KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN FACULTEIT TOEGEPASTE WETENSCHAPPEN DEPARTEMENT BURGERLIJKE BOUWKUNDE LABORATORIUM VOOR HYDRAULICA de Croylaan 2, B-3001 Heverlee THE INFLUENCE OF RAINFALL AND MODEL SIMPLIFICATION ON COMBINED SEWER SYSTEM DESIGN Promotor : prof. dr. ir. J. Berlamont Proefschrift voorgedragen tot het behalen van het doctoraat in de toegepaste wetenschappen door Guido Vaes juli 1999
KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN FACULTEIT TOEGEPASTE WETENSCHAPPEN DEPARTEMENT BURGERLIJKE BOUWKUNDE LABORATORIUM VOOR HYDRAULICA de Croylaan 2, B-3001 Heverlee THE INFLUENCE OF RAINFALL AND MODEL SIMPLIFICATION ON COMBINED SEWER SYSTEM DESIGN Jury : prof. E. Aernoudt, voorzitter prof. J. Berlamont, promotor prof. G. De Roeck prof. J. Wiggers (TU Delft) prof. A. Saul (Univ. of Sheffield) prof. W. Bauwens (VUB) dr. G. Demarée (KMI) Proefschrift voorgedragen tot het behalen van het doctoraat in de toegepaste wetenschappen door Guido Vaes U.D.C. 556.16 juli 1999
1999 Faculteit Toegepaste Wetenschappen, Katholieke Universiteit Leuven All rights reserved. No part of this book may be reproduced, stored in a database or retrieval system or published in any form or in any way - electronically, mechanically, by print, photoprint, microfilm or by any other means - without the prior written permission of the publisher Department of Civil Engineering, University of Leuven, de Croylaan 2, 3001 Heverlee, Belgium. D/1999/7515/28 ISBN 90-5682-198-9
Voorwoord Bij het einde van dit doktoraatswerk wens ik allen te bedanken die ertoe hebben bijgedragen om dit werk tot een goed einde te brengen. Allereerst wil ik mijn promotor prof. J. Berlamont bedanken. Hij gaf mij de kans om dit onderzoek uit te voeren en gaf mij menige wijze raad. Onder zijn impuls was het prettig werken aan het Laboratorium voor Hydraulica. Verder wil ik nog prof. G. De Roeck, prof. J. Wiggers (TU Delft) en prof. J. Monbaliu danken voor hun opmerkingen die mij in staat stelden om dit werk te optimaliseren. Ook alle andere collega s van het Laboratorium voor Hydraulica en het Departement Burgerlijke Bouwkunde die rechtstreeks of onrechtstreeks mij in dit werk hebben gesteund, verdienen een welgemeend dankuwel. Hierbij wil ik speciaal ir. P. Willems bedanken met wie ik vele interessante discussies en een vruchtbare samenwerking had. Verschillende instanties verleenden hun medewerking aan dit onderzoek. Wallingford Software wil ik bedanken voor het gratis ter beschikking stellen van de software om rioleringsberekeningen uit te voeren. Aquafin wil ik bedanken voor de sponsering via verschillende projecten en voor het ter beschikking stellen van de gegevens van een aantal rioolstelsels. Ook Aminal en VMM droegen bij via projectsponsoring. Tenslotte wil ik het KMI bedanken voor het ter beschikking stellen van de neerslagdata. Ik wil dit werk graag opdragen aan Greet, die mij al die jaren zo goed geholpen en gesteund heeft. Tot slot verdient ook de steun vanwege familie en vrienden een eervolle vermelding. Guido Vaes Voorwoord 0.1
Water, de bron van alle leven; laat ons er omzichtig mee omspringen. Water, vaak ook de bron van ergernis en leed : te weinig water leidt tot droogte, woestijnvorming, hongersnood,... te veel water leidt tot erosie, mislukte oogst, overstroming,... Laat ons dus niet denken dat we de natuur kunnen bedwingen, maar laat ons haar bestuderen en leren begrijpen. Laten wij ons vereenzelvigen met de natuur : bewondering opbrengen voor het mooie dat zij ons schenkt, respect opbrengen voor de bovenmenselijke kracht ervan. Enkel zo kunnen wij de weg vinden om in harmonie met de natuur te leven. 0.2 The influence of rainfall and model simplification on combined sewer system design
Abstract A wide range of computer models and different types of rainfall input are used in practice for combined sewer system calculations. Driven by rapidly improving computer technology, modelling techniques, tools and possibilities are changing equally fast. The question can arise whether there is an unambiguous relationship between more detailed models and more accurate modelling results. In this study, models and rainfall input were investigated and compared in order to balance their degree of detail with the accuracy of the results. Two types of rainfall simplifications are studied in detail and the simulation results are compared with the results obtained with the original historical rainfall series of 27 years. First, the most extreme simplification into mean rainfall (i.e. IDF-relationships) is discussed, together with the single design storms (i.e. composite storms) which are derived from these IDF-relationships. Secondly, the selection of critical short time series from the historical rainfall series is discussed. Concerning the model simplifications, a rather extreme simplification into a reservoir model has been studied. With this approach the minimum requirements can be addressed, which are necessary to obtain results within a specific range of accuracy. These different types of simplification are then applied to different types of calculations : design of combined sewer systems versus impact calculations. Abstract 0.3
De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen 1. Situering 1.1 Inleiding Gemengde rioleringssystemen worden steeds complexer en ingenieurs trachten deze systemen steeds gedetailleerder en met grotere nauwkeurigheid te modelleren. Hiervoor is een breed gamma aan computermodellen beschikbaar met diverse detailleringsgraad. Bovendien worden ook verscheidene types neerslaginvoer gebruikt. Deze grote variatie in aanpak doet de volgende vragen rijzen : S Zijn de huidig beschikbare modellen en neerslaginvoer nauwkeurig? S Is het mogelijk om de neerslaginvoer en de modellen te vereenvoudigen zonder de nauwkeurigheid van de resultaten significant te beïnvloeden? S Wat is de invloed van de toepassing op de vereisten voor het model en de neerslaginvoer? Het doel van deze studie is een antwoord te zoeken op de bovenstaande vragen door verschillende methodologieën met hun bijbehorende keuze voor model en neerslaginvoer te vergelijken. Hierbij wordt de invloed van de vereenvoudiging van model en neerslag bestudeerd. De invloed van deze verschillende methodologieën wordt bestudeerd zowel voor het ontwerp van de rioleringen als voor de berekening van de emissies ter plaatse van overstorten. 1.2 Ontwerpdoelstellingen In een eerste fase moet een gemengd rioleringssysteem gedimensioneerd worden. Dit betekent dat de diameters moeten gekozen worden, zodat het (met regenwater) gemengde afvalwater kan afgevoerd worden. Verder moet er hierbij een nazichtsberekening worden uitgevoerd om na te gaan of er geen wateroverlast voorkomt binnen een aanvaardbare terugkeerperiode. Bij de uitbreiding van bestaande rioleringsystemen gebeuren dimensionering en nazichtsberekening vaak gelijktijdig met behulp van een hydrodynamische simulatie. 0.4 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
