Colors: Blue Color

Download hier een pdf van dit artikel.

In 1995 startte Rijkswaterstaat op twee plaatsen op Ameland een proef met dynamisch kustbeheer. Twee stukken van de zeereep, één op Oost-Ameland en één op West-Ameland werden niet langer onderhouden door de aanplant van helm en het plaatsen van stuifschermen. In opdracht van Rijkswaterstaat heeft Natuurcentrum Ameland de gevolgen van dit ‘dynamisch kustbeheer’ zowel op Oost- als op West-Ameland in kaart gebracht. Dit artikel beschrijft vijftien jaar monitoring op West-Ameland en de belangrijkste conclusies die volgen uit een analyse van deze unieke reeks gegevens.

Wat is dynamisch kustbeheer?
Dynamisch kustbeheer kan worden omschreven als het zodanig beheren van delen van de kust dat verstuiving van zand of de overstroming door de zee worden gestimuleerd. Achterliggende gedachte is dat stuivend zand en/of zout water de variatie in het landschap vergroten en de vegetatie verjongen. Dat draagt bij aan de diversiteit in flora en fauna. Bovendien worden de duinen door het zandtransport hoger en kunnen ze zo langzaam meegroeien met de stijgende zeespiegel.
Het beleid rond dynamisch kustbeheer vindt zijn oorsprong in de eerste kustnota uit 1990 en was gekoppeld aan de keuze van de regering om de kustlijn op zijn plek te gaan houden door middel van zandsuppleties. Door deze ‘slijtlaag’ van zand op het strand en in de ondiepe zee, was het voor de veiligheid niet overal meer nodig om een hoge, dijkachtige zeereep in stand te houden. Later uitgekomen kustnota’s bevestigden het beleid van dynamisch kustbeheer; ook het Deltaprogramma Kust verkent dynamisch kustbeheer als mogelijke strategie voor een veilige en mooie kust in de toekomst (1).
Inmiddels worden steeds meer delen van de kust dynamisch beheerd. Hoe dat beheer er in de praktijk uitziet, verschilt van plek tot plek. Op sommige plekken laten beheerders helmaanplant en stuifschermen in de buitenste duinenrij (de zeereep) achterwege, om kleinschalige verstuiving te stimuleren. Op andere plekken graven bulldozers kuilen en kerven in de zeereep, met verstuiving op grotere schaal tot doel. Voorbeeld hiervan is het project Noordvoort, ten zuiden van Zandvoort. Begin 2013 is daar een begin gemaakt met het afplaggen van vegetatie en de aanleg van stuifkuilen, om de dynamiek van de zeereep te herstellen (2).

Dynamisch kustbeheer op Ameland
Waar dynamisch kustbeheer op veel plekken pas recent wordt toegepast of nog in de planfase is, zijn er ook kustdelen die al langer dynamisch worden beheerd. Langs de kust van Ameland startte Rijkswaterstaat al in 1995 twee experimenten met dynamisch kustbeheer. Op Oost-Ameland volgde Natuurcentrum Ameland de ontwikkelingen tussen 1995 en 2002. Deze gegevens werden in 2006 geëvalueerd (zie kader verderop in dit artikel). In het tweede proefgebied, in het westelijk deel van Ameland, duurt de monitoring tot op heden voort (3). Dit artikel focust op het experiment op West-Ameland.

1305-09 figuur 1 ligging gebied
Afbeelding 1. Het proefgebied op Ameland West tussen km 3 en 4.6

Beschrijving proefgebied West-Ameland
De proef op West-Ameland vindt plaats in de zeereep tussen kilometerpaal 3 en 4.6, op de grens tussen de Noordzee en vallei de Lange Duinen Noord. Deze vallei ontstond rond 1962, toen door de aanleg van een stuifdijk de toenmalige strandvlakte werd afgesloten van de zee. De strandvlakte veranderde in een moeras, dat in de loop der tijd verruigde met Riet en struiken. Ter hoogte van paal 4 en 4.4 ontstonden twee openingen in de zeereep, waar bij stormtijen regelmatig zeewater door naar binnen kon dringen.
In het gebied spelen nog enkele andere ontwikkelingen die relevant zijn voor het verloop van het experiment. Het gaat daarbij onder meer om de aanlanding van de zandplaat ‘Bornrif’, en de migratie van deze plaat in oostelijke richting (afbeelding 2). Aanvankelijk zorgde het Bornrif voor spectaculaire kustaangroei aan de noordwestpunt van Ameland en de vorming van een groen strand, maar aan de ‘achterzijde’ van de migrerende plaat trad en treedt erosie op. Om deze kustachteruitgang tegen te gaan, is er de afgelopen 20 jaar verschillende keren zand gesuppleerd. Binnen het experimentgebied, tussen km 3 en 3.4, werd er in 1997 en 2004 een strandsuppletie uitgevoerd en in 2007 een gecombineerde vooroever-/strandsuppletie. Verder werd er in 2010/2011 tussen km 1 en 4 maar liefst 2,5 miljoen m3 zand op het strand neergelegd!
Zowel de aanlanding van de zandplaat als de suppleties hebben veel invloed gehad op de beschikbare hoeveelheid zand die door de wind richting het achterland kon verstuiven.

1305-09 figuur 2 bornrif
Afbeelding 2. Aanlanding van het Bornrif (4)

Monitoring van dynamisch kustbeheer
De verwachting van het experiment was dat er door het staken van het onderhoud meer kuilen in de zeereep zouden ontstaan, waardoor de wind het kalkrijke strandzand naar het achterliggende rietmoeras kon blazen. Dit zou leiden tot verjonging van de vegetatie. Ook verwachtten de beheerders dat de zee vaker het rietmoeras zou binnendringen. Daardoor zouden zich aan brakke omstandigheden gebonden pioniervegetaties kunnen vestigen. Tegelijkertijd vreesde men dat het dynamisch kustbeheer de veiligheid zou aantasten en dat een groot deel van het rietmoeras verloren zou gaan. Daarom stelden de betrokken organisaties vast tot hoever deze ontwikkelingen mochten gaan. Belangrijke randvoorwaarde was dat de zeereep zich niet meer dan 50 meter landwaarts mocht verplaatsen. Bovendien zou de proef worden gestaakt als meer dan een kwart van het rietmoeras zou dreigen te veranderen in een vrijwel onbegroeide zandplaat (5) of als er nadelige effecten op zouden treden voor de drinkwaterwinning of het recreatiestrand (6).
Om eventuele knelpunten tijdig te signaleren en om kennis te ontwikkelen, volgt Natuurcentrum Ameland in opdracht van Rijkswaterstaat jaarlijks de ontwikkelingen. Deze monitoring focust zich op de zeereep (tabel 1). Daarnaast rapporteren het Natuurcentrum en Vogelwacht Hollum-Ballum regelmatig over de effecten van het dynamisch beheer op de flora en fauna van het rietmoeras (7 en 8). De resultaten daarvan komen in dit artikel zijdelings aan bod.

Tabel 1. Monitoringprogramma zeereep West-Ameland

1305-09 tabel 1

Resultaten

Dynamiek in de zeereep
Uit foto’s van het aanzicht van de zeereep blijkt dat de zeereep van karakter is veranderd sinds het onderhoud in 1995 werd gestaakt. De zeereep is grilliger geworden met meer afwisseling tussen kale plekken en vegetatie. Daarbij is het westelijk deel van het proefgebied het meest dynamisch; hier zijn in de loop der jaren stuifplekken ontstaan van enkele meters doorsnede en steile erosieranden tot bijna vier meter hoog. Door de erosie werd het strand steeds smaller. Daarom werd er in 2004 en 2007 zand gesuppleerd.
Verder naar het oosten stuift er iets minder zand. Aanvankelijk had de zeereep ook hier een steile helling richting het strand, maar de laatste jaren ontwikkelen zich jonge duintjes aan de voet van de zeereep. Ook is het strand hier hoger geworden. De twee ‘doorbraken’ in de zeereep bij paal 4.2 en 4.4 zijn inmiddels zo hoog komen te liggen dat er zelfs bij extreem hoog water nauwelijks zeewater het moeras binnenstroomt. Overigens wordt één van de openingen elk voorjaar tot een bepaald peil verlaagd, zodat overtollig water uit het rietmoeras kan afstromen.

1305-09 figuur 3 foto gebied LR DS
Afbeelding 3. Aanzicht van de zeereep, juli 2012, vanaf paal 3.5 in oostelijke richting
Links ligt het strand en rechts het rietmoeras. Op de foto is te zien dat de zeereep hoog is en aan de achterzijde dicht is begroeid. Vanuit het achterland rukken de duindoornstruiken op. Alleen op de top van de zeereep en aan de zeewaartse zijde liggen plekken kaal zand.


Het merendeel van het zand dat vanaf het strand landinwaarts waait, accumuleert aan de voorzijde of op de top van de zeereep; de top blijft daarom vrijwel op dezelfde plek liggen. Uit metingen van de breedte van de zeereep blijkt dat er slechts weinig zand over de zeereep heen stuift naar het gebied daarachter (afbeelding 4). Het zand dat over de top heen stoof, was aanvankelijk te herkennen aan een strook met groene helmplanten. Vers zand zorgt er namelijk voor dat schimmels en aaltjes het wortelstelsel van helmplanten niet kunnen aantasten, waardoor de helm vitaler is en minder snel geel wordt. Maar op veel plekken is deze zone nu niet meer goed herkenbaar door het snelle dichtgroeien van de open plekken aan de achterzijde van de zeereep, onder meer met de snel oprukkende duindoorn.
Alleen op sommige plekken op de oever van het achterliggende rietmoeras, bijvoorbeeld ter hoogte van km 3.5, is een laagje vers kalkrijk stuifzand te zien. Ook langs het pad dat achter de zeereep loopt is een smal strookje stuivend zand te zien. Deze plekken kunnen mogelijk nieuwe kansen bieden voor pioniervegetaties van kalkrijke bodems. De overstuiving is echter absoluut niet van dien aard dat het rietmoeras erdoor wordt bedreigd.


1305-09 afb 4 foto

Afbeelding 4. Breedte van de zeereep ter hoogte van paal 3.5
De sterretjes geven de ligging van de top van de zeereep weer. Rechts ligt het strand, links ligt het rietmoeras. Duidelijk is te zien dat in de loop der jaren duindoorn vanuit het achterland oprukt en dat de zone met vitale helmbegroeiing (en stuivend zand) smaller wordt.


Volume zand in de zeereep
Ook uit de jaarlijkse hoogtemetingen die Rijkswaterstaat uitvoert en uit onderzoek van Arens (9) blijkt dat de zeereep van West-Ameland tussen 1995 en 2012 hoger en breder is geworden (afbeelding 5), ondanks dynamisch kustbeheer. Volgens Arens is de zandbalans van de zeereep er positief: elk jaar neemt het volume met gemiddeld 5 m3 zand per strekkende meter toe. Deze volumetoename blijkt ook uit afbeelding 6. Hierin is duidelijk te zien dat er in 1995 een ‘trendbreuk’ optrad in de aangroei van de zeereep. Dit hangt waarschijnlijk mede samen met de ontwikkeling van de strandhaak en met (lokale) veranderingen in de breedte en hoogte van het droge strand. Omdat de eerste strandsuppletie pas in 1997 werd neergelegd, kunnen suppleties geen verklaring zijn voor de volumetoename.


