Roofs 2003-09-10 Fundamenteel onderzoek over de waterhuishouding in woonwijken

In Roofs 6-2003 betoogden medewerkers van Hogeschool Larenstein voor intensievere aandacht voor dakbegroeiingen. Door het ontbreken van een duidelijk beleid, met name op het gebied van onderzoek en onderwijs, loopt Nederland in de ontwikkeling van begroeide daken ver achter ten opzichte van bijvoorbeeld Duitsland. Eén van de genoemde voordelen van een begroeid dak is dat de waterhuishouding op begroeide daken voordelig is voor de dakconstructie. Deze bewering wordt met zowel een praktijkonderzoek als met een simulatieprogramma gestaafd.

Edwin Sluyter

Optima Dakbegroeiing B.V. in Amersfoort

Bij de waterhuishouding in woonwijken hebben begroeide daken tot nu toe een ondergeschikte rol gespeeld. Om de mogelijkheden met verschillende varianten van dakbegroeiing te verduidelijken, werd een meerjarig onderzoeksprogramma opgesteld, om het afwateringsgedrag van begroeide daken te onderzoeken, met als doelstelling:

•              Meting van de neerslag-afvoerrelatie van begroeide daken over meerdere jaren en onder natuurlijke weersomstandigheden.

•              Uitwerking van een model voor permanente simulatie van neerslag-afvoerrelatie bij groendaken, ook tijdens verschillende neerslagsituaties.

Teststation

Om het afwateringsproces van verschillende groendaken reëel te kunnen onderzoeken, werd een teststation opgezet. Het in totaal 500 m2 grote proefdak is in 23 vlakken onderverdeeld, die qua grootte, rangschikking, opbouw, vegetatie en afwatering in overeenstemming zijn met de in de praktijk gebruikte groendaken. Afhankelijk van de opbouw werden hydraulisch gescheiden oppervlakten van 6, 12 en 24 m2 opgezet. Er werden vooral extensieve en intensieve laagsgewijze opbouwen van Optigrün getest. De proeven lopen sinds mei 1995 en duren nog steeds voort.

Neerslag en afwatering van alle proefvlakken worden continu d.m.v. een computer gemeten en verwerkt. Ook worden meteorologische waarden vastgelegd, zoals luchttemperatuur, relatieve luchtvochtigheid, windsnelheid, windrichting, globale straling en bodemtemperatuur. Dit onderzoek heeft naast de periodieke balansrekening van de dakafwatering het doel, om ijkgegevens voor de ontwikkeling van een simulatiemodel voor de neerslag-afwateringsprocedure van groendaken vast te leggen.

Resultaten samengevat

Door de dakbegroeiing wordt de totale afwatering als ook de pieken in de afwatering van dakoppervlakken aanzienlijk gereduceerd. Deze effecten zijn aantoonbaar door de regelmatige metingen, die tijdens het acht jaar durende onderzoek bij alle weersomstandigheden plaatsvonden. De volgende eigenschappen van begroeide daken van het onderzochte begroeiingssysteem van Optiegrün zijn door het onderzoek bij de testinstallatie Krauchengwies-Göggingen in Duitsland aangetoond:

1)            Het jaarlijkse retentievermogen bij extensieve begroeiing bedraagt gemiddeld 60% van de neerslag, bij intensieve begroeiing is de gemiddelde waarde zelfs 85 %. Het ligt voor de hand, om de verschillende opbouwhoogtes van begroeide daken nader te bekijken. Drie significant verschillende groepen zijn herkenbaar:

•              Opbouwhoogte t/m 10 cm

•              Opbouwhoogte van 10 t/m 15 cm

•              Opbouwhoogte ? 25 cm.

Zo werd bij een opbouwhoogte t/m 10 cm gemiddeld een neerslag-afvoerrelatie van 34% geconstateerd, die bij opbouwhoogtes van 10-15 cm tot 27 % werd gereduceerd. De aanzienlijk hogere opbouwen van 25 cm en 35 cm hebben met 15 %  en 20 % een nog lagere neerslag-afvoerrelatie. De verschillende opbouwsoorten en dakhellingen zijn voor het afvoergedrag niet zo beslissend als de opbouwhoogte.

2)            Extensieve begroeiingen met lagen van 5 cm brengen al een neerslagretentie van 70 % in de zomer en ca. 45 % in de winter tot stand.

3)            De onderzochte groendakopbouwen vertonen, zelfs als ze helemaal doorweekt zijn, een piek in de afwatering onder de 0,5. Substraathoogtes vanaf 8 cm vertonen in de regel een piek in afwatering onder de 0,3.

4)            Bij de dakhellingen tot 15° werd nooit een oppervlakte-afstroming van belang geconstateerd. Schuin aflopende daken onderscheidden zich m.b.t. het retentievermogen weinig van vlakke daken. De onderzoeksresultaten gaven echter aan, dat de helling van het dak bij te vergelijken substraatopbouwen geen significante invloed heeft op de neerslag-afvoerrelatie en daarmee op het retentievermogen van begroeide daken.

5)            Een laagsgewijze opbouw vanaf 5 cm leidt al tot een duidelijke retentie. Het retentievermogen kan met een verhoging van de laagsgewijze opbouw tot 15 cm worden verhoogd.

Ontwikkeling: Berekening van het retentievermogen

Een belangrijk doel van het onderzoek was om een brugslag van een regionale proefinstallatie naar de groendaken in de praktijk te leggen. Een hydraulisch gefundeerde berekeningsmethode voor de neerslag-afvoerrelatie van begroeide daken werd al lang verwacht. In het kader van het project werd daarom een simulatieprogramma (RWS) voor groendaken ontwikkeld, dat de afwateringsprocedure van groendaken aan de hand van een lange-termijn-simulatie berekent. De zo verkregen gegevens dienen voor de ijking van de modelparameter en het verifiëren van de berekeningen.

Als invoergegevens voor het simulatieprogramma zijn vereist:

•              Gegevens van de bouwconstructie (afmetingen van de oppervlakte, helling van het dak)

•              Gegevens van de groendakopbouw  (laaghoogte en vegetatievorm)

•              Regionale neerslaggegevens (meetgegevens om de 5 minuten)

Het RWS-simulatieprogramma berekent dan volgende waarden:

•              Jaarlijkse neerslagafvoer – resp. retentie

•              Maximale piek in de afwatering

•              Frequentie van de maximale piek in de afwatering

Daarmee worden voor het eerst uitspraken gedaan m.b.t. een bepaald project over het afwateringsgedrag van een groendak onder de regionale neerslagsomstandigheden.  De RWS-simulatie geeft bijv. voor dezelfde 10 cm hoge extensieve begroeiing in Lahr, Leutkirch of Stuttgart verschillende waterretentiewaarden aan, afhankelijk van de neerslagshoeveelheid en –verdeling: in Lahr houdt het extensieve groendak 88% van de neerslag vast, in Leutkirch echter maar 55% en in Stuttgart zijn het 76%.

Afhankelijk van de grootte en de soort van de begroeiing kan en moet het retentievermogen van groendaken bij het ontwerpen van constructies voor de riolering van bouwgrond en steden in acht worden genomen.