Omdat tijdens regenweerperiodes niet alle gemengde afvalwater in de rioolwaterzuiverings-installatie kan worden behandeld, worden overstorten ingebouwd. Ter plaatse van deze overstorten wordt het overtollige verdunde afvalwater in het oppervlaktewater geloosd. In de tweede fase van een rioleringsontwerp is het dan ook belangrijk om de emissies vanwege deze overstorten te begroten. Dit wordt in het algemeen impaktberekeningen genoemd. Emissiecriteria kunnen dan worden gehanteerd om de impakt te beperken. Aangezien de neerslag de drijvende kracht is achter overstortingen, worden in deze studie hoofdzakelijk de waterkwantiteitsaspecten behandeld. Het heeft geen zin om de waterkwaliteitsaspecten in detail te bestuderen, indien de waterkwantiteit niet nauwkeurig wordt ingerekend. Het uiteindelijke doel van impaktberekeningen is wel om de waterkwantiteits- en -kwaliteitseffecten in het ontvangende oppervlaktewater zelf te beoordelen. De emissies dienen dan als invoer voor immissieberekeningen. 1.3 Modellen en modelcomponenten Voor ontwerpberekeningen zijn twee modelcomponenten belangrijk : de oppervlakteafstroming en de stroming doorheen het rioolstelsel. Voor emissieberekeningen kunnen twee extra componenten in rekening worden gebracht : de vuilafstroming en het vuiltransport doorheen het rioolstelsel. Deze vier componenten kunnen in gedetailleerde of vereenvoudigde vorm worden ingebouwd in een modelleringssysteem. Omdat de gedetailleerde behandeling van de oppervlakteafstroming complex is, veel gegevens vereist en stochastische processen insluit, wordt de oppervlakteafstroming (en ook de vuilafstroming) meestal vereenvoudigd behandeld. De stroming doorheen het rioolstelsel is beter gekend. De set van differentiaalvergelijkingen die de stroming in een leiding ééndimensionaal beschrijft zijn de de Saint-Venant vergelijkingen. Verschillende vereenvoudigingen kunnen bekomen worden door termen in de bewegingsvergelijking te verwaarlozen. Een andere mogelijkheid van modelvereenvoudiging bestaat erin om meerdere leidingen samen te nemen en conceptueel als een reservoir te behandelen (dit zijn de zogenaamde bakmodellen). 1.4 Neerslaginvoer De neerslag is zeer sterk variabel in tijd en ruimte. Onweersbuien kunnen zeer kort en hevig zijn, maar zijn ook zeer lokaal. Voor gemengde rioleringen zijn onweersbuien Samenvatting 0.5
de belangrijkste bron van overstromingen. De neerslag varieert ook zeer sterk van jaar tot jaar. Daarom is het nodig om over een lange neerslagreeks te beschikken, typisch van een dertigtal jaren, waarin een statistisch representatief beeld van de neerslagvariatie vervat zit. Ook de ruimtelijke variatie van de neerslag is zeer belangrijk. Bij gebrek aan gegevens wordt de (lokale) ruimtelijke variatie van de neerslag binnen een bui vaak verwaarloosd. De neerslag van Ukkel wordt over het algemeen aanvaard als zijnde bruikbaar voor heel Vlaanderen, hoewel mogelijke verschillen nooit intensief zijn onderzocht. Het gebruik van Engelse neerslag voor rioleringsberekeningen in Vlaanderen, zoals in het verleden is gebeurd, is minder verantwoord. 1.5 Aanpak in deze studie De meest gedetailleerde berekeningen gebeuren door alle (belangrijke) leidingen afzonderlijk in het model mee te rekenen en continue lange termijn simulaties uit te voeren. Dit vereist veel rekentijd en daarom zijn vereenvoudigingen populair. Wat de neerslagvereenvoudiging betreft, wordt in deze studie de gemiddelde neerslag bestudeerd aan de hand van Intensiteit/Duur/Frequentie-relaties (IDF-relaties) en worden op basis hiervan ontwerpstormen opgesteld. Een andere bestudeerde mogelijkheid voor de vereenvoudiging van de neerslag is de selectie van de relevante korte neerslagreeksen uit een lange historische neerslagreeks. Wat de vereenvoudiging van het model betreft wordt de verregaande vereenvoudiging tot een bakmodel beschouwd. Tenslotte worden de verschillende vereenvoudigingen van neerslag en model toegepast en beoordeeld voor zowel ontwerp- als impaktberekeningen. 0.6 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
2. Intensiteit/Duur/Frequentie-relaties en ontwerpbuien 2.1 IDF-relaties IDF-relaties worden reeds tientallen jaren in de praktijk gebruikt om rioleringen te ontwerpen. Deze relaties geven een idee over de frequentie of terugkeerperiode van een gemiddelde neerslagintensiteit of een neerslagvolume dat over een welbepaalde periode (de buiduur) verwacht kan worden. In die betekenis is de buiduur een artificiële parameter die om het even welk deel van een neerslaggebeurtenis kan omvatten. IDF-relaties zijn zeker niet ouderwets en kunnen zelfs in dit computertijdperk heel wat informatie opleveren over de neerslag. De reden hiervoor is het fysisch gebaseerde verband tussen IDF-relaties en het ontwerp, namelijk de concentratietijd. De concentratietijd is de langste tijd die de regen nodig heeft om van een plaats in het afstromingsgebied naar het berekeningspunt te stromen. Er zal dus een bijdrage van de neerslag zijn in het berekeningspunt vanwege het gehele afwateringsgebied, wanneer de buiduur minstens gelijk is aan de concentratietijd. Dit betekent dat voor een zekere (constante) neerslagintensiteit een maximaal debiet wordt bekomen in het berekeningspunt na een duur gelijk aan de concentratietijd. Deze duur wordt dan ook de kritieke buiduur genoemd. De concentratietijd en de kritieke buiduur zijn specifieke parameters voor elk berekeningpunt. Er bestaat dus geen unieke kritieke buiduur voor een geheel afwateringsgebied. De kritieke buiduur