Stand van zaken stedelijke waterhuishouding

Doelstelling van de waterhuishouding in de stad is te zorgen dat de neerslag bij pieken geen schade veroorzaakt in of buiten de stad en dat bij langer aanhoudende droogte in de stad en op het platteland geen problemen ontstaan. Daarnaast wordt de stad voorzien van schoon drinkwater en wordt het afvalwater verwerkt. De verschillende factoren in de stedelijke waterbalans, neerslag en diverse vormen van afvalwater enerzijds en bevochtigingsverliezen, verdamping, infiltratie en gebruik anderzijds, vormen geenszins een evenwichtig geheel. Een teveel aan neerslag wordt nog steeds grotendeels via het riool afgevoerd, terwijl korte tijd daarna sprake kan zijn van droogte of watertekort waardoor weer water moet worden toegevoerd. De mogelijkheden ter verbetering van deze onevenwichtige balans liggen onder andere op wijkniveau. Met bijvoorbeeld een op natuurlijker afvloeiing of buffering gericht waterbeheer met meer infiltratie ter plekke in de bodem en nuttiger gebruik van regenwater en eventueel ook hergebruik van afvalwater en een meer op de locatiekarakteristieken gericht stedenbouwkundig ontwerp zouden veel moeite en geld bespaard kunnen worden ten opzichte van de huidige situatie met veelal een gecentraliseerd stedelijke waterhuishouding.

Dit kwetsbare en kunstmatige evenwicht van de stedelijke waterhuishouding raakt door de gevolgen van de klimaatverandering en toenemende verstedelijking verder uit balans. De in dit boek beschreven  maatregelen kunnen een bijdrage  leveren  aan het klimaatrobuuster maken van het stedelijk  watersysteem.

Beleid

Vanuit de overheden, waterschappen, drinkwaterbedrijven, universiteiten en  marktpartijen wordt er aan gewerkt om de uitdaging aan te gaan en de klimaatbestendigheid van Nederland vorm te geven. De basis voor nieuw beleid is in de afgelopen tien jaar gelegd in de Nota Ruimte, de Vierde Nota Waterhuishouding, de Commissie Waterbeheer 21e eeuw en het Nationaal Bestuursakkoord Water. Het beleid voor de periode 2009 tot 2015 is geformuleerd in het Nationaal Waterplan met een tussentijdse wijziging uit 2014. Binnen het Deltaprogramma zijn  instrumenten ontwikkeld zoals de Handreiking Ruimtelijke Adaptatie .

Het Rijk en de andere overheden hebben in een bestuursakkoord de ambitie geformuleerd om Nederland in 2050 klimaatbestendig en waterrobuust ingericht te hebben. Nieuwe ontwikkelingen, herontwikkelingen, beheer en onderhoud worden zo uitgevoerd dat er zo weinig mogelijk extra risico op schade of slachtoffers door hittestress, wateroverlast, droogte en overstromingen ontstaan. (Tussentijdse wijziging van het Nationaal Waterplan, 2014)

Hierbij worden de drie stappen, zoals geformuleerd in de Handreiking Ruimtelijke Adaptatie: weten, willen werken gevolgd. Dit houdt in dat risico’s in kaart worden gebracht, ambities en concrete doelen worden geformuleerd en deze worden vertaald naar concrete maatregelen.

Het is nu van belang om deze doelstellingen op een zo efficiënt mogelijke manier in de praktijk te verwezenlijken door ze in toepasbare maatregelen te vertalen. Om tot werkelijk efficiënte oplossingen te komen moeten de verschillende aspecten vanaf een conceptueel stadium in plannen worden geïntegreerd. De gewenste maatregelen in de vorm van een combinatie van centrale en decentrale systemen kunnen alleen worden uitgevoerd als een bewustwordingsproces bij de stadsbewoners op gang wordt gebracht. Dit is mogelijk als de vormgeving en de stadsbewoners tijdig erbij betrokken worden. Mensen hebben aandacht en respect voor datgene waarvan zij vinden dat het voor hen waarde heeft en hun levenskwaliteit verbetert. Er is op dit moment van de kant van de vormgevers zoals architecten en stedenbouwers een groeiende interesse om anders te ontwerpen.

