VAN REGENWATER NAAR REGELWATER

Transcriptie

1 VAN REGENWATER NAAR REGELWATER Door slimmer om te gaan met het waterniveau in regenwaterbassins zijn overstromingen te voorkomen. mm NEERSLAG VERWACHTING: m m MET ZONDER ACTIEVE REGELING ACTIEVE REGELING WATERNIVEAU IN REGELWATERBASSIN: m uren dagen 3 Het waterniveau wordt ieder uur met een slimme klep aangepast op basis van actuele weersvoorspellingen. Fluctuaties van het waterniveau die zouden zijn voorgekomen in de natte maand juli van 8, door actieve regeling met de slimme klep. IMPLEMENTATIE: waterschap Bedrijven die meewerken krijgen korting op de waterschapsbelasting en inzicht in weersvoorspellingen op perceelniveau. duurzaam waterbeheer Aangesloten bedrijven kunnen dit uitdragen met het duurzaam waterbeheerkeurmerk.

2 Aanleiding: de slimme regenton Ontwikkelingen in verschillende vakgebieden kunnen elkaar beïnvloeden. Sommige vakgebieden maken momenteel reusachtige sprongen voorwaarts. Communicatie technologie maakt het onbeperkt verbinden van elementen en het gebruik van alle soorten informatie mogelijk met draadloze verbindingen. De rekencapaciteit van computers wordt snel groter en tegelijkertijd goedkoper. In een project op de universiteit is geprobeerd om het maximale te halen uit deze ICT-nieuwigheden voor een verbetering in het stedelijk waterbeheer. Daar is namelijk extra waterberging nodig, terwijl grond extreem duur is. Alle berging moet dus zo optimaal mogelijk worden benut. In het project is uitgegaan van een simpel bergingselement, in dit geval een regenton, die in elk deel van een stad te vinden is. Allereerst is kennis uitgewisseld met de vakgroep meet- en regeltechniek. Daar werken ze in de industrie al decennia met regelmethodieken die bergingselementen optimaal benutten, gebruik makend van metingen van de huidige toestand en voorspellingen van de aankomende toekomst. Vervolgens is geprobeerd om het stedelijk waterbeheerprobleem de functie te laten zijn van de hoeveelheid water in de regenton. Het concept is simpel en bestaat uit twee functies:. Voor de bewoners is een volle regenton gewenst in droge perioden, terwijl in de winter deze niet wordt gebruikt. Dit is vertaald in een variabele streefvulling over het jaar (hoger in de zomer, lager in de winter); Streefpeil J F M A M J J A S O N D. Voor de gemeente is het gewenst om zo min mogelijk piekbelasting te ontvangen in het (gemengd) rioolstelsel, terwijl er voorafgaand aan een piek ruimte genoeg is om water af te voeren. Dit is vertaald in het (gedeeltelijk) legen van de ton, gebaseerd op de neerslagvoorspelling, voordat een bui plaats vindt. Dit alles is gerealiseerd met een zonnepaneel, een waterniveausensor in de ton, een bestuurbaar klepje en een computertje met GPRS module. Nu is een slimme regenton een leuke gadget, maar het zet nog geen zoden aan de spreekwoordelijke dijk. De conventionele regenton Bij het horen van de prijsvraag van het Waterkader Haaglanden moesten wij direct aan de regenton denken. In het kassengebied van Westland liggen bij de kassen al grote bergingselementen. Als richtlijn geldt per hectare een beschikbare berging van 5 m 3 (Besluit Glastuinbouw, bijlage, paragraaf.5.) oftewel, 5 regentonnen ineens. Om die reden denken wij dat een slim geregeld regenwaterbassin (Regelwaterbassin) wel eens een doorbraak zou kunnen betekenen in het onder controle houden van de neerslagafvoer van kassengebieden. Van regenton tot een Regelwaterbassin bij iedere tuinder in de Oranjepolder vergt de inzet van verschillende disciplines. Om tot een zo volledig mogelijke oplossing te komen, bestaat ons team uit drie studenten met een verschillende achtergrond: Operationeel Waterbeheer, Vastgoed en Industrieel Ontwerpen.