1305-09 figuur 5 dwarsprofiel

Afbeelding 5. Typerend dwarsprofiel voor West-Ameland
Sinds 1995 is de top van de zeereep meer dan twee keer zo hoog geworden. Op de horizontale as staat de afstand tot de strandpalen die om de 250 meter op het strand staan. De lijn waarlangs deze palen staan wordt de ´Rijksstrandpalenlijn´ (RSP-lijn) genoemd (9).

1305-09 figuur 6 volumetoename
Afbeelding 6. Volumetoename van de zeereep tussen km 3 en 5
Duidelijk is te zien dat hierin in 1995 een ‘trendbreuk’ plaatsvond. Vanaf 2006 neemt het volume tussen km 3 en 3.2 weer af, door erosie (9).


Vegetatie zeereep
Uit de vegetatieopnamen blijkt dat het aantal soorten in het onderzoeksgebied varieert tussen de 40 en 50 en in de loop der tijd ongeveer gelijk is gebleven. Er zijn wel verschuivingen opgetreden. Tabel 2 geeft weer welke soorten duidelijk afgenomen dan wel toegenomen zijn. De uitbreiding van soorten als Biestarwegras, Strandkweek en Zandhaver hangt samen met de ontwikkeling van een pionierzone in de primaire duinen aan de zeezijde van de zeereep. Daarbij valt op dat de overige soorten van de zeereep die toenamen, juist goed gedijen onder stabiele omstandigheden en dat de soorten die afnamen juist baat hebben bij een meer open bodem en instuivend zand. Dit duidt erop dat de dynamiek is afgenomen.
Daarbij geldt overigens dat veel soorten ook weer niet tegen té dynamische omstandigheden kunnen. Vegetatieopnamen laten bijvoorbeeld zien dat de soortenrijkdom het laagst is in het westelijk deel van de zeereep, waar het meeste zand stuift. De situatie is daar te dynamisch voor de vestiging van soorten zoals Loogkruid en Zeepostelein. In oostelijke richting neemt de dynamiek af en neemt het aantal soorten geleidelijk toe.

Tabel 2. Plantensoorten (in alfabetische volgorde) die duidelijk zijn toegenomen of afgenomen in de zeereep

1305-09 tabel 2

Het meest opvallend is dat duindoorn vanuit het achterliggende duingebied richting zeereep oprukt en helmplanten ‘wegdrukt’. Zelfs in het westelijk deel, waar relatief veel zand verstuift, ontwikkelen de duindoornplanten zich tot een ondoordringbaar struweel. Deze uitbreiding van duindoornstruiken is ook te zien op de systematisch gemaakte foto’s van het aanzicht van de zeereep.
Het dynamisch beheer heeft er dan ook niet toe geleid dat het areaal van het beschermde habitattype ‘Witte duinen’ is toegenomen.

Vegetatie landwaarts van de zeereep
In de moerasvegetatie komen soorten voor uit de Rietklasse en de Klasse der kleine zeggen. In het westelijk deel is de rijkdom aan soorten en de samenstelling tussen 2007 en 2011 niet structureel veranderd (7). In het oostelijk deel is duidelijk te zien dat de invloed van de zee begin deze eeuw afnam en de vegetatie verruigde. Duindoorn, Kruipwilg en wilgen rukten op ten koste van kleine, relatief zeldzame soorten zoals Knopbies, Parnassia, Moeraswespenorchis, Groenknolorchis, Strandduizendguldenkruid, Geelhartje, Sierlijke vetmuur en Fraai duizendguldenkruid. Deze soorten waren in 2007 goeddeels verdwenen. Om de kansen voor deze soorten te vergroten, heeft Rijkswaterstaat in 2007 veel struiken verwijderd; daardoor neemt de soortenrijkdom weer toe.
Het dynamisch kustbeheer lijkt niet te hebben geleid tot belangrijke veranderingen.

Broedvogels
Uit monitoring blijkt dat het aantal soorten en territoria sinds 1998 behoorlijk is afgenomen. Sinds 2008 zet de afname niet verder door; in 2011 broedden er 50 soorten vogels, waarvan 8 soorten van de Rode Lijst. De afname is deels het gevolg van het oprukken van struweel, maar de oorzaken kunnen ook buiten de Lange Duinen liggen. Want ook landelijk gezien vertoonde het aantal soorten broedvogels een dalende trend.
Ondanks de verruiging van de vegetatie zijn de Lange Duinen nog steeds erg belangrijk voor moerasvogels. De belangrijkste soort is wellicht de Roerdomp met jaarlijks 5-6 broedparen.

1305-09 figuur 7 broedvogels
Afbeelding 7. Aantalontwikkeling van de broedvogels in Lange Duinen Noord (8)


1305-09 kader

Conclusies
De monitoringresultaten van Ameland laten in de eerste plaats zien dat de angst dat door het dynamisch kustbeheer de veiligheid zou worden aangetast ongegrond is. Mede door aanlanding van het Bornrif en de zandsuppleties is de zeereep sterk aangegroeid en hoger en breder geworden.
Ook het oppervlak van het rietmoeras is niet afgenomen door dynamisch kustbeheer; de zeereep is niet ´naar binnen gewandeld´.
In de tweede plaats blijkt dat dynamisch kustbeheer maar voor een klein deel de gevolgen heeft gehad die werden verwacht. Er stuift weliswaar meer zand naar de zeereep en de zeereep is minder ‘strak’ van vorm dan voorheen, maar het stuivende zand heeft niet geleid tot verjonging van vegetatie. De duindoornvegetatie rukt juist op richting zeereep. Het aantal soorten in de zeereep is globaal gelijk gebleven, maar het aantal soorten van stabiele situaties neemt toe ten koste van de ‘dynamische’ soorten.
Verder is, in tegenstelling tot de verwachting, het zeewater niet vaker door de huidige twee openingen in de zeereep gestroomd. Integendeel: er stroomt zelfs bij extreem hoog water nauwelijks zout water het rietmoeras binnen. Daardoor zijn de groeiomstandigheden voor een aantal zeldzame soorten die juist op de rand van ingespoeld kalkrijk zand groeien (waaronder de Groenknolorchis), suboptimaal (Krol, 2012).
Qua broedvogels heeft de invoering van dynamisch kustbeheer geen grote gevolgen gehad. Integendeel, de inspoeling van zout water is afgenomen en de vegetatie verruigt en verbost. De diversiteit aan broedvogels neemt af evenals de aantallen territoria. Wel blijft het gebied zeer waardevol voor broedvogels met enkele parels zoals jaarlijks 5 -6 paren van de Roerdomp.

Tot slot
De resultaten laten zien dat op West-Ameland het achterwege laten van zeereeponderhoud er nauwelijks toe leidt dat wind en zee zand vanaf het strand naar het rietmoeras vervoeren. Om de dynamiek van wind en/of zee echt te vergroten, verdient het aanbeveling om te experimenteren met  verdergaande ingrepen. Dat kan bijvoorbeeld door het verwijderen van vegetatie of het graven van windsleuven. Uiteraard moeten de effecten op veiligheid, flora, fauna en andere belangen vooraf zorgvuldig worden verkend, en vervolgens goed worden gemonitord.

Literatuur
1. STOWA, 2010. Hoe verder met dynamisch kustbeheer? Rapport 2010-W05.

2. www.waternet.nl/noordvoort , januari 20133.

3. Krol, J. 1996 t/m 2012. Monitoring dynamisch kustbeheer Ameland. Jaarlijkse rapportage van Natuurcentrum Ameland (met uitzondering van de jaren 2003 en  2010).

4. Löffler, M. e.a., 2008. Eilanden Natuurlijk. Uitgave van Het Tij Geleerd.
5.  Provinciaal Overlegorgaan Kust Friesland, projectgroep Ameland-west 1997. Een advies over het beheer van de kustzone tot paal 7 op Ameland.
6.  Arens. S., M. Löffler & E. Nuijen 2007. Evaluatie dynamisch kustbeheer Friese Waddeneilanden.
7.  Krol, J. 2012. Monitoring natuurwaarden Lange Duinen-Noord in relatie met natuurlijke dynamiek van de zeereep, seizoen 2011. Natuurcentrum Ameland, Rijkswaterstaat.
8.  Vogelwacht Hollum-Ballum 2011.Monitoring en broedvogelinventarisatie verslag Lange Duinen Noord.
9.  Arens, S. , S. van Puijvelde & C. Brière 2010. Effecten van suppleties op duinontwikkeling; rapportage geomorfologie.
10.  Krol, J. 2006. Monitoring dynamisch kustbeheer Ameland-Oost. Evaluatieverslag 1995-2002. Natuurcentrum Ameland.
11.  Jong, B. de, P.A. Slim, M. Riksen & J. Krol 2012. Ontwikkeling van de zeereep onder dynamisch kustbeheer op Oost-Ameland. Onderzoek naar de bijdrage van kustbeheer op kustveiligheid. Alterra-rapport 2152.

0
0
0
s2smodern
Interessant? Deel dit artikel met uw (water)netwerk!
powered by social2s

Download hier een pdf van dit artikel.

Hierbij bepaalt de (hogere) biogasproductie en dus hogere afbraak per ton slib bij thermofiele slibgisting de economische haalbaarheid van thermofiele slibgisting in Nederland. De mogelijk verbeterde ontwaterbaarheid van het slib na vergisting is nog onzeker en is derhalve niet meegenomen in de businesscase, maar zou deze positiever maken, omdat de kosten voor eindverwerking, die worden bepaald per ton slib, een groot deel uitmaken van de totale slibverwerkingskosten.

De huidige behandeling van afvalwater is gericht op het zo ver mogelijk afbreken van de aanwezige stoffen. Hierin is een kentering gaande; de aandacht verschuift naar het terugwinnen van water, energie en grondstoffen. Voor het terugwinnen van energie krijgt slibgisting veel aandacht, waarbij vooral gekeken wordt naar het optimaliseren van mesofiele slibgisting (30-33ºC) door thermische slibontsluiting (voorbehandeling van het slib door hydrolyse bij hoge druk en temperatuur. Een andere mogelijkheid is thermofiele slibgisting (52-55 ºC), al dan niet met voorbehandeling. Bij thermofiele slibgisting verloopt het gistingsproces sneller, waardoor extra vergistingscapaciteit vrijkomt [1]. Deze capaciteit kan worden benut door slib van andere rioolwaterzuiveringsinstallaties (rwzi’s) te vergisten.

De technische haalbaarheid van thermofiele slibgisting in Nederland is ingeschat op basis van praktijkervaringen bij communale en industriële toepassing op verschillende plekken in Europa. Daarnaast is een literatuurscan uitgevoerd. De economische haalbaarheid werd bepaald door uitwerking van een businesscase, waarbij de volgende varianten zijn beschouwd:
1.    mesofiele gisting (basisvariant);
2.    thermofiele gisting zonder benutting van extra capaciteit;
3.    thermofiele gisting met benutting van extra capaciteit (thermofiel +);
4.    thermofiele gisting met thermische slibontsluiting en benutting van extra capaciteit.

Deze varianten zijn uitgewerkt voor slibverwerking bij een grote rwzi (490.000 i.e.) en een kleinere rwzi (150.000 i.e.).

