Water in de tuin (PerceelTegel)

De PerceelTegel berekent de waterbalans van een kleinschalige situatie, de tuin achter een woning. Het profiel van het perceel toon de situatie van een dak dat loost op het terras, een terras dat loost op een infiltratievoorziening en dat overloopt naar een (lagergelegen) grasveld.

Met de PerceelTegel is het mogelijk om de effecten van een aantal maatregelen rond de woning te analyseren, zoals: de afmetingen van de infiltratievoorziening, de laagteberging in de tuin, de grootte van het verharde terras, de doorlatendheid van het terras in combinatie met een berging onder het terras, de waterberging op en de afvoervertraging vanaf het groenblauwe dak.

Zowel met kort maar hevige (extreme) buien als langdurige meerjarige neerslagreeksen kunnen we de werking van het perceel analyseren en bepalen hoe kwetsbaar de woning is voor regenwateroverlast.


Gegevens PerceelTegel

Deze webpagina beschrijft voor een [SIMULATIE] met de PerceelTegel de gegevens van de onderdelen in samenhang met de schematisering van de situatie.

Project
Een simulatie met een rekentegel wordt aangemaakt op de (hoofd)menuscherm [PROJECTEN]. Het openen van de simulatie brengt u op de menuscherm [SIMULATIE] waar de gegevens worden ingevoerd [GEGEVENS], de buien, neerslagreeks en verdamping worden gekozen en de simulaties worden gestart [REKENEN].

Onderdelen/lagen
De (hoofd)onderdelen van de Perceeltegel zijn:

  • a) DAK van de woning, met een substraat en drainagelaag;
  • b) TERRAS achter de woning met een doorlatende verharding die bestaat uit een toplaag (klinkers) en een cunet (funderingslaag);
  • c) GRASVELD achter de woning met een doorlatende toplaag (gras) en een zandcunet daaronder;
  • d) VOORZIENING ondergronds, voor het bergen en infiltreren van regenwater naar de ondergrond, die bestaat uit elementen (bijvoorbeeld kratten) en daaromheen een cunet;
  • e) STRAAT+RIOOL combinatie, waarbij de straat de laag is die het regenwater opvangt en afvoert naar het riool.

Een (hoofd)onderdeel bestaat in principe uit 2 lagen. De meeste lagen zijn vast opgenomen in de schematisering. De toplaag van een tuin heeft vaak geen cunet nodig maar dit kan veranderen als de tuin wordt voorzien van een verharding.


a) GEGEVENS DAK
De schematisering van een dakoppervlak bestaat in principe uit 1 of 2 lagen. Deze lagen noemen we de drainage- en substraatlaag. Deze lagen kunnen per situatie in- of uitgeschakeld worden. De afvoer van een dak kan worden vertraagd.


Soorten daken
Met de schematisering in RainTools kan de werking van 4 soorten daken worden nagebootst:

  • Traditioneel dak = drainagelaag met vochtberging en ongelimiteerde afvoer naar externe bestemming
  • Blauw dak = drainagelaag met waterberging en gereguleerde afvoer naar externe bestemming
  • Groen dak = substraatlaag met waterberging zonder afvoer maar met verdamping en een overloop naar externe bestemming
  • Groen/blauw dak = substraatlaag met verdamping en overloop naar drainagelaag met berging en gereguleerde afvoer naar externe bestemming

Gegevens DAK SUBSTRAATLAAG
De oppervlakte van het dak geven we op bij de substraatlaag. Deze waarde wordt overgenomen bij de drainagelaag. De waterberging in de substraatlaag noemen we vochtberging. met de verdampingsfactor kunnen we instellen of deze laag meer (>1) of minder (<1) snel verdampt dan de gemiddelde waarde (=1). De substraatlaag heeft ook een overloop en heeft standaard als bestemming de drainagelaag.

Gegevens DAK DRAINAGELAAG
De drainagelaag is voorzien van een vochtberging en een (water)berging. De vochtberging kan alleen ledigen door verdamping en de waterberging wordt geledigd door de dakafvoer (via de regenpijp) met een ledigingscapaciteit.

De ledigingsduur van de drainagelaag kan worden verlengd door de afvoer te vertragen (knijpen). De vertraagde lediging is te activeren met een aan/uit schakelaar.