3 Onze oplossing: het Regelwaterbassin Watervoorziening van de gewassen van de glastuinbouw is van groot belang. Niet alleen de kwantiteit, maar ook de kwaliteit speelt een belangrijke rol. Met name vanwege deze kwaliteitseis hebben veel glastuinbouwbedrijven grote bassins waarin ze regenwater opslaan. Dit is mogelijk door de regen die op de daken van de kassen valt, via de dakgoten richting de bassins te leiden. Het regenwater voldoet aan de kwaliteitseisen van de glastuinbouw, het gebruik van oppervlakte- of leidingwater is dan ook ongewenst. Bij veel glastuinbouwbedrijven zijn deze bassins dus reeds aanwezig. Waarom worden deze dan nog niet gebruikt om de piekafvoer te reduceren? Dat komt doordat op dit moment de enige functie van het bassin de watervoorziening van de gewassen is. De bassins worden daarom graag zo vol mogelijk gehouden, opdat de watervoorziening niet in gevaar komt. Wanneer er vervolgens een hevige regenbui plaats vindt, kunnen de bassins niet voor berging zorgen en het regenwater stroomt zonder piekreductie af naar de polderslootjes. Wanneer het concept van de slimme regenton wordt toegepast op deze bassins, blijft de watervoorziening gewaarborgd, maar kunnen de bassins tevens bijdragen aan een duurzaam en regelbaar watersysteem door het tijdelijk bergen van hevige regenbuien. Wanneer een hevige regenbui voorspeld wordt, kan het waterniveau in de bassins in de aanloop naar deze bui verlaagd worden. Op het moment dat Neerslag de bui valt, vult het bassin zich weer snel met regenwater. De computert en de regelbare klep zorgen ervoor, dat zowel voor, tijdens als na de bui de uitstroom uit het bassin niet hoger zal zijn dan 3l/s/ha. De aansturing van de regelbare klep door middel van een computer op basis van een verwachte regenbui, is getest en operationeel. Het resulterende waterniveau in een bassin voor, tijdens en na de opgegeven ontwerpbui is gesimuleerd. Hierin is uitgegaan van een bassin met een oppervlakte van 5 m en een maximale capaciteit van m 3. Het streefvolume in het bassin is 75 m 3 (oftewel een waterniveau van.5 meter). In de figuur hieronder is het waterniveau in dit bassin over een periode van uur afgebeeld. De aangedragen ontwerpbui heeft plaats op 7 uur vanaf het begin. De waterniveaus en uitstroomhoeveelheden zijn per uur berekend, aangezien de ontwerpbui ook gedefinieerd is in uurwaarden (3l/s/ha =.8 m 3 /uur/ha). Duidelijk is te zien dat zo n 5 uur voordat de ontwerpbui plaatsvindt, de regelbare klep het waterniveau begint te verlagen om zo voldoende volume beschikbaar te krijgen om de ontwerpbui op te slaan in het bassin. Gedurende een periode van 5 uur is minder dan 75 m 3 beschikbaar, maar nooit minder dan 85 m 3. Direct na de bui is het waterniveau in het bassin weer.5 meter. Er is dus weer 75 m 3 regenwater beschikbaar. Neerslag [mm/uur] Uitstroom [m 3 /uur] Waterniveau in bassin gedurende uur onder aansturing van een regelbare klep Uitstroom bassin gedurende uur onder aansturing van een regelbare klep

4 Twee technische kanttekeningen moeten nog gemaakt worden:. weersvoorspellingen zijn nooit perfect;. een tijdelijke reductie in de beschikbare hoeveelheid regenwater van deze orde (5 uur, tot minimale beschikbaarheid van 85 m 3 ) komt slechts zelden voor (het betreft een zeer extreme bui). In de twee blauwe kaders worden deze punten nader toegelicht. De op dit moment al aanwezige regenwaterbassins zijn ideale buffers voor heftige regenbuien. De voorgestelde oplossing kan echter ook prima uitgevoerd worden in combinatie met andere soorten bassins. Het waterlichaam waarop drijvende kassen verblijven kan ook met ons systeem beheerd worden. De bergingscapaciteit van dit systeem kan op deze manier optimaal benut worden. Maar ook het idee van waterberging onder kassen kan verbeterd worden door het waterniveau regelbaar te maken. Onze oplossing is dus niet alleen eenvoudig en goedkoop toepasbaar in de huidige situatie, maar biedt ook veel toegevoegde waarde voor allerlei nieuwe vormen van waterberging bij kassen. Het aansturen van de waterniveaus is centraal geregeld en zal moeten worden beheerd en uitgevoerd door het Hoogheemraadschap. Op deze manier kan de rest van het watersysteem (polders en boezem) mee anticiperen om zo nog meer uit de mogelijkheden van het huidige systeem te halen. Uiteraard kunnen per glastuinbouwbedrijf het gewenste streefpeil in het bassin en een eventueel minimum worden afgesproken, waar het computersysteem zich automatisch aan zal houden. Samen werken aan een duurzaam watersysteem Met de implementatie van dit systeem moeten de tuinbouwbedrijven in het Westland samenwerken om een gezamenlijk maatschappelijk doel te bereiken: het voorkomen van overstromingen in het Westland. Hoe kunnen we ervoor zorgen dat alle tuinbouwbedrijven meewerken? Het Hoogheemraadschap, de verantwoordelijke partij voor de waterhuishouding in het Westland, spaart met elke voorkomen overstroming veel geld uit. Het Hoogheemraadschap investeert in de apparatuur en het computersysteem, die zij installeren bij de bedrijven. Ook het onderhoud wordt gedaan door het Hoogheemraadschap. Een inschatting van de kosten per klep ligt op euro, daarbij komen nog eenmalige installatiekosten. In de tuinbouwsector zien wij veel focus op duurzaamheid en innovatie. Bijvoorbeeld Greenport Holland, met een marktaandeel van 4% in de Kwaliteit van de weersvoorspelling Voorspelling zullen nooit perfect worden, maar worden wel steeds beter. De kwaliteit van de voorspellingen zal in de toekomst toenemen en daarmee ook de prestatie van het regelwaterbassin. Met de huidige voorspellingen presteert het regelwaterbassin echter al zeer goed. De student Operationeel Waterbeheer heeft tijdens zijn afstudeeronderzoek gewerkt aan het omgaan met de onzekerheden in de weersvoorspellingen. Dit heeft geleid tot een verbetering van het gebruikte regelsysteem dat goed om kan gaan met deze weersvoorspellingen. In de figuur hieronder is wederom het waterniveau in het bassin voor, tijdens en na de ontwerpbui gegeven. In de figuur op pagina is de voorspelling waarop de regelklep bepaalt om meer of minder water uit te laten stromen perfect. Dat wil zeggen, vanaf tijdstip is reeds zonder onzekerheid bekend, dat de ontwerpbui plaats heeft op uur 7. In onderstaande figuur is echter een voorspelling gebruikt welke gebaseerd is op de ontwerpbui, maar de karakteristieken heeft van de huidige voorspellingen van het KNMI. Met andere woorden, dit geeft aan hoe goed de computer en de klep in staat zijn de ontwerpbui te voorspellen in een situatie, waarbij de weersvoorspellingen door het KNMI zouden worden aangeleverd Waterniveau in bassin gedurende uur onder aansturing van een regelbare klep Perfecte voorspelling KNMI voorspelling