Verschillen tussen thermofiele en mesofiele vergisting
In het verleden bestond het beeld dat het thermofiele gistingsproces minder stabiel zou zijn dan het mesofiele. Recente literatuur en ervaringen tonen aan dat deze aanname ongegrond is. Uit de literatuurscan is ook gebleken dat thermofiele vergisting een aantal voordelen heeft ten opzichte van mesofiele vergisting [1]:
-    hogere maximale groeisnelheid, dus hogere belasting van slibvergisters mogelijk;
-    hogere afbraak van droge stof, dus hogere biogasproductie (+ 5-30 %) bij gelijke verblijftijd (Afbeelding 1);
-    digestaat mogelijk beter ontwaterbaar;
-    verhoogde afbraak van pathogenen.
Daarnaast kan het energetisch gunstig zijn thermofiele vergisting te combineren met voorafgaande thermische slibontsluiting, omdat het slib hierbij al wordt voorverwarmd.

Afbeelding 1 geeft de afbraak van organische stof weer onder mesofiele en thermofiele omstandigheden bij verschillende verblijftijden. Hierin geven de lijnen de theoretische afbraak weer, gemodelleerd volgens Chen en Hashimoto [2]. Punten geven gemeten waarden aan van verschillende praktijkinstallaties. In de praktijk spelen naast temperatuur ook andere factoren, zoals de verhouding tussen primair en secundair slib, een rol. In theorie is de afbraak onder thermofiele omstandigheden bij gelijke verblijftijd hoger dan onder mesofiele omstandigheden. Dit is ook voor de meeste praktijkwaarden het geval.

1304-11-thermofiele slibgisting fig 1

Afbeelding 1. Theoretische afbraak (lijnen) van organische stof (%) en praktijkwaarden (punten) uitgezet tegen de verblijftijd [1].


Bij thermofiele slibgisting verdient een aantal zaken extra aandacht:
-    hogere warmtebehoefte; afhankelijk van de situatie is warmteterugwinning nodig;
-    meer stikstof en fosfaat in het digestaat;
-    meer H2S- en vocht in het biogas;
-    mogelijk hoger siloxaangehalte van het biogas.

Ervaringen in het buitenland
In het buitenland – onder andere in Denemarken, Duitsland en de VS – wordt thermofiele gisting veel toegepast op communaal slib. Het thermofiele gistingsproces verloopt stabiel [3-9]. De afbraak van organische droge stof (ods) ligt tussen 55 en 70 %, wat hoger is dan in Nederland behaalde percentages met mesofiele gisting (gemiddeld 42 %). Hierbij dient te worden opgemerkt dat de gerapporteerde biogasproducties als te onbetrouwbaar zijn beoordeeld om conclusies uit te kunnen trekken. Een aantal praktijkinstallaties rapporteert een verbetering van de ontwaterbaarheid.

Het literatuuronderzoek heeft geen eenduidige kwantitatieve gegevens opgeleverd over de verschillen tussen mesofiele en thermofiele gisting. Om deze reden kan op basis van de buitenlandse praktijkgegevens geen voorspelling gedaan worden voor de Nederlandse situatie. Wel is op basis van modellen (Chen & Hashimoto, [2]) te voorspellen dat de verbetering van de ods-afbraak groter zal zijn bij kortere verblijftijd.

Uitgangspunten businesscase
Voor de businesscase zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd:
-    de slibsamenstelling is representatief voor de Nederlandse praktijksituatie;
-    de biogasproductie is berekend met behulp een rekenkundig model (Chen & Hashimoto);
-    de ontwaterbaarheid is na thermofiele gisting even hoog als na mesofiele gisting;
-    de ontwaterbaarheid is na thermische slibontsluiting hoger dan zonder voorbehandeling;
-    deelstroombehandeling van het rejectiewater bij thermofiele gisting vindt plaats in een anammoxreactor.

Voor alle varianten is als onderdeel van de businesscase een warmte- en energiebalans opgesteld. Het geproduceerde biogas wordt verbrand in WWK’s (warmtekrachtkoppeling) voor de productie van warmte en elektriciteit. De hoeveelheid geproduceerde warmte wordt vervolgens vergeleken met de warmtebehoefte. Bij een tekort aan warmte is uitgegaan van aardgas als aanvullende energiebron.

Het ontwateren van het slib, het energieverbruik en de afvoer voor eindverwerking zijn belangrijke (de belangrijkste?) kostenposten voor slibverwerking.
Uitgaande van de eenheidsprijzen in tabel 1 hebben we daarom een gevoeligheidsanalyse van de businesscase uitgevoerd, met de ontwaterbaarheid van het slib, de elektriciteitskosten en de afzetkosten van slib als variabelen.

Tabel 1.    Belangrijkste financiële uitgangspunten
1304-11 tabel1

Positieve businesscase
In afbeelding 2 en 3 zijn de jaarlijkse kosten en baten voor de varianten bij de twee schaalgroottes weergegeven. Hierin zijn de baten als negatieve kosten weergegeven. Daarnaast zijn in tabel 2 de terugverdientijden voor de verschillende varianten bij verschillende schaalgroottes weergegeven. Hieruit blijkt dat het overschakelen van mesofiele naar thermofiele slibgisting voor beide schaalgroottes een jaarlijkse besparing oplevert. Wanneer ook de restcapaciteit gebruikt wordt, neemt de besparing toe en wordt de terugverdientijd korter. Het toepassen van thermofiele gisting met thermische slibontsluiting (TSO) zorgt bij beide schaalgroottes voor een toename van de terugverdientijd ten opzichte van thermofiele vergisting zonder TSO, zowel met als zonder benutting van de restcapaciteit.

1304-11 figuur2 thermofiele slibgisting

Afbeelding 2. Jaarlijkse kosten en opbrengsten voor de varianten bij 150.000 i.e.

1304-11 figuur3 thermofiele slibgisting
Afbeelding 3. Jaarlijkse kosten en opbrengsten voor de varianten bij 490.000 i.e.

Tabel 2.    Terugverdientijd in jaren voor de verschillende varianten bij twee schaalgroottes

1304-11 tabel2

Uit de warmte- energiebalans blijkt dat in de varianten zonder TSO restwarmte geproduceerd wordt. In de variant met TSO is periodiek extra warmte nodig, uitgaande van een ingaand drogestofgehalte van 7,0 %. Bij verhoging van het ingaande slibgehalte bij TSO daalt de warmte(stoom)behoefte.

Uit de gevoeligheidsanalyse blijkt dat als de kosten voor elektriciteit en slibafzet stijgen, de terugverdientijd voor de thermofiele varianten verder verkort wordt ten opzichte van mesofiele vergisting. Een verbeterde ontwaterbaarheid (alleen bij de varianten zonder TSO) zorgt eveneens voor een positievere businesscase.

Conclusies
De investeringen voor thermofiele gisting verdienen zichzelf in maximaal tien jaar terug door de jaarlijkse besparingen op de slibverwerkingskosten. Dit geldt voor alle thermofiele varianten. Thermofiele gisting met benutting van restcapaciteit komt als interessantste variant uit de businesscase. Wanneer thermofiele slibgisting – bij gelijke verblijftijd – een hogere afbraak of betere ontwaterbaarheid realiseert, is thermofiele slibgisting ook zonder benuttig van restcapaciteit interessant. Er moet rekening mee gehouden worden dat er niet altijd voldoende extern slib beschikbaar is om de restcapaciteit maximaal te benutten. Omgekeerd biedt een verhoogde capaciteit van de slibgisting door toepassing van thermofiele gisting mogelijkheden voor uitbreiding van centrale slibverwerking op de betreffende locatie.

Het grootste voordeel van thermische slibontsluiting is de verbeterde ontwaterbaarheid. Er is echter een hoge investering nodig en het proces verbruikt warmte (stoom). Hierbij dient te worden opgemerkt dat in de businesscase is uitgegaan van de rwzi Bath, waar bij de ontwerpcapaciteit sprake is van een sub-optimale uitgangssituatie voor de warmtehuishouding. Bij een hoger gehalte aan drogestof van het ingaande slib is geen extra energie voor stoomproductie nodig.

Op basis van deze businesscase gaat de voorkeur uit naar de variant thermofiel+, maar in de praktijk zal vooral de verbetering van de ontwaterbaarheid nader moeten worden geverifieerd. Dit geeft uiteindelijk de doorslag geven welke variant de voorkeur verdient.

Outlook: full scale praktijkonderzoek
In deze businesscase blijkt dat de ontwaterbaarheid van het slib na vergisting van cruciaal belang is voor de rendabiliteit, omdat de kosten van slibafzet een belangrijk deel uitmaken van de jaarlijkse kosten van slibverwerking. Ook de (hogere) biogasproductie per ton slib bij thermofiele slibgisting bepaalt de economische haalbaarheid van thermofiele slibgisting in Nederland. Als vervolg op de eerdere pilotstudie [10] loopt nu een full-scale praktijkonderzoek op rwzi Bath, ter verificatie van de uitgangspunten van de businesscase (Afbeelding 4).

1304-11 thermofiele slibgisting fig4

Afbeelding 4. De twee slibgistingsreactoren op rwzi Bath (foto Roger Vingerhoeds, Waterschap Brabantse Delta).


Het praktijkonderzoek op de rwzi Bath wordt gefinancierd door Waterschap Brabantse Delta en de STOWA. Waterschap Brabantse Delta en de firma Colsen b.v. voeren het onderzoek uit. Witteveen+Bos ondersteunt het onderzoek en zorgt voor de vertaling van de resultaten naar de landelijke praktijk, waardoor deze ook interessant worden voor andere waterschappen die overwegen over te schakelen van mesofiele naar thermofiele slibgisting.

Wanneer de resultaten van het praktijkonderzoek de businesscase ondersteunen of zelfs versterken, betekent dit dat slibverwerking door de Nederlandse waterschappen tegen aanzienlijk lagere kosten kan plaatsvinden. Wel dient hierbij de kanttekening geplaatst te worden dat waterschappen in sommige gevallen een samenwerking zijn aangegaan waarin slibeindverwerking wordt uitgevoerd. Wanneer de aanvoer naar de eindverwerking daalt door nieuwe strategieën voor slibbehandeling, zoals thermofiele vergisting, ontstaat overcapaciteit. Als deze niet wordt opgevuld, nemen de verwerkingskosten per ton droge stof toe, waarvan de samenwerkende waterschappen zelf nadeel ondervinden.

Referenties
1.    STOWA (2011). Handboek slibgisting. STOWA rapport 2011-16.
2.    Chen Y R & A G Hashimoto (1980). Substrate utilization model for biological treatment systems. Biotechnology & Bioengineering 22: 2081-2095.
3.    Garber, W.F. (1954). Plant-scale studies of thermophilic digestion at Los Angeles. Sewage Ind. Wastes. 26, 1202.
4.    Garber, W.F., Ohara, G.T., Colbaugh, J.E., Raksit, S.K. (1975) Thermophilic digestion at the Hyperion treatment plant. J. Water Pollut. Control Fed. 47, 5, 951-961.
5.    Oles, J., Dichtl, N., Niehoff, H.H. (1997) Full scale experience of two stage
thermophilic/mesophilic sludge digestestion. Water Sci. Technol. 36, 6/7, 449-456.
6.    Mittsdorffer, R., Demharter, W. (1990). Zweisufig-thermophile/mesophile Faulung-Betriebsergebnisse. Abwassertechnik, 41, 2, p. 32, 34-38.
7.    Kaemmerer, T. Beheerder Klaranlage Wilhelmshaven (2011). Email contact, 20-10-2011.
8.    Siemers, J.C. Beheerder Klaranlage Steinhof (2011). Email contact, 24-10-2011.
9.    Nielsen, B. and Petersen G.. (2000). Thermophilic anaerobic digestion and pasteurization: practical experience from Danish wastewater treatment plant. Water Science and Technology, Vol 42 No 9 pp65-72.
10.    Wypkema, E., Vingerhoeds, R., Colsen, J. & Smet, D. (2013). Pilotonderzoek thermofiele slibgisting op rwzi Bath: veelbelovende resultaten. Gepubliceerd op http://www.vakbladh2o.nl

0
0
0
s2smodern

Download hier een pdf van dit artikel.