De vertraging van de afvoer is in te stellen als exponent in de term h/H in de afvoerformule Qafvoer=Qlediging*(h/H)^x. Deze exponent noemen we de vertragingsfactor.
Vertragingsfactor = 0 betekent dat de ingestelde afvoer constant werkt onafhankelijk van de waterhoogte in de drainagelaag. Vertragingsfactor = 1 betekent dat de afvoer lineair afneemt met de waterhoogte op het dak.

Zonder ledigingscapaciteit loopt de (water)berging in de drainagelaag over op het moment dat deze geheel gevuld is. De lediging van die berging zonder dakafvoer vindt dan plaats via verdamping.
Een traditioneel dak kan worden geschematiseerd als een drainagelaag zonder waterberging en zonder ledigingscapaciteit. Het water dat op het dak valt wordt dan onvertraagd afgevoerd via de overloop.

Bij de drainagelaag is de verdampingsfactor apart instelbaar, voor het oppervlak onder de substraatlaag kan die verdamping duidelijk lager zijn.
De bestemmingen van de lediging en de overloop moeten beide worden opgegeven, bijvoorbeeld de lediging naar de infiltratievoorziening en de overloop naar het terras.


b) GEGEVENS TERRAS
De meeste verharde en alle onverharde oppervlakken zijn meer of minder doorlatend. De oppervlakken hebben een toplaag en daaronder een cunet. Het cunet is eigenlijk de fundering van een bestrating of de onderlaag van een grasmat.

De verschillen tussen een doorlatend en ondoorlatend oppervlak zitten in de werking van de oppervlakteberging en die van het cunet. Een cunet is in essentie een reservoir tussen de toplaag en de ondergrond waarin water geborgen kan worden. Dit cunet speelt vooral een rol in slecht doorlatende ondergronden zoals klei. Een cunet onder een terras kan bijvoorbeeld ook een laag infiltratiekratten zijn die extra veel water kunnen bergen.

Gegevens TERRAS TOPLAAG
De oppervlakte van het TERRAS wordt opgegeven bij de toplaag. Het terras heeft een vochtberging die geledigd wordt verdamping en een oppervlakteberging die primair geledigd wordt door infiltratie. De infiltratiecapaciteit van het terras geven we op als ledigingscapaciteit. Als de ledigingscapaciteit op nul wordt gezet dan ledigt de oppervlakteberging zich ook via verdamping.

Het maaiveldniveau van het TERRAS wordt in de Perceeltegel opgegeven ten opzichte van het (nul)niveau van het GRASVELD. De water op straat hoogte geeft aan hoe hoog het drempel/vloerpeil van de woning boven het niveau van het TERRAS ligt.
Tot aan het water op straat niveau kan water op het perceel geborgen worden zonder noemenswaardige overlast (groene zone). Boven het water op straat niveau noemen we de waterberging in de tuin overlast (rode zone).

Voor de overloop van het TERRAS naar het GRASVELD moet een overlooplengte worden ingevuld. De capaciteit van deze overloop wordt met een overlaatformule berekend. Een kortere overlooplengte betekent dat er dynamisch (kortdurend) meer water op het terras geborgen kan worden.
De knop nooduitlaat voorkomt dat het waterpeil boven het water op straat niveau kan stijgen. Via de nooduitlaat wordt het water direct (onvertraagd) afgevoerd naar het rioolstelsel.
Extra lediging van het TERRAS is mogelijk via een afvoerput in het terras naar andere bestemmingen zoals de infiltratievoorziening of het riool. Deze lediging is in- en uitschakelbaar.

Gegevens TERRAS CUNET
De oppervlakte van het cunet wordt opgegeven bij de toplaag. De laagdikte bepaalt samen met het oppervlakte en de porositeit van de laag grof materiaal de waterbergingscapaciteit van het cunet.
De doorlatendheid van de bodem van het cunet naar de ondergrond bepaalt de ledigingscapaciteit van het cunet.


c) GEGEVENS VOORZIENING
Een infiltratievoorziening bestaan ook uit 2 lagen: de elementen van de voorziening en het omliggende cunet. De voorziening wordt gevoed door een afvoer vanaf een dak of een afvoerput in het verhard oppervlak.

Een infiltratievoorziening heeft een overloop naar bijvoorbeeld het grasveld. Als de voorziening vol is dan wordt de overtollige afvoer van het terras en het dak doorgegeven via de overloop naar het grasveld.
Voor de werking van de voorziening is verondersteld dat de bodem van het element is dichtgeslibd en dat alleen de wanden kunnen infiltreren naar het cunet. Het cunet rondom de voorziening kan via zowel de wanden als de bodem infiltreren naar de ondergrond.

