Slimme waterbuffers voor toekomstbestendige steden

Nederland staat bekend om zijn eeuwenlange strijd met het water. Er zijn indrukwekkende werken gebouwd om ons te beschermen, zowel tegen de zee als tegen de vele rivieren die ons land doorkruisen. Maar nu worden we opnieuw bedreigd door overstromingen. Door klimaatverandering worden regenbuien langer en frequenter. Tegelijkertijd worden periodes van droogte ook langer en treden ze frequenter op.

Door Niki Loonen, senior adviseur en Annebeth Muntinga, bouwfysicus


Bovendien creëren we een onbalans door drinkwater op te pompen uit de bodem, maar laten we regenwater rechtstreeks via het riool afvoeren naar het open water. Regenwater krijgt zo niet de kans om te infiltreren in de bodem. Het is daarom tijd dat we slimmer omgaan met regenwater. Door regenwater te bufferen, infiltreren of hergebruiken, maken we onze steden toekomstbestendiger en duurzamer.

Bufferen

Door regenwater te bufferen kan tijdens een hevige regenbui het riool tijdelijk worden ontlast. Het water wordt opgevangen en kan op een later moment, als de regen minder hevig is, afgevoerd worden naar het riool. Beter is echter om het water te hergebruiken of te infiltreren in de bodem.

Toilet en schoonmaak

Regenwater kan worden hergebruikt voor toiletspoeling, irrigatie of schoonmaakdoeleinden. Ook huishoudelijke apparaten als wasmachines kunnen regenwater gebruiken. Dit heeft als bijkomend voordeel dat de appraten minder snel verkalken. In Nederland mag regenwater niet zomaar als drinkwater worden gebruikt, alleen het drinkwaterbedrijf mag drinkwater leveren. Het hergebruiken van regenwater in een gebouw betekent dat er twee types waterleidingen worden aangelegd: één voor regenwater (of ander hergebruikt water) en één voor drinkwater.

Regenwater kan ook worden geïnfiltreerd in de bodem. De infiltratie kan plaatsvinden op verschillende dieptes. Door te infiltreren in de hogere bodemlagen kan droogte worden tegengegaan, infiltreren in de diepere lagen beperkt verzilting. In natte periodes is infiltreren in de hogere lagen niet altijd wenselijk, want het kan leiden tot een stijging van het grondwater en daardoor mogelijke vochtproblemen in kelders.

Verschillende niveaus

Waterbuffering kan op verschillende schaalniveaus worden toegepast; op wijkniveau en gebouwniveau. Ook oplossingen op stedelijk, regionaal of landelijk niveau zijn mogelijk, maar worden veelal op beleidsniveau ontworpen.

Wijkniveau

Op wijkniveau ligt de focus op het opvangen, infiltreren en eventueel vertraagd afvoeren van het regenwater. Op basis van het aandeel verhard oppervlak en de aanwezige hoogteverschillen kan worden voorspeld welke gebieden het grootste risico hebben op water overlast. Daar kunnen dan passende maatregelen kunnen worden genomen. Deze maatregelen zijn veelal een combinatie van groen-blauwe netwerken die water kunnen infiltreren of afvoeren, en ruimte waar water tijdelijk geborgen kan worden.

Gebouwniveau

Op gebouwniveau draagt het hergebruiken van regenwater in belangrijke mate bij aan het terugbrengen van de waterbehoefte. Individuele buffers verzamelen regenwater, waarna het gebruikt kan worden voor bijvoorbeeld toiletspoeling of irrigatie. De regenwaterbuffers ontlasten lokaal het riool en dragen zo bij aan de klimaatbestendigheid van een gebied. Regenwaterbuffers die worden gecombineerd met groen of open water geven plaatselijk verkoeling en dragen zo bij aan een prettig buitenklimaat in de zomer. Duurzaamheidsmethodieken als BREEAM, LEED en GPR belonen het bufferen en hergebruiken van regenwater in gebouwen met een hogere score.

Ontwerpoplossingen

Een waterbuffer kan verschillende vormen hebben, variërend van ondergrondse tanks tot polderdaken. Welke buffer bij een project past, is afhankelijk van de ondergrond, de beschikbare ruimte en de schaal van het project. Waterbuffers zijn te categoriseren in hergebruikbuffers, groen-blauwe buffers, infiltratiebuffers en retentiebuffers.

Foto rechts: Binnenstedelijk waterbuffers creëren is een complexe opgave. Bij het Conradhuis van de Hogeschool van Amsterdam is gekozen voor een funderingsplaat met onderling verbonden holtes om water in te bufferen. Ten opzichte van een massieve plaat is minder beton en ijzer gebruikt en een duurzame dubbelfunctie gecreëerd.

Hergebruikbuffers

Eén van de meest bekende waterhergebruikbuffer is waarschijnlijk de regenwatertank. Deze kan gemaakt zijn van kunststof, maar ook van beton. De tanks zijn vaak gesitueerd in de kelder of in de grond en worden aangesloten op een regenwaterhergebruiksysteem. De tank moet voldoende groot zijn om in een deel van de watervraag te kunnen voorzien, maar moet ook voldoende doorspoeling hebben. De tanks moeten periodiek worden onderhouden om verstopping van de filters te voorkomen.

