droogte

In het stedelijk waterbeheer ligt meestal de focus op het afvoeren van water. Hierbij kan het gaan om afvalwater, hemelwater of grondwater. Maar het is ook belangrijk om aandacht te hebben voor de gevolgen van aanhoudende droogte (Figuur A). Aanhoudende droogte kan namelijk tot ongewenste situaties leiden. Zo kunnen gemengde riolen last krijgen van vuilafzetting, aanrotting van afvalwater en aantasting door gasvorming. Het kan gebeuren dat plekken waar water nodig is om vegetatie te laten groeien geen water krijgen. Maar ook kunnen stankafsluiters in regenpijpen en kolken in tijden van droogte opdrogen. Bij het ontwerp en het beheer van een stedelijk watersysteem is het daarom van belang om, naast afvoeren van teveel water, ook rekening te houden met perioden van droogte. Zo moeten er bijvoorbeeld voldoende afstromingsmogelijkheden zijn in riolen waar afzettingen een risico vormen. Daarnaast kan een grondwaterstelsel mogelijk worden gebruikt om water op kleinere schaal in de bodem te brengen en bijvoorbeeld groeiplaatsen van vegetatie te voorzien van water. Maar grondwaterstelsels worden vooral aangelegd op plaatsen waar een te lage grondwaterstand tot grote schade leidt. Ook bij het ontwerpen van stankafsluiters is aanhoudende droogte een aandachtspunt, tenzij u ervoor kiest om watersloten actief te gaan bijvullen.

Figuur A Hydraulisch functioneren bij aanhoudende droogte en onder droge omstandigheden

Functioneren onder droge omstandigheden

Wanneer het na een bui weer droog is geworden, treedt er soms een na-ijleffect op van de neerslag in de afvoerende of de infiltrerende voorzieningen, zoals het leeglopen van infiltratie-elementen door infiltratie of pompen die nog draaien om bergende voorzieningen leeg te laten lopen. Ook grondwaterstelsels (of drainage) ervaren soms nog de na-ijleffecten van neerslag. Bijvoorbeeld als het grondwater door de neerslag zodanig is gestegen dat de drains in werking treden. Maar in het algemeen is de functie van vooral de vuilwater- en gemengde stelsels tijdens droog weer het transporteren van vuilwater. Over het algemeen zijn hemelwaterstelsels leeg tijdens droog weer (Figuur A).

Functioneren bij beperkte neerslag

Als het regent, wordt het totale stedelijke gebied nat. Een deel van de verharde oppervlakken zal water afvoeren naar de hemelwaterstelsels, de gemengde stelsels en de stelsels voor vuilwater. Door lokale verlagingen in het maaiveld kunnen er op sommige plekken plassen ontstaan (Figuur B). Alle voorzieningen zijn ontworpen op grotere neerslagintensiteiten dan beperkte regen. Daarom kunnen de stelsels beperkte regen zonder problemen verwerken. Wadi’s en infiltratievelden raken niet echt gevuld, want door infiltratie trekt het water direct de grond in. Kleine hoeveelheden hemelwater kunnen door onbemalen hemelwaterriolen (riolen die zonder de toepassing van gemalen leeglopen) naar oppervlaktewater worden getransporteerd. De oppervlakkige hemelwatervoorzieningen raken hun water door verdamping en infiltratie al onderweg kwijt. Bij de rwzi zal ook bij beperkte neerslag wel een wat grotere hoeveelheid afvalwater aankomen.

Figuur B Hydraulisch functioneren bij beperkte neerslag

Functioneren bij hevige neerslag

Wanneer het steviger regent, komt water vanaf alle verharde oppervlakken tot afstroming en komt ook het eerste water van onverharde gebieden tot afstroming en stroomt de inzamelsystemen in. Bij hevige neerslag kan het water niet overal meteen weglopen. Op plekken waar vuil voor de kolken ligt, zullen er grote plassen ontstaan (Figuur C). Riolen die door middel van gemalen worden leeggepompt (bemalen riolen) raken vol en de toestroom van hemelwater overstijgt ook de infiltratiecapaciteit van infiltratievoorzieningen. De buffers van die voorzieningen vullen zich, en de relatief kleine buffers kunnen al naar oppervlaktewater overlopen. Bemalen riolen zullen ook wat water gaan lozen in oppervlaktewater omdat het hemelwater er niet meer in past. De waterstand in het oppervlaktewater stijgt een centimeter of tien. Een halve dag na een hevige bui is het water meestal weer weggezakt en afgevoerd en is het systeem weer klaar voor een nieuwe bui.