Om behalve op waterkwantiteit ook op waterkwaliteit te kunnen sturen zijn de volgende ingrediënten nodig:
- betrouwbare metingen van waterkwaliteit en waterkwantiteit;
- goede modellen voor het (afval)watersysteem, zowel riolering als oppervlaktewater;
- goede voorspelling van het systeemgedrag op korte termijn.

Deze drie ingrediënten hebben veel met elkaar te maken. Voor een goede voorspelling is een goed model nodig en een model is pas bruikbaar als het goed gekalibreerd is op basis van betrouwbare data. In dit artikel beperken we ons tot de rioleringsmodellen. Het kalibreren en valideren van rioleringsmodellen vraagt metingen van de waterstanden in het stelsel, maar ook van de neerslag die er in het stedelijk gebied valt. Het is al een behoorlijke opgave om goede betrouwbare metingen van de waterstand te krijgen op voldoende plekken in het rioolstelsel. Maar een gedetailleerd neerslagbeeld is niet kant-en-klaar beschikbaar. En juist in stedelijk gebied maakt het veel uit waar op welk moment hoeveel neerslag valt. Er zijn vaak wel één of meer grondstations beschikbaar, maar een meting van de neerslag op één plek hoeft niet representatief te zijn voor wat er in een veel groter gebied valt. Voor een goede kalibratie van de modellen is betrouwbare data nodig van de neerslag met een hoge resolutie in ruimte en tijd. Een schaal van 1 km in de ruimte en 5 minuten in de tijd lijkt voldoende. Die resolutie is in stedelijk gebied lastig te realiseren met grondstations. De neerslagradar van het KNMI is een alternatief, maar de absolute neerslag-gegevens zijn erg onnauwkeurig. Door de sterke kanten van beide bronnen slim te combineren ontstaat een beeld van de neerslag in tijd en ruimte dat nauwkeurig genoeg is om betrouwbare modellen te krijgen.

Er zijn gecorrigeerde neerslagradarbeelden op de markt, maar die zijn voor dit doel niet goed genoeg. Daarom heeft Witteveen+Bos in opdracht van Waterschap De Dommel een methode ontwikkeld waarin beide databronnen gecombineerd worden tot een beeld dat wel een voldoende betrouwbaar resultaat geeft. In dit artikel wordt uitgelegd welke keuzes daarbij zijn gemaakt en wat het oplevert.

Grondstations versus neerslagradar
Voor neerslag zijn er twee belangrijke databronnen: neerslagradar en grondstations.
De neerslagradar van het KNMI is een indirecte meting op afstand. Via reflectie van radarsigna-len op waterdruppels in de lucht wordt vastgesteld hoeveel neerslag er valt. Het KNMI heeft een radarstation in De Bilt en in Den Helder. De neerslagradar geeft een goed beeld van de ruimtelijke variatie in de neerslag en de ontwikkeling van buien in de tijd. Maar als het gaat om de absolute hoeveelheid neerslag en de exacte tijd waarop deze op de grond valt is de radar erg onnauwkeurig. Dat heeft te maken met verstoringen in de lucht en de afstand tussen de locatie en de radar.

Naast de radar heeft het KNMI grondstations, en vaak hebben waterschappen en gemeentes er ook één of meer in hun beheergebied staan. Voor het meten van neerslag op de grond zijn verschillende methodes beschikbaar (Afbeelding 1). In alle gevallen is zorgvuldige plaatsing en kalibratie op locatie nodig. Als aan die voorwaarden is voldaan levert een grondstation zeer nauwkeurig gegevens van de neerslag zowel in hoeveelheid als in tijd. Het nadeel is dat de informatie een heel klein gebied betreft. Eén regenmeter geeft geen ruimtelijk beeld. Het is vanwege de kosten de vraag of met alleen grondstations op een kosteneffectieve en praktische manier een ruimtelijk dekkend beeld te verkrijgen valt.

1304-07 fig1 ds Kallisto
Afbeelding 1. Testopstellingen grondstation voor neerslaganalyse op rwzi Eindhoven
Meetmethodes: kantelbakjes (links op de foto), gravimetrisch (rechts) en optische druppelteller (midden).

Het verschil tussen radar en grondstations blijkt goed als de neerslag van grondstation Eindhoven R2 wordt vergeleken met de neerslag volgens de radar in het pixel waar het grondstation ligt. In figuur 2 is die vergelijking weergegeven voor een bui op 10 juni 2011. Er zijn grote verschillen te zien in de meting van het tijdstip en de hoeveelheid neerslag die is gevallen.


1304-07 fig2 Kallisto
Figuur 2. Verschilmeting grondstation en radarbeeld (10 juni 2011)

De sterke en zwakke kanten van beide meetmethoden zijn in de onderstaande tabel samengevat.

1304-07 kallisto6 tabel1

Tabel 1. SWOT-analyse neerslagmonitoringstechnieken


De zwakke punten van de radar zijn de sterke punten van grondstations en vice versa. Het is dus interessant om de informatie uit beide methodes te combineren om te komen tot een neerslag-beeld dat én betrouwbaar is in tijd en hoeveelheid én informatie geeft over de ruimtelijke variatie.

Samenvoegen radar en grondstations
Voor het combineren van neerslagradar en grondstations is gebruik gemaakt van conditional merging, een techniek die is gebaseerd op kriging. In een vergelijkende studie is deze methode getest als ‘beste koop’: relatief eenvoudig te implementeren, niet al te rekenintensief en de op-één-na-beste als gekeken wordt naar de kwaliteit van de voorspelling. Conditional merging gaat uit van de dagsommen. De dagsom per pixel wordt weer teruggerekend naar de 5-minuten-waarde op basis van de grondstations in de buurt. Op dit punt wordt nadrukkelijk een andere keuze gemaakt dan gebruikelijk. Doorgaans wordt teruggerekend naar 5–minuten-waarden op basis van de verdeling van de neerslag over de dag zoals de neerslagradar die heeft bepaald. Echter, zoals uit figuur 2 blijkt, is die niet representatief voor wat er daadwerkelijk op de grond is gevallen.

Aan hand van het nieuw ontwikkelde algoritme zijn alle neerslagradargegevens van 2011 in een gebied rond het Kallistoproject gecorrigeerd op basis van gevalideerde meetgegevens van 9 grondstations van gemeenten en Waterschap De Dommel.

In afbeelding 3 is weergegeven wat het effect is van de correctie op basis van conditional merging voor de dagsom van de neerslag op 10 juni 2011. Boven het ruwe radarbeeld, onder het gecorrigeerde radarbeeld. De rode stippen geven de positie en neerslag aan van de grondstations. De beelden lijken veel op elkaar, maar de schaal verschilt behoorlijk. Volgens de neerslagradar is er maximaal 5 mm gevallen, terwijl het gecorrigeerde beeld 12 mm aangeeft. Het radarbeeld is min of meer opgetild naar het niveau van de grondstations.


1304-07 fig3 Kallisto

1304-07 fig4 kallisto
Figuur 3. Effect van correctie op basis van conditional merging voor dagsom van de neerslag op 10 juni 2011

Validatie van het algoritme
Omdat de resultaten van de neerslagradarcorrectie worden gebruikt voor kalibratie van de riool-modellen, is het nodig de methode zelf te controleren. De methode die door Witteveen+Bos is ontwikkeld is gevalideerd op basis van ‘leave-one-out’. Dat wil zeggen dat één grondstation buiten het algoritme wordt gehouden, zodat achteraf kan worden gecontroleerd hoe goed de meetreeks van dit station op basis van het algoritme kan worden gereconstrueerd. Door dat met alle stations één voor één te doen, ontstaat een beeld van de nauwkeurigheid van de methode.

Uit deze validatie is gebleken dat de gemiddelde fout (RMSE) 3,0 mm is voor de dagsom en 0,12 mm voor de 5-minuten-waarden. Bij het berekenen van deze fouten zijn dagen zonder neerslag buiten beschouwing gelaten. De prestaties voor de dagsom komen overeen met de resultaten van Goudenhoofdt en Delobbe (2009). Voor 5-minuten-waarden zijn in de literatuur geen referen-ties bekend, omdat nog niemand zich daaraan heeft durven wagen. De ervaring leert dat bij de gebruikelijke methode om 5-minuten-waarden te berekenen de fout nog erg groot is.

De gecorrigeerde neerslagradardata is geëxporteerd naar een bestand dat kan worden gebruikt in de rioleringsmodellen. Per radarpixel is in het rioleringsmodel een neerslagreeks beschikbaar. Dit gedetailleerde neerslagbeeld blijkt er in stedelijke omgeving toe te doen. De waterstanden in het gekalibreerde model van Eindhoven liggen heel goed op de rioolwaterstandsmetingen die ook in het Kallisto-project verzameld zijn. Dat geeft vertrouwen in het model en de metingen, maar ook in de methode waarop de corrigeerde neerslagradar is berekend.

Conclusie
In dit artikel is getoond dat het mogelijk is de neerslag per 5 minuten in stedelijk gebied nauwkeu-rig te bepalen met een hoge resolutie. Daarvoor is een slimme combinatie van de gegevens van de neerslagradar en grondstations nodig. De methode die hier is beschreven wijkt af van andere methoden in de keuze voor de kriging-methode (conditional merging) en het terugrekenen naar 5-minuten-waarden (op basis van grondstationmetingen). Uit de validatie blijkt dat deze keuzes zor-gen voor een nauwkeurig beeld van de ruimtelijke variatie in de neerslag per 5 minuten.

Verantwoording
Dit artikel is tot stand gekomen in opdracht van STOWA als onderdeel van de kennisdeling binnen het Kallisto-project. De in het Kallisto-project opgedane kennis wordt onder meer via een reeks artikelen in vakbladen gedeeld met de Nederlandstalige vakwereld.
Kallisto is mede mogelijk gemaakt door subsidie van het Ministerie van Infrastructuur en Milieu via het Innovatieprogramma KRW van Agentschap NL. Voor meer informatie: www.samenslimschoon.nl.

Literatuur

Goudenhoofdt, E. & Delobbe, L. (2009), Evaluation of radar-gauge merging methods for quantitative precipitation estimates, Hydrol. Earth Syst. Sci., 13, 195–203.

Sinclair, S. & Pegram, G. (2005) Combining radar and rain gauge rainfall estimates using condi-tional merging. Atmos. Sci. Let 6: 19-22.

0
0
0
s2smodern

Download hier een pdf van dit artikel.

De naam van het project komt van het Griekse ‘kallistos’, ofwel ‘de mooiste, schoonste’. Het doel van het Kallisto-project is om de waterkwaliteit en ecologie van de rivier de Dommel doelmatig en duurzaam te verbeteren door grip te krijgen op de vuilwaterstromen in de afvalwaterketen van de regio Eindhoven. Kallisto verkent hiervoor mogelijke sturings-, bergings-, zuiverings- en inrichtingsmaatregelen vanaf de rioolaansluitingen bij de mensen thuis tot aan de lozing van het gezuiverde effluent op de rivier de Dommel. Dit moet uiteindelijk leiden tot een set maatregelen voor een kosteneffectieve aanpak om de waterkwaliteit in de Dommel te verbeteren.

