Verwerken van hemelwater

In het kader van duurzaam waterbeheer hanteert u als stedelijk waterbeheerder in het algemeen de voorkeursvolgorde vasthouden/infiltreren-bergen-afvoeren. Hemelwater houdt u zoveel mogelijk lokaal vast en laat u waar mogelijk infiltreren in de bodem, daarna volgt berging in oppervlaktewater en dan pas afvoer naar de riolering of regionaal oppervlaktewater. Figuur A Voorkeursvolgorde verwerking van hemelwater (Bron: Ruimtelijkeadaptatie.nl) Vergroot afbeelding Vasthouden/infiltreren Hemelwaterinfiltratie in de bodem heeft twee voordelen: het vertraagt het afvoerproces en het hemelwater is lokaal te benutten/hergebruiken. Voorbeelden van infiltratievoorzieningen zijn: een wadi, een poel, een geïsoleerde greppel, ondergrondse bergingskratjes, doorlatende verharding, een infiltratieriool of gewoon een verlaagd maaiveld. Waterdoorlatendheid van de bodem Hemelwaterinfiltratie is alleen mogelijk als de bodem voldoende doorlatend is en de grondwaterstand laag genoeg is. De waterdoorlatendheid van de bodem hangt af van de grondsoort. Zandgronden zijn (meestal) goed doorlatend en kleigronden (meestal) slecht. Om dezelfde hoeveelheid hemelwater in de onverzadigde zone boven de gemiddelde hoogste grondwaterstand (GHG) te kunnen infiltreren, is in een zandgrond daarom eerder een kleinere voorziening voldoende dan in een bodem die bestaat uit lemig zand of leem. Bij een in de infiltratiezone gemeten verticale waterdoorlatendheid van ten minste 2,0 m/dag (en een voldoende diepe GHG) is vrijwel elk type infiltratievoorziening geschikt. Bij een verticale waterdoorlatendheid tussen de 0,4 en 2,0 m/d kunt u denken aan wadi’s (en vergelijkbare voorzieningen) om hemelwater vast te houden en te infiltreren. Bij een verticale waterdoorlatendheid lager dan 0,4 m/d is infiltratie niet zonder meer mogelijk en moet u eerst de structuur van de bodem verbeteren. De waterdoorlatendheid (k-waarde) bepaalt in sterke mate de benodigde inhoud van de voorziening. Infiltratiecapaciteit vergroten of herstellen Bij het ontwerp van een infiltratievoorziening moet u er rekening mee houden dat de infiltratiecapaciteit (waterdoorlatendheid) na verloop van tijd afneemt, bijvoorbeeld doordat de voorziening dichtslibt. Neem daarom een voorfiltering/sedimentvang op in het ontwerp. Hoe groter het infiltrerend oppervlak des te groter de infiltratiecapaciteit. Om de infiltratiecapaciteit weer te herstellen, moet u ook in de ontwerpfase al rekening houden met  de aard en frequentie van het benodigde onderhoud. Waterdoorlatendheid bepalen Om de waterdoorlatendheid van de onverzadigde bovengrond te bepalen, kunt u infiltratiemetingen (laten) doen. Aan de hand daarvan kunt u de variatie in waterdoorlatendheid bepalen. Bergen Als (volledige) infiltratie niet mogelijk is, kunt u overwegen om het hemelwater te bergen in een onder- of bovengrondse voorziening. Een bovengrondse voorziening is vaak gemakkelijker (en daarom ook goedkoper) te onderhouden dan een ondergrondse voorziening en hierdoor ook meer bedrijfszeker. Vanuit een ontwerpfilosofie van omgang met hemelwater met kernwoorden als schoonhouden, zichtbaarheid, betrokkenheid, duurzaamheid, multifunctioneel ruimtegebruik, groenbeleving etc. ligt de keuze voor een bovengrondse voorziening voor de hand. Een bovengrondse voorziening zoals als een wadi of waterplein kent daarentegen gezondheidsrisico's en neemt bovengrondse ruimte in beslag. Het voordeel van een ondergrondse bergings-/infiltratievoorziening is dat deze geen bovengrondse ruimte inneemt en minder kans heeft op beschadiging, vandalisme etc. Een