Geef hemelwater de ruimte voor een gezond stedelijk watersysteem

Dit artikel roept gemeenten en waterschappen op om samen te investeren in stedelijke watersystemen met voldoende ruimte voor hemelwater. Met oog voor samenhang tussen waterketen, hemelwatervoorzieningen, oppervlaktewater, grondwater en openbare ruimte.

Geschreven door Jeroen Langeveld (Partners4UrbanWater/TU Delft), Aad Oomens (Waterschap De Dommel), Wouter Stapel (Haskoning) en Bert Palsma (STOWA)

Veel opgaven voor de watersector hebben een relatie met de omgang met hemelwater. Denk aan klimaatadaptatie, de Kaderrichtlijn Water (KRW), doelmatigheid en de duurzaamheidsopgave. Deze opgaven vragen om een andere omgang met hemelwater in stedelijk gebied. De nadruk ligt volgens ons tot nu toe te veel op het benutten van afkoppelkansen met riool- of wegvervanging. Dit duurt te lang en levert vaak alleen incrementele verbetering, mede door een smalle focus op het afstromend hemelwater. Klimaatadaptatie vraagt bijvoorbeeld, naast afkoppelen, ook om herinrichting van de openbare ruimte en het oppervlaktewatersysteem.

Om te voldoen aan de KRW is een betere effluentkwaliteit nodig (beter zuiveren), maar de doelen komen ook dichterbij wanneer minder rioolvreemd water naar de afvalwaterzuivering wordt getransporteerd (minder water vuil maken) en daardoor de effluentvracht afneemt.

Anders omgaan met hemelwater vraagt om goed inspelen op de lokale kenmerken van bodem, watersysteem, afvalwaterketen, bebouwing en stedenbouwkundige structuur en het inspelen op de soms tegenstrijdige belangen van de verantwoordelijke partijen. De Monitor Gemeentelijke watertaken 2024 toont dat het tempo van afkoppelen, gezien als basisvoorwaarde voor een andere omgang met hemelwater, in de afgelopen jaren lag op (slechts) 0,8% per jaar [1]. ‘Slechts’, omdat de potentie bij een rioolvervangingstempo van 1,5% per jaar (op basis van een levensduur van 60 jaar) veel groter is.

Door de verstedelijking neemt het verharde oppervlak al decennia jaarlijks met 1% toe. De piekneerslagintensiteit neemt daarnaast jaarlijks met 0,5% toe. Dit geeft een toenemende druk op het stedelijke oppervlaktewater en het grondwatersysteem.

Het stedelijk waterbeheer gaat dus jaarlijks ongemerkt een stapje achteruit in plaats van vooruit. We denken een probleem op te lossen terwijl we nieuwe problemen veroorzaken. In dit artikel gaan wij in op de noodzaak om structureel meer ruimte te reserveren voor de omgang met hemelwater en te zorgen dat de verschillende onderdelen van de - in toenemende mate hybride - hemelwaterinfrastructuur onderling goed op elkaar zijn afgestemd. Met alleen een beetje afkoppelen komen we er niet.

Balans tussen waterketen en watersysteem
Afstromend hemelwater in stedelijk gebied wordt in Nederland op uiteenlopende manieren verwerkt. In 2024 was afgerond 49% van het afvoerend verhard oppervlak aangesloten op gemengde riolering, 36% op gescheiden hemelwaterriolering en 15% op andersoortige voorzieningen, vooral infiltratiesystemen [2]. Naast het type rioolstelsel bepalen de lokale geohydrologische kenmerken de rol van de waterketen en het watersysteem bij de verwerking van hemelwater. Tabel 1 toont de weg die het hemelwater volgt, kijkend naar de waterbalans van het hele gebied (dus verhard en onverhard). Dit is uitgewerkt voor een stedelijk gebied in een stadspolder en op een hoge zandgrond, voor een jaarneerslag van 800 mm.

In een stedelijk gebied in een stadspolder, met als kenmerkende eigenschappen hoge grondwaterstanden en een slecht doorlatende bodem, gaat bij een gemengd rioolstelsel het grootste deel van de netto neerslag in de vorm van afstromend hemelwater of rioolvreemd water naar de rwzi en wordt dus verwerkt in de afvalwaterketen. Met een gescheiden HWA-riool (hemelwaterafvoer) of een infiltratievoorziening komt het hemelwater uiteindelijk altijd in het oppervlaktewater terecht. Het verschil tussen een gescheiden HWA-riool en infiltratie van hemelwater is dan vooral het tempo waarin het hemelwater naar het oppervlaktewatersysteem stroomt: bij een HWA-riool is het grootste deel snelle afvoer en bij een infiltratievoorziening is het grootste deel langzame afvoer.