Figuur C Hydraulisch functioneren bij hevige en extreme neerslag

Functioneren bij extreme neerslag

De meeste voorzieningen van een stedelijk watersysteem zijn niet berekend op extreme neerslag. Bij extreme regen raken de inzamelsystemen voor hemelwater overbelast en blijft het water op straat staan. Alle bergingen raken gevuld en het water past niet meer in de riolen en infiltratievoorzieningen. De overlopen, overstorten en nooduitlaten van de wadi’s, ondergrondse infiltratievoorzieningen en riolen zijn volop water aan het afvoeren. In het oppervlaktewatersysteem kunnen peilstijgingen optreden tot wel een halve meter; tot aan de bovenkant van een stuw van een vijver of een watergang. De hele openbare ruimte is nat: straten vullen zich met water. Stoepranden zorgen ervoor dat veel hemelwater op de weg wordt opgevangen. Maar soms loopt het water ook parken en bermen in en blijft het in sommige tuinen staan. Het gaat op de meeste plaatsen net goed: er is hinder, maar geen schade (figuur C).

Op sommige plekken gaat het echter niet goed. Op plaatsen waar de weg weinig hemelwater kan opvangen, kan extreme neerslag leiden tot overstroming die schade veroorzaakt. Vaak gaat het hierbij om heel vlakke wegen die zonder stoeprand of drempel op gebouwen uitkomen, zoals winkelstraten. Of om laaggelegen straten in hellende gebieden. Daar verzamelt zich water uit de omgeving. Het water stijgt tot aan de drempel van de woningen en loopt kelders en sousterrains in. Sommige huizen houden het net droog, maar bij andere loopt het water naar binnen, soms ‘geholpen’ door de vloedgolf van een passerende auto (figuur D). De gemeente en hulpdiensten komen in actie om kelders en woningen leeg te pompen of om zandzakken te plaatsen.

Figuur D Hydraulisch functioneren bij extreme neerslag veroorzaakt lokaal problemen

Na de bui is het water in hooggelegen delen in een paar uur zeker weg. Lage straten kunnen, bij onvoldoende afvoer, nog de hele dag last hebben van het water en de bewoners moeten daarna de schade gaan opnemen.

Functionaliteit van stelsels en voorzieningen binnen het stedelijk watersysteem

Stelsels en voorzieningen hebben vaak een basisfunctionaliteit binnen het stedelijk watersysteem. Deze basisfunctionaliteit bepaalt de hydraulische belastbaarheid en/of de functie in het systeem. Daarnaast krijgen met name voorzieningen steeds vaker andere functionaliteiten. Vooral voorzieningen aan het maaiveld worden dikwijls voor meerdere functies ingezet. Daarom moet u als stedelijk waterbeheerder bij het beheer van deze voorzieningen steeds vaker afstemming zoeken met andere beheerders.

Voorbeelden van voorzieningen met meerdere functionaliteiten

De basisfunctionaliteit van wadi’s, greppels en watergangen is het (zichtbaar) inzamelen, bufferen, zuiveren en in de bodem laten zakken van hemelwater. Maar deze voorzieningen vervullen ook een landschappelijke en een recreatieve functie: ze zijn vaak leuk om te zien, en je kunt mooi wandelen door een wadi of langs een greppel of een watergang.
Een ander voorbeeld van een voorziening met functionaliteiten naast die voor waterbeheersing is een waterplein. Een waterplein fungeert als buffer bij hevige regenval. Maar tijdens droog weer kunnen kinderen erin spelen.
Ook oppervlaktewater heeft naast zijn basisfunctionaliteit van waterbuffer andere functionaliteiten: er wordt op gevaren en er kan in sommige gevallen in gespeeld en gezwommen worden.

Functioneren van stelsels en voorzieningen