De kern van het probleem is dat bij hevige regen, directe overstorten vanuit de riolering van de tien gemeenten in de regio Eindhoven en de lozing van effluent van de rwzi Eindhoven leiden tot waterkwaliteitsproblemen in de rivier de Dommel. De slechte waterkwaliteit heeft directe gevolgen voor de aquatische ecologie. De volgende problemen treden op:
•    Door uitspoeling van onopgeloste bestanddelen (OB) bij hevige regen treden zuurstofdips (tot bijna zuurstofloosheid) op.
•    Hoge ammoniumpieken veroorzaken acute zuurstofloosheid of toxiciteit, vissterfte en/of verdrijving van fauna.
•    KRW-doelstellingen voor achtergrondconcentraties stikstof (N) en fosfaat (P) worden niet gehaald vanwege een te hoge stikstof- en fosfaatbelasting vanuit de rwzi naar de Dommel.

Gezien de verhouding tussen de geloosde vuilvracht bij regensituaties en de capaciteit van het ontvangende oppervlaktewater is het waarschijnlijk nodig om gericht aanvullende (biologische, hydraulische of fysisch/chemische) zuiveringscapaciteit in te zetten. In het kader van het Kallisto-project is daarom pilotonderzoek naar voorbehandelingstechnieken op de rwzi Eindhoven uitgevoerd.

Doelstelling pilotonderzoek
De doelstelling van het pilotonderzoek is te bepalen welke zuiveringstechnieken onder praktijkcondities het meest effectief zijn om riooloverstortwater (ROS) bij een overstortlocatie vanuit de riolering en/of overstortwater vanuit de regenwaterbuffertank (RBT) op de rwzi Eindhoven vergaand te zuiveren. De resultaten worden gebruikt voor het ontwikkelen van zuiveringsscenario’s in het rioolstelsel zelf en/of op de rwzi Eindhoven, die leiden tot een algemene verbetering van de waterkwaliteit in de Dommel.

Onderzochte zuiveringstechnieken
Op basis van het verwachte verwijderingsrendement voor onopgeloste bestanddelen en van randvoorwaarden voor plaatsing op een riooloverstortlocatie of op de rwzi Eindhoven vier technieken geselecteerd voor het verwijderen van OB:
•    Dissolved air flotation (DAF) (leverancier: Nijhuis Water Technology bv). Door de aanwezigheid van een parallel platenpakket is de stroomsnelheid laag. Dit maakt dat er een goede aanhechting van micro-luchtbelletjes aan de vuildeeltjes plaatsvindt. De vuildeeltjes bewegen zich vervolgens omhoog langs de platen naar de oppervlakte en worden daar door middel van een automatisch werkend schrapersysteem verwijderd.
•    Lamellenbezinking (leverancier: Facet) is een horizontaal doorstroomde aaneenschakeling van lamellenpakketten die in een bergbezinkbassin wordt geplaatst. Het verwijderingsprincipe berust  op bezinking van OB. Voor optimale verwijdering dient er laminaire stroming in het platenpakket plaats te vinden.
•    Fijnzeef (158-350 µm) (leverancier: BWA/Salsnes) is ontwikkeld voor vergaande verwijdering van OB. Via een zeefband met een filterdoek worden deeltjes uit het afvalwater gefilterd. Er vormt zich een koeklaag van grovere deeltjes en vezels; daarin en op blijven deeltjes achter die zelfs kleiner zijn dan de maaswijdte van het filterdoek.
•    Microzeef (10-50 µm) (leverancier: Hubert) bestaat uit een ronddraaiende trommel met een filterdoek. Het water gaat tangentiaal door het doek naar de filtraatzijde en verlaat het filter via een overstort. Het doek wordt periodiek of continu gespoeld met het filtraat.

Opzet pilotonderzoek
Om permanent onderzoek te kunnen doen en daarmee voldoende onderzoeksdata te genereren is er tijdens het pilotonderzoek riooloverstortwater en overstortwater uit de RBT op de rwzi Eindhoven gesimuleerd, zie afbeelding 1.

1304-04 fig1 Kallisto slibverwerking

Afbeelding 1. Schematisch overzicht van de rwzi Eindhoven, de gesimuleerde stromen en de technieken die op pilotschaal zijn onderzocht


Resultaten
In tabel 1 zijn de gemiddelde filtraatconcentraties en verwijderingsrendementen van OB, chemisch zuurstofverbruik (CZV) en totaal fosfaat weergegeven voor behandeling van riooloverstortwater.

Tabel 1. Gemiddelde filtraatconcentraties en verwijderingsrendementen bij behandeling van riooloverstortwater met verschillende  zuiveringstechnieken
1304-04 Kallisto tabel1
Uit de resultaten van de verschillende technieken in tabel 1 blijkt dat:
•    vergaande verwijdering van OB, CZV en P-totaal enkel mogelijk is door het doseren van chemicaliën (coagulant en polymeer);
•    DAF en fijnzeef zonder dosering van chemicaliën nagenoeg dezelfde verwijderingsrendementen behalen;
•    naschakeling van een 20 µm microzeef extra rendement behaalt op OB, maar weinig toegevoegde waarde heeft voor verwijdering van CZV en P-totaal.

Tijdens het pilotonderzoek zijn er diverse fractioneringen uitgevoerd. Hierbij is een deeltjesgrootte-verdeling gemaakt voor OB en CZV. Op basis van de verwijderingsrendementen per deeltjesgroottefractie kan zo een voorspelling gedaan worden van het verwijderingsrendement op een gefractioneerd monster van een riooloverstort. Een voorbeeld voor de verwijdering van OB is weergegeven in afbeelding 2.

1304-04 fig2 Kallisto

Afbeelding 2. Verwijderingsrendement voor verschillende fracties van onopgeloste bestanddelen riooloverstortwater met verschillende technieken


Randvoorwaarden voor toepassing van technieken op een riooloverstortlocatie of rwzi
Behalve dat OB en CZV vergaand verwijderd moeten worden, dienen de zuiveringstechnieken ook te voldoen aan een aantal andere voorwaarden voor toepassing op de rwzi of een riooloverstortlocatie:
•    goed omgaan met discontinuïteit van overstorten (10-15 keer per jaar, soms maanden niet);
•    goed omgaan met hoge concentraties OB ( > 1000 mg/l bij start overstort);
•    techniek is robuust en snel operationeel (< 5 minuten);
•    techniek is op afstand bestuurbaar/ controleerbaar, volautomatisch;
•    de reststroom is zo geconcentreerd mogelijk (klein volume);
•    geen of beheersbare geur- en geluidsbelasting;
•    laag energieverbruik.

Voor behandeling van riooloverstortwater bij een overstortlocatie zijn daarnaast nog enkele aanvullende voorwaarden gedefinieerd die op de rwzi Eindhoven van minder groot belang zijn:
•    kleine footprint en visueel inpasbaar (ondergronds);
•    veilig en bestand tegen vandalisme;
•    eenvoudig inpasbaar, aan te sluiten op bestaande riolering;
•    geen chemicaliënopslag, en geen afname van werking hulpstoffen bij langere standtijd.

Het gebruik van chemicaliën is op de rwzi Eindhoven goed te organiseren door de aanwezigheid van de benodigde infrastructuur en van geschoold personeel. Op een overstortlocatie geven het werken met chemicaliën, het opslaan van chemicaliën en de standtijd eerder praktische problemen.

De vier onderzochte zuiveringstechnieken zijn voor de verschillende toepassingen (op riooloverstort of op de rwzi) met elkaar vergeleken op prestaties (kwantitatief, tabel 2) en op de randvoorwaarden (kwalitatief, tabel 3).

Tabel 2. Vergelijking van verwijderingsrendement (gemiddeld, spreiding tussen haakjes) en chemicaliëngebruik van zuiveringstechnieken voor verschillende toepassingen

1304-04 Kallisto tabel2

Toepasbaarheid van technieken op riooloverstortlocaties en/of de rwzi Eindhoven
Voor de behandeling van riooloverstortwater liggen, kijkend naar de uitgangspunten en de rendementen, twee technieken het meest voor de hand: een lamellenbezinker geïntegreerd in een bergbezinkbassin, of een fijnzeef zonder toevoeging van coagulant en flocculant . Een DAF-installatie geeft ongeveer dezelfde rendementen als een fijnzeef, maar is veel lastiger op een riooloverstortlocatie in te bouwen. Een tweetrapsfiltratie met een nageschakelde microzeef is praktisch niet haalbaar omdat de OB-belasting na een lamellenbezinker of fijnzeef te hoog is om een microzeef stabiel te laten functioneren.

Voor behandeling van influent tijdens buien op de rwzi Eindhoven is een fijnzeef met voorgeschakelde coagulatie met aluminiumsulfaat of flocculatie met een anionisch polymeer kansrijk. Echter, op basis van de onderzoeksresultaten scoort een DAF beter dan een fijnzeef op de punten maximaal verwijderingsrendement, dosering van polymeer, benodigde grootte full-scale installatie, processtabiliteit en robuustheid. Uit de verkenning van kansrijke scenario’s binnen het Kallisto-project komt vervanging van de bestaande voorbezinktanks op de rwzi Eindhoven door een DAF naar voren als interessante mogelijkheid. Hiermee is een hoger zuiveringsrendement op de rwzi Eindhoven mogelijk en de bestaande voorbezinktanks kunnen tijdens hevige regenbuien als buffer worden ingezet om riooloverstortingen te reduceren.

Vervolgonderzoek
Om de technische en economische haalbaarheid van DAF op de rwzi Eindhoven nader te bepalen is recentelijk uitgebreider onderzoek met een grotere DAF-installatie opgestart. Dit onderzoek is een samenwerking van Waterschap De Dommel, Waterschap Brabantse Delta, Witteveen+Bos en Nijhuis Water Technology en wordt mede gefinancierd door STOWA.

Verantwoording
Dit artikel is tot stand gekomen in opdracht van STOWA als onderdeel van de kennisdeling binnen het Kallisto-project. De in het Kallisto-project opgedane kennis wordt onder meer via een reeks artikelen in vakbladen gedeeld met de Nederlandstalige vakwereld.
Kallisto is mede mogelijk gemaakt door subsidie van het Ministerie van Infrastructuur en Milieu via het Innovatieprogramma KRW van Agentschap NL. Voor meer informatie: www.samenslimschoon.nl.

Literatuur
Waterschap de Dommel en gemeente Eindhoven (2013), Pilotonderzoek naar behandeling van riooloverstortwater. Het eindrapport is te downloaden via www.samenslimschoon.nl/projectinformatie/werkpakket_3/resultaten_onderzoek

0
0
0
s2smodern

Download hier een pdf van dit artikel.

De afgelopen decennia is de rol en opzet van (semi-)publieke organisaties in de waterketen - drinkwaterbedrijven, waterschappen, gemeenten en (in mindere mate) provincies (zie afbeelding 1) - sterk veranderd. Door fusies van waterschappen en drinkwaterbedrijven is het aantal ketenpartners sterk afgenomen en zijn grote organisaties ontstaan. Naast deze consolidatie is ook gewerkt aan integratie van taken. Organisaties in de waterketen hebben in 2011 het Bestuursakkoord Water ondertekend, onder andere om onderlinge samenwerking te stimuleren en schaalvoordelen te behalen. Met het regeerakkoord van het kabinet Rutte-II (oktober 2012) is bovendien afgesproken om de opschaling van waterschappen en gemeenten de komende jaren voort te zetten.