In een stedelijk gebied op een hoge zandgrond, met als kenmerkende eigenschappen lage grondwaterstanden, een goed doorlatende bodem en relatief weinig, stromend oppervlaktewater, is de rol van het oppervlaktewater anders. Het verwerkt dan alleen de snelle afvoer via overstort, uitlaat of overloop. De langzame afvoer van geïnfiltreerd water verloopt via aanvulling van het freatische grondwater, dat deels wordt afgevoerd via evaporatie en deels via langzame afvoer naar het oppervlaktewater. De rwzi ontvangt alleen de neerslag die via het gemengde rioolstelsel wordt aangevoerd. Rioolvreemd water via grondwaterinloop is vanwege de lage grondwaterstanden in dergelijke gebieden verwaarloosbaar.

Tabel 1. Uitgaande termen waterbalans per gebiedstype en stelseltype, voor een voorbeeldjaar met 800 mm neerslag [3]. Oranje: afvoer van neerslag via de waterketen, blauw: afvoer via het watersysteem, groen: aanvulling van grondwater, rood: verdamping. De gebiedstypen zijn de uitersten van in de praktijk voorkomende geohydrologische situaties voor Nederland

Veranderende omgeving
De hemelwaterinfrastructuur gaat lang mee. De gemiddelde levensduur van vrijvervalriolering in Nederland bedraagt 64 jaar en voor infiltratievoorzieningen wordt de technische levensduur ingeschat op 40 tot 60 jaar. Het stedelijk watersysteem wordt ingericht tijdens het bouwrijp maken van de omgeving. Daarmee wordt de balans tussen waterketen en watersysteem vastgelegd. Een flinke verandering in de omgang met hemelwater, bijvoorbeeld door afkoppelen, kan betekenen dat ook een nieuwe hoofdstructuur voor het stedelijk watersysteem noodzakelijk is. De structuur van het stedelijk oppervlaktewater ligt vast in het stedenbouwkundig concept en verandert daarmee nauwelijks tijdens het bestaan van een wijk.

De ontwikkelingen staan echter niet stil. Soms ontstaat de noodzaak voor aanpassingen die bij aanleg nog niet te voorzien waren. In het kader wordt dit geïllustreerd aan de hand van een kenmerkende fictieve wijk die een eeuw geleden is aangelegd. De hoofddoelstellingen van riolering, namelijk zorgen voor droge voeten en de volksgezondheid beschermen, gelden nog steeds. Vooral de voorkeur voor de wijze waarop deze worden ingevuld verandert in de tijd.
Drie ontwikkelingen verslechteren sluipenderwijs de werking van de stedelijke hemelwaterinfrastructuur:

Toename verhard oppervlak. Sinds 2000 is het totale verharde oppervlak in Nederland jaarlijks met ongeveer 1% toegenomen. Dit betreft voor ongeveer de helft stadsuitbreidingen en voor de andere helft stedelijke verdichting. Stedelijke verdichting leidt tot een hogere belasting van het stedelijk watersysteem en vergroot de kwetsbaarheid voor overbelasting bij piekbuien.

Klimaatverandering uit zich in hogere neerslagintensiteiten, langere droge periodes in de zomer en meer neerslag in de winter. Sinds 2000 zijn bijvoorbeeld al een toename van de jaarneerslag met gemiddeld 0,2% per jaar en een toename van de piekneerslagintensiteit met gemiddeld 0,5% per jaar gemeten. Daarnaast is de afgelopen jaren sprake van een groter neerslagoverschot in de winter en een groter neerslagtekort in de zomer. De verdeling van de neerslag over buien is ook veranderd: als gevolg van het veranderende neerslagpatroon is het jaarlijks overstortvolume (bij gelijkblijvende stelselkenmerken) sinds de jaren 50 van de vorige eeuw met gemiddeld 1,2% per jaar toegenomen ten opzichte van het oorspronkelijke overstortend volume. Het jaarlijks overstortvolume berekend met een neerslagreeks 2015-2024 is 70% hoger dan met de reeks 1955-1964. Wat dit netto betekent voor de emissie via de riooloverstorten is onbekend. Een hoger neerslagvolume per bui leidt in ieder geval tot een grotere verdunning met neerslag, maar wat dit betekent voor de opwoeling en uitspoeling van sediment en biofilm is niet in beeld. Klimaatverandering leidt ook tot een toename van hittestress. Gemeenten planten daarom soms extra bomen voor schaduw en verkoeling. Vergroening gaat echter gepaard met een grotere waterbehoefte in de zomer, wat het droogteprobleem versterkt. De hogere watertemperatuur in de zomer heeft bovendien een nadelig effect op de waterkwaliteit in het oppervlaktewater.

Bodemdaling, in delen van het land ongeveer 1 cm/jaar, zorgt voor een langzame maar gestage afname van de transportcapaciteit via riolen doordat het verhang afneemt. Ook resulteert het in minder bergingscapaciteit in de bodem en een afname van de berging in het watersysteem, doordat er minder ruimte tussen streefpeil en maaiveld overblijft.

Meer dan maatregelen tegen wateroverlast
Voor het stedelijk water lag de focus bij klimaatadaptatie de afgelopen jaren op het wegnemen van de wateroverlastknelpunten die naar voren komen uit stresstesten. Hierbij lag de nadruk veelal op intensieve buien. Het effect van langdurige natte periodes (zoals grondwateroverlast in de periode 2023-2024) en van toenemende droogte (zoals in de zomer van 2018) worden nog niet overal vertaald naar maatregelen voor het stedelijk water.

De aanpak van droogte is alleen mogelijk bij een goede afstemming tussen waterketen en watersysteem om zo gericht de sponswerking van het stedelijk gebied te verbeteren. Lokaal infiltreren van hemelwater zorgt voor meer aanvulling, maar deze aanvulling is bij droogte alleen nuttig als deze ook wordt vastgehouden in de bodem. Vasthouden in de bodem kan door te voorkomen dat deze extra aanvulling snel verdwijnt naar het diepe grondwater, (via drains) wordt afgevoerd naar het oppervlaktewater of via lekke riolen als rioolvreemd water naar de rwzi gaat. Daarnaast kan bodemverbetering met organisch materiaal substantieel bijdragen aan het vasthouden van water in de onverzadigde zone. Vanzelfsprekend vraagt ook het beperken van de grondwateroverlast, die bij lange natte periodes kan optreden, de nodige aandacht.

Meer ruimte voor hemelwater nodig
De nieuwe EU-afvalwaterrichtlijn geeft voor de verwerking van hemelwater de voorkeur aan blauw-groene infrastructuur. Dit sluit goed aan op de in Nederland gebruikelijke ‘trits’: vasthouden, bergen en afvoeren. Deze trits vertraagt de afvoer van hemelwater uit stedelijk gebied. Dit vraagt om meer ruimte in het stedelijk gebied om dit hemelwater vast te kunnen houden, naast de extra ruimte die ook nodig is om de piekbuien te kunnen bergen en afvoeren. Dit is een flinke uitdaging gezien de toenemende druk op de bovengrondse en ondergrondse ruimte in het stedelijk gebied – voor bijvoorbeeld de energietransitie, warmtetransitie en vuilcontainers voor gescheiden inzameling.

Hybride systemen onvermijdelijk
Het is meestal ondoelmatig om de stedelijke hemelwaterinfrastructuur te vervangen vóór het einde van de technische levensduur. Je maakt dan immers korter gebruik van de infrastructuur dan technisch mogelijk zou zijn. Dit maakt dat klimaatadaptatiemaatregelen bovenop of naast de bestaande infrastructuur komen. Denk bijvoorbeeld aan infiltratiekolken of het wegnemen van kolken aan één zijde van een weg en directe afvoer naar de berm. Ook kiezen veel gemeenten om pragmatische redenen voor gedeeltelijk afkoppelen, waarbij alleen de openbare ruimte en de voorzijde van woningen worden meegenomen.

Méér afkoppelen leidt vaak tot hogere kosten per vierkante meter. Ook vragen hogere afkoppelpercentages om een grotere verwerkingscapaciteit van het ontvangende oppervlaktewater of grondwatersysteem. Daarom is het niet reëel om te verwachten dat er zelfs op lange termijn (enkele decennia) geen enkele druppel hemelwater meer naar de rwzi zal stromen. Dit betekent dat er gedurende langere tijd hybride systemen zullen zijn, waarbij meerdere systeemtypen naast elkaar bestaan.

Balans verschuift
Een deel van de maatregelen verandert de verwerkingsroute van hemelwater en zorgt daarmee voor een verschuiving van de balans in het stedelijke watersysteem. Bij onttegelen en vergroenen neemt het verhard oppervlak af. Een groter deel van het hemelwater zal dan infiltreren in de bodem en niet meer via een gemengd of gescheiden riool worden afgevoerd. Afkoppelen van verhard oppervlak van gemengde riolering zorgt ervoor dat het hemelwater niet meer direct naar de rwzi wordt afgevoerd, maar lokaal naar het oppervlaktewater of naar het grondwater. Aangezien afstromend hemelwater zeker niet ‘schoon’ is, is het belangrijk om de effecten op de oppervlaktewater- en grondwaterkwaliteit mee te nemen bij het bepalen van de wijze van afkoppelen.

In alle gevallen is het, zeker bij hybride systemen, essentieel dat ervoor wordt gezorgd dat het ontvangende compartiment, het oppervlaktewater of de bodem, voldoende ruimte heeft om dit hemelwater te kunnen verwerken. In bestaand stedelijk gebied is het oppervlaktewatersysteem vaak te krap, doordat dit is aangelegd om alleen de belasting vanuit de riooloverstorten te verwerken. Het is bovendien ontworpen op basis van een ontwerpbui die niet meer past bij het huidige en toekomstige klimaat.

Bij oppervlaktewater met een strak peilbeheer zal het hemelwater dat naar het oppervlaktewater is afgekoppeld het gebied weer snel verlaten via het oppervlaktewatergemaal. Dan draagt het afkoppelen dus niet bij aan het bestrijden van droogte. De meerwaarde van afkoppelen naar oppervlaktewater is groter als dit samengaat met flexibel(er) peilbeheer. Dan beweegt ook het grondwaterpeil mee, waardoor ook daar meer water wordt vastgehouden.
In de praktijk zorgt de gemengde riolering vaak voor de afvoer van grondwater in de vorm van rioolvreemd water. In veel gebieden stijgt de grondwaterstand bij een natte periode en daalt weer in een daaropvolgende droge periode. Als het verpompte debiet via het rioolgemaal hetzelfde patroon vertoont, dan is er duidelijk sprake van de afvoer van rioolvreemd water door afvoer van geïnfiltreerde neerslag. Bij afkoppelen naar de bodem zonder gerichte maatregelen zal de hoeveelheid rioolvreemd water alleen maar verder toenemen, waardoor het effect van afkoppelen op de stedelijke waterbalans deels teniet wordt gedaan.

Meer balans in het stedelijke watersysteem
Om het stedelijk gebied leefbaar te houden, zetten gemeenten en waterschappen volop in op klimaatadaptatie. Meer groen moet hittestress beperken, maar vergroot de stedelijke watervraag. Meer berging in hemelwatervoorzieningen, oppervlaktewater en op het maaiveld moeten wateroverlast beperken, maar vraagt om meer ruimte voor hemelwater. Deze ruimtevraag – boven- en ondergronds – concurreert met die van bijvoorbeeld verdichting, mobiliteit en de energietransitie.

Afkoppelen is een middel om een meer natuurlijke waterhuishouding te bereiken: hemelwater niet langer snel afvoeren naar de rwzi, maar lokaal verwerken om de waterhuishouding te versterken. Om het tempo van de klimaatverandering en de toenemende stedelijke verdichting bij te benen is het wel nodig dat het tempo van afkoppelen omhooggaat. In potentie kan dit ook. Op basis van de technische levensduur is jaarlijks 1,5% van het areaal ‘aan de beurt’, nog afgezien van de koppelkansen die er ook volop liggen bij wegvervanging en stedelijke herinrichting. Kortetermijnaspecten, zoals kostenbesparingen door relining in plaats van vervanging, onvoldoende verwerkingscapaciteit van het watersysteem, gedeeltelijk afkoppelen, personeelsgebrek en concurrentie om ruimte, zijn enkele verklaringen waarom deze potentie onbenut blijft.

Het is aan de watersector om te kijken naar toekomstgerichte waardecreatie en zich niet te laten leiden door de hiervoor genoemde kortetermijnbeperkingen. Wij roepen gemeenten en waterschappen op om samen te investeren in een andere omgang met hemelwater, door hier ruimte voor te creëren in het oppervlaktewatersysteem, het grondwatersysteem en/of de openbare ruimte.