Instrument

Sinds 2001 is de Watertoets verplicht bij alle  ruimtelijke plannen die relevant zijn voor het  watersysteem. Het instrument van de Watertoets  heeft ervoor gezorgd dat er aandacht voor water is in gebiedsontwikkelingen vanaf een vroegtijdig  stadium, maar als het gaat om locatiekeuzes blijkt het instrument niet effectief. De nadruk ligt vooral op waterkwantiteit en niet zozeer op het voorkomen van droogte, op waterveiligheid enkwaliteit. Er wordt gewerkt om het instrumentarium uit te bouwen en de tijdens het  proces gemaakte afspraken juridisch te verankeren. [Slumpe, 2008]

Investeringen

In het kader van duurzaam waterbeheer zijn er  investeringen gepland ter verbetering en herstel  van riolen, bufferbekkens en zuiveringsinstallaties die in de miljarden lopen. Door nieuwe oplossingen bijvoorbeeld door een deel van de noodzakelijke  investeringen te gebruiken voor het vasthoudenvan regenwater, voor infiltreren of het vertraagd  afvoeren en bufferen, kunnen deze investeringen  tegelijkertijd aan de vormgeving, de beleving en de  natuurlijke waarde van de wijk ten goede komen.  Het is nu de tijd om concepten te ontwikkelen en deze investeringen duurzaam te gebruiken.

Hydrologische stedelijke waterkringloop

Water is constant in beweging: als waterdamp door  de lucht, als oppervlaktewater in rivieren, meren en zeeën en als grondwater in de bodem. Water in de atmosfeer valt omlaag in de vorm van regen, sneeuw of hagel, of condenseert bovengronds in de vorm van mist, dauw of ijzel. Neerslag valt op het land en op water. Van de neerslag die op de grond terechtkomt wordt een deel door de begroeiing opgenomen (interceptie), een deel verdampt  (transpiratie), een deel dringt in de bodem (infiltratie), en een deel stroomt bovengronds af naar het oppervlaktewater (afstroming). Water stroomt onder invloed van de zwaartekracht of onder invloed van drukverschillen. Het kan horizontaal stromen, waardoor het uiteindelijk in het oppervlaktewater terechtkomt of verticaal omhoog (kwel), of omlaag (wegzijging). De doorlatendheid van de bodem en de drukverschillen bepalen of het water horizontaal of verticaal stroomt. Uiteindelijk komt al het water via rivieren of de bodem weer in zee terecht, waar het verdampt en vervolgens weer als neerslag op de bodem valt.

Stedelijke waterkringloop

Water komt op verschillende manieren de stad  binnen: als oppervlaktewater, als grondwater, als neerslag of als drinkwater via het leidingnet. Het drinkwater dat in de stad wordt gebruikt, wordt gewonnen uit grondwater of gezuiverd uit  oppervlaktewater en wordt na gebruik grotendeels  via het riool naar een zuiveringsinstallatie afgevoerd waar het wordt gezuiverd en vervolgens wordt geloosd op het oppervlaktewater. De grondwaterstand wordt beïnvloed door onttrekkingen, droogleggingen en een groot percentage verhard oppervlak in de stad. Neerslag die in de stad valt wordt met uitzondering van het percentage dat door de bodem wordt opgenomen over het algemeen zo snel mogelijk afgevoerd. De afgelopen jaren is dit beleid gewijzigd en streeft men naar buffering, infiltratie op locatie en vertraagd afvoeren van regenwater. Het nieuwe beleid is tot nu toe alleen in nieuwbouwwijken en enkele herstructureringswijken gerealiseerd. Hoeveel water afgevoerd moet worden, is afhankelijk van de hoeveelheid neerslag, van de mate en de soort verharding en van de bodemsoort en grondwaterstand. Een deel van de neerslag verdampt, wordt gebufferd of infiltreert.

De stedelijke waterkringloop is geen gesloten systeem. De door de mens gecreëerde stedelijke  waterkringloop lijkt op het eerste gezicht heel  efficiënt en was en is voor het grootste deel nog steeds gericht op de snelle afvoer van regenwater en het huishoudelijke afvalwater naar de rioolwaterzuivering of het oppervlaktewater.  Neerslag die op verharde oppervlakken valt, wordt  nog meestal via het riool afgevoerd. Dit gebeurt  door middel van een gemengd stelsel (voornamelijk  in oudere stadsdelen), een gescheiden stelsel of een verbeterd gescheiden stelsel dat nu standaard  is voor nieuwbouwwijken. Het gemengde rioolstelsel is erop gericht het afvalwater samen met het regenwater zo snel mogelijk af te voeren.. Bij het gemengde stelsel wordt het afvalwater  samen met het regenwater naar de zuivering geleid, aldaar gezuiverd en het gezuiverde effluent wordt vervolgens op het oppervlaktewater geloosd. Bij zware neerslag kan het gebeuren dat de zuivering onvoldoende capaciteit heeft en het afvalwater samen met het regenwater  direct op het oppervlaktewater wordt geloosd met als consequentie vervuiling van het oppervlaktewater.

Het met regenwater verdunde afvalwater dat wel in de zuivering terecht komt heeft tot gevolg dat het zuiveringsproces  minder goed functioneert  omdat door de verdunning een deel van de micro-organismen onvoldoende voeding krijgt en afsterft. Deze micro-organismen zijn essentieel voor het zuiveringsproces en moeten dan weer herstellen, wat enige tijd kost.

Het gemengde stelsel wordt daar waar mogelijk bij herstructureringen of rioolvernieuwing vervangen door het gescheiden stelsel of verbeterd gescheiden stelsel of een vorm van afkoppeling. Bij  herstructurering kan vanwege ruimtegebrek lang niet altijd het gemengde stelsel door een verbeterd gescheiden stelsel vervangen worden. In deze situaties is afkoppelen en lokaal bufferen of infiltreren een mogelijk alternatief.

Om de ongewenste overstorten te voorkomen is men overgestapt op het gescheiden stelsel. Bij het gescheiden stelsel wordt het regenwater apart afgevoerd en direct op het oppervlaktewater geloosd. Dit heeft als nadeel dat ook verontreinigd regenwater bijvoorbeeld van drukke straten ongewenste verontreiniging van het oppervlaktewater teweegbrengt. Inmiddels is het verbeterd gescheiden stelsel standaard. Bij het verbeterd gescheiden stelsel wordt de eerste fractie regenwater naar de zuivering geleid en de rest direct op het oppervlaktewater geloosd. Maar ook dit stelsel heeft zijn beperkingen; zo blijken bijvoorbeeld juist zware metalen maar langzaam los te weken van het straatoppervlak en deze komen dus met de tweede fractie terecht in het oppervlaktewater.

Om het rioolsysteem te ontlasten  is het streven om de trits “vasthouden,  bergen en afvoeren” in de nieuwbouwwijken en stadsvernieuwingsgebieden  te realiseren.

Het aspect van drinkwaterbesparing heeft de afgelopen jaren aandacht gekregen in de vorm van waterbesparende kranen en toiletten. De mogelijkheden van hergebruik worden nog nauwelijks benut maar zijn wel als een  beleidsdoelstelling opgenomen in het Nationaal  Waterplan. In onze buurlanden is dit al een beproefde techniek en deels vastgelegd in beleid en regelgeving. Actueel is er meer aandacht om te denken in lokaal sluiten van kringlopen, zoals in het concept van de “circulaire stad”. Hierin past het hergebruiken van regenwater voor huishoudelijke doeleinden.

© atelier GROENBLAUW, Madeleine d’Ersu

© atelier GROENBLAUW, Madeleine d’Ersu

Bodem, basis voor een waterplan

Bij het ontwerpen van een waterplan is het van  wezenlijk belang dat er rekening wordt gehouden  met de grondsoort. De eigenschappen van de  verschillende grondsoorten kunnen ervoor zorgen dat bepaalde systemen niet geschikt zijn. Zo laat droge zandgrond makkelijk water door en is  daarmee geschikt voor infiltratie. De dichte natte  kleigrond is doordat het slecht vocht doorlaat  eigenlijk alleen geschikt voor bovengrondse afvoer  en opslag.

De bodem is een poreus medium dat in het  bovenste deel van het profiel meestal uit drie fasen bestaat: vaste delen, water en lucht. Eigenschappen van de bodem worden doorgaans besproken aan de hand van de kenmerken van de vaste delen die worden onderscheiden in minerale en organische delen. Ze worden voornamelijk bepaald door de verhouding organische en minerale delen en de korrelgrootte (textuur) van het minerale deel dat bestaat uit een mengeling van korrels van verschillende grootte die anders van aard en eigenschappen zijn. De verdeling van de  korrelgrootte is een van de belangrijkste kenmerken van de grond. De belangrijkste bodemsoorten zijn grind, veen, zand, klei en leem. Grind is het meest doorlatend en leem het minst; dit is een gevolg van de korrelgrootte. De meeste bodems bestaan uit een mengsel van deze grondsoorten.

