Nieuwe rekenmodellen voor risico’s bij hevige regenval

Auteur artikel: Johan Veurink, Specialist Stedelijk Water Arcadis

Water stroomt van hoog naar laag. Een deel van de regen zakt weg in de grond.” en “Als het regent, word je nat.” Deze stellingen staan als een huis en tegelijk zeggen ze weinig. Want waar stroomt regenwater langs, naartoe of tegenaan? En hoeveel van de neerslag zakt er eigenlijk in de grond? Wel handig te weten als hevige regenbuien ons land teisteren. Als specialist Stedelijk Water simuleer ik met hydraulische rekenmodellen de praktijk. Op het beeldscherm zie ik waar het hemelwater over het maaiveld, door de riolering en in het watersysteem stroomt en geef ik aan welke locaties risico lopen bij noodweer. Onze modellen sluiten zo dicht mogelijk aan op de praktijk.

Objecten en hoogten

Uiteraard is de kwaliteit van een rekenmodel sterk afhankelijk van de kwaliteit van de data die je gebruikt. Weet je te weinig over de omgeving, dan stroomt het water in het model misschien wel via onmogelijke routes. Voor het bovengrondse deel van ons model gebruik ik de Basisregistratie Grootschalige Topografie (BGT). Zo ongeveer elk (vast) object wat je buiten tegenkomt, staat hierin. Door deze gegevens te koppelen met hoogtegegevens uit de Actueel Hoogtebestand Nederland (AHN) breng ik de stroming van water over het maaiveld in beeld.

Natuurlijk blijven er verschillen met de praktijk. De basisregistratie is nou eenmaal grootschalig en niet elke tuinmuur of schutting staat erin. En de hoogtekaarten lijken gedetailleerd maar tussen al die ingemeten punten zijn er wel eens relevante hoogteverschillen. Denk bijvoorbeeld aan smalle goten of stoepranden. Als het nodig is, voeg ik deze informatie alsnog toe. Zo breng ik in beeld waar het water langs stroomt, hoe het via kolken in de riolering terecht komt of juist afstroomt naar oppervlaktewater en ook waar het mogelijk blijft staan. In de praktijk zakt een deel van het afstromende water in de grond. Wanneer ik deze infiltratie niet meeneem in het model, is de kans groot dat ik te veel water laat afstromen en dan blijven lage delen van het gebied vol water staan.

Infiltratie regenwater

De infiltratie van neerslag in de bodem nemen we ook mee in ons model. Hoeveel water er infiltreert, is afhankelijk van de eigenschappen van de grond. Dit is de zogenaamde k-waarde. Lastig, want welke k-waarde is in welke situatie realistisch? Water zakt natuurlijk minder snel weg in een goed gebruikt trapveldje, dan in het naastgelegen rozenperk. Niet alleen het gebruik en de inrichting van het maaiveld heeft invloed op de infiltratie, maar ook de grondsoort en lokale bodemopbouw. Voor de ‘traditionele’ rioleringsmodellen is in het verleden onderzocht hoeveel neerslag in het riool terecht komt. Dat leidde tot een algemeen geaccepteerd inloopmodel met informatie over afstroming en infiltratie van bepaalde typen oppervlak. Voor afstroming over het maaiveld bestaan in Nederland helaas nog geen algemeen geaccepteerde inloopmodellen. Onze uitwerking kan een eerste aanzet zijn.

Nieuwe klassering maaiveldmodellen

Samen met collega’s werkte ik een methode uit die een onderbouwde en realistische inschatting geeft van infiltratie bij maaiveldmodellen. Het werkt als volgt. De functieomschrijving van vlakken uit de BGT zetten we om naar 10 verschillende infiltratieklassen. Bijvoorbeeld verharding, tuin of grasland. Elke functieomschrijving heeft zo een eigen infiltratietype en dus een unieke infiltratiecapaciteit. We baseerden dit op een onderzoek van het Amerikaanse onderzoeksinstituut Natural Resources Conservation Service (NRCS). Afhankelijk van de grondsoort in een gebied kiezen we een variant. Een locatie in de duinen of op hoge zandgronden heeft een hogere infiltratiewaarde en delen we in op klasse A of B. Een vergelijkbaar ingerichte locatie in de polder met een bodem van klei of veen geven we bijvoorbeeld klasse D. Uit vergelijkende berekeningen blijkt dat onze variant C zeer goed overeenkomt met het traditionele inloopmodel.

Deze animatie toont een plattegrond van een woonwijk waar het flink gaat regenen. Het rioolstelsel kan het niet aan en het water blijft op straat staan. Hoe blauwer/paarser, des te dieper de plassen. Na de plensbui zie je de plassen verdwijnen.

Door de uitgebreide keuze, sluiten onze varianten goed aan bij de praktijk. Zo onderzochten we de afstroming van neerslag in een woonwijk op de flank van de Amersfoortse Berg waaruit bleek dat variant B het beste aansluit bij de ervaringen van de inwoners in het gebied. Voor Barneveld maakten we zelfs een model met verschillende infiltratievarianten voor verschillende gebieden. Door deze methode hoeven we niet elke keer het wiel opnieuw uit te vinden. Vanuit een vaste standaard nemen we lokale omstandigheden mee. Hierdoor benaderen we met onze modellen de daadwerkelijke situatie zo goed mogelijk.

Vertrouwen in rekenmodellen

Ik vertrouw de uitkomsten van onze hydraulische modellen. Tegelijkertijd blijft het een rekenmodel, wat betekent dat je heel goed moet weten hoe het is opgebouwd, waarvoor het is bedoeld en ook wanneer of waarvoor je een model beter niet kunt gebruiken.

De infiltratiecapaciteit van de bodem is bijna net zo veranderlijk als het weer. Als de bovengrond na lange droogte volledig is uitgedroogd, zakt het water er soms helemaal niet in. Pas na een bui komt de infiltratie weer op gang. In bepaalde situaties sluit een model zonder infiltratie daardoor beter bij de werkelijkheid aan dan een model met infiltratie. Een mooi voorbeeld vind ik het integrale model dat we voor gemeente Apeldoorn maakten. Hierin namen we riolering, oppervlaktewater en maaiveld op, maar negeerden we de infiltratiecapaciteit. Na een langdurige natte periode was de bodem in Apeldoorn volledig verzadigd. Na deze periode volgden enkele hevige regenbuien, maar door verzadiging van de bodem was er nauwelijks sprake van infiltratie. Bernie ter Steege, adviseur klimaatadaptatie en natuur van gemeente Apeldoorn vertelde me later dat: “geen enkel beschikbaar model de risico’s op schade en overlast door water op maaiveld in deze situatie zo goed aangeeft als het Arcadis model voor het Systeemoverzicht Stedelijk Water”.

Ook met onze mooie modellen blijft het een simulatie van de werkelijkheid. De praktijk kan je blijven verrassen. En juist het oplossen van die puzzel, dat maakt mijn werk zo leuk.