ondergrondse bergings-/infiltratievoorziening leent zich daarom goed voor bijvoorbeeld centrumgebieden. Bij het creëren van open water moet u rekening houden met de gemiddelde laagste grondwaterstand (GLG) en verdamping van open water. Voor een continu watervoerende (geïsoleerde) voorziening moet de bodem van de voorziening circa 1 tot 1,5 meter onder de GLG liggen. In zeer warme en droge omstandigheden kan het waterverlies door verdamping uit een openwateroppervlak oplopen tot ongeveer 10 mm per dag. Om bij meer extreme omstandigheden een zekere waterdiepte te kunnen garanderen, kunt u een waterafsluitende laag aanbrengen en/of water toevoeren. Om ervoor te zorgen dat de voorziening voldoende wordt benut kunt u het hemelwater uit een bovengrondse voorziening in de bodem laten infiltreren. Andere mogelijkheden zijn bijvoorbeeld een grindkoffer, een dam of stuw van doorlatend materiaal of een afvoerconstructie. De afvoerconstructie moet ervoor zorgen dat de voorziening voldoende wordt benut en weer tijdig beschikbaar komt én moet versnelde afvoer voorkomen. Een afvoerconstructie kan bestaan uit een schot met een gat, een dam met een pijp of een pomp (zie figuur B). Figuur B Principe van waterberging (Bron: Stichting RIONED) Vergroot afbeelding In het algemeen schrijft de waterbeheerder voor dat bij nieuwe ontwikkelingen de piek in stedelijke afvoer niet groter mag zijn dan de landelijke afvoer (onbebouwd gebied) en moet de berging binnen een bepaalde tijd weer beschikbaar zijn (2-3 dagen). De afvoer is gerelateerd aan de gebiedsgrootte. Om ervoor te zorgen dat de afvoerconstructie in praktijk goed blijft functioneren wordt vaak een ondergrens van 4 cm gehanteerd. Bij een te kleine diameter is de kans op verstopping te groot en bij een te grote diameter wordt de voorziening in feite te beperkt benut en raakt deze alleen onder zeer extreme omstandigheden of bij slecht beheer en onderhoud volledig gevuld. Een buisdiameter van 4 cm komt globaal overeen met een gemiddelde afvoer van 2 l/s (uitgaande van 30 cm peilopzet). Voor zandgronden is dat ongeveer gelijk aan de landelijke afvoer. De onderkant van de doorlaat van de voorziening moet boven de GHG liggen, omdat de voorziening anders grondwater gaat afvoeren. Om effectief te zijn, moet de waterberging boven de GHG liggen. In dit onderdeel van de kennisbank wordt ingegaan op de toetsing van riolering en oppervlaktewater. Hydrologisch neutraal ontwikkelen Bij ruimtelijke ontwikkelingen hanteren veel waterbeheerders ‘hydrologisch neutraal ontwikkelen’ als een kwantitatief beleidsuitgangspunt dat is vastgelegd in de keur. Hydrologisch neutraal ontwikkelen houdt meestal in dat de grondwaterstand niet mag worden verlaagd en dat de maximale afvoer beperkt moet blijven tot de afvoer onder natuurlijke omstandigheden. Door de ontwikkeling mogen geen hydrologische knelpunten ontstaan voor de te handhaven en toekomstige landgebruikfuncties, zowel binnen het plangebied als in het beïnvloedingsgebied. Kortweg: de ontwikkeling heeft geen negatief effect op de omgeving. Hydrologisch positief ontwikkelen In verdroginggevoelige gebieden (zoals op de hogere zandgronden) neemt de behoefte toe om hydrologisch positief te ontwikkelen. Dit houdt in dat de ontwikkeling geen negatief effect heeft op de omgeving (hydrologisch neutraal) en bovendien eventueel bestaande negatieve effecten vermindert. Dit is mogelijk door bijvoorbeeld meer dan de voorgeschreven hoeveelheid waterberging aan te leggen of structurele maatregelen te nemen die de opbouw van een zoetwatervoorraad bevorderen. Verkoelen Water kan