Duurzame maatregelen tegen wateroverlast in de stedelijke omgeving, casestudie Antwerpen

Daan Bertels Lars Janssen
Ontwikkeling van een methodologie voor het onderzoeken van het mogelijk effect van bronmaatregelen op wateroverlast in de stedelijke omgeving. De methode wordt toegepast en geïllustreerd voor een specifieke case, namelijk het centrum van Antwerpen.

Groendaken kunnen Antwerpen wapenen tegen overstromingen

 

Op 30 mei 2016 trekt er een zwaar onweer over het land. In enkele uren tijd valt er zo veel water uit de hemel dat de rioleringen in Antwerpen beginnen te overstromen en vervuild water langs de straten de kelders binnenstroomt. De brandweer krijgt meer dan 1500 oproepen binnen en het provinciaal rampenplan wordt afgekondigd. Ook andere zomerbuien maken de laatste jaren duidelijk dat de rioleringen van de Scheldestad niet meer in staat zijn om al dat overtollig water te slikken.

Het overstromen van rioleringen bij hevige zomerbuien is niet het enige probleem rond waterbeheer waarmee Vlaamse steden te kampen krijgen. In de stad is zowat elke vierkante meter verhard met beton en asfalt zodat water niet meer de kans krijgt om in de bodem te sijpelen en het grondwater aan te vullen. Daarnaast is er ook maar weinig groen aanwezig dat het overtollig water opneemt en terug doet verdampen. Het gevolg is een heel lokale maar sterke stijging van de temperatuur die een negatieve impact kan hebben op de gezondheid van de inwoners. Ten slotte vormt de klimaatverandering een bijkomend risico dat niet enkel al deze effecten kan versterken, maar ook een grote onzekerheid brengt over toekomstige neerslagpatronen. Het is dus duidelijk dat we beter moeten gaan nadenken over hoe we al dat water in de stad kunnen beheren.

Bronmaatregelen

Een veelbelovende strategie is het inzetten op lokale, kleinschalige en flexibele installaties, de zogenaamde bronmaatregelen, die het water opvangen op de plaats waar het neervalt en daar doen insijpelen of verdampen. Een voorbeeld van een bronmaatregel zijn groendaken waarbij er op platte daken planten worden aangelegd die het water opvangen. Andere voorbeelden zijn lokale bufferbekkens of doorlatende verhardingen voor bijvoorbeeld parkeerplaatsen die water kunnen laten insijpelen in de grond. De grote voordelen van dit soort maatregelen zijn dat ze eenvoudig gecombineerd kunnen worden met andere stedelijke functies zoals pleinen of parkeerplaatsen, dat ze in staat zijn de leefbaarheid van de stad te vergroten, bijvoorbeeld door het toevoegen van groene ruimte in de stad, en vooral dat ze de verschillende problemen van waterbeheer in de stad tegelijk kunnen aanpakken. Vooraleer een stadsbestuur kan besluiten of het gaat investeren in zulke maatregelen, moet het natuurlijk kunnen inschatten hoe effectief ze kunnen zijn. Het doel van dit onderzoek is dan ook om na te gaan hoe de gunstige effecten van deze bronmaatregelen op de waterproblemen in de stad kunnen worden bepaald.

Computermodellen

Om de mogelijke impact van deze bronmaatregelen nu te kunnen bepalen, worden twee verschillende computermodellen opgesteld. Deze modellen moeten zowel in staat zijn om de ernst van de rioleringsoverstromingen in te schatten, als om rekening te houden met de eventuele aanwezigheid van bronmaatregelen. Het eerste model is een zogenaamd ‘gedetailleerd model’, waarbij elke rioleringsleiding, inspectieput, pompstation, enzovoorts met hun eigenschappen en ligging worden beschouwd. Voor een studiegebied als Antwerpen gaat het dan al snel om meer dan 10 000 onderdelen. Het is duidelijk dat het opstellen van zulk een model niet ingewikkeld is, men moet gewoon elke leiding opmeten en in het computermodel ingeven, maar dat het wel erg tijdrovend en duur zal zijn. Ook de berekeningen die met dit model worden uitgevoerd, zullen zeer lang duren.