voor opwaartse leidingen is klein en voor afwaartse leidingen zullen langere buiduren kritiek zijn. De IDF-relaties die tot 1996 in gebruik waren, werden in 1985 opgesteld door Demarée gebruik makend van de jaarlijkse maximale neerslagvolumes voor een breed gamma aan buiduren. Het gebruik van periodieke maxima leidt tot een bovengrens voor de terugkeerperiode, wat wil zeggen dat de intensiteit wordt onderschat. Dankzij de huidige computertechnologie kan alle neerslag ingerekend worden. Daarom werden nieuwe IDF-relaties opgesteld, gebaseerd op de neerslagreeks van Ukkel voor de periode 1967-1993 met een tijdstap van 10 minuten en gebruik makend van recente analysetechnieken. In eerste instantie werden de kansverdelingsfuncties opgesteld voor de neerslagvolumes in een bepaalde aggregatieperiode en dit voor een breed gamma aan aggregatieperiodes. De aggregatieperiode is de periode over welke de neerslag is gesommeerd om een gemiddelde neerslag gedurende een welbepaalde buiduur (gelijk aan de aggregatieperiode) te bekomen. De frequentie van een bepaalde neerslagintensiteit wordt dan bepaald door het aantal keren te tellen dat deze neerslagintensiteit voorkomt of wordt overschreden. Samenvatting 0.7
Nochtans kan in een korte periode deze neerslagintensiteit meerdere malen worden overschreden zonder dat de neerslag daarbij tot twee verschillende effecten zal leiden (bijvoorbeeld twee neerslaggebeurtenissen kunnen leiden tot slechts één waarneembare overstroming). Daarom dient er een onafhankelijkheidscriterium te worden ingevoerd om afhankelijke buien te elimineren. Bovendien kunnen twee effecten zo dicht na elkaar voorkomen dat ze ook slechts als één effect worden beschouwd (bijvoorbeeld twee overstortingen van een uur met enkele minuten ertussen zonder overstorting). Daarom werd besloten om het onafhankelijkheidscriterium te definiëren als volgt : een neerslaggebeurtenis is onafhankelijk als er in een bepaalde periode voor en na deze neerslaggebeurtenis zich geen groter of gelijk neerslagvolume voordoet. Voor deze periode voor en na de neerslaggebeurtenis werd het maximum van 12 uren en de buiduur gehanteerd. Indien geen onafhankelijkheidscriterium wordt gebruikt, bekomt men een ondergrens voor de terugkeerperiode, dit wil zeggen dat de intensiteit wordt overschat. Bij stijgende terugkeerperiode worden IDF-relaties die gebaseerd zijn op de monotone rangschikkingsmethode minder nauwkeurig. Daarom werden extreme waarde analyses toegepast voor terugkeerperioden vanaf 2 jaar. Hierbij werd een exponentiële kansverdelingsfunctie bekomen voor de terugkeerperiode in functie van de neerslagintensiteit (voor buiduren tot 360 minuten). De parameters van deze kansverdelingsfunctie variëren kwadratisch met de buiduur in een dubbel-logaritmisch assenstelsel (intensiteit versus terugkeerperiode). Een vergelijking van deze nieuwe IDF-relaties met deze van Demarée toont significante verschillen aan, welke gedeeltelijk te wijten zijn aan de gebruikte methodologie (jaarlijkse maxima, Gumbel verdeling), maar voor een groot deel ook aan de gebruikte neerslaggegevens (verschillende periode en tijdstap van de neerslaggegevens). In 1992 werden in Vlaanderen Engelse buien geïntroduceerd voor de berekening van rioleringen. De verschillen van de nieuwe IDF-relaties met de IDF-relaties die uit deze Engelse buien kunnen worden afgeleid, zijn veel groter, vooral voor de meer frequente buien. 0.8 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
2.2 Composietbuien Om een oplossing te bieden aan het gebrek aan passende ontwerpbuien voor rioleringsberekeningen in Vlaanderen, werden op basis van de nieuwe IDF-relaties ontwerpstormen ontwikkeld. Deze buien werden zodanig opgesteld dat slechts één bui nodig is voor een welbepaalde terugkeerperiode of frequentie, terwijl voorheen voor elke buiduur een aparte bui nodig was. Alle buiduren tussen 10 minuten en de maximale buiduur (360 minuten voor terugkeerperioden groter dan 1 jaar en 720 minuten voor meer frequente buien) zitten dus vervat in één enkele bui. Daarom worden deze buien composietbuien genoemd. Deze buien kunnen worden bekomen door voor een bepaalde terugkeerperiode de neerslagvolumes uit de IDF-relaties symmetrisch ten opzichte van het centrum van de bui uit te zetten, beginnende bij de kleinste buiduur (10 minuten). Deze composietbuien bevatten antecedent en posteriori neerslag. Deze antecedent en posteriori neerslag in de composietbuien werd gecontroleerd met de antecedent en posteriori neerslag uit de historische neerslagreeks. Hieruit bleek dat de medianen van de antecedent en posteriori neerslag van de historische neerslagreeks goed overeenkomen met de antecedent en posteriori neerslag van de composietbuien, maar dat er een zeer grote spreiding aanwezig is op de antecedent en posteriori neerslag in de historische neerslagreeks. Omdat de verschillen tussen de antecedent neerslag enerzijds en de posteriori neerslag anderzijds betrekkelijk klein is in vergelijking met de enorme spreiding op beide, blijkt de keuze van een symmetrische composietbui verantwoord. Deze composietbuien werden in 1996 veralgemeend geïntroduceerd voor rioleringsberekeningen via de Krachtlijnen voor een geïntegreerd rioleringsbeleid in Vlaanderen. Deze composietbuien verschillen significant van de Engelse ontwerpbuien die tussen 1992 en 1996 werden gebruikt. Indien de concentratietijd groter wordt dan 360 minuten (voor terugkeerperioden $ 2 jaar) kunnen de voornoemde composietbuien niet meer worden gebruikt. Zulke grote concentratietijden kunnen voorkomen wanneer grote afwateringsgebieden worden beschouwd en de afvoer ook via onverharde oppervlakken plaats heeft. Daarom werden IDF-relaties opgesteld voor buiduren tussen 1 uur en 15 dagen voor buien met een terugkeerperiode groter dan of gelijk aan 2 jaar. Voor deze grote buiduren blijkt dat de terugkeerperiode een twee componenten exponentiële kansverdelingsfunctie oplevert in functie van de neerslagintensiteit. De ene component leidt tot gepiekte buien (onweders), terwijl de andere leidt tot meer afgevlakte buien (regenfronten). Aangezien de initiële condities voor afstroming over onverharde oppervlakken sterk kan verschillen in zomer en winter, werd nagegaan in welke mate deze twee componenten van de exponentiële kansverdelingsfunctie gerelateerd zijn aan één van deze twee jaarhelften, waarbij de zomer wordt gedefinieerd als de maanden Samenvatting 0.9
april tot en met september en de winter van oktober tot en met maart. Hieruit blijkt dat de winterbuien zeer goed overeenkomen met de component van de exponentiële kansverdelingsfunctie die tot de meer afgevlakte buien leidt. De zomerbuien blijken een samenstelling te zijn van de twee componenten, waarbij de component die tot de gepiekte buien leidt, zich vooral manifesteert voor kleine buiduren. Dit is logisch aangezien onweders zich vooral in de zomer voordoen, maar de neerslag over langere buiduren in alle seizoenen meer gelijkaardig is. Het effect van berging opwaarts van het rioolstelsel kan enkel goed worden begroot indien de volledige variabiliteit van de neerslag wordt ingerekend, omdat een lange antecedent periode het effect kan beïnvloeden. Om het effect van deze opwaartse berging toch nog in de ontwerpbuien in te brengen, kan er een omweg gemaakt worden via een eenvoudig bakmodel. Hiertoe wordt een bakmodel opgesteld voor de bergingsvoorziening (bijvoorbeeld een regenwaterput) waarmee continue lange termijn simulaties worden uitgevoerd. De overstortende debieten van dit bakmodel kunnen dan worden geïnterpreteerd als afgevlakte neerslag, waarvoor IDF-relaties kunnen opgesteld worden. De verhoudingen van de IDF-relaties van deze afgevlakte neerslag en de IDF-relaties van de originele neerslagreeks kunnen dan worden toegepast op de composietbuien om een afgevlakte composietbui te bekomen, waarin het effect van de bergingsvoorziening is ingerekend. Deze procedure werd geïmplementeerd in het programma Rewaput. 0.10 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
3. Bakmodellen Om de emissies ter plaatse van de overstorten te berekenen, kan men het gehele rioolstelsel als een bak beschouwen, met een bepaald doorvoerdebiet naar de rioolwaterzuiveringsinstallatie en een overstort die in werking treedt wanneer er meer water toekomt dan er kan worden geborgen of afgevoerd. De methode van Kuipers was een grafische methode die van dit principe gebruik maakte en reeds in de jaren 50 werd toegepast. Hierbij werd echter ook de neerslag sterk vereenvoudigd. In de jaren 80 werden bakmodellen ontwikkeld, waarmee continue lange termijn simulaties konden worden uitgevoerd (bijvoorbeeld Glas). Bij deze bakmodellen werd de modelstructuur echter steeds vastgelegd, dit wil zeggen dat er een constante of een (met de berging) lineair variërende doorvoer verondersteld werd. Vele rioolstelsels gedragen zich echter niet-lineair, waardoor de resultaten van deze bakmodellen niet altijd even nauwkeurig zijn. 3.1 Karakterisering van gemengde rioleringen 3.1.1 Concept Om tegemoet te komen aan de nood om te weten hoe een rioolstelsel zich gedraagt (al dan niet lineair), wordt in dit werk een algemene methodologie voorgesteld om het rioolstelsel te karakteriseren aan de hand van de belangrijkste parameters. Deze karakterisering zal gebeuren aan de hand van de resultaten van simulaties met een gedetailleerd hydrodynamisch model. De basis hiervoor is de continuïteitsvergelijking. Wanneer de in- en uitstroom van een rioleringssysteem gekend zijn, kan er gezocht worden naar de relaties tussen de toestandsparameter (geborgen volume) en de stromingsparameters (in- en uitstromende debieten), dit is de berging/doorvoer-relatie. In eerste instantie wordt de methodologie uitgewerkt voor een eenvoudig rioolstelsel met één overstort. Het rioolstelsel wordt als één geheel beschouwd met één toestandsparameter en één doorvoerdebiet, dit wil zeggen dat het rioolstelsel als een bak beschouwd wordt met een uitloop en een overlaat. De karakterisering bestaat er dan in om een relatie te zoeken voor de uitloop en de overlaat in functie van de toestandsparameter (het geborgen volume). Samenvatting 0.11
Aangezien zo een bakmodel een ogenblikkelijke respons geeft en dus slechts in zeer beperkte mate rekening kan houden met de vertraging veroorzaakt door de stroming doorheen het rioolstelsel, moet deze vertraging apart worden ingewerkt. Dit kan gebeuren door de instroom gelijkmatig uit te middelen over de concentratietijd, welke wordt bekomen uit de hydrodynamische simulaties als de tijd tussen de piek van het hyetogram en het hydrogram ter plaatse van de uitstroom. Op deze manier wordt de piekverschuiving correct in rekening gebracht en wordt ook de afvlakking van de debieten veroorzaakt door de stroming doorheen het rioolstelsel reeds gedeeltelijk ingerekend. Zo wordt dus reeds een deel van de dynamische berging in rekening gebracht. Aangezien de concentratietijd geen constante is, maar kleiner wordt bij toenemend debiet, kan het nodig zijn om de piekverschuiving ook variabel te maken met de instroom. De uitvlakking over de concentratietijd wordt toegepast op de instroom vooraleer de berging/doorvoer-relatie wordt bepaald. 3.1.2 Berging/doorvoer-relaties Uit de analyse van de resultaten van hydrodynamische simulaties blijkt dat de berging in een rioolstelsel met goed resultaat kan worden opgedeeld in een statische en een dynamische berging. De statische berging is de berging die er in het systeem aanwezig is indien er geen instroom is, terwijl de dynamische berging net gecorreleerd is aan de (in)stroming in het systeem. Wanneer het doorvoerdebiet grafisch wordt uitgezet tegenover het totale bergingsvolume, vinden we een karakteristiek die meestal hysteresis vertoont. Deze hysteresis vertegenwoordigt de dynamische berging en kan worden bepaald als een functie van het instroomdebiet. De resterende (statische) berging kan dan worden bepaald als een functie van het uitstroomdebiet. Aan de hand van deze berging/doorvoer-relaties kan ook afgeleid worden of een rioleringssysteem zich lineair gedraagt of niet. Een rioleringssysteem gedraagt zich lineair indien het doorvoerdebiet lineair varieert met het bergingsvolume in het rioolstelsel. Bij een niet-lineair systeem, is het volume in het rioleringssysteem minder gecorreleerd met het uitstromende debiet. Hierdoor wordt het volume in het rioleringssysteem meer beïnvloed door de antecedent neerslag en gedraagt het zich als een meer capacitief systeem. Wanneer een niet-lineair rioleringssysteem zou worden benaderd door een lineair systeemgedrag, zullen (sterk) afwijkende resultaten worden bekomen. Het is dan ook duidelijk dat niet enkel de maximale berging en het maximale doorvoerdebiet van belang zijn, maar ook de ogenblikkelijke relatie tussen de berging en het doorvoerdebiet. 0.12 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
