Stuw ontwerpen

Soorten en maten Stuwen komen in oppervlaktewater voor als houten of betonnen wanden. Soms beslaat een stuw de hele breedte van een watergang, soms wordt een stuw achter of voor een duiker geplaatst.  In riolen komen ze veel voor in de vorm van gemetselde of betonnen muren in putten. Als er kleine debieten   worden gestuurd, zoals bij drainageriolen, kan de ontwerper de functionaliteit van een stuw ook realiseren met een leiding die na een bochtstuk verticaal eindigt. De hoogte van de rand van die leiding is dan de stuwhoogte. Vast of regelbaar Vaste stuwen zorgen altijd voor hetzelfde peil. Regelbare stuwen kunnen (gedeeltelijk) op verschillende peilen worden ingesteld. Dat kan bijvoorbeeld handmatig met balken, of handmatig of automatisch met een verstelbare schuif of klep. Maat drempel De lengte van de drempel (de maat dwars op de stroomrichting) bepaalt hoeveel het water dat erover stroomt, wordt opgestuwd. Hoe langer de drempel, hoe minder de opstuwing. Met een halvering van de lengte neemt de opstuwing ongeveer met een factor 1,6 toe. De ontwerper zal een maat voor de stuw zoeken die acceptabel is voor het ruimtebeslag en de kosten, en die tegelijkertijd in verhouding is met de dimensionering van het bovenstroomse   stelsel. Volkomen of onvolkomen overlaat De benedenstroomse   waterstand kan invloed hebben op de afvoercapaciteit van een stuw. Dit is het geval als de benedenstroomse waterstand boven de drempelhoogte hoger is dan twee derde van de bovenstroomse waterstand ten opzichte van de drempel. Dan is er sprake van een onvolkomen overlaat. Als de waterstand benedenstrooms lager is dan dat, dan heeft de benedenstroomse waterstand geen invloed op de stroming over de stuw en is er sprake van een volkomen overlaat. Figuren die het verschil tussen een volkomen en een onvolkomen overlaat tonen, vindt u in deze kennisbank in het onderdeel Modelleren hydraulisch functioneren. Daar staan ook formules voor het rekenen aan stuwen. In hoeverre een stuw het water goed kan afvoeren, hangt ook af van de ruimte achter de stuw. Als het water daar niet vrij weg kan stromen, kan dit de werking van de stuw beïnvloeden. Rond een overstortdrempel in een put moet dus ongehinderde uitstroom mogelijk zijn. Functie Een stuw kan verschillende functies hebben: Handhaven van de waterdiepte; Handhaven van de grondwaterstand; Scheiden van routes; Benutten van berging. 1. Stuwen voor het handhaven van waterdiepte  In oppervlaktewater is het hebben van een minimale waterdiepte vaak het uitgangspunt. Dit vindt u ook terug in het onderdeel over een oppervlakkig doorlatend bassin. Door in de afvoerroute een stuw te plaatsen, blijft het water in het bovenstroomse peilvak staan tot de drempelhoogte is bereikt. Met behulp van stuwen op verschillende plekken in een oppervlaktewaterstelsel op verschillende hoogtes kan de ontwerper een voorkeursstroming instellen en afvoerroutes creëren die pas bij een groter wateraanbod worden ingezet. In een oppervlaktewaterstelsel kiest de ontwerper regelmatig voor een regelbare stuwhoogte, bijvoorbeeld voor het instellen van wisselende streefpeilen   bij verschillende omstandigheden, zoals een zomerpeil   en een winterpeil . 2. Stuwen voor het handhaven van een grondwaterstand  Het reguleren van de grondwaterstand tot een zeker maximum kan met een drainageriool. Een drainageriool dat onder het peil van het ontvangende oppervlaktewater uitmondt, draineert tot dat peil. Een drainageriool dat boven het oppervlaktewaterpeil ligt, draineert tot zijn bodemhoogte. Soms is het niet wenselijk om veel grondwater af te voeren, maar wil of mag de ontwerper grondwater alleen afvoeren als het boven een bepaald niveau komt. In dat geval kan bij de uitmonding van de drain een drempel worden geplaatst, bijvoorbeeld in de vorm van een muurtje of een omhoog gerichte buisuitmonding in een put. Dit principe kan worden toegepast in gebieden met hoge grondwaterstanden, in gebieden met sterk fluctuerende grondwaterstanden en in infiltratievoorzieningen. Figuur A Twee voorbeelden van putten met een stuw in een drainageriool Vergroot afbeelding 3. Stuwen voor het (doorgaans) scheiden van routes Er zijn routes voor water die we, vaak vanuit financiële overwegingen, niet