1304-05 figuur1 ds LLR scenarioplanning
Afbeelding 1. De Waterketen anno 2013

Ook externe krachten creëren dynamiek in de waterketen. Burgers stellen nieuwe eisen, wettelijke normen veranderen, ambities van aanverwante sectoren en overheden creëren kansen, technologische ontwikkelingen komen vanuit andere sectoren overgewaaid en de economische situatie is onzeker. Het tempo van veranderingen is hoog, de uiteindelijke richting vaak nog onzeker. Management en bestuur van organisaties in de waterketen staan aan de vooravond van belangrijke keuzes, die bepalend zullen zijn voor het succes waarmee ze op deze dynamiek kunnen anticiperen.

Met de door Atos en Witteveen+Bos in eigen beheer en in eigen opdracht uitgevoerde Scenario Planning Waterketen 2023 wordt een brede en onafhankelijke blik van buitenaf gegeven. Deze Scenario Planning is bedoeld als een handvat waarmee de waterketen de toekomst beter kan inschatten, en er adequaat op in kan spelen.

Natuurlijk heeft niemand de waarheid in pacht. Dit artikel beschrijft dan ook niet hoe de waterketen er in 2023 precies uitziet. Wel schetst de scenarioplanning vier mogelijke ontwikkelscenario’s, met voor elk scenario de gevolgen voor de waterketen op diverse vlakken. Geen van deze vier scenario’s zal volledig werkelijkheid worden, maar alle verruimen de blik voor wat kan gebeuren. Elk beeld bevat indicatoren die kunnen worden gebruikt om de bedrijfsstrategie tijdig aan te passen als het betreffende scenario zich (deels) ontvouwt.

Waarom toekomstbeelden voor 2023? Deze tijdspanne is klein genoeg om realistische toekomstbeelden te schetsen en urgentie te creëren, maar biedt tegelijkertijd voldoende ruimte aan organisaties om in te spelen op substantiële veranderingen.

Als basis voor de scenarioplanning zijn de trends en toekomstverwachtingen van waterketenpartners uit Noord-Brabant en Zuid-Holland gekozen. Deze regio geeft een representatief beeld van de Nederlandse waterketen omdat de landelijk bekende variaties in drinkwaterbronnen, bodemgesteldheid, type riolering, watersysteem en alle typen rioolwaterzuivering hier aanwezig zijn. Wij veronderstellen daarom dat vergelijkbare trends en scenario’s geldig zijn voor de hele Nederlandse waterketen. Daarnaast is met landelijke brancheorganisaties en vertegenwoordigers uit andere regio’s en sectoren (kennisinstituten, energiebedrijven) gesproken.

Aanpak
De methodiek van scenarioplanning is in de jaren zestig van de vorige eeuw ontwikkeld om systematisch om te gaan met een onzekere toekomst. Sindsdien is het uitgegroeid van een theoretisch denkinstrument tot een praktische techniek om kennis binnen organisaties te vergroten, strategie en visie te ontwikkelen en risico’s te beheersen. De methodiek helpt om externe veranderingen beter te begrijpen en er adequaat op te anticiperen. Een belangrijk uitgangspunt bij scenarioplanning is dat de toekomst niet met extrapolaties of kwantitatieve analyses te voorspellen is. De kern van de methodiek is de ontwikkeling van vier scenario’s op basis van een kwalitatieve trendanalyse. De ontwikkelde scenario’s beschrijven mogelijke toekomstige werelden. Ze zijn realistisch, maar houden altijd enige onzekerheid. De zes stappen van de methode worden toegelicht in tabel 1.

Tabel 1. Stappenplan voor de scenarioplanning

1304-05 scenarioplanning tabel1

 

Trends
Uit interviews met experts uit de waterwereld en scenarioplanning (zie lijst van betrokkenen in rapport Scenario Planning Waterketen 2023) en een literatuurstudie zijn ruim dertig trends en ontwikkelingen in de waterketen geïdentificeerd. De trends zijn geclusterd tot 17 hoofdtrends en ingedeeld in 5 groepen (zie tabel 2). De beschrijving van de trends is nader uitgewerkt in het rapport.

Tabel 2. 17 hoofdtrends ingedeeld in 5 groepen

1304-05 scenarioplanning tabel2

De tabel is niet uitputtend, maar is een weergave van de issues en uitdagingen van waterketenorganisaties anno 2013 die stakeholders tijdens de interviews hebben benoemd. De trends zijn vervolgens in een ervariumsessie op onvoorspelbaarheid en impact beoordeeld. De uitkomsten hiervan zijn verwerkt in een matrix, zie Afbeelding 2.

1304-05 figuur2 ds LR scenarioplanning
Afbeelding 2. Trends in Impact - onvoorpelbaarheidsmatrix

Toekomstwerelden
Het scenarioraamwerk om tot de toekomstwerelden te komen is opgebouwd uit twee assen (zie afbeelding 3), die op hun beurt zijn afgeleid van de trends die volgens experts zowel zeer onvoorspelbaar zijn als een hoge impact hebben (kwadrant rechtsboven in afbeelding 2). De as ‘maatschappelijke situatie’ (X-as in Afbeelding 3) is gebaseerd op trend 5 (De crisis zet door). De as ‘positionering van de waterketen’ (Y-as in Afbeelding 3) is afgeleid uit trends 4, 6 en 9, die een sterke onderliggende samenhang vertonen en samen zwaarder wegen dan de gerelateerde, maar op zichzelf staande trends 7, 10 en 16. De extremen die ontstaan aan de uiteinden van deze assen illustreren de kaders van vier scenario’s in 2023. Op de twee assen van het scenarioraamwerk zijn de vier verschillende toekomstscenario’s voor 2023 geplot (zie Afbeelding 3), die in dezeparagraaf zijn toegelicht.

1304-05 figuur3 ds LR scenarioplanning

Afbeelding 3. Vier toekomstige werelden van de waterketen 2023

De X-as: Ontwikkeling van de sociaal-economische situatie in Nederland
De X-as beschrijft de sociaal-economische situatie in Nederland. Op het linkeruiteinde van deze as staat een maatschappij waarin de crisis spoedig voorbij is en weinig schade heeft veroorzaakt. Het economische systeem is stabiel en vergelijkbaar met eind jaren ’90. Er heerst sociale rust, doordat er structurele oplossingen zijn gevonden voor een aantal problemen die de maatschappij voorheen als een zwaard van Damocles boven het hoofd hingen, zoals de dreigende pensioencrisis, de onbetaalbaarheid van de gezondheidszorg en de eurocrisis. De geloofwaardigheid van de waterketen is hoog en de financiële druk klein.

Aan het rechteruiteinde van deze as staat een maatschappij die is uitgehold door de aanhoudende crisis. De kredietcrisis en daarna de eurocrisis hebben hun sporen nagelaten: er is een tekort aan geld in Nederland, er ontstaat sociale onrust en het vertrouwen in het Nederlandse systeem brokkelt af. Ook het vertrouwen in de waterketen is geschaad, doordat langverwachte efficiëntieslagen lange tijd uitgesteld zijn.

De Y-as: Positionering van de waterketen
De Y-as beschrijft de positionering en de rol van de waterketenorganisaties in de maatschappij. Op welke positie de waterketen zich in 2023 op deze as bevindt, hebben ze deels zelf in de hand, maar wordt ook bepaald door externe factoren. Partijen kunnen zelf de strategische keus maken om te focussen op kerntaken of juist te differentiëren. Ook de maatschappij en de overheid hebben hier echter invloed op, bijvoorbeeld via specifieke taakstellingen en regelgeving.

De bovenkant van de Y-as staat voor een waterketen waarbinnen organisaties zich focussen op het uitvoeren van de beherende basistaken. Waterschappen, gemeenten, provincies en drinkwaterbedrijven zullen er alles aan doen om zo goed mogelijk aan de standaarden en verwachtingen van hun stakeholders te voldoen, bijvoorbeeld door het behalen van uitstekende scores in een sectorbenchmark. Organisaties zullen zich inspannen om de status quo te handhaven en waar nodig incrementele verbeteringen door te voeren. Deze kant van de as staat voor een minimale impuls voor innovatie, duurzaamheid en imagoverbetering.

In de wereld aan de onderkant van de Y-as worden waterketenorganisaties gestimuleerd om zich maatschappelijk ondernemend op te stellen. Ze verkennen de mogelijkheden van innovatie, marketing en verduurzaming. Ze voeren hun kerntaken adequaat uit, maar hebben daarnaast een sterke drive om te differentiëren. De sector als geheel wil zich onderscheiden en vooroplopen in maatschappelijk ondernemerschap. Deze trend speelt zich af binnen organisaties zelf, maar leidt ook tot nieuwe vormen van samenwerking in de waterketen of met klanten. Binnen een gedefinieerde bandbreedte bepalen waterketenorganisaties zelf welke taken ze uitvoeren en hoe ze dit doen. De meeste organisaties hebben innovatie als een belangrijk speerpunt op de agenda staan.

Wereld I: Effectieve waterketen
In dit scenario hebben de waterketenorganisaties voldoende financiële ruimte. Alle partijen concentreren zich op hun kerntaken en zetten zich in om de dienstverlening te optimaliseren. Dit doen ze vooral door bedrijfsprocessen effectiever te maken. Een mogelijke valkuil is dat waterketenorganisaties zich zo focussen op primaire processen dat ze de klant uit het oog verliezen. Bovendien is tijdens de crisisjaren tot 2023 weinig geïnvesteerd in infrastructuur en hebben organisaties zich vooral gericht op een goede exploitatie. De drinkwaterinfrastructuur, het rioleringsstelsel en de IT-architectuur zijn sterk verouderd en meer professionalisering is noodzakelijk. De samenwerking in de waterketen komt echter slecht op gang en organisaties zijn naar binnen gekeerd.

Wereld II: Open markt
In deze wereld heeft de overheid zich uit de waterketen teruggetrokken en staat de deur voor privatisering open. Grote marktpartijen nemen veel diensten over en buitenlandse spelers grijpen hun kans. Terwijl het drinkwaternet en het rioolstelsel nog in handen zijn van de overheid worden beheer en onderhoud uitgevoerd door marktpartijen. Burgers willen alleen voor noodzakelijke diensten betalen. De prijs is leidend en waterketenorganisaties focussen vooral op efficiency en winstmaximalisatie, waarbij net aan de basiseisen van een gezonde en veilige waterketen wordt voldaan en niet meer dan dat. De investeringen staan op een laag pitje, wat ten koste gaat van duurzaamheid, kwaliteit, veiligheid en milieu.

Wereld III: Nieuwe markt
In  dit scenario beperkt de rol van de overheid zich tot regie op afstand en raakt de waterketen sterk verweven met andere sectoren. Naast het beheer van de bestaande infrastructuur is er aandacht voor nieuwe oplossingen. Duurzaamheid, innovatie en vernieuwing zijn hierbij kernwoorden. Huishoudens krijgen een steeds belangrijkere rol in de waterketen. Burgers betalen uitsluitend voor afgenomen producten en er is ruimte voor decentrale en individuele oplossingen. De nieuwe waterketen staat dicht bij klanten. Dit resulteert in nieuwe verdienmodellen en de inzet van intelligente IT en diverse social media toepassingen. Nieuwe organisaties onderscheiden zich door gedifferentieerde dienstverlening en duurzame producten. Er is sprake van integratie in de waterketen met thermische energie, zonne-energie en windenergie. Uit de energiesector wordt smart metering overgenomen, ontwikkelingen in de agrofood-sector maken decentrale verwerking van afvalwater en slib mogelijk en vanuit de ict komen nieuwe mogelijkheden om waterstromen op afstand te monitoren.