Gegevens VOORZIENING ELEMENT
De infiltratievoorziening is in de PerceelTegel in- en uitschakelbaar. Uitschakelen van het element betekent ook dat het cunet uitgeschakeld is.
De afmetingen van het element worden opgegeven met de lengte, breedte en hoogte. Het element kan een krat zijn waarvan de berging volledig is te benutten, maar ook een bak grind met een duidelijk gelimiteerde porositeit.
Voor het bepalen van de infiltratiecapaciteit van het element naar het cunet geven we de doorlatendheden van de wand en de bodem van het element op. Voor de bodem van het element wordt vaak aangenomen dat deze is dichtgeslibd. Voor de wand geldt dan de doorlatendheid van het cunet omdat de doorlatendheid van de wand zelf vaak verwaarloosbaar is. De doorlatendheid van een grofzand cunet ligt in de orde van 5 – 10 meter per dag.
Belangrijk is dat het element een overloop bestemming heeft naar de tuin of het terras zelf.

Gegevens VOORZIENING CUNET
De waterbergingscapaciteit in het cunet rond de voorziening wordt bepaald door de laagdikte en de porositeit van het grof materiaal.
De ledigingscapaciteit van het cunet wordt bepaald door de doorlatendheid van de wand en bodem van het cunet naar de ondergrond. In tegenstelling tot het element wordt de bodem van het cunet niet als dichtgeslibd verondersteld. De doorlatendheid van de ondergrond zal vaak lager zijn dan die van het cunet. Als de doorlatendheid van de ondergrond groter is, dan zal er zich geen waterstand opbouwen in het cunet.


d) GEGEVENS GRASVELD
De werking van een grasveld met een doorlatend oppervlak is in essentie gelijk aan die van het doorlatende terras met een verdampende vochtberging en een infiltrerende oppervlakteberging.

Gegevens GRASVELD TOPLAAG
Het grasveld is in de PerceelTegel in- en uitschakelbaar. Uitschakelen van het element betekent ook dat het cunet is uitgeschakeld.
De oppervlakte van het grasveld en het terras vormen samen het oppervlak van de tuin.
Vergelijkbaar met het terras heeft de toplaag van het grasveld ook een vochtberging en een oppervlakteberging. Het verschil is dat deze bergingen vaak duidelijk groter zijn dan die van een verhard terras.
De infiltratiecapaciteit van het grasveld is aangeduid met de ledigingscapaciteit.
Ook bij de toplaag van het grasveld kan een eigen verdampingsfactor worden ingevoerd (zie schematisering dak).

Gegevens GRASVELD CUNET
Een cunet onder een grasveld zal niet zo vaak voorkomen. Echter door de parameters te veranderen kan het grasveld ook worden gebruikt als een extra verhard oppervlak met bijvoorbeeld een andere doorlatendheid dan van het terras. Denk bijvoorbeeld aan een zitkuil met een zeer doorlatende verharding en kratten daaronder als cunet.
De laagdikte, porositeit en doorlatendheid van de bodem (naar de ondergrond) werken hier zoals bij het cunet van het terras.


e) GEGEVENS STRAAT/RIOOL
Het riool is geschematiseerd als bak met berging, afvoer (lediging) naar een RWZI (rioolwaterzuiveringsinstallatie) en een overloop naar oppervlaktewater. De straat is een al of niet doorlatend oppervlak dat afvoert naar het riool.

GEGEVENS STRAAT
De straat heeft per woning een oppervlakte die gemiddeld gelijk is aan de oppervlakte van het dak van de woning.
Ook voor dit oppervlak heeft een vochtberging en een oppervlakteberging en een doorlatendheid (bodem). De doorlatendheid bepaalt de infiltratiecapaciteit van de straat naar de ondergrond.
Via de verdampingsfactor kan de verdamping wordt bijgesteld ten opzichte van het gemiddelde.

GEGEVENS RIOOL
Het referentieoppervlak van het riool is hier gelijk aan de som van het straat- en dakoppervlak. Dit geeft de mogelijkheid om de kenmerken berging, ledigingscapaciteit en overloopcapaciteit van het rioolstelsel uit te drukken in mm en mm/h.


https://www.vanluijtelaar.nl/wp-content/uploads/2019/12/ezgif.com-optimize.gif
Schematisering werking rioolstelsel

De ledigingscapaciteit van het straatoppervlak naar het riool is in principe onbegrensd. Als de bergingscapaciteit van het riool vol is dan gaat de overloop werken met een gelimiteerd overloopcapaciteit. In de praktijk ligt de overloopcapaciteit van een rioolstelsel ergens tussen 20 en 30 mm in een uur.