Een basis-gedetailleerd model van de stad Antwerpen werd voor dit onderzoek ter beschikking gesteld door Rio-Link, de beheerder van de rioleringen in de stad, die zulke modellen gebruikt om de werking van het rioleringsstelsel in de stad te monitoren of om nieuwe leidingen te ontwerpen. Om nu de impact op overstromingen te kennen, is het nodig om deze overstromingen zelf zo nauwkeurig mogelijk te gaan berekenen met het model. Daarom werd het gedetailleerde model gekoppeld aan een nieuw model dat de straten en pleinen in de stad voorstelt en ook de stroming van water aan de oppervlakte kan berekenen. Zo kan bekeken worden wat er met het water gebeurt van zodra het uit de rioleringen overstroomt zoals bijvoorbeeld getoond in figuur 1, dat de gesimuleerde overstromingen in een deel van de stad toont voor de bui van 30 mei.

Gesimuleerde overstromingen rond ‘Den Bell’ op 30 mei 2016

(figuur 1: Gesimuleerde overstromingen rond ‘Den Bell’ op 30 mei 2016)

Het tweede type van model probeert de nadelen van het eerste type te omzeilen door het gebied veel minder gedetailleerd voor te stellen. In plaats van elke leiding, worden slechts een klein aantal gebieden beschouwd waartussen water kan stromen. Deze modellen zijn erg simpel van opbouw en kunnen heel snel rekenen: ze zijn in staat om een neerslagreeks van meer dan 100 jaar in slechts enkele seconden te verwerken. Het nadeel is dat ze niet eenvoudig op te bouwen zijn omdat de simpele modelstructuur toch het complexe gedrag van het grote rioleringsnetwerk moet kunnen berekenen. Een grafisch voorbeeld van zulk model voor Antwerpen wordt schematisch getoond in figuur 2.

Opbouw van het 2e type model

(Figuur 2: Opbouw van het 2e type model)

De laatste stap bij het inschatten van de mogelijke effecten van bronmaatregelen, is proberen na te gaan waar zulke maatregelen in de stad geplaatst kunnen worden. Daarom werd er een methode ontwikkeld om platte daken te identificeren die misschien wel tot groendak kunnen worden omgebouwd. Deze nieuwe ‘groendakenkaart’ kan dan gebruikt worden om groendaken toe te voegen aan de modellen. Zo kan de stad Antwerpen ook inschatten wat het potentieel aan nieuwe groendaken is in de stad. Ook voor andere soorten bronmaatregelen werd er gezocht naar mogelijke locaties. Deze worden tenslotte toegevoegd aan de verschillende modellen.

Resultaat is veelbelovend

Het effect van deze bronmaatregelen wordt getest door met deze modellen overstromings-regenbuien te simuleren. Uit de resultaten wordt duidelijk dat er dankzij de bronmaatregelen veel minder water uit de rioleringen zal overstromen. Ook zullen deze overstromingen minder vaak plaatsvinden. Wanneer we bijvoorbeeld naar de bui van 30 mei 2016 kijken, zien we dat de bronmaatregelen in staat zijn om het overstroomde rioleringswater tot zo’n 35% te verminderen. Zo kunnen deze kleine, groene systemen een eerste belangrijke bijdrage leveren aan een aangenamere en meer leefbare stad.

 

Bibliografie

[1] Q. D. T. (2017-2018). Qgis geographic information system.
[2] Aquafin, oktober 2017. overzicht infrastructuur, http://www.aquafin.be/nl/
indexb.php?n=8&e=34&NISCode=11002&zvgbekken=04&ZVGCode=050.
[3] B. W. Ballard, R. Kellagher, P. Martin, C. Jefferies, R. Bray, and P. Shaffer.
The SUDS manual. CIRIA, 2016. ISBN-978-0-86017-697-8.
[4] Belga/RR. Zware wateroverlast in antwerpen en westvlaanderen.
Knack, 2016. http://www.knack.be/nieuws/
belgie/zware-wateroverlast-in-antwerpen-en-west-vlaanderen/
article-normal-710173.html.
[5] België. Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap. Besluit van de Vlaamse
Regering houdende vaststelling van een gewestelijke stedenbouwkundige verordening
inzake hemelwaterputten, infiltratievoorzieningen, buffervoorzieningen en
gescheiden lozing van afvalwater en hemelwater. Belgisch Staatsblad, 2013.
[6] België. Stad Antwerpen. Stedenbouwkundige verordening van de stad Antwerpen.
Belgisch Staatsblad, 2014.
[7] N. Bernaerts. Lidl plooit voor buurtprotest. Het Laatste Nieuws, 2015.
[8] F. Boogaard, G. Bruins, and R. Wentink. Wadi?s - Aanbevelingen voor ontwerp,
aanleg en beheer. Stichting RIONED, 2006.
[9] Coördinatiecommissie Integraal Waterbeleid. Code van goede praktijk voor het
ontwerp, de aanleg en het onderhoud van rioleringssystemen, 2004.
[10] Dakwerken-weetjes. Prijs van een groendak. https://www.dakwerken-weetjes.
be/daken/groendak/.
[11] J. De Niel, H. Tabari, and P. Willems. Modellering en beleidsaanbevelingen
ten aanzien van neerslag in antwerpen–samenvatting en beleidsaanbevelingen.
Technical report, KU Leuven, 2015.
[12] K. De Vleeschauwer, J. Weustenraad, C. Nolf, V. Wolfs, B. De Meulder, K. Shannon,
and P. Willems. Green–blue water in the city: quantification of impact
of source control versus end-of-pipe solutions on sewer and river floods. Water
Science and Technology, 70(11):1825–1837, 2014.
[13] S. Dhalla and C. Zimmer. Low Impact Development Stormwater Managment
Planning and Design Guide. Toronto and Region Authority, Credit Valley
Conservation Authority, Ontario, 2001.
[14] V. Donne. Categorisering van lokale wegen, Richtlijnen, toelichting en aanbevelingen.
Agentschap Wegen en Verkeer AWV.
[15] A. en Eigenaar. Profiteer van de voordelen van een groen
dak. https://www.appartementeneigenaar.nl/vve-onderhoud/dak/
profiteer-van-de-voordelen-van-een-groen-dak.
[16] FEBESTRAL. Waterdoorlatende verhardingen met betonstraatstenen.
[17] Google. Google maps kaartgegevens, 2018.
[18] Innovyze, 2017. Infoworks ICM Help topics.
[19] Innovyze, november 2017. Webpagina van Innovyze over Infoworks ICM, http:
//www.innovyze.com/products/infoworks_icm/.
[20] D. Kitts. Sustainable urban drainage modelling in infoworks icm.
[21] K. Liu and J. Minor. Performance evaluation of an extensive green roof. Presentation
at Green Rooftops for Sustainable Communities, Washington DC, 1:1–11,
2005.
[22] B. Maiheu, K. Van den Berghe, L. Boelens, K. De Ridder, and L. Dirk. Opmaak
van een hittekaart en analyse van het stedelijk hitte-eiland effect voor gent.
Technical report, Stad Gent- afdeling milieu, 2013.
[23] J. E. Nash and J. V. Sutcliffe. River flow forecasting through conceptual models
part ia discussion of principles. Journal of hydrology, 10(3):282–290, 1970.
[24] V. Ntegeka, D. Murla, and P. Willems. Development and evaluation of a coupled