Wereld IV: Innovatieve multi-utility bedrijven
In wereld IV leidt de economische voorspoed tot druk op het milieu, maar ook tot kansen voor duurzaamheid. Gedreven door maatschappelijke krachten richten steeds meer partijen zich op duurzaam ondernemen, en door de schaarste aan grondstoffen groeit het aandeel van duurzame energie en hergebruik van materialen. Veel organisaties volgen een ‘product leadership’-strategie waarbij innovatiekracht centraal staat. Zo is het concept van de ‘grondstoffenfabriek’ realiteit. Het afvalwaterbedrijf is zelfvoorzienend, het is rendabel om fosfaat en bioplastics uit rioolwater terug te winnen. Alle waterketenbedrijven halen hun energie uit eigen productieprocessen, aangevuld met zonne- en windenergie. Het resultaat is dat de waterketen steeds meer energie gaat produceren. Waterketenorganisaties transformeren zich tot multi utility-organisaties of gebundelde organisaties in de waterketen. Zij houden hun publieke vorm, maar hebben een veel grotere invloed in politiek en bestuur en profiteren van schaalvoordelen. Ze zijn ook betrokken bij pilots voor het opzetten van zelfvoorzienende regio’s met een sterke onderlinge interactie. Hierbij staat het hergebruik van water met decentrale behandelingsmethodes centraal.

Waarschuwingsindicatoren
De geschetste werelden zijn toekomstvisies die via een bepaalde route bereikt worden. Door de weg naar de werelden te beschrijven kunnen kenmerken of gebeurtenissen naar voren komen die als waarschuwingsindicatoren - de zogenaamde early warning-indicatoren - dienen om te bepalen op welke weg wij ons bevinden. Door in de toekomst op deze indicatoren te monitoren kan geanticipeerd worden op de meest waarschijnlijke toekomstwereld.

Per wereld zijn de volgende early warning-indicatoren bepaald.

Tabel 3. Early warning-indicatoren per toekomstwereld

1304-05 scenarioplanning tabel3

Afsluiting
Uit de scenarioplanning blijkt dat de waterketen er bepaald niet op hoeft te rekenen dat ze een periode van relatieve rust tegemoet gaat. Deze analyse geeft 17 duidelijke trends weer die allemaal een impact zullen hebben. De variëteit in trends is groot, in onderliggende oorzaken ook.
In dit onderzoek zijn vier scenario’s geschetst die inzichten bieden in de mogelijke toekomstige ontwikkeling van de waterketen. In tabel 3 worden de belangrijkste elementen van elk scenario genoemd. Voor organisaties hebben de verschillende scenario’s diverse implicaties op het gebied van infrastructuur, samenwerking, ict en organisatievorm. Naar aanleiding van deze scenarioplanning kunnen we de volgende algemene conclusies trekken:

•    De sociaal-economische ontwikkelingen zullen in sterke mate de organisatie en de infrastructuur van de waterketen bepalen.
•    Het vertrouwen van de burger in overheden heeft een grote invloed op de waterketen.
•    Technische ontwikkelingen maken de waterketen steeds veelzijdiger, efficiënter en duurzamer.
•    De waterketen moet in sommige scenario’s rekening houden met privatisering en toetreding van marktpartijen.
•    De manier waarop waterketenorganisaties met hun medewerkers omgaan verschilt sterk per scenario.
•    In de toekomst zullen waterketenorganisaties samenwerken met steeds meer partijen uit andere sectoren. Dit om efficiency en duurzaamheid te realiseren en te financieren.

De scenario’s maken duidelijk dat de waterketen zich in een turbulente omgeving bevindt. Ze geven de waterketenpartijen handvatten om controle te krijgen over de belangrijkste ontwikkelingen. Het is aan de organisaties zelf om een gepaste strategie uit te zetten om zich maximaal voor te bereiden op de toekomst. Het is helder dat het monitoren van de betrokkenheid van de klant en de invloed van de overheid op de sector van groot belang is om grip op de toekomst te houden.

Sommige waterketenorganisaties hebben al duidelijk een pad gekozen omdat zij in een bepaald toekomstbeeld geloven, andere organisaties wachten het nog af. Het is duidelijk dat niets doen en lijdzaam afwachten voor de betrokkenen in de waterketen geen optie is.

Referenties
1.   Scenario Planning Waterketen 2023. Atos - Witteveen+Bos. Download www.nl.atosconsulting.com/nl-nl/business_insights/scenario_planning/default.htm (maart 2013).
2.    Doelmatig beheer waterketen - Eindrapport commissie feitenonderzoek. VEWIN, VNG, UvW, Rijksoverheid (2010).
3.    Productiviteitstrends in de drinkwatersector. Een empirisch onderzoek naar het effect van regulering op de productiviteitsontwikkeling tussen 1985 en 2010. Centrum voor  Innovaties en Publieke Sector Efficiëntie Studies, Technische Universiteit Delft (2012).
4.    Routekaart Afvalwaterketen tot 2030. AgentschapNL, UvW, VNG (2012).
5.    Verbindend Water in de veranderende praktijk. Aanjaagteam Waterketen (2012).
6.    Waterschapsspiegel 2012 - Waterschappen onderling vergeleken (2012).
7.    Waterkracht. UvW, VNG, VEWIN (2012).


Informatie
Voor meer informatie over het onderzoek en het rapport Scenario Planning Waterketen 2023 kunt u contact opnemen met:

Natasja ’t Hart-van As            Arjen van Nieuwenhuijzen
Atos                                     Witteveen+Bos
T: +31 6 30 43 30 85            T: +31 570 69 73 17 / +31 6 53 92 50 56
E: Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. JavaScript dient ingeschakeld te zijn om het te bekijken. E: Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. JavaScript dient ingeschakeld te zijn om het te bekijken.

0
0
0
s2smodern

Download hier een pdf van dit artikel.

Dit komt doordat ze enerzijds weerstand bieden tegen regelmatig terugkerende afvoeren en anderzijds de schade beperken bij extremere afvoeren. In dit artikel laten we zien hoe deltadijken de robuustheid van een fictief gebied voor hoge rivierafvoeren kunnen verhogen en hoe dat gekwantificeerd kan worden. U zult zien dat het effect van een maatregel sterk afhankelijk is van de grootte van de afvoergolf. Dit betekent dat zelfs met deltadijken een extreem hoge afvoer een probleem is. Daar staat tegenover dat de schade veel geleidelijker toeneemt dan met gewone dijken, waardoor het gebied kan blijven functioneren bij hogere afvoeren. Tot slot leest u in de discussie waarom deltadijken multifunctioneel zouden moeten worden en hoe ‘interactieve ruimtelijke instrumenten’ (zoals de TouchTable) het afwegen van adaptatiemaatregelen ondersteunen.

Er is voldoende reden om maatregelen te onderzoeken die het risico van overstromingen kunnen verlagen. De verwachting is dat er door klimaatverandering vaker extreme rivierafvoeren zullen voorkomen en dat maatgevende rivierafvoeren hoger zullen worden. Zonder maatregelen leidt dit tot een toename van het overstromingsrisico. De schade door overstromingen zal daarbij toenemen door de verwachte ontwikkeling van de economische waarde achter de dijken. Als het huidige beleid wordt voortgezet, wordt de risicotoename tegengegaan door dijken te verhogen en te versterken. Het is echter de vraag of dit beleid wenselijk is [1]. Ten eerste kunnen de investeringen die hiermee zijn gemoeid op de lange termijn groot zijn. Ten tweede is het soms maatschappelijk onwenselijk om de dijken steeds verder te verhogen of regelmatig in hetzelfde gebied de dijk op de schop te nemen. Dit is niet nieuw. Het project Ruimte voor de Rivier is ooit mede gestart omdat men bedenkingen kreeg tegen steeds hogere dijken en meer waarde ging hechten aan ruimtelijke kwaliteit.

Op basis van welke criteria moeten maatregelen beoordeeld worden? Behalve verlaging van het overstromingsrisico tegen maatschappelijk aanvaardbare kosten, willen beleidsmakers graag een robuuster systeem. Binnen KvK (Thema Climate-Proof Flood Risk Management) wordt een raamwerk voor robuustheidsanalyse ontwikkeld, om te kunnen evalueren hoe maatregelen bijdragen aan een robuust systeem. Als een systeem robuust is voor rivierafvoeren, dan ontstaat zelfs bij bovenmaatgevende omstandigheden geen onbeheersbare situatie of ramp [2]. Bij een robuustheidsanalyse staat daarom de analyse van de gevolgen van overstromingen voor verschillende afvoergolven centraal. De belangrijkste aspecten van systeemrobuustheid zijn [3]:
•    reactiedrempel of weerstand (het afvoerbereik waarbij geen schade optreedt);
•    beheersbaarheid van de gevolgen (wateroverlast, overstroming of ramp);
•    proportionaliteit van de gevolgen (mate van geleidelijkheid waarmee de schade toeneemt met een toename van de afvoer).

Mogelijke maatregelen
Voor dit artikel hebben we de volgende alternatieve maatregelen beoordeeld op hun robuustheid:
A0    reguliere dijkverhoging (nulalternatief)
A1    aanleg van een deltadijk over de hele lengte
A2    aanleg van een deltadijk met verschil in hoogte
A3    aanleg van een deltadijk met verschil in hoogte, en aanleg van een compartimenteringsdijk.

Een deltadijk is zo hoog, breed en sterk dat de kans op een plotselinge en oncontroleerbare overstroming vrijwel nihil is. Bij bovenmaatgevende waterstanden kan er water over de (aarden) dijk stromen zonder dat hij faalt door erosie. Omdat de dijk niet faalt, zal de overstroming minder ernstig zijn en zal er minder schade optreden. Dit effect kan nog vergroot worden als de dijken niet overal even hoog worden gemaakt. De deltadijken in alternatief 2 en 3 hebben dit verschil in hoogte, waardoor het landelijke gebied eerder overstroomt dan het stedelijke gebied en er in totaal minder schade zal optreden.

Voor deze verkenning gebruiken we een fictief studiegebied (figuur 1). Langs de rivier liggen over de hele lengte hoge dijken, die een extreme waterstand moeten kunnen keren die gemiddeld gezien eens per 1250 jaar voorkomt (maatgevende afvoer van ongeveer 2.600 m3/s). In het landelijke gebied heeft de dijk een traditioneel, aarden profiel (zie voorbeeld in figuur 2) en het stedelijke gebied wordt beschermd door kades (zie voorbeeld in figuur 3).

1304-9 fig1 ds Deltadijken
Figuur 1. Fictief studiegebied

1304-09 fig2a Deltadijken

1304-09 fig2b Deltadijken
Figuur 2. Brede dijk, profieltekening (a) en foto (b). [7] (foto: Marjolein Mens)

1304-09 fig3a Deltadijken

1304-09 fig3b Deltadijken

Figuur 3. Kistdam, profieltekening (a) en foto (b). [7] (foto: Marjolein Mens)


Nul-alternatief (A0) - Reguliere dijkverhoging
Voor het nulalternatief worden de dijken op traditionele wijze verhoogd en versterkt. In het stedelijk gebied worden de kademuren verhoogd. Er wordt daarbij geen rekening gehouden met ruimtelijke kwaliteit. In het overstromingsmodel bevindt de doorbraaklocatie zich buiten het stedelijk gebied.