Wanneer de beschikbare statische en dynamische berging volledig opgevuld zijn, zal de overstort in werking treden. In bepaalde gevallen kan echter een grote hoeveelheid extra statische berging worden geactiveerd tijdens de overstorting door opstuwing vanwege de overstort. Deze extra statische bovendrempelberging kan worden ingerekend via een berging/overstort-relatie. Indien deze extra bovendrempelberging niet wordt ingerekend, zullen de overstortvolumes wel goed voorspeld worden, maar zullen de overstorthydrogrammen veel te sterk gepiekt zijn. Terwijl de statische berging vooral bepaalt of de overstort in werking treedt en welk volume wordt overgestort, zullen de dynamische berging en de extra statische bovendrempelberging vooral de vorm van het overstorthydrogram bepalen. Deze methodologie kan ook toegepast worden voor complexere rioleringssystemen. Een eerst manier is het opdelen van het systeem in meerdere subsystemen met elk een doorvoer en een overstort. Hierbij kunnen de doorvoer en de overstort de som zijn van meerdere doorvoerleidingen respectievelijk overstorten die als geheel worden gemodelleerd. Een tweede manier is het modelleren van een systeem met meerdere uitlaten (doorvoerleidingen of overstorten) met elk hun eigen berging/doorvoer-relatie of berging/overstortrelatie. 3.1.3 Oppervlakteafstroming Een tweede modelcomponent die gekalibreerd moet worden is de oppervlakteafstroming. Dit kan enkel aan de hand van metingen gebeuren. Ook voor de oppervlakteafstroming kan een onderscheid worden gemaakt tussen lineaire en niet-lineaire modellen. Het gebruik van een vaste afvoercoëfficiënt leidt tot een lineair gedrag voor de oppervlakteafstroming. Wanneer plasvorming op het oppervlak wordt beschouwd, zijn de verliezen afhankelijk van de antecedent neerslag, wat tot een niet-lineair model leidt. De plasvorming wordt dan geledigd door verdamping. Indien ook onverharde oppervlakken worden beschouwd, kan de plasvorming ook geledigd worden via infiltratie. 3.2 Het modelleringssysteem Remuli Gebaseerd op de basisparameters van een gemengd rioolstelsel zoals deze in dit werk werden geïdentificeerd, werd een fysisch gebaseerd conceptueel modelleringssysteem opgesteld. Dit modelleringssysteem (ook wel bakmodel genoemd) kreeg de naam Remuli. Dit modelleringssysteem omvat vier componenten : een component voor de oppervlakteafstroming, een afvlakkingscomponent, een component voor de dynamische Samenvatting 0.13
berging en een component voor de statische berging. De standaard neerslaginvoer omvat de neerslag te Ukkel voor de periode 1967-1993 met een tijdstap van 10 minuten, maar ook individuele buien kunnen worden gesimuleerd. In de oppervlakteafstromingsmodule kan zowel voor een vaste afvoercoëfficiënt als voor plasvorming worden gekozen. De oppervlakteberging kan worden geledigd via evaporatie of infiltratie. In de afvlakkingsmodule wordt de neerslag uitgemiddeld over de concentratietijd, die variabel kan worden gekozen (hyperbolische functie van het instroomdebiet). Om rekening te kunnen houden met het niet-lineair gedrag van een rioleringssysteem, werd de modelstructuur in het modelleringssysteem Remuli niet vastgelegd. Een breed gamma aan relaties tussen bergingsvolume enerzijds en in- en uitstromend debiet anderzijds kan worden gemodelleerd door gebruik te maken van stuksgewijs lineaire relaties. Door een assentransformatie toe te passen voor elk lineair subgebied, kan toch nog de eenvoudige en snelle analytische oplossing van de differentiaalvergelijking worden behouden. Zowel de relatie tussen statische berging en uitstroomdebiet als de relatie tussen dynamische berging en instroomdebiet kunnen stuksgewijs lineair gemodelleerd worden. Verder kan ook de extra statische bovendrempelberging stuksgewijs lineair worden gemodelleerd in functie van het overstortdebiet. Verschillende subbekkens, elk gekarakteriseerd via deze vier componenten, kunnen aaneengeschakeld worden in serie of parallel en ook het modelleren van overstortbekkens in nevenaansluiting (afwaarts van een overlaat) is mogelijk. Tenslotte is het ook mogelijk om stromingsrelaties te definiëren die het verband leggen tussen het uitstromingsdebiet en het bergingsvolume van de bak waar naar toe wordt gepompt. Dit maakt het modelleren van ledigingspompen, terugstroming en dergelijke mogelijk. Uiteindelijk worden de resultaten van de continue lange termijn simulaties statistisch verwerkt en worden overstortfrequentie, -volumes, -debieten, -duur en -piekdebieten als resultaat bekomen. Dit modelleringssysteem Remuli is zeer snel, namelijk 10 4 tot 10 6 keer sneller dan een hydrodynamische simulatie, waardoor de resultaten van een continue simulatie voor tientallen jaren op enkele seconden beschikbaar zijn. Het is dan ook een ideaal instrument om impaktberekeningen mee te maken en om scenario- en sensitiviteitsanalyses uit te voeren. 0.14 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
4. Selectie van korte neerslagreeksen In de lange historische neerslagreeks komen heel wat droog weer periodes voor of periodes met zeer lichte neerslag, die geen bijdrage hebben tot de effecten die men wil berekenen. Indien uit de lange neerslagreeks enkel de relevante korte neerslagreeksen worden geselecteerd, dan levert dit een enorme tijdsbesparing op bij het simuleren. Op die manier zouden deze geselecteerde korte neerslagreeksen een alternatief kunnen vormen voor de ontwerpstormen, waarbij de intrinsieke variabiliteit van de neerslag toch wordt behouden. Het belangrijkste probleem hierbij is het vinden van een geschikt instrument (of set van selectiecriteria) om deze selectie uit te voeren zonder teveel onnodige data over te houden. Hiertoe is het nodig bij de selectie rekening te houden met het uiteindelijke effect dat men wenst te berekenen met behulp van deze korte neerslagreeksen. Het systeem dat men wenst te modelleren kan hierbij een belangrijke rol spelen en de belangrijkste parameters van dit systeem moeten dan ook mee in rekening worden gebracht bij de selectie. 