H2O Vakartikelen

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.

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.

Figuur 2. Verschilmeting grondstation en radarbeeld (10 juni 2011)

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

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.

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.

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.

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

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.

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

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

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.

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

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

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.

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.

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

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.

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).

Figuur 1. Fictief studiegebied

Figuur 2. Brede dijk, profieltekening (a) en foto (b). [7] (foto: Marjolein Mens)

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.

Figuur 4: waterdieptekaarten per afvoergolf en alternatief

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

Download hier een pdf van dit artikel.

Zo kan het effect van (recreatieve) scheepvaart in kleine kanalen (watertype M3) tot aangepaste doelen leiden, vergelijkbaar met het effect van scheepvaart in de grote kanalen binnen de KRW-maatlatten (M6, M7). Mede op basis van de opgedane kennis onderzoekt Delfland momenteel of het mogelijk is om andere meetstrategieën te gaan hanteren.

Het onderhouden en uitvoeren van meetnetten is kostbaar. Daarom besteedt Delfland periodiek aandacht aan de vraag of een meetnet nog optimaal is ingericht. Bij zo’n optimalisatie kan men rekening houden met ruimtelijke veranderingen in een beheergebied, nieuwe inzichten etc. en er zo voor zorgen dat de monitoring aan blijft sluiten op vragen vanuit het beleid. Naast een analyse van deze vraagkant is ook een analyse van de antwoordkant nodig: levert de monitoring inzichten en antwoorden waarmee het beleid verder kan?
Als onderdeel van dit proces heeft Ecofide de monitoringsgegevens over de periode 1986-2010 geanalyseerd1. In totaal waren er 1160 macrofauna-analyses beschikbaar afkomstig van 325 verschillende locaties. Deze gegevens zijn gekoppeld aan waterplanteninventarisaties, waterkwaliteitsgegevens en locatiekenmerken (zoals scheepvaart, landgebruik en watertype). De locaties zijn over het gehele beheergebied van Delfland verspreid. Het merendeel (90%) is van het type sloot of kanaal. Daarnaast zijn er ook enkele plassen en grachten in het meetnet opgenomen.

Karakteriseren van stuurfactoren
De 22 mogelijke stuurfactoren verklaarden 21% van de aanwezige variatie in macrofaunagemeenschappen. Dit is een redelijk acceptabel percentage. Zeker gezien het feit dat er in de dataset weinig variatie zit binnen parameters met normaliter een groot effect op de aquatische ecologie zoals zoutgehalte en eutrofiëring. Verder toonde eerder onderzoek2 aan dat gewasbeschermingsmiddelen een belangrijk effect hebben op de macrofaunasamenstelling in het water van Delfland. Aangezien metingen van deze stoffen op veel locaties ontbraken, is deze stuurfactor verwerkt in het type landgebruik (glas/stad/gras/industrie). De belangrijkste stuurfactoren in het gebied van Delfland bleken acuut toxische NOx-concentraties, watertype (kanaal versus sloot), scheepvaartintensiteit en landgebruik te zijn.

Acuut toxische NOx concentraties
De eerste belangrijke stuurfactor met een significant effect op de macrofaunagemeenschap bleek de nitraat/nitriet concentratie (figuur 1). Gelukkig hebben inmiddels landelijke, regionale en lokale inspanningen geleid tot een duidelijke daling in de concentraties over de jaren en is het optreden van acuut toxische nitraat/nitriet concentraties tegenwoordig een incident. Ook de macrofauna lijkt ondertussen op deze verbetering te reageren, waarbij het aantal soorten toeneemt.

Figuur 1. Het verband tussen verhoogde nitraat/nitriet concentraties en de diversiteit van de macrofauna

Daarnaast zijn, zoals gezegd, watertype (kanaal versus sloot), scheepvaartintensiteit op de kanalen en landgebruik van de sloten belangrijke stuurfactoren voor de macrofaunagemeenschappen. Ook de bedekking met waterplanten reageert op deze factoren, waarbij met name de gesommeerde bedekking van drijvende en submerse vegetatie correleert met de macrofauna samenstelling.

Scheepvaart in kleine kanalen
Hoewel slechts een beperkt aantal formeel als waterlichaam is aangemerkt, zijn vanuit de Kaderrichtlijn Water (KRW) bekeken de meeste kanalen in het beheergebied van Delfland van het watertype M3 (gebufferde regionale kanalen). In de ecologische beoordeling van M3-water wordt vooralsnog geen onderscheid gemaakt op basis van de scheepvaartintensiteit, waar dat onderscheid voor grotere kanalen als M6 en M7 wel een onderdeel van de KRW-maatlat uitmaakt. Door nu ook voor kleine kanalen dit effect te kwantificeren ontstaat inzicht dat gebruikt kan worden bij het opstellen van regionale doelen.
Binnen het beheergebied van Delfland is voor dit onderzoek de scheepvaartintensiteit in vier categorieën ingedeeld; kanalen zonder scheepvaart, kanalen met alleen pleziervaart, kanalen met lichte beroepsvaart zoals tuindersvletten en kanalen met beroepsscheepvaart. In dit laatste geval is overigens ook de diepte van het kanaal duidelijk afwijkend en zullen beide factoren een gezamenlijk effect hebben.
De intensiteit van de scheepvaart bleek de belangrijkste stuurfactor voor de flora en fauna in ondiepe kanalen. Voor de waterplanten neemt het bedekkingspercentage van zowel de drijvende als de submerse waterplanten toe met een afnemende scheepvaartintensiteit. In de meeste locaties blijven deze percentages overigens vrij laag (<10%). Alleen in enkele kanalen zonder scheepvaart is de bedekking met drijvende waterplanten groter. Ook de macrofauna reageert op deze verschillen. Zo neemt het totaal aantal soorten toe van 24 bij kanalen met beroepsvaart naar 35 bij de aanwezigheid van lichte beroepsvaart, 45 bij de aanwezigheid van pleziervaart en 53 in afwezigheid van scheepvaart. Deze toename vindt plaats binnen meerdere groepen zoals libellen, kevers, wantsen, haften en watermijten.

Landgebruik binnen sloten
Delfland monitort enkele honderden sloten op hun flora en fauna. Deze sloten hebben een variërende breedte en lopen door steden, natuur-, landbouw-, industrie- en glastuinbouwgebieden. Statistische analyses maken een helder onderscheid op basis van de diversiteit van de macrofaunagemeenschap, die ook is te correleren aan verschillen in de bedekking door submerse en drijvende waterplanten. De invloed vanuit de verschillende typen landgebruik is moeilijk in één parameter te kwantificeren, maar laat zich wel in meerdere parameters herkennen. Zo is de fosfaatconcentratie in de natuurgebieden duidelijk lager (0,3 t.o.v. 1,1 mg/l), vertoont de oeverhoek een geleidelijk verschil met over het algemeen vrij steile oevers (72°) in stad, industrie en glastuinbouwgebieden en is de nitraat/nitriet concentratie in de glastuinbouwgebied het hoogst (8,2 mg/l versus 0,1 voor de natuurgebieden en 2,1 voor de overige gebieden). Deze relatie tussen oplopende drukfactoren en de macrofauna is in figuur 2 geïllustreerd aan de hand van enkele macrofaunagroepen.

Figuur 2. Het effect van het landgebruik op enkele macrofaunagroepen in sloten Weergegeven zijn de gemiddelden en de standaard fouten.

Door het grote aantal locaties kon de macrofauna ook binnen de verschillende typen landgebruik nader bestudeerd worden. Hieruit bleek dat in landbouwgebied vooral de breedte van de sloten en de aanwezigheid van gemalen van belang was; dat in industriegebied vooral het doorzicht relevant is en dat in het glastuinbouwgebied bestrijdingsmiddelen een rol spelen.

Macrofauna en waterplanten
De indeling van wateren in kanalen en sloten is een gradueel systeem, waarbij de verschillen tussen een grote sloot en een klein kanaal beperkt zijn. Omdat 90% van de monitoringsinspanning zich binnen Delfland richt op deze lijnvormige wateren zijn de verbanden nader bestudeerd door de bedekking met waterplanten en de soortenrijkdom van de macrofauna met elkaar in verband te brengen (figuur 3). Beide blijken een vrijwel lineaire relatie te vertonen met een toenemende diversiteit van de macrofauna bij een toenemende bedekking door waterplanten. De verschillende macrofaunagemeenschappen zijn hierbij te relateren aan de stuurfactoren scheepvaart en landgebruik. Alleen de sloten in natuurgebied kennen een opvallend soortenrijke macrofauna bij een lage bedekking met waterplanten.
In de figuur zijn bij de macrofauna overigens niet alle soorten gesommeerd. Met name het aantal soorten dansmuggen en oligochaeten vertoont meestal geen relatie met de waterplanten en is in deze optelling niet opgenomen.
Delfland wil in zijn monitoringprogramma meer gebruik gaan maken van deze bewezen correlatie tussen de macrofauna en macrofyten. Verder komt dit inzicht goed van pas bij het opstellen van doelen voor “overig water”.

Figuur 3. De relatie tussen de bedekking met waterplanten en de diversiteit van de macrofauna Weergegeven zijn de gemiddelden en de standaard fouten.

Regionale ecologische doelen
Om de toepasbaarheid van deze analyse bij het opstellen van doelen voor “overig water” te verbeteren zijn ten slotte Ecologische Kwaliteitsratio’s (volgens de KRW-maatlat) berekend voor alle individuele macrofaunamonsters (watertype M3 voor de ondiepe kanalen en M1a voor de sloten; Figuur 4).
Ondiepe kanalen met pleziervaart hebben gemiddeld een 12% lagere EKR-waarde dan kanalen zonder scheepvaart en bij kanalen met lichte beroepsvaart is de EKR-waarde 0,1 punt lager dan zonder scheepvaart. Voor sloten is een vergelijkbare afname te zien op basis van het landgebruik, met de hoogste EKR-waarden in sloten in een natuurgebied. Sloten in een industriegebied, de stad of het landbouwgebied ontlopen elkaar niet veel, maar in het glastuinbouwgebied zijn de EKR-waarden significant lager. Deze waarden zijn overigens gemiddelden uit de hele dataset van 25 jaar. De afnemende druk vanuit de gewasbeschermingsmiddelen2 zal op termijn tot stijgende EKR-waarden kunnen leiden.

Figuur 4. EKR-waarden voor de verschillende macrofaunagemeenschappen

Vinger aan de pols
De uitgevoerde analyse toont aan dat het belangrijk is om behalve voor beoordeling van de monitoring zelf, ook periodiek tijd te maken om de gegevens integraal te beoordelen. Het verkregen inzicht is nuttig bij het onderbouwen van beleidsrelevante thema’s (zoals regionale doelstellingen), kan leiden tot een meer kosteneffectieve monitoring en levert een vinger aan de pols voor lokale ontwikkelingen. Daarnaast zijn de positieve trends in de tijd een stimulans voor alle samenwerkende partijen om door te gaan met het verbeteren van de waterkwaliteit en zo de zich herstellende ecologie verder te helpen.

Literatuur
1) Ecofide (2011). Stuurfactoren en trends voor de macrofauna in Delfland. In opdracht van het Hoogheemraadschap van Delfland. Rapportnr. 34.
2) Ecofide (2008). Twee decennia monitoring van bestrijdingsmiddelen en Daphnia’s. Een data-analyse voor het beheersgebied van HH Delfland. In opdracht van de RWS-Waterdienst.

Download hier een pdf van dit artikel.

Waterretentie en verzadigde  en onverzadigde waterdoorlatendheid zijn de cruciale bodemfysische eigenschappen in modelstudies naar bijvoorbeeld verdroging, klimaatbestendigheid, uitspoeling van mest en nutriënten en gedrag van pesticiden in de bodem. Deze nieuwe schematisatie vervangt de veelvuldig gebruikte PAWN-schematisatie uit 1988. In een publiek-privaat samenwerkingsverband van waterschap Vallei & Eem (inmiddels Vallei en Veluwe), Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden en Alterra is een methodologie ontwikkeld om, uitgaande van de Bodemkaart van Nederland, bodemfysische eenheden te genereren die als invoer dienen in modelstudies. Doordat de invoer van deze bodemfysische eigenschappen nu is verbeterd, bestaat er een betere overeenstemming tussen modeluitkomsten en praktijkwaarnemingen. Dit draagt bij aan de acceptatie van modeluitkomsten door gebruikers en vergemakkelijkt daarmee de beleidsuitvoering.

Aanpak
Om te komen tot een adequate en functionele bodemfysische schematisatie zijn in dit project de complete profielen van de 315 bodemeenheden van de Bodemkaart van Nederland, schaal 1 : 50.000, gekarakteriseerd met bodemfysische bouwstenen van de Staringreeks. Vervolgens zijn voor alle eenheden met een relatief eenvoudig hydrologisch model belangrijke functionele kenmerken berekend zoals:
•    de laagste grondwaterstand waarbij een flux van 1 mm/d en een flux van 2 mm/d de onderkant van de wortelzone (bij pF 4.2) nog kan bereiken (kritieke z-afstand bij 1 mm/d en 2 mm/d);
•    het verzadigingstekort bij een flux van 1 en 2 mm/d over de bodemlagen tussen de berekende grondwaterstand en maaiveld;
•    de weerstand voor verticale stroming (C-waarde) van het profiel tussen maaiveld en 1,20 m beneden maaiveld;
•    de horizontale stroming van water (kD-waarde);
•    de hoeveelheid beschikbaar vocht in de wortelzone, onderverdeeld in gemakkelijk opneembaar en moeilijk opneembaar.

De uitkomsten van de berekeningen zijn met een multivariate clusteranalysetechniek geanalyseerd, waarbij de bodemeenheden vervolgens op basis van overeenkomstige kenmerken zijn gegroepeerd in een optimaal aantal clusters. Bij de daarna uitgevoerde nabewerking is erop gelet dat er binnen een cluster behalve overeenkomst in hydrologisch gedrag ook overeenkomst is in profielopbouw.

Conclusies
De clustering zorgde voor een reductie van de 315 bodemeenheden tot 72 bodemfysische eenheden. Deze 72 eenheden zijn afgebeeld op de Bodemfysische EenhedenKaart (BOFEK2012). Het voorkomen van de BOFEK-eenheden is vastgelegd in een landelijk GIS-bestand en per eenheid is een profielschets beschikbaar met een schematische beschrijving van de laagopbouw van het bodemprofiel tot 1.20 beneden maaiveld en de daaraan gerelateerde bodemfysische kenmerken. Deze nieuwe bodemfysische schematisatie vormt een belangrijke, betrouwbare pijler onder modelstudies naar bijvoorbeeld emissies van ammoniak en nutriënten en effecten van veranderingen in water- en bodembeheer. De nieuwe werkwijze resulteert in een gedetailleerde kaart met bodemfysische eenheden, waarbij de bodemkaart nog duidelijk herkenbaar is. Als gevolg van de overgang van de PAWN-schematisatie naar de BOFEK2012 schematisatie treden er verschillen op in grondwaterstanden en verdamping. Deze verschillen hangen samen met de bodemtypen en de onderliggende toekenning van de Staringreeksbouwstenen, maar zijn gemiddeld over een gebied gering.

Download het achtergrondrapport over dit onderwerp:
Alterra rapport 2387: http://edepot.wur.nl/247678

Literatuur
•    Wösten, J.H.M., de Vries, F., Denneboom, J.  & van Holst, A.F. (1988). Generalisatie en bodemfysische vertaling van de Bodemkaart van Nederland 1 : 250 000 ten behoeve van de PAWN-studie. Stiboka rapport 2055, 50 blz.
•    Wösten, Henk, Folkert de Vries, Tom Hoogland, Harry Massop, Ab Veldhuizen, Henk Vroon, Jan Wesseling, Joost Heijkers en Almer Bolman (2013). BOFEK2012, de nieuwe, bodemfysische schematisatie van Nederland. 88 pp. Alterra-rapport 2387