zo groot willen aanleggen dat ze altijd werken. In sommige omstandigheden kiest de ontwerper er bijvoorbeeld voor om: hemelwater dat niet (snel genoeg) in de bodem infiltreert, naar oppervlaktewater te sturen; hemelwater dat niet (snel genoeg) door een zuiverende voorziening kan stromen, ongezuiverd naar oppervlaktewater te sturen; vuilwater of gemengd water dat niet in voldoende mate naar de rioolwaterzuivering kan worden verpompt, naar oppervlaktewater te sturen; bij een groot wateraanbod een berg(bezink)voorziening in te zetten. Deze alternatieve routes bij een groot wateraanbod zijn vooral gericht op het voorkomen van schade.  In dit soort gevallen loopt de waterstroom in de meest voorkomende omstandigheden langs de drempel. Pas bij overbelasting van de betreffende voorziening loopt het water over de drempel en volgt het een alternatieve route. Figuur B Put met een externe riooloverstort of een externe hemelwateroverstort Vergroot afbeelding Overstorten van de gemengde riolering De plaats van een overstort in een gemengd rioleringsstelsel moet kwalitatief en kwantitatief aansluiten bij de plannen van de waterbeheerder. Hierbij houdt de ontwerper rekening met de functie die wordt toegekend aan het oppervlaktewater. Een overstortlocatie ligt bij voorkeur:  niet in de directe nabijheid van een rioolgemaal, met het oog op de gewenste scheiding van vuilwater en schoon water;  niet bij een beginriool met beperkte doorstroming tijdens dwa, in verband met het risico op vervuiling door ophopend rioolslib; bij een speciaal hooggelegen riool onder tegenschot, zonder dwa, dat regelmatig wordt gereinigd; op een plaats in het oppervlaktewaterstelsel waar vanuit oogpunt van waterbeheer de minste bezwaren bestaan tegen de overstort;  niet in stilstaand oppervlaktewater; in oppervlaktewater met voldoende drooglegging voor het beschikbare verval in de riolering; op een plaats met ruimte voor eventuele randvoorzieningen; op een plaats waar meten mogelijk is. Hoewel vanuit hydraulisch opzicht extra overstorten meer zekerheid bieden, zal de ontwerper met het oog op onderhoud, inspectie en het plaatsen van randvoorzieningen die hiervoor nodig zijn, het aantal overstorten zoveel mogelijk beperken.  Stuw of slokop De overloop van een infiltratieveld en die van een wadi kan de vorm hebben van een bovengrondse stuw als de voorziening direct grenst aan een volgende voorziening of aan oppervlaktewater. Vaak kiest een ontwerper voor kolken of putten met een open deksel, waarin de wadi of het infiltratieveld overloopt met een leiding naar oppervlaktewater. Die constructie noemen we een slokop. Bypass Veel zuiverende voorzieningen (afscheiders en filters) hebben een maximaal debiet dat ze kunnen verwerken. Bij hogere debieten vallen ze in storing en/of spoelt het water de eerder opgevangen verontreinigingen juist uit de voorziening. Om dit te voorkomen zal de ontwerper een bypass maken. Vaak is dat een drempel waarmee een deel van het water, als de waterstand boven die drempel stijgt, om de zuiverende voorziening heen wordt geleid. Een deel van het water stroomt dan ongezuiverd verder, maar de zuiverende voorziening blijft functioneren voor het water dat er wél doorheen stroomt. 4. Stuwen voor het benutten van berging  In veel voorzieningen is er ruimte voor waterberging. Bijvoorbeeld in de leidingen van een vrijvervalriool, in een sloot of in een cunet onder een weg. Om die bergingsruimte te kunnen benutten, moet de ruimte voor aanvang van een bui leeg zijn, anders past er geen nieuw water in. De ruimte moet echter ook niet direct leeglopen, want dan wordt de bergingsruimte niet of slechts beperkt benut. De ontwerper kan de bergingsfunctie van een voorziening nuttig inzetten door een stuw in te zetten op de hoogte van de maximale waterstand in de voorziening. Op een lager (bodem)niveau komt dan een onderdeel dat zorgt voor een gedoseerde afvoer, zoals een doorlaat, een wervelventiel, een pomp of een infiltrerend oppervlak. Het afvoeren van water kan ook op basis van de waterstand worden gestuurd, bijvoorbeeld met een regelbare klep en niveaumeting, een drijvende bewegende stuwgoot of een afsluiter die wordt aangestuurd door een drijver. Figuur C Put met een stuw met doorlaat Vergroot afbeelding