4.1 Korte neerslagreeksen voor ontwerpdoeleinden Voor ontwerpberekeningen worden reeds decennia IDF-relaties gebruikt. Dit lijkt dan ook een ideaal instrument om korte neerslagreeksen mee te selecteren. Hierdoor worden de belangrijkste parameters voor ontwerpberekeningen bij de selectie betrokken. Voor ontwerpberekeningen is het nodig om die neerslaggebeurtenissen te selecteren die tot een maximaal debiet (of waterhoogte) leiden voor een gegeven terugkeerperiode. Dit kan worden toegepast door voor een bepaalde aggregatieperiode (d.w.z. buiduur) alle neerslagreeksen te selecteren welke een overschrijding geven van de (gemiddelde) neerslagintensiteit die in de IDF-relaties overeenkomt met een gekozen ondergrens voor de terugkeerperiode. Door de selectie uit te voeren voor een wijde variatie aan buiduren, wordt rekening gehouden met de concentratietijd in elk punt van het rioleringsstelsel. De ondergrens voor de terugkeerperiode is nodig om het aantal geselecteerde korte neerslagreeksen te beperken. De ondergrens komt in principe overeen met de terugkeerperiode waarvoor men het ontwerp wil uitvoeren, omdat men niet in meer frequente buien is geïnteresseerd. Nochtans zal een veiligheidsmarge moeten toegepast worden op de terugkeerperiode om zeker te zijn dat alle nodige neerslagreeksen worden geselecteerd. De terugkeerperiode voor de selectie moet dus kleiner zijn dan de ontwerpterugkeerperiode om rekening te kunnen houden met de onvolmaaktheden van het selectie-instrument. Tenslotte moeten ook de nodige antecedent en posteriori neerslag worden geselecteerd voor elke geselecteerde neerslagreeks. Om het volledige effect van een Samenvatting 0.15
neerslaggebeurtenis waar te kunnen nemen, moet een posteriori neerslag gelijk aan minstens de concentratietijd worden toegevoegd. Omdat de maximale buiduur werd gekozen overeenkomstig met de maximaal voorkomende concentratietijd, betekent dit dat bij de selectie een posteriori neerslag gelijk aan de maximale beschouwde buiduur wordt ingerekend. Het selecteren van de antecedent neerslag is minder voor de hand liggend. De voorafgaande vullingsgraad van een rioolstelsel op het moment dat een neerslaggebeurtenis zich voordoet, kan een invloed hebben op het al dan niet kritiek zijn van deze neerslaggebeurtenis. De antecedent neerslag wordt dan ook gelijk aan de ledigingstijd van het rioolstelsel gekozen. Deze ledigingstijd kan echter sterk verschillen van rioolstelsel tot rioolstelsel. Bovendien heeft de keuze van de antecedent neerslagperiode een grote invloed op de reductie van de geselecteerde neerslaginvoer. Daarom werden verschillende sets van korte neerslagreeksen opgesteld voor verschillende waarden voor de maximale buiduur (dit is ook de posteriori neerslagperiode) en de antecedent periode. Wanneer voor elke buiduur de verschillende korte neerslagreeksen zijn geselecteerd met de bijbehorende antecedent en posteriori neerslag, kunnen de overlappingen worden weggewerkt en wordt één set van korte neerslagreeksen bekomen (voor een bepaalde concentratietijd en ledigingstijd). Deze selectie van korte neerslagreeksen voor ontwerpberekeningen met behulp van IDF-relaties, kan de neerslaginvoer reduceren met een factor 100 tot 200. Dit betekent dat de neerslagreeks van Ukkel van 27 jaren voor ontwerpberekeningen kan worden gereduceerd tot enkele maanden. 4.2 Korte neerslagreeksen voor impaktberekeningen Analoog aan de selectie van korte neerslagreeksen voor ontwerpberekeningen, kan deze methodologie ook toegepast worden voor impaktberekeningen. Voor impaktberekeningen zijn echter niet de maximale debieten belangrijk, maar wel de overstortgebeurtenissen. Deze overstortgebeurtenissen worden in sterke mate bepaald door de vulling van het rioleringssysteem. Daarom wordt geopteerd om een bakmodel als selectie-instrument te gebruiken. Hiermee kan de neerslagreeks zeer snel doorgerekend worden om zo (rekening houdend met de belangrijkste rioleringsparameters) op een snelle manier de korte neerslagreeksen te kunnen selecteren. De parameters die in rekening worden gebracht zijn de maximale berging in het rioolstelsel, het maximale doorvoerdebiet en de concentratietijd. De ogenblikkelijke relatie tussen berging en doorvoerdebiet is ook zeer belangrijk, maar wordt in eerste instantie niet in rekening gebracht om het aantal parameters te beperken. Dit leidt tot een onzekerheid op de selectie, waardoor veiligheidsmarges op de berging en doorvoer moeten worden ingerekend. In principe zou ook het oppervlakteafstromingsmodel kunnen worden ingerekend bij de selectie, 0.16 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
zodat inloophydrogrammen worden bekomen in plaats van hyetogrammen. Dit introduceert extra parameters in de selectieprocedure en is daarom in eerste instantie niet toegepast. Omdat de voorafgaande vulling van het rioleringssysteem zeer belangrijk is, moet veel aandacht besteed worden aan de selectie van de antecedent neerslag. Met behulp van het bakmodel kan het optimale startpunt van een geselecteerde korte neerslagreeks worden gezocht, zodat de desbetreffende overstortgebeurtenis op hetzelfde ogenblik start als de originele lange neerslagreeks. Verder wordt de posteriori neerslag zodanig gekozen dat de overstortgebeurtenis volledig is beëindigd. Om het aantal parameters te beperken werd de selectie enkel uitgevoerd voor een concentratietijd van 60 minuten. Overstorten met een kleinere concentratietijd komen weinig voor (indien de concentratietijd kleiner is dan 60 minuten kan het zijn dat een aantal korte, gepiekte overstortingen niet met de geselecteerde korte neerslagreeksen kunnen worden gesimuleerd). Om rekening te kunnen houden met grotere concentratietijden en de bijbehorende afvlakking, wordt een extra posteriori neerslag geselecteerd gelijk aan de maximaal beschouwde concentratietijd (240 minuten) verminderd met de gebruikte concentratietijd, dus gelijk aan 180 minuten. Doordat de overstortfrequentie meestal veel hoger ligt dan de frequentie van de buien waarmee een rioolstelsel wordt ontworpen, zullen veel meer korte neerslagreeksen geselecteerd worden. De totale lengte van een algemene set van geselecteerde korte neerslagreeksen zal dan ook groter zijn dan deze voor ontwerpberekeningen. Daarom kan het belangrijk zijn om de parameters van het rioleringssysteem nauwkeuriger in te rekenen om zo de selectie te beperken. In eerste instantie werd een algemene set van korte neerslagreeksen opgesteld die kan gebruikt worden voor een breed gamma aan rioolstelsels. De meest kritieke parameter om de selectie zo sterk mogelijk te beperken, blijkt de ondergrens voor het doorvoerdebiet te zijn. Vele rioolstelsels in Vlaanderen hebben echter een doorvoerdebiet dat tussen 0.5 en 1.5 mm/h ligt. Daarom werd de ondergrens voor het doorvoerdebiet op 0.5 mm/h gelegd. De tweede belangrijke parameter om de selectie te beperken is de overstortfrequentie. In Vlaanderen dient de gemiddelde overstortfrequentie beperkt te worden tot 10 dagen met overstorting per jaar. Vele overstorten treden echter nog vaker in werking. Bovendien dient er een veiligheidsmarge te worden toegepast om de onvolmaaktheden van het selectie-instrument in te rekenen. Daarom werd geopteerd om de bovengrens voor de gemiddelde overstortfrequentie op 20 dagen met overstorting per jaar te kiezen. De andere grenzen hebben slechts een beperkte invloed op de neerslagreductie. Daarom werd de bovengrens voor het doorvoerdebiet op 4 mm/h gekozen en werden bergingsvolumes tussen 0.1 mm en 20 mm beschouwd. De ogenblikkelijke variatie van het doorvoerdebiet in functie van het bergingsvolume werd lineair verondersteld. De totale duur van deze algemene set van geselecteerde Samenvatting 0.17
korte neerslagreeksen is dan 9.8 jaren, wat een reductie van de totale neerslagduur met een factor 3 oplevert. Om een verdere reductie van de neerslaginvoer te bekomen, kan men het geldigheidsdomein van de set van korte neerslagreeksen beperken en zo tot een reeks standaardsets komen, waaruit dan op basis van één of meerdere basisparameters de van toepassing zijnde set dient te worden gekozen. In elk geval dient men ook voor de algemene set van korte neerslagreeksen te verifiëren of de parameters van het rioleringssysteem in het geldigheidsdomein liggen. Indien de parameters van het rioleringssysteem dan toch bepaald moeten worden, kan een verdere reductie van de neerslaginvoer worden bekomen door deze parameters zo nauwkeurig mogelijk te bepalen en een specifieke set van korte neerslagreeksen op te stellen. Op deze manier kan de totale duur van de neerslaginvoer verder worden gereduceerd tot een factor 20 à 200 afhankelijk van de parameters van het beschouwde rioleringssysteem. Om dit te verwezenlijken werd dit selectie-instrument toegevoegd aan het bakmodel Remuli. Met geselecteerde korte neerslagreeksen kunnen nauwkeurige resultaten worden bekomen (d.w.z. vergelijkbaar met continue lang termijn simulaties), tenminste wanneer de rioleringsparameters goed bij de selectie worden betrokken en de overblijvende onzekerheden op de parameters als veiligheidsmarges worden ingerekend. 0.18 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
5. Ontwerpberekeningen 5.1 Ontwerpberekeningen met enkelvoudige buien Voor ontwerpberekeningen is het nodig om op elke plaats in het rioleringsstelsel te weten wat de maximale waterhoogte (piëzometrische hoogte), maximale debiet en maximale snelheid zijn die in een bepaalde terugkeerperiode voorkomen. Daarom is een gedetailleerd model nodig waarbij alle (relevante) leidingen worden gesimuleerd en waarbij ook alle hydrodynamische effecten worden ingerekend. Het uitvoeren van continue lange termijn simulaties met een gedetailleerd model vereist enorm veel rekentijd. Daarom wordt voor ontwerpberekeningen de neerslag sterk vereenvoudigd, meestal tot ontwerpstormen die de gemiddelde neerslag bevatten. De vereenvoudiging van de neerslag tot enkelvoudige buien met een welbepaalde terugkeerperiode (bijvoorbeeld composietbuien) leidt tot snelle berekeningen. Hierbij wordt echter verondersteld dat de terugkeerperiode van het berekende effect gelijk is aan de terugkeerperiode van de bui die dit effect veroorzaakt. Deze aanname dat het rioleringssysteem zich lineair gedraagt is meestal aanvaardbaar voor ontwerpberekeningen, omdat enkel piekdebieten en -waterhoogten voor grote terugkeerperioden van belang zijn. Het mogelijke niet-lineair gedrag van een rioleringssysteem heeft weinig invloed voor grote terugkeerperioden en korte buiduren. Voor deze korte en hevige buien is de invloed vanwege de antecedent neerslag en de variabiliteit van de neerslag binnen een bui beperkt. In dit werk werd via een vergelijking met continue lange termijn simulaties aangetoond dat de nieuwe composietbuien tot nauwkeurige resultaten leiden voor het ontwerp van rioleringen. Nochtans blijkt dat de voorspelde relaties tussen terugkeerperiode en piekdebieten in de riolen berekend met de composietbuien enigszins afwijken van de resultaten berekend met de continue lange termijn simulatie voor niet-lineaire systemen. Ondanks de soms significante verschillen, kunnen de resultaten bekomen met de composietbuien toch aanvaardbaar genoemd worden, rekening houdend met de intrinsieke (grote) onzekerheid op de neerslagdata. Een vergelijking met de resultaten van ontwerpneerslag gebruikt vóór 1996 levert meer significante verschillen op. In het voorbije decennium werd de ontwerpneerslag immers verscheidene malen veranderd. In combinatie met de wijziging van ontwerpmethodologie en berekeningssoftware leidde dit tot ondergedimensioneerde rioleringen. Een ontwerp dat tussen 1992 en 1994 werd gemaakt in Vlaanderen met behulp van Sphyda versie 2.02 en de bijbehorende Engelse neerslag voor een terugkeerperiode van 5 jaar (criterium voor water op straat ) heeft in vergelijking met de huidige neerslaginvoer (composietbuien) en berekeningssoftware (Hydroworks) Samenvatting 0.19