De opbouw van de ondergrond in Nederland is het gevolg van een aantal geologische processen. Nederland maakt met uitzondering van Zuid-Limburg deel uit van het dalingsbekken van de Noordzee. Zeeën en rivieren hebben dit voortdurend dalende bekken gevuld met zand en klei. De delta’s van onder andere de Rijn en de Maas zijn opgebouwd uit materialen die door de rivieren zijn aangevoerd en afgezet. De zee met zijn stromingen, golfwerkingen en getijdenbewegingen heeft deze afzettingen deels weer opgenomen en elders met eigen stoffen afgezet. Daarnaast zijn er in het noordelijke deel van ons land grondmorenen ontstaan. Tijdens de ijstijden zijn de stuwwallen in het midden en oosten van Nederland ontstaan. Tenslotte heeft ook de wind de nodige veranderingen veroorzaakt; plaatselijk zijn  afzettingen weggeblazen en elders afgezet. Als gevolg van deze processen bestaan de hogere delen van ons land (voornamelijk het oosten en het zuiden) uit zandgronden. De gebieden langs de kust bestaan uit zandige kuststroken met erachter de vroegere veengronden die nu voor een groot deel uit zeeklei bestaan en langs de rivieren is rivierklei afgezet.

De verschillend samengestelde grondsoorten hebben allemaal andere eigenschappen met betrekking tot doorlatendheid van water. Over het algemeen geldt hoe groter de korrelgrootte, des te meer water wordt doorgelaten en dus minder water wordt vastgehouden. Dit houdt in dat klei weinig water doorlaat en ook boven het grondwaterpeil water vasthoudt, terwijl grind en zand makkelijk water doorlaten en deze grond boven het grondwaterpeil droog is. Dit heeft samen met het grondwaterpeil consequenties voor het toe te passen watersysteem in het stedenbouwkundig plan. Onder het eerste deel van het bodemprofiel bevindt zich de grondwaterspiegel. Hieronder bevinden zich nog slechts twee fasen: vaste delen en water. Bij regenval zal de spiegel stijgen. De mate waarmee deze stijgt hangt af van de bergingscoëfficiënt van de grondsoort die meestal tussen de vijf en tien procent bedraagt. Dit betekent dat de grond vijf tot tien procent van zijn volume aan vocht kan opnemen, waardoor de grondwaterspiegel dan ook met respectievelijk tien- tot twintigmaal de aangevoerde neerslag stijgt. Een grondsoort met een lage bergingscoëfficiënt zal bij een hoge grondwaterstand dus erg snel zijn verzadigd, terwijl een grondsoort met een hoge bergingscoëfficiënt en een lage grondwaterstand veel meer regenwater zal kunnen bergen. In westelijk Nederland liggen vooral de Iagere kleigronden met een hoge grondwaterspiegel en een lage bergingscapaciteit; in het oosten liggen de hogere zandgronden met een lagere grondwaterspiegel en een hoge bergingscapaciteit.