overdag een verkoelend effect hebben op de luchttemperatuur door verdamping, warmteabsorptie en eventueel warmtetransport. Zowel stromend als stilstaand water en kleinere waterpartijen kunnen voor verkoeling zorgen. Het koelende effect is afhankelijk van de grootte van de waterpartij, de afstand tot de waterpartij en van de stroming in de waterpartij. Hoe groter de watermassa, hoe groter de koeling. Maar het ruimtelijk sterkste effect ontstaat bij een combinatie van meerdere kleinere watermassa’s. Bij grote watermassa’s en weinig luchtcirculatie wordt de verdamping (en dus de koeling) namelijk beperkt doordat boven de watermassa een vochtige luchtlaag ontstaat (Vlaamse Overheid). Water heeft een grote warmteabsorptiecapaciteit, waardoor het waterlichaam overdag veel warmte kan opslaan. De lucht boven het wateroppervlak warmt daarom minder snel op. Stromend water heeft een groter koelend effect dan stilstaand water. Dat komt doordat stromend water beter mengt (en daarmee ook de warmte) en doordat stromend water warmte afvoert (in het geval water warmte aanvoert kan overigens een omgekeerd effect optreden). Zolang de watertemperatuur lager is dan de temperatuur van de omgevingslucht, zal het wateroppervlak ook ’s nachts warmte uit de omgeving opnemen en de nachtelijke hittestress beperken. Maar zodra de watertemperatuur hoger ligt dan die van de omgeving (doorgaans tijdens de nacht bij het einde van de zomer en in de vroege herfst), zal de aanwezigheid van wateroppervlakten eerder bijdragen aan de nachtelijke hittestress. De mate waarin is afhankelijk van de aan- of afwezigheid van stroming, het volume van de watermassa en het verschil tussen de lucht- en watertemperatuur. Groene daken Groene daken Een groen dak is intentioneel begroeid met levende planten. Op veel groene daken is dit sedum of gras, maar ook andere planten, struiken en bomen zijn mogelijk. Groene daken zijn opgebouwd uit meerdere lagen die gezamenlijk bijdragen aan de functies van het dak, zoals een vegetatielaag, een substraatlaag en een drainagelaag. Groene daken hebben door afvoervertraging invloed op het neerslag-afstromingsproces, maar bergen niet of nauwelijks water. Vegetatiedaken en tuindaken kunnen zijn opgebouwd als groen dak of ook water bergen als groen-blauw dak. kunnen neerslag bufferen en vasthouden (zie figuur C). Het substraat houdt water vast of de planten op het dak verbruiken water. Groene daken en gevels hebben een verkoelend effect op de omgeving in steden, onder meer dankzij verdamping en de evapotranspiratie   van de vegetatie. Door het bufferende vermogen vermindert en vertraagt een groen dak de piekafvoer tijdens neerslag. Figuur C Bufferend effect van een groen dak op de hemelwaterafvoer (Bron: TU Eindhoven) Vergroot afbeelding Retentie groen dak De retentie van groene daken kan variëren van enkele tot tientallen mm. Als op een goede wijze in afstroomvertraging is voorzien is kan de hele inhoud van de drainagelaag worden benut en ongeveer een kwart van de substraatlaag. De retentie is afhankelijk van factoren als bui-intensiteit, buiduur, opbouw, dikte en type substraat van het groene dak en de hellingshoek. Bij een grotere hellingshoek, vermindert de retentie. De retentie tijdens een bui van < 2 mm/min kan oplopen tot 90%, afhankelijk van de verzadiging van het substraat. Bij meer extreme neerslagomstandigheden is dit echter aanzienlijk minder. In de winter is het substraat vaak meer verzadigd door natte perioden. De retentie is dan ook lager dan in de zomer, waarin meer droge perioden en hevige korte buien voorkomen (Effect substraat op