Alternatief 1 (A1) - Deltadijk
In dit alternatief worden deltadijken aangelegd over de hele lengte van de rivier. De hoogte komt overeen met het huidige toetspeil, en ze zijn doorbraakvrij (bijvoorbeeld door een brede binnenberm en een asfaltbekleding). Doordat deze dijken bij overstromen niet breken, zal de schade minder groot zijn dan in het nulalternatief.

Alternatief 2 (A2) - Deltadijk met verschil in hoogte
Ook in dit alternatief wordt langs het hele traject een deltadijk aangelegd, maar in het landelijk gebied is die 10 cm lager dan in het stedelijk gebied. Het landelijke gebied zal dus eerder overstromen dan het stedelijke gebied, waardoor het stedelijke gebied wordt ontlast.

Alternatief 3 (A3) - Deltadijk met verschil in hoogte én compartimentering
Alternatief 2 wordt hier uitgebreid met gevolgenbeperking in de vorm van een compartimenteringsdijk ter hoogte van de snelweg. De stad wordt hiermee extra beschermd tegen een overstroming. Door de andere ruimtelijke verdeling van het water worden de gevolgen beperkt. De snelweg ligt al op een verhoging waardoor de maatregel landschappelijk niet ingrijpend is. Voor compartimentering zullen doorgangen (zoals viaducten) afsluitbaar gemaakt moeten worden.


Vergelijking van de alternatieven
We hebben gekeken naar de effecten van een dijkdoorbraak (A0) en dijkoverlopen (A1-A3) op de waterdiepte en de schade in het achterliggende gebied, bij verschillende afvoergolven: 2.600 m3/s (de huidige maatgevende afvoer), 2.800 m3/s en 3.100 m3/s.

Figuur 4 toont de waterdieptekaarten voor alle alternatieven en alle afvoergolven. Figuur 5 toont de bijbehorende schade in miljoen euro als functie van de afvoergolf. Hierbij is voor A0 aangenomen dat er ook bij Q=2.600 m3/s kans is op een dijkdoorbraak, hoewel de dijken berekend zijn op een hogere afvoer (ze zijn immers verhoogd en versterkt). Deze aanname is gebaseerd op het feit dat de reactiedrempel bij gewone dijken heel onzeker is. Bij deltadijken is deze drempel veel nauwkeuriger te bepalen.

Uit Figuur 5 blijkt dat bij een relatief kleine overschrijding van de maatgevende afvoer (dus bij 2.800 m3/s) in A1 en A2 (deltadijken) minder schade optreedt dan in A0. Voegen we daar een compartimenteringsdijk aan toe (A3), dan blijft de stad bij deze afvoer bijna helemaal droog. Bij grotere overschrijdingen van de maatgevende afvoer (dus bij 3.100 m3/s) overstroomt de stad ook, ondanks de compartimenteringsdijk. Met andere woorden: hoe hoger de afvoergolf, hoe kleiner het verschil in schade tussen de alternatieven en het nulalternatief.

In absolute zin is de schade in de alternatieven A1-A3 bij alle afvoeren lager dan in A0. Dit komt doordat deltadijken niet breken maar overlopen, waardoor er minder water het gebied instroomt. Wat verder opvalt, is dat de schade bij alle deltadijk-alternatieven bij toenemende afvoer veel geleidelijker oploopt dan bij de traditionele dijken van A0. Het verschil tussen A2 en A3 is minimaal. Het effect van de iets lagere deltadijken in het landelijke gebied is niet zichtbaar, omdat alleen naar de maximale waterdieptes gekeken wordt. Wel duurt het langer voordat het water de stad bereikt, waardoor er mogelijk minder slachtoffers zullen vallen. Het effect op slachtoffers is in dit artikel niet meegenomen.

1304-09 fig4 ds Deltadijken

Figuur 4: waterdieptekaarten per afvoergolf en alternatief

1304-09 fig5 Deltadijken

Figuur 5: overstromingsschade als functie van de rivierafvoer, per alternatief

Samenvattend constateren we het volgende over robuustheid:
•    de weerstand is in alle alternatieven gelijk, maar is in A0 het meest onzeker;
•    de beheersbaarheid is in alle deltadijk-alternatieven verbeterd, doordat de dijken niet meer breken. Het effect is het grootst in A3, omdat de compartimenteringsdijk voorkomt dat de stad overstroomt. Bij welke afvoer de compartimenteringsdijk daadwerkelijk zal ‘falen’ (overlopen) hangt af van zijn hoogte;
•    de proportionaliteit in A1, A2 en A3 is groter dan in A0, omdat er relatief weinig schade optreedt bij een kleine overschrijding van de maatgevende afvoer.

De meerwaarde van een robuustheidsbenadering
Deze verkenning illustreert een robuustheidsbenadering voor het vergelijken van maatregelen die overstromingsrisico reduceren. Het gaat hier even niet om de kosteneffectiviteit van de maatregelen, uitgedrukt in de ratio overstromingsrisicoreductie/investeringskosten, maar om de relatie tussen overstromingsgevolgen en afvoergolven (figuur 5). Hieruit blijkt dat het effect van een maatregel afhangt van de afvoergolf die optreedt. Met deltadijken neemt de overstromingsschade veel geleidelijker toe dan met traditionele dijken. Deze grotere proportionaliteit, samen met een lagere overstromingsschade bij alle afvoergolven, zorgt ervoor dat het gebied bij meer afvoergolven kan blijven functioneren. De beheersbaarheid van de overstroming neemt dus toe. Alternatief 3, deltadijken met verschil in hoogte en een compartimenteringsdijk, scoort het hoogst op robuustheid.

De robuustheidsbenadering is een aanvulling op de risicobenadering. Dat kansverdelingen een minder grote rol spelen is een meerwaarde, omdat de kans op een overstroming moeilijk met zekerheid te bepalen is en omdat (overstromings-)kansen lastig te communiceren zijn. In plaats daarvan stellen we nu de vraag op welke afvoeren we voorbereid willen zijn. Vervolgens is de vraag op welke manier we ons voor willen bereiden: door tot een bepaalde afvoer nul schade te ‘garanderen’ met de mogelijkheid van een grote ramp (A0), of door bij sommige afvoeren al iets van schade toe te staan, maar ook te zorgen dat de schade geleidelijk oploopt bij toenemende afvoeren én de overstroming beheersbaar blijft (A1 t/m A3). Anders gezegd, bij een robuustheidsbenadering gaat het niet om het falen van een kering, maar om het falen van het gehele systeem (inclusief de waarde achter de dijken). Zolang het systeem kan blijven functioneren, en dus niet faalt, zijn zo nu en dan overstromingen geen ramp.

Deltadijken multifunctioneel?
We hebben laten zien dat deltadijken de systeemrobuustheid kunnen vergroten. Waar deltadijken het meest effectief zijn (stedelijk gebied) is er echter vaak geen ruimte om het dijktalud te verflauwen of een brede berm aan te leggen. De situatie vraagt dan om een duurdere constructieve oplossing, zoals met damwanden of kistdammen. Daarom is het interessant om te kijken naar de mogelijkheden voor medegebruik door andere functies, die de deltadijk mede kunnen bekostigen. Juist op een brede deltadijk is ruimte voor bebouwing, wegen of parken. Uit ontwerpsessies voor gebiedsontwikkeling is gebleken dat voor stedenbouwkundigen de waterkerende functie van een deltadijk slechts één van de vele eisen voor gebiedsontwikkeling is en dat de kosten hiervan nauwelijks een belemmering vormen [8]. Verschillende studies onderzoeken momenteel de kansen en beperkingen van multifunctionele deltadijken [1,4,5,6], onder andere in het STW-NWO onderzoeksprogramma naar multifunctionele waterkeringen.

Inzet van interactieve ruimtelijke instrumenten
Met een robuustheidcriterium komt er weer een besliscriterium bij, naast onder andere het economische risico, het slachtofferrisico, investeringskosten, neveneffecten en flexibiliteit. Bovendien gaat het bij multifunctionele dijken om gebiedsontwikkeling, waarbij ruimtelijke informatie essentieel is. Kennis voor Klimaat onderzoekt hoe ‘interactieve ruimtelijke instrumenten’ (zoals touchtables en maptables) ingezet kunnen worden voor het ontwerpen van regionale adaptatiestrategieën. We noemen een aantal eigenschappen. Ten eerste kunnen de gebruikers snel wisselen tussen grote hoeveelheden kaartlagen. Ten tweede kan men meerdere criteria combineren in één kaartbeeld. Ten derde kan men de transparantie van een kaartlaag aanpassen of twee kaartlagen over elkaar heen schuiven. Als laatste kan men kaarten direct aanpassen en de effecten hiervan doorrekenen. De nieuwe informatie wordt een nieuwe kaartlaag of een tabel of grafiek. De interactieve communicatie vergroot het vertrouwen in de ruimtelijke informatie en heeft daardoor een positieve invloed op het planningsproces [9].

Literatuur
1    Klijn, F., Kok, M. en De Moel, H. (Eds.) (2012). Towards climate-change proof flood risk management: Exploration of innovative measures for the Netherlands' adaptation policy inspired by experiences from abroad, Interim report, Knowledge for Climate Utrecht.
2    Mens, M.J.P. en Haasnoot, M. (2012). Deltafact Robuustheid. STOWA Deltaproof/KvK.
3    Mens, M.J.P., F. Klijn, K. M. de Bruijn, and E. van Beek (2011), The meaning of system robustness for flood risk management, Environmental Science & Policy, 14(8), 1121-1131.
4    Ellen, G. J., Boers, M., Knoeff, H., Schelfhout, H., Tromp, E., Van den Berg, F., Borgers, H., Rengers, J., De Wit, S. & Wessels, J. (2011). Multifunctioneel medegebruik van de waterkering. Delft: AT Osborne & Deltares.
5    Loon-Steensma, J.M. van (2011). Robuuste multifunctionele rivierdijken: welke kansen en knelpunten zien stakeholders voor robuuste multifunctionele dijken langs de rivieren in het landelijk gebied? Alterra, Wageningen (Alterra-rapport 2228).
6    Moel, H. de; Beijersbergen, J.; Berg, F. van den; Goei, J. de; Koch, R.C. de; Koelewijn, A.R.; Loon-Steensma, van J.M.; Molenaar, I.M.; Steenbergen-Kajabová, J.; Schelfhout, H.; Versluis, S.; Zantinge, A.M., (2010). Klimaatdijk in de praktijk: Gebiedsspecifiek onderzoek naar nieuwe klimaatbestendige dijkverbeteringsalternatieven langs de Nederrijn en Lek. Utrecht : Klimaat voor ruimte, (KvK rapport 019/2010).
7    Urbanisten, Gemeente Rotterdam, Arcadis, Royal Haskoning, Deltares, Hoogheemraadschap van Schieland en Krimpenerwaard, Gemeente Schiedam, Waterschap Hollandse Delta, Hoogheemraadschap Delfland (2010). Veilige en goed ingepaste waterkeringen in Rotterdam. Rotterdam: Knowledge for Climate Program.
8    Bos, M. en Klijn, F. (2010). Deltadijken: ruimtelijke implicaties: Effecten en kansen van het doorbraakvrij maken van primaire waterkeringen. Deltares rapport 1201353.
9    Eikelboom, T. en Janssen, R. (2012). Interactive spatial tools for the design of regional adaptation strategies, Journal of Environmental Management, in press

0
0
0
s2smodern

Wij maken gebruik van cookies om de gebruikerservaring te verbeteren. Als je onze site bezoekt, ga je akkoord met het gebruik hiervan.      Ik snap het