1d-2d urban flood model. 2017.
[25] OpenStreetMap-auteurs. Open street map, 2017-2018.
[26] V. overheid. Waterinfo.be.
[27] A. Palla, I. Gnecco, and L. Lanza. Compared performance of a conceptual
and a mechanistic hydrologic models of a green roof. Hydrological Processes,
26(1):73–84, 2012.
[28] L. Poelmans. Modelling urban expansion and its hydrological impacts. 2010.
[29] Rio-Link. Ruimte voor water in antwerpen: een hemelwaterplan voor een veilige
en aantrekkelijke toekomst. Inspiratieboek.
[30] Rio-Link, oktober 2017. Hydraulisch 1D-2D-model in Infoworks ICM.
[31] Rio-Link nv. Hemalwaterplan, overkoepelend deel antwerpen. Hemelwaterplan,
2018.
[32] Rio-Link nv. Ruimte voor water in antwerpen. Inspiratieboek, 2018.
[33] P. S. Shinde. Multi-use of stormwater detention ponds in parks and open spaces.
PhD thesis, uga, 2002.
[34] R. Smits. Richtlijn modelleren lokale infiltratievoorzieningen met Infoworks.
Aquafin, 2016.
[35] S. Spatari, Z. Yu, and F. A. Montalto. Life cycle implications of urban green
infrastructure. Environmental Pollution, 159(8):2174–2179, 2011.
[36] Stad Antwerpen, oktober 2017. Data, http://opendata.antwerpen.be/
datasets/grondwaterinfiltratie.
[37] S. A. SW/M/EHA. Kaart potentiele groendaken, 2017.
[38] P. Urbanus. Watertekorten in vlaanderen kunnen groot probleem worden. (4),
2011.
[39] G. Vaes. The influence of rainfall and model simplification on combined sewer
system design., 1999.
[40] G. Vaes, R. Bouteligier, J. Berlamont, P. Willems, and G. Luyckx. Toelichting
bij de code van goede praktijk voor het ontwerp, de aanleg en het onderhoud van
rioleringssystemen. Coördinatiecommissie Integraal Waterbeleid, 2012.
[41] E. Van Lennep and S. Finn. Green roofs over dublin: A green roof policy guidance
paper for dublin. Draft guidelines for DCC to develop planning directives for
the incorporation of Green Roofs in new development. Retrieved August, 6:2013,
2008.
[42] M. Van Lierde, P. Willems, V. Wolfs, and V. Ntegeka. Effect van bronmaatregelen
langs rioleringen: Casestudie Oostakker en Sint-Amandsberg. PhD thesis,
KULeuven faculteit ingenieurswetenschappen, 2017.
[43] Vlaanderen, 2017. agentschap voor grafische informatie in vlaanderen, downloadtoepassing
https://download.agiv.be/.
[44] M. Wang, C. Sweetapple, G. Fu, R. Farmani, and D. Butler. A framework to
support decision making in the selection of sustainable drainage system design
alternatives. Journal of environmental management, 201:145–152, 2017.
[45] P. Willems. Wetspro: Water engineering time series processing tool. KU Leuven
Hydraulics Laboratory, Leuven Belgium, 2004.
[46] P. Willems. Adjustment of extreme rainfall statistics accounting for multidecadal
climate oscillations. Journal of hydrology, 490:126–133, 2013.
[47] P. Willems. Waterloopmodellering: algemene methodologie voor numerieke
modellering van waterlopen. 2013.
[48] P. Willems, J. De Niel, and H. Tabari. Modellering en beleidsaanbevelingen
ten aanzien van neerslag in antwerpen–validatie aan overstromingsgegevens:
Rapport validatie. Technical report, KU Leuven-Afdeling Hydraulica, 2016.
[49] V. Wolfs. Conceptual model structure identification and calibration for river
and sewer systems, 2016.

Universiteit of Hogeschool
Master of science in de ingenieurswetenschappen: bouwkunde, optie Civiele techniek
Publicatiejaar
2018
Promotor(en)
Patrick Willems
Kernwoorden