5 sector, noemt duurzaamheid als een van de belangrijkste kernpunten in hun visiedocumenten Excelleren! 4 en Vitaal Tuinbouwcluster 4. Bijdragen aan maatschappelijke vraagstukken wordt ook in de kernpunten genoemd. Belangenbehartigingsorganisatie LTO Noord Glaskracht richt zich in de visie op maatschappelijk verantwoord ondernemen in de glastuinbouwsector. Hieruit concluderen wij dat de tuinbouwbedrijven in het Westland open zullen staan voor een bijdrage aan het oplossen van het probleem. Om het bijdragen aan een beter watersysteem in de omgeving te promoten en zo veel mogelijk bedrijven in het Westland mee te laten doen stellen wij voor dat het Hoogheemraadschap (eventueel in samenwerking met de waterafdeling van LTO (Landen Tuinbouworganisatie Nederland)) een keurmerk ontwikkelt. Een keurmerk dat staat voor een bijdrage aan een duurzaam watersysteem in de omgeving. Elk bedrijf dat een klep laat installeren door het Hoogheemraadschap mag het label voeren op zowel het bedrijf als zijn producten. Zo wordt kenbaar gemaakt wie bijdraagt en wie niet. Hiermee kunnen de glastuinbouwbedrijven laten zien dat zij daadwerkelijk iets doen met de maatschappelijke betrokkenheid die veelvuldig genoemd wordt in de visiedocumenten die zij publiceren. Naast het voeren van het keurmerk stellen wij voor om de meewerkende bedrijven een korting op hun waterschapsbelasting te geven, zodat zij direct voordeel hebben bij het Regelwaterbassin. Met deze maatregel voorkomt het Hoogheemraadschap grote overstromingsschade. Een deel van deze kostenbesparing kan zo terugvloeien naar de tuinders, die in onze oplossing, een actieve rol spelen in het voorkomen van deze schade. Ook stellen wij voor het tuinbouwbedrijf inzicht in de weersinformatie op perceelniveau te geven, eventueel via een display op het bassin, zodat zij daar hun voordeel mee kunnen doen. Situatie onder normale omstandigheden De gegeven ontwerpbui zorgt weliswaar voor een periode van maximaal 5 uur met een verminderde hoeveelheid beschikbaar regenwater, de gehele piekafvoer van de ontwerpbui is afgevlakt en gereduceerd tot een langere periode met een afvoer van 3l/s/ha. Daar komt nog bij dat deze bui slechts eens in de 5 jaar voor komt (58 mm in minuten, zie Buishand en Wijngaard, Technische rapport KNMI, Statistiek van extreme neerslag voor korte neerslagduren). Om een beeld te geven van het gedrag van het waterniveau in het bassin onder meer normale omstandigheden, is een simulatie gedaan met de historische neerslaggegevens van de maand juli in 8. Hiervoor is gekozen, omdat in juli de waterbehoefte van de glastuinbouw het hoogst is en in de zomer regelmatig korte, maar heftige (onweers) buien voorkomen. In de neerslagserie van juli 8 komt een neerslagpiek voor van 3 mm in 6 minuten. Deze bui komt eenmaal per 5 jaar voor. Wederom is een voorspelling met dezelfde kwaliteit als die van het KNMI gebruikt en wordt de klep aangestuurd door het regelsysteem dat goed met onzekerheden in voorspellingen om kan gaan. Wat opvalt in de figuur linksonder is dat het waterniveau in het bassin eigenlijk de hele maand juli zeer dichtbij de verlangde.5 meter blijft. De neerslag piek aan het einde van de maand, welke eens in de 5 jaar voorkomt, zorgt slechts voor een kortstondige waterniveau daling van 4 cm. Op dat moment bevat het bassin nog 56 m 3 regenwater. In de figuur rechtsonder is de toevoer naar de slootjes in de polder in deze maand juli in het geval dat het bassin altijd vol zou zitten en de regen direct naar de slootjes zou afstromen en de toevoer naar de slootjes wanneer het regelwaterbassin operationeel was geweest weergegeven. Het is duidelijk: zonder het regelwaterbassin zou de grens van 3l/s/ha in juli 8 meerdere malen overschreden zijn, echter met het regelwaterbassin blijft de maximale toevoer naar de slootjes altijd voldoen aan deze grens en blijft de watervoorzienende functie van de bassins in tact. Neerslag [mm/uur] Neerslag juli 8 Toevoer [m 3 /uur] 5 5 Toevoer naar slootjes zonder regelwaterbassin Waterniveau in bassin in juli 8 onder aansturing van een regelbare klep Toevoer naar slootjes met regelwaterbassin.5.5 Toevoer [m 3 /uur]