nog slechts een terugkeerperiode van 3 jaar. De belangrijkste reden hiervoor is de onderschatting van de piëzometrische hoogte wanneer de leiding onder druk komt. Voor een ontwerp tussen 1994 en 1996, berekend met behulp van Spida versie 2.1 en de bijbehorende neerslag voor een terugkeerperiode van 5 jaar, blijkt de terugkeerperiode met de huidige berekeningsmiddelen nog 4 jaar te zijn. De belangrijkste oorzaak voor deze afwijking ligt bij de neerslaginvoer, aangezien de problemen met de onderschatte piëzometrische hoogte in Spida versie 2.1 grotendeels zijn opgelost. Alhoewel deze overschatting van de terugkeerperiode (onderdimensionering) groot lijkt, zijn de afwijkingen niet significant groter dan de onzekerheid op het ontwerp. Indien een rioolstelsel wordt berekend voor een terugkeerperiode van 5 jaar en het toevoerende watervolume wordt met 10 % onderschat (via verharde oppervlakte, afvoercoëfficiënt of neerslaginvoer), dan daalt de terugkeerperiode tot ongeveer 3.5 jaar. Men moet dus bewust zijn van de grote onzekerheden die zich voordoen bij het modelleren van rioleringen. Een bijkomend voordeel van het gebruik van de composietbuien ten opzichte van de vroeger gebruikte neerslag is dat nog slechts één bui per terugkeerperiode nodig is om de effecten voor een breed gamma aan concentratietijden te beoordelen. Het feit dat slechts één bui nodig is voor alle buiduren leidt niet enkel tot een tijdsbesparing, maar maakt de beoordeling en de modellering ook doorzichtiger. Bovendien werd bij de invoering van de composietbuien de maximale buiduur (concentratietijd) opgetrokken van 120 naar 360 minuten, waardoor grotere rioleringssystemen beter beoordeeld kunnen worden. 5.2 Inrekenen van de (tijds)variabiliteit van de neerslag In bepaalde gevallen leidt het gebruik van enkelvoudige buien voor ontwerpberekeningen tot significante afwijkingen (in vergelijking met continue lange termijn simulaties). Dit doet zich voor wanneer rioleringssystemen zich meer als capacitieve systemen gaan gedragen, waarbij de berging in het systeem belangrijk wordt. Deze capacitieve systemen hebben een geheugen voor de antecedent neerslag, vaak voor een lange voorafgaande periode. Hoe groter de invloed van dit geheugen is, hoe meer de intrinsieke variabiliteit van de neerslag de simulatieresultaten zal beïnvloeden. Aangezien het een algemene tendens is om meer en meer berging te bouwen, zowel in de rioleringssystemen als opwaarts in regenwaterputten, infiltratievoorzieningen, bufferbekkens en dergelijke, zal het in de toekomst steeds meer nodig zijn om de intrinsieke variabiliteit van de neerslag in rekening te brengen. Indien berging wordt voorzien opwaarts van het rioleringssysteem (bijvoorbeeld in 0.20 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen
regenwaterputten) kan het effect hiervan ingerekend worden door een voorbehandeling van de neerslaginvoer in een eenvoudig model. Het effect ervan kan dan worden ingewerkt in aangepaste ontwerpbuien (inloophydrogrammen) zoals dat in deze studie werd uitgewerkt voor regenwaterputten voor hergebruik van regenwater. Hetzelfde principe kan ook toegepast worden om de invloed van een (niet-lineair) oppervlakteafstromingsmodel in rekening te brengen of het effect van infiltratievoorzieningen te begroten. Aangezien met zo een eenvoudig model zeer snel continue simulaties mogelijk zijn, kan ook rekening worden gehouden met het stochastisch karakter van bepaalde parameters door deze parameters te laten variëren en een gewogen gemiddelde van de resultaten te maken. Indien berging in het afwateringssysteem zelf wordt voorzien (bijvoorbeeld in grachten) kan voorgaande methodologie niet meer worden toegepast. In dat geval kan de variabiliteit van de neerslag enkel worden ingerekend door gebruik te maken van hydrodynamische simulaties met geselecteerde korte neerslagreeksen. 5.3 De ruimtelijke variabiliteit van de neerslag In het verleden werd vaak gebruik gemaakt van een ruimtelijke neerslagreductiecoëfficiënt om rekening te houden met de ruimtelijke variatie van de neerslag binnen een bui. Het door Frühling voorgestelde parabolisch verloop blijkt echter een te grote ruimtelijke variatie te geven voor kleine afstromingsgebieden (kleiner dan 6 km doormeter). De ruimtelijke spreiding van de neerslag blijkt immers eerder Gaussiaans te verlopen. Bovendien wordt bij het toepassen van zo een ruimtelijke reductiecoëfficiënt verondersteld dat de piekneerslag gekend is. Wanneer puntneerslagmetingen worden gebruikt, is dit zelden het geval. Het gebruik van een ruimtelijke reductiecoëfficiënt kan dan tot een significante onderschatting van de neerslaginvoer leiden. Bij het gebruik van een ruimtelijke reductiecoëfficiënt worden buien als een statisch fenomeen beschouwd. Nochtans bewegen de buien zich over het afstromingsgebied. Indien de hoofdafstromingsrichting in een rioolstelsel dezelfde is als de dominerende richting waarin de buien bewegen, kan er een significante toename in debiet en waterhoogte optreden. De ruimtelijke variabiliteit van de neerslag vereist dus een voorzichtige aanpak en zeker nog verder onderzoek. Samenvatting 0.21
5.4 Andere ontwerpaspecten De neerslaginvoer heeft een zeer belangrijke plaats bij ontwerpberekeningen, maar ook andere aspecten mogen niet uit het oog worden verloren. Door het algemeen gebruik van hydrodynamische simulaties en betere neerslaginvoer, worden de ontwerpcriteria en de interpretatie van simulatieresultaten de belangrijkste ontwerpaspecten. De ontwerpcriteria dateren echter nog uit de tijd dat op de toen gebruikelijke handberekeningen grote veiligheidsmarges werden gehanteerd. De veiligheidsmarges hebben in Vlaanderen, onder andere door de verandering van methodologie, door de jaren heen heel wat geschommeld. Met de steeds nauwkeuriger wordende berekeningsmogelijkheden, wordt ook steeds meer tot op de limiet ontworpen. Het ontwerp beperkt zich meer en meer tot het controleren van de veiligheid tegen water op straat, terwijl de afvoercapaciteit van de leidingen uit het oog wordt verloren. Verder zijn ook de correcte inrekening van de randvoorwaarden en een zo nauwkeurig mogelijke bepaling van de nodige gegevens voor de rioleringsberekeningen van groot belang. Rioleringsstelsel zijn echter dynamische systemen waarin regelmatig veranderingen worden aangebracht. Het actualiseren en beheren van deze data zijn van primordiaal belang. Vele rioleringsplannen in Vlaanderen dateren echter nog van vele jaren geleden en hebben de snelle evolutie van de ontwerpmethodologieën niet kunnen volgen. Hierdoor ontstaat er ook een technologische discrepantie van rioolstelsel tot rioolstelsel. 0.22 De invloed van neerslag- en modelvereenvoudiging op het ontwerp van gemengde rioleringen