Soil map of the Netherlands © Alterra, 2006

Ontwerpen aan water

Zichtbaar water heeft in tegenstelling tot  ondergrondse systemen bovengronds een grotere  ruimtebehoefte. Straten worden breder door de  toepassing van open goten, infiltratievoorzieningen zijn groter dan straatkolken, open bergingswater is  groter dan een overstort. Soms kunnen daarentegen bovengrondse oplossingen in de vorm van groene daken, ontharding en regenwatergebruik uitkomst bieden als in het straatprofiel geen ruimte is voor ondergrondse oplossingen. Veel van de extra bovengrondse ruimtevraag kan echter gecombineerd worden met andere functies: een holle weg kan als goot dienen, spel- en sportfuncties en openbaar groen kunnen uitstekend met een infiltratievoorziening worden gecombineerd en kavels kunnen als wateroppervlak uitgegeven worden. Als het watersysteem in een vroeg stadium in de stedenbouwkundige planvorming wordt meegenomen is er zonder ingrijpende extra’s veel mogelijk. De mate waarin het water als structurerend element wordt ingezet varieert. In het meest eenvoudige systeem wordt een zichtbaar en duurzaam alternatief voor het conventionele systeem toegepast, zoals  bijvoorbeeld bovengrondse hemelwaterafvoer.  Verdergaande systemen benutten de mogelijkheden van alternatieve watersystemen,  zoals regenwatergebruik, plaatselijke zuivering van afvalwater en versterken bijvoorbeeld de  mogelijkheden voor natuurontwikkeling. De hiervoor beschreven bodemsoorten (klei en zand) leiden bij het ontwerp tot het toepassen van wezenlijk verschillende systeemcomponenten en verschillen in ruimtebehoefte en zichtbaarheid. In de natte, kleiachtige situatie wordt in principe uitgegaan van een bovengrondse afvoer, een buffering in vijvers, in greppels en lozing op oppervlaktewater of infiltratie middels een drainagesysteem. Voor het bufferen is bergend oppervlak nodig. De voorkeur gaat ernaar uit oevers en kades zo te ontwerpen dat peilfluctuaties mogelijk zijn door bijvoorbeeld flauwe beplante oevers of getrapt aangelegde kades. In een situatie met een droge, zandige bodem wordt het regenwater geïnfiltreerd in de bodem. Dat kan bovengronds en dus zichtbaar met behulp van draspoelen of meer ondergronds met een drainagesysteem. Deze laatste voorzieningen zijn minder zichtbaar. Het water verdwijnt immers in de bodem. De infiltratievoorzieningen kunnen ook meer verspreid worden toegepast, bijvoorbeeld per gebouw. Hoofddoelen van de hier beschreven technieken zijn de verbetering en beheersing van de waterkwantiteit, waterkwaliteit en de woonkwaliteit in stad en stadsdeel. De middelen die hiervoor beschikbaar zijn, zijn het vasthouden en zuiveren van het water en het zichtbaar maken van het watersysteem. Daarnaast kan door het creëren van kringlopen het gebruik van drinkwater in de stad of het stadsdeel worden verminderd. Essentieel bij elke bewuste omgang met het element water in de bebouwde omgeving is dat daarbij de totale waterbalans wordt bekeken. Alleen dan is het mogelijk om tot zinvolle en verantwoorde afwegingen te komen waarbij de verschillende maatregelen op elkaar zijn afgestemd en een samenhangend geheel vormen. Bepaalde maatregelen kunnen elkaar tegenwerken terwijl andere maatregelen in combinatie juist een meerwaarde opleveren. Een voorbeeld van maatregelen die elkaar tegenwerken is het gebruik van regenwater in combinatie met groene daken. Doordat de groene daken het water vasthouden, is er nauwelijks regenwater beschikbaar voor gebruiksdoeleinden. Een voorbeeld van meerwaarde is bijvoorbeeld het vasthouden van het regenwater op het terrein in combinatie met volledige decentrale zuivering en hergebruik van afvalwater. Een aansluiting op de riolering kan dan achterwege blijven. Zo heeft bijvoorbeeld een helofytenfilter voor de zuivering van het afvalwater tevens een landschappelijke waarde. Vormgeving van de omgeving, ecologische waarde en gebruiksfunctionaliteit gaan daarbij samen.

Integraal waterplan

Voor een integraal waterplan is het belangrijk eerst de natuurlijke condities vast te stellen: bodemsoort, grondwaterstand, neerslag, kwel, oppervlaktewater, enzovoorts. Vervolgens moeten de waterstromen ten gevolge van de menselijke activiteiten in kaart worden gebracht, zoals kwantitatief en kwalitatief bepalen van huishoudelijk of ander afvalwater, behoefte aan schoon water voor de verschillende gebruiksdoeleinden en de hiervoor benodigde kwantiteit en kwaliteit. Afhankelijk van de bestaande situatie kunnen vervolgens de doelen en prioriteiten met betrekking tot het waterbeheer  worden geformuleerd. Deze worden uitgewerkt in  een totaal waterconcept waarbij de verschillende  maatregelen op elkaar worden afgestemd. De  doelstellingen dienen altijd afgestemd te worden op de mogelijkheden van de situatie en aan te sluiten bij de natuurlijke waterbalans.

In de praktijk betekent dit dat op hooggelegen,  droge en zandige bodems het hemelwater in de bodem wordt geïnfiltreerd of in open water wordt opgeslagen. Op laaggelegen, kleiachtige, natte bodems wordt het water zoveel mogelijk  bovengronds opgeslagen. Redenen hiervoor zijn dat bij de droge bodems het grondwater wordt  aangevuld en geen afvoervoorzieningen over grote  afstanden noodzakelijk zijn. Bij de natte bodems wordt door de bovengrondse opslag een berging gecreëerd waardoor het water niet versneld wordt afgevoerd. Kleibodems zijn in zeer beperkte mate waterdoorlatend. In bestaande stedelijke situaties zijn de mogelijkheden zeer afhankelijk van de specifieke locatieomstandigheden.

Het af te voeren water bestaat uit hemelwater van de daken en het hemelwater van het overige verharde oppervlak. Het hemelwater van de daken is in het algemeen voldoende schoon; dit betekent dat dit water direct, dus ongezuiverd, opgeslagen of geïnfiltreerd kan worden. Het afstromende water van wegen kan vervuild zijn en er moet aan de hand van inschattingen of metingen bepaald worden of zuiverende voorzieningen noodzakelijk zijn.