Klimaattest: stad versus polder

Het Deltaplan Ruimtelijke Adaptatie verplicht waterschappen en gemeenten tot een stresstest voor regenwateroverlast om na te gaan hoe kwetsbaar hun gebied is. Met een rekenkundig experiment in RainTools vergelijken we klimaateffecten voor een stad met een polder.
 
De werking van een stedelijk gebied verschilt wezenlijk van dat van een polder. Een polder heeft veel berging en voert het water traag af via gemalen. Een rioolstelsel heeft overlopen die het water snel kunnen afvoeren. Voor het vergelijken van de ontwikkeling van het klimaat zijn reekssimulaties gebruikt om de werking van de systemen zo eenduidig mogelijk te kunnen vergelijken. Deze simulaties zijn uitgevoerd met sterk geschematiseerde situaties. Het gaat hier daarom ook niet om (vergelijking van) de absolute getallen maar om de trends. Het rekenkundig experiment geeft een verassend beeld.
 
De test
Om de kwetsbaarheid van de stad met een polder te vergelijken, heeft Stichting RIONED enkele testsimulaties uitgevoerd met RainTools, een rekenmodel om het functioneren van regenwatervoorzieningen en -systemen te simuleren. Het functioneren van de stad en de polder is berekend voor een periode van ruim honderd jaar (1906-2014) met drie verschillende klimaattransformaties van de neerslagreeks van De Bilt:
  1. het klimaat van de vorige eeuw (1950);
  2. het klimaat van nu (2014);
  3. het klimaat van 2085.
Rekenmodel
RainTools schematiseert de systemen stad en polder tot een reservoirmodel met berging (voorziening), een ledigingscapaciteit en een begrensde overloopcapaciteit (zie figuur 1).

Figuur 1            Functioneren reservoirmodel in RainTools.
 
RainTools berekent het verloop van de waterbalans in de tijd over de volledige periode van ruim honderd jaar. De systemen hebben een reguliere waterberging en een extra waterberging (bovengronds). RainTools berekent het aantal keren dat de reguliere waterberging overbelast raakt, in welke mate en met welke duur. Het moment dat de extra berging (in de stad op straat) overbelast raakt, is gedefinieerd als (regen)wateroverlast.
 
Stad
De stad heeft een ondergronds rioolstelsel met een reguliere berging en een begrensde overloopcapaciteit en een extra berging op straat die boven een bepaald niveau overgaat in wateroverlast. De begrenzing van de overloopcapaciteit hangt samen met de (ontwerp)capaciteit die een rioolstelsel kan afvoeren zonder water op straat.
Het rioolstelsel heeft een berging van 9 mm (voorziening), een ledigingscapaciteit van 0,7 mm/h en een overloopcapaciteit van 40 l/s/ha. Deze overloopcapaciteit is relatief laag gehouden, omdat de neerslagreeks een tijdstap heeft van klokuren. De overstortingsfrequentie is vergelijkbaar met die van een rioolstelsel met een overloopcapaciteit van 60 l/s/ha, berekend met een neerslagreeks met kwartiersommen.
 
Als het harder regent dan de overloopcapaciteit, wordt de bovengrondse berging benut (het water blijft dan dus tijdelijk op straat staan). Bij zeer extreme buien kan op een bepaald moment de extra berging van water op straat volledig gevuld raken en over gaan in wateroverlast. In deze simulaties is gerekend met 30 mm water op straat.
 
Polder
De polder heeft een reguliere waterberging van 50 mm en een extra waterberging van 20 mm voordat sprake is van wateroverlast. De polder heeft geen overloop en dus ook geen overloopcapaciteit. De ledigingscapaciteit is 0,5 mm/h, wat overeenkomt met 12 mm per dag. Om de hoeveelheid water die deze polder kan bergen te verwerken, heeft het gemaal ruim vijf dagen nodig. Bij wateroverlast duurt dat langer.
 
Berekeningen
De vergelijkende berekeningen zijn uitgevoerd met de neerslagreeks van De Bilt. De originele reeks staat voor het klimaat van 1950. STOWA, HKV en KNMI hebben deze reeks getransformeerd naar het klimaat van nu (2014) en het klimaat van de toekomst (2085). Er is gerekend met de voor wateroverlast meest ongunstige klimaatscenario’s.
 
De resultaten van de simulaties zijn vergeleken op basis van de berekende hoeveelheid extra berging bovengronds (groen) en de overschrijding daarvan in de vorm van wateroverlast (rood). Bij deze gebeurtenissen ziet u de bijbehorende hoeveelheid neerslag (donkerblauw) en de eventuele voorvulling van de reguliere berging (voorziening) door een korte opeenvolging van buien. Bij de simulaties van de stad ziet u ook de overloophoeveelheid (oranje).
 
Resultaten testsimulaties polder
Klimaat van 1950

Figuur 2            Gebeurtenissen over 1906-2014, berekend met de reeks van het klimaat van
vorige eeuw
 
De extra berging in de polder wordt tien keer aangesproken, de overschrijding van die extra berging gaat drie keer over in wateroverlast.
 