verdamping). Effect op omgevingstemperatuur Groene daken en gevels hebben over het algemeen een dempend effect op schommelingen in de omgevingstemperatuur. De temperatuur in stedelijk gebied kan (volgens bovengenoemd onderzoek) dalen met ongeveer 2-4 °C. De mate van verkoeling hangt van een aantal factoren af, zoals het bodemvochtgehalte, de weersomstandigheden, de albedo(waarde)   en de variatie in hoogte van de vegetatie. Een groen dak is verkoelender dan een donker dak, maar kan meer opwarmen dan een dak met witte dakbedekking. Promotieonderzoek van Anna Solcerova suggereert dat de lucht boven een sedumdak Sedum is de officiële naam voor vetplanten. Deze planten zijn heel goed droogtebestendig en worden onder andere toegepast op groene daken. ’s nachts kouder en overdag warmer is dan een wit met gravel bedekt dak. De bevinding is gebaseerd op goed bewaterde daken met sedumplanten. Als mogelijke oorzaken noemt Solcerova het lage weerkaatsingsvermogen en de ongelijke hoogten van de sedumplanten. Hierdoor is het groene dak ruwer, wat de ventilatie van de lucht het dichtst bij het dakoppervlak kan hinderen. Ten opzichte van witte daken hadden de onderzochte daken netto een verwarmend effect op de omgeving over een 24-uurs periode. In vergelijking met donkere platte daken is wel een verkoelend effect te verwachten. Gevoeligheid voor droogte Een groen dak is gevoelig voor droogte. Bij de aanleg ervan is het daarom goed om verder te kijken dan alleen de standaardlijst met vetplanten, mossen en kruiden. In een promotieonderzoek naar groene daken (Meer diversiteit in beplanting groene daken is wenselijk, Van Mechelen, 2015) is onderzocht welke mediterrane planten geschikt(er) zijn voor groene daken. Daar zitten vetplantjes en kruidachtige planten bij, maar ook veel eenjarige planten, waaronder grassen, anjers en kruisbloemen. Bij voldoende licht en regen komen deze eenjarige planten massaal uit. Ze zorgen voor kleurrijke bloemen, produceren veel zaden en sterven daarna. Ze overbruggen droge perioden als zaad, wat voor een goede buffer zorgt in extreme weersomstandigheden. Als andere planten de droogte niet overleven, vullen de eenjarige de lege ruimte. De beste resultaten bij proefdaken zijn gerealiseerd op de dikste laag met 100 mm substraat in combinatie met een watervasthoudende mousse. Die dikkere laag blijkt ook belangrijk voor de groei van de eenjarige planten. Onkruid op een groen dak De onderzoekers (Van Mechelen) zagen op de groene daken spontaan 33 soorten onkruid opduiken. Dat onkruid maakt deel uit van het ecosysteem: het sterft af bij droogte en verrijkt de bodem. Zolang het onschadelijk is – en bijvoorbeeld niet te diep wortelt – kan het interessant zijn om het te laten staan. Bij de jaarlijkse onderhoudsbeurt van groene daken zijn we snel geneigd onkruid eruit te trekken of bij droogte nog wat bij te sproeien. Volgens het promotieonderzoek Meer diversiteit in beplanting groene daken is wenselijk van Van Mechelen is sproeien in ons klimaat alleen nodig kort na aanleg van een groen dak. Dorre, kale plekken horen er af en toe bij, ook al ziet het er volgens sommigen niet mooi uit. Meer informatie Klimaatenruimte.be (over het verkoelende effect van water op de omgeving). De Groene stad (portaal met actuele informatie over groene daken) Groene daken, Stichting RIONED Groene daken nader beschouwd, Stichting RIONED en STOWA, 2015-12 Factsheet Droogte en hitte in de stad, STOWA Invloed stedelijk oppervlaktewater op omgevingstemperatuur, Deltares, 2011 REALCOOL-onderzoek (verkoelend effect van prototypes water-groen-wind-schaduw)