Groen-blauwe buffers

Groen-blauwe buffers zijn tuinen, parken, vijvers en ander open water, maar ook groene daken. Deze groen-blauwe structuren kunnen niet alleen het regenwater bufferen, vasthouden en infiltreren, ze helpen ook het stedelijk hitte-effect tegen te gaan en bieden ruimte voor recreatie en biodiversiteit. Een extensief groendak, bijvoorbeeld een mos-sedumdak kan circa 30 l/m2 bufferen. Een intensief groendak heeft een dikker grondpakket en kan tot 90 l/m2 bufferen. Ook bestaan er zogenaamde polderdaken, die in de dakconstructie een laag water kunnen bufferen.

Infiltratiebuffers

Infiltratiekratten bufferen ook regenwater, en kunnen het vervolgens infiltreren in de bodem. Via een drain kan het krattensysteem worden aangesloten op het riool, zodat bij een hoge grondwaterstand of trage infiltratie alsnog water afgevoerd kan worden. Onder wegen kunnen zogenaamde Bufferblocks worden toegepast, die sterk genoeg zijn om het gewicht van voertuigen te kunnen dragen en onder de weg het afstromende regenwater kunnen infiltreren.

Retentiebuffers

Retentiebuffers hebben als primaire functie regenwater tijdelijk vasthouden. Deze bergingsruimte kan op verschillende manieren worden vorm gegeven, bijvoorbeeld een ondergrondse ruimte of door bewust een gebied tijdelijk onder water te zetten (zogenaamde inundatie). Ook waterpleinen kunnen water tijdelijk bufferen. Het waterplein in Rotterdam van de Urbanisten is hier een voorbeeld van. Waterpleinen hebben veelal een meer stedelijk en versteend karakter.

Slimme waterbuffers

Door verschillende systemen onderling te koppelen kan effectiever worden omgegaan met regenwater. Bij verreweg de meeste waterbuffers wordt het water maximaal enkele dagen vastgehouden en geleidelijk geloosd in het riool of open water. Afhankelijk van de situatie wordt bij huidige waterbuffers tot 100 procent van het regenwater alsnog relatief snel afgevoerd naar het riool en daarmee naar een rivier en de zee. In veel gevallen is het afvoeren van het water echter niet nodig en zou over een veel langere periode opgevangen water gebruikt kunnen worden om te infiltreren en hergebruiken. Bij een slimme waterbuffer wordt erop basis van een grote hoeveelheid data bepaald waar het water in de buffer voor wordt gebruikt. Deze data worden aangeleverd door sensoren van het systeem zelf en door externe databronnen. Sensoren van het systeem zelf zijn bijvoorbeeld vochtsensoren in de grond. Een externe bron van data is bijvoorbeeld de weersverwachting of de agenda van het gebouw die informatie geeft over het verwachte aantal gebruikers. Zowel bestaande als nieuwe buffers kunnen ‘smart’ worden gemaakt.

Als de weersvoorspellingen laten zien dat het nog twee weken droog blijft, ligt de focus op hergebruik van regenwater om toiletten te spoelen, planten water te geven etc. Op die wijze wordt het drinkwatergebruik beperkt. Als sensoren in de grond dan laten zien dat de waterstand daalt of de ondergrond verzilt, zal het systeem prioriteit geven aan infiltratie in de juiste grondlaag. Wanneer diezelfde sensoren in de winterperiode een hoge waterstand signaleren, wordt er juist niet geïnfiltreerd om te voorkomen dat kelders in de omgeving vochtig worden. Op basis van de weerdata zal het systeem besluiten de buffer te legen naar het riool, ruim voordat een zware regenbui valt. Buffers voor hergebruik kunnen dan ook voor retentie gebruikt worden. Een slimme buffer is dus niet groter dan een bestaande buffer, maar biedt wel dezelfde waterveiligheid en een veel hogere duurzaamheidsbijdrage. Door het algoritme dat de buffer aanstuurt periodiek te verbeteren, kan een waterbuffer steeds efficiënter worden ingezet. De voortschrijdende ontwikkeling van sensoren, meet- en regeltechniek en ‘internet of things’ zal deze ontwikkeling verder stimuleren. Met artificiële intelligentie kunnen buffers zelfs zelflerend worden gemaakt.

Met een slimme waterbuffer kan tot 90 procent van het regenwater nuttig worden gebruikt. Alleen na periodes van extreme of zeer langdurige neerslag zal er water naar het riool worden afgevoerd. Slimme waterbuffers kunnen hiermee een bijdrage leveren aan het beperken van verdroging en waterschaarste.

Figuur: de slimme waterbuffer.

Slimme waterbuffers voor klimaatadaptie

Een aantal Nederlandse steden is al actief bezig met klimaatadaptie, zodat onze steden ook in de toekomst veilig, comfortabel en leefbaar blijven. Een visie op het gebruik van regenwater in de stad is hier een essentieel onderdeel van. Door op gemeentelijk niveau een watervisie te ontwikkelen kan effectief gestuurd worden op klimaatadaptie. Slimme waterbuffers verspreid over de stad creëren een netwerk van water micro-grids en dragen zo bij aan waterveiligheid, het tegengaan van verdroging en het vergroten van de leefbaarheid van de stad.

Dit artikel is eerder verschenen in het magazine Civiele Techniek

Partners

ABT bv

Gerelateerd

DGBW: gezond bewegen in (hoge) gebouwen

DGBW: gezond bewegen in (hoge) gebouwen

DGBW: Twee koplopers in gesprek over circulariteit

DGBW: Twee koplopers in gesprek over circulariteit

DGBW: Twee voorbeelden die bewijzen dat een split incentive ook een shared incentive kan worden

DGBW: Twee voorbeelden die bewijzen dat een split incentive ook een shared incentive kan worden