Klimaat van 2014

Figuur 3            Gebeurtenissen over 1906-2014, berekend met de reeks getransformeerd naar klimaat van 2014
 
De extra berging in de polder wordt 44 keer aangesproken, de overschrijding van die extra berging gaat negen keer over in wateroverlast.
 
Klimaat van 2085

Figuur 4            Berekende gebeurtenissen over 1906-2014, getransformeerd naar klimaat van 2085+
De extra berging in de polder wordt honderd keer aangesproken, de overschrijding van die extra berging gaat 42 keer over in wateroverlast.
 
Samenvattend
Deze simulaties laten zien dat de ontwikkeling van het klimaat in 2085 kan leiden tot vijftien keer vaker wateroverlast dan in de vorige eeuw. De toename van de wateroverlastfrequentie (in rood) is relatief sterker dan die van het aantal keren dat de extra berging (in groen) in de polder wordt aangesproken.
 
Resultaten testsimulaties stad
Klimaat van 1950

Figuur 5            Gebeurtenissen over 1906-2014, berekend met de reeks van het klimaat van
vorige eeuw.
 
De berging bovengronds (op straat) wordt 145 keer aangesproken en gaat geen enkele keer over in wateroverlast.
 
Klimaat van 2014

Figuur 6            Gebeurtenissen over 1906-2014, berekend met de reeks getransformeerd naar klimaat van 2014.
 
De berging bovengronds (op straat) wordt 216 keer aangesproken en gaat één keer over in wateroverlast.
 
Klimaat van 2085+

Figuur 7            Gebeurtenissen over 1906-2014, berekend met de reeks getransformeerd naar klimaat van 2085+.
De berging bovengronds (op straat) wordt 258 keer aangesproken en gaat vijf keer over in wateroverlast.
 
Samenvattend
De toename van het aantal gebeurtenissen waarbij de extra berging (op straat) wordt aangesproken met water op straat, is in 2085  bijna een factor 2. Ook in de stad is de toename van de overschrijdingsfrequentie van deze extra bergingscapaciteit (op straat) relatief groot: een factor 5 ten opzichte van het klimaat van nu.
 
Analyse
Deze simulaties zijn uitgevoerd met sterk geschematiseerde situaties. Het gaat hier daarom ook niet om (vergelijking van) de absolute getallen maar om de trends.
 
Polder                                                                                                                 Stad

Figuur 8            Som van maximumvolume (%) van gebeurtenissen waarbij extra berging (op straat) wordt aangesproken en sprake is van wateroverlast, per klimaatreeks. De som van de resultaten van de reeks van 1950 is gesteld op 100%.
 
Bij de polder is het klimaateffect groter dan voor de stad. De toename van het maximumvolume extra berging + wateroverlast neemt voor de polder toe met bijna een factor 20 voor de stad een factor 4.
Het systeem van de stad is van oudsher meer gericht op afvoeren dan op bergen. De polder is primair gedimensioneerd op het bergen en traag afvoeren van regenwater. Door klimaatontwikkeling kunnen de neerslaghoeveelheden fors toenemen. Uit deze simulaties blijkt dat systemen met een gefixeerde bergingscapaciteit (dus zonder overloopmogelijkheid) daarvoor extra kwetsbaar zijn. 
 
Polder                                                                                                                 Stad

Figuur 9            Aantal keren (%) dat extra berging (op straat) wordt aangesproken, per klimaatreeks. De som van de resultaten van de reeks van 1950 is gesteld op 100%.
 
Ook de toename van het aantal keren dat de extra berging wordt aangesproken is voor de polder beduidend groter dan voor de stad.
 
Statistiek en werkelijkheid
Waterschappen geven aan dat de klimaatontwikkeling sneller gaat dan gedacht. Dat is een misverstand, dat vooral is ontstaan doordat de waterschappen zich op de statistiek van de neerslag focussen. Bij statistiek gaat het vooral over gemiddelden en over het verleden. Dit geldt ook voor het klimaat, het gemiddelde weer over een periode van dertig jaar. De referentieperiode van de klimaatscenario’s van 2014 loopt van 1981-2010. Statistiek loopt dus per definitie achter op de realiteit en dat geldt des te meer in een veranderend klimaat. Het is goed als we ons dat gaan realiseren. Een bui die past bij het klimaat van 2080 kan ook nu al vallen.
 
Conclusie
Het klimaatbestendig maken van Nederland is zowel nodig in stedelijk als landelijk gebied en een stevige opgave voor waterschappen en gemeenten.
De oplossingen die nu sterk in de belangstelling staan om onze stedelijke omgeving minder kwetsbaar te maken voor extreme buien, zijn geconcentreerd op bergen en traag ledigen. Dat is in essentie een soort polderbenadering. Deze simulaties laten zien dat bergende systemen (zonder overloop) extra kwetsbaar zijn. Om dergelijke systemen klimaatbestendig te maken, moet vooral die berging groot genoeg zijn.

Kennisbank


U Bezocht Onlangs


GEEF UW SUGGESTIE