Doordat de overloopcapaciteit beperkt is kan het water vanaf het straatoppervlak het riool niet meer in. Daarom definiëren we een water op straat berging (in mm tov het referentie oppervlak) als een hoeveelheid water die bovengronds (op straat) geborgen voordat er sprake is van wateroverlast.

LET OP: In deze schematisering gaat het hier niet om de bergende waterlaag in mm op het straatoppervlak, maar om de bergende waterlaag op het referentieoppervlak. Dat referentieoppervlak is vaak 2 keer zo groot als het straatoppervlak (straat+dak) en daarom komt die waterberging op het straatoppervlak overeen met een laag water die het dubbele is in mm.


Simulatie starten
Met de knop [REKENEN] kan een simulatie worden gestart nadat een of meer neerslagbelastingen zijn geselecteerd, met Keuze neerslagreeks of Keuze buien.
Voor de keuze van een neerslagreeks zijn verschillende typen (tijdvakken) beschikbaar. De knop compleet rekent alle reeksen uit die van een type in het archief beschikbaar zijn. Met het instellen van de begin en einddatum kan een deel van de reeks worden berekend.
De verdampingsreeks is bij voorkeur standaard, tenzij er goede redenen zijn om daar van af te wijken.
De overlooppauze is de minimale tijdsduur tussen 2 overloopgebeurtenissen (per onderdeel). De neerslagpauze is de minimale tijdsduur tussen 2 neerslaggebeurtenissen.
Bij de keuze van buien kan een verdamping en duur simulatie worden ingevoerd.
Een gemiddelde verdamping is in de winter nihil en in de zomer 3-5 mm per dag. De duur van de simulatie is minimaal gelijk aan de duur van de langste bui.


Resultaten simulatie

Na het uitvoeren van een simulatie wordt het scherm [WATERBALANS] geopend om de resultaten te kunnen raadplegen.

Het verloop van waterstanden in de achtertuin is aangegeven in de doorsnede-animatie in het scherm [PROFIEL]. De grafiek links maakt onderscheid in de waterbalans voor het openbare terrein Straat+Riool en het particuliere terrein Dak, Terras, Grasveld en Voorziening.

Rekenvoorbeeld
Met dit rekenvoorbeeld laten we zien hoe je met de Perceeltegel aan het functioneren van een infiltratievoorziening kan rekenen. Alle vocht en oppervlaktebergingen op de (on)verharde grondoppervlakken en het dakoppervlak zijn op nul gezet. Alle doorlatendheden van de oppervlakken zijn ook op nul gezet. Infiltratie vindt dan alleen nog plaats vanuit de ondergrondse voorziening. Voor de oppervlakten van de onderdelen zijn we uitgegaan van: dak 500 m2, terras 500 m2, grasveld 1000 m2 en straat 500 m2.

Het traditionele dak heeft een onvertraagde afvoer, via de overloop naar de infiltratievoorziening.

De infiltratievoorziening heeft de afmetingen l x b x h van 20 x 1.2 x 0.6 m3 en porositeit van 1. Het infiltratie-element heeft een wand-doorlatendheid van 5 m/dag en een bodem-doorlatendheid van 0 m/dag, van het element naar het cunet. Het cunet rond de voorziening heeft een laagdikte van 250 mm en een porositeit van 0.25. De wand- en bodemdoorlatendheid van het cunet naar de ondergrond is gelijk aan 0.5 m/dag. De voorziening wordt belast met de afvoeren van het dak en van het terras en heeft een overloop naar het grasveld.

Het grasveld ligt 0.5 m lager dan het terras en dient in dit (fictieve) voorbeeld als opvangbak van het regenwater dat niet direct via de voorziening geïnfiltreerd kan worden. Om die reden heeft het grasveld ook een relatief groot grondoppervlak.

De combinatie van straat en riool werkt in dit voorbeeld volledig onafhankelijk van het perceel omdat er geen afvoeren zijn vanaf het perceel naar de straat of het riool.

Resultaten rekenvoorbeeld
Het resultaat van de WATERBALANS geeft voor bui10 (R10) en per onderdeel het tijdverloop weer in zowel de tabel (venster links) als in de grafiek (venster rechts).

Na 1160 minuten (ruim 19 uur) is de waterberging in het element en in het cunