Groenblauwe daken, functioneren in beeld (wijktegel)

Dit artikel beschrijft hoe met enkele eenvoudige metingen en simulaties met buien en tijdreeksen in RainTools het functioneren van een groen/blauw dak goed in beeld is te brengen.

De effectiviteit van het functioneren groen/blauwe daken is voor een (stedelijk) waterbeheerder lastig te beoordelen. Pogingen tot normering hiervan zijn weinig behulpzaam. Dit artikel beschrijft een pragmatische benadering gebaseerd op een paar eenvoudige metingen en RainTools-simulaties. Het artikel bestaat uit de volgende onderdelen:

  • Principe opbouw dak en functioneren.
  • Meten functioneren (proeven).
  • Simuleren functioneren (voorbeelden).
  • Functioneren samengevat.

Principe opbouw dak en functioneren
Een groenblauw dak is opgebouwd uit twee lagen: de substraatlaag en de drainagelaag.

De substraatlaag is het groene (begroeide) deel van het dak dat het regenwater kan bergen en verdampen. Het overtollige water van de substraatlaag voert af of loopt over naar de drainagelaag daaronder. De drainagelaag voert het overtollige water van het dak af naar de omgeving (het riool, de straat of de tuin).

1) Schematisering van het functioneren van een groenblauw dak in RainTools

In RainTools is het functioneren van een groenblauw dak beschreven met de elementaire basisprincipes van water bergen, verdampen, afvoeren en overlopen.
De substraatlaag vangt het regenwater op in een vochtberging waarin het water wordt vastgehouden en van waaruit het water alleen kan verdampen naar de atmosfeer. Als de waterberging in de substraatlaag vol is, loopt het water over naar de daaronder liggende drainagelaag.
De drainagelaag kan water bergen en vertraagd afvoeren en heeft ook een vochtberging van waaruit het water alleen kan verdampen. Als de berging in de drainagelaag vol is, dan treedt de overloop van het dak in werking (figuur 1).

Meer vertragen betekent eerder overlopen
Het vertragen van de dakafvoer betekent dat de berging op het dak meer en langer gevuld is. Sterker vertragen van de afvoer betekent bij zwaardere buien dat de berging in de drainagelaag sneller vol is en de overloop dus ook sneller gaat werken.

De overloop van een dak is essentieel om de constructieve veiligheid te waarborgen. Het is dus belangrijk dat de capaciteit van een overloop ruim voldoende groot is, om overbelasting als gevolg van een extra (dynamische) opbouw van waterberging op het dak te vermijden.

Het is niet verstandig om door het begrenzen van de overloopcapaciteit extra waterberging op het dak te realiseren. Dat geeft een onduidelijk en overbodig risico. Meer waterberging is eenvoudig en eenduidiger te realiseren met een dikkere substraatlaag of een drainagelaag met meer statische waterberging (onder het niveau van de overloop). Het vermijden van onzekerheden in het functioneren van het dak maakt het functioneren van het dak eenvoudiger te begrijpen en transparanter.

Meten functioneren (parameters)
Om het functioneren van een groen/blauw dak voldoende nauwkeurig te kunnen schematiseren (beschrijven), moeten we de volgende parameters meer of minder nauwkeurig kennen:

  • Verdamping substraat- en drainagelaag (seizoenafhankelijk).
  • Maximale (effectieve) waterberging in de substraatlaag.
  • Maximale (effectieve) waterberging in de drainagelaag.
  • Maximale afvoer (debiet) uit de drainagelaag.
  • Indicatie vertraging afvoer uit de drainagelaag.

Verdamping
De verdamping is redelijk goed in te schatten, vooral voor de bekende materialen. Per saldo is de inschatting van de grootte van de verdamping belangrijker als de vochtberging kleiner is. Vanaf een dak met relatief weinig vochtberging verdampt al veel water, de meerwaarde van extra vochtberging is beperkt, vooral als het gaat om de langetermijneffecten. Bij de kortetermijneffecten van extreme buien is het belangrijker om meer water/vochtberging te realiseren. De verdamping speelt daarbij ondergeschikte rol.

Waterberging
De waterberging in een substraatlaag is eenvoudig te meten met proefstukken, door het gewicht van een gedroogd proefstuk te vergelijken met een verzadigd proefstuk, dat na onderdompelen enige tijd is uitgelekt. 24 uur uitlekken zoals sommige voorschriften beschrijven, is eigenlijk niet nodig, een (paar) uur is voldoende.

De waterberging in een drainagelaag is eenvoudig in situ te meten, door de afvoer van het dak af te sluiten en te meten hoeveel water het dak kan bergen zonder dat de overloop gaat werken.

Dakafvoer
Het verloop van de dakafvoer uit de drainagelaag is in situ te meten door het dak eerst vol water te zetten en vervolgens de afsluiting van de afvoer te openen en op een aantal tijdstippen het afgevoerde volume te meten. Het volume over de eerste 5 minuten geeft daarbij een goede indicatie van de maximale afvoer (het maximale debiet) van de geheel gevulde waterberging op het dak. Naarmate de vulling van het dak gedurende de proef afneemt, zal ook de afvoer van het dak afnemen.

2) Afvoerverloop (tijd) bij leegloop van een dak met een waterberging van 40 mm, maximale afvoer van 30 mm/h, voor vertragingsfactoren die variëren van: 0 (geen); 0,5 (wortel); 1 (lineair); 2 (kwadratisch) en 3 (derde macht)

Vertraging
Met het verloop van de dakafvoer in de tijd is een vertragingsfunctie te bepalen. Het volume op een tijdstip is het totale volume op het dak minus het gemeten afgevoerde volume. Die meetpunten zijn zo uit te zetten in de grafiek (figuur), waarna de afvoerfactor van de best passende lijn is te kiezen. Deze vertragingsfactor hoeft niet heel nauwkeurig te zijn, omdat het effect op het functioneren van het dak (relatief) beperkt is.

Simuleren functioneren (rekenvoorbeelden)
Na metingen en schatting van alle parameters is het functioneren van het dak te voorspellen met een rekenmodel zoals RainTools, zowel voor de korte-termijneffecten met zware/extreme buien of de langetermijneffecten met neerslagreeksen.

Op de korte termijn gaat het vooral om het effect van het dak in relatie tot water op straat en wateroverlast. Bij de langetermijneffecten gaat het om de hoeveelheid water die een dak kan verdampen en vertraagd kan afvoeren naar de riolering. Meer water verdampen, betekent minder afvoer naar de rwzi. En meer water vertraagd afvoeren, betekent ook minder overlopen van de riolering naar het oppervlaktewater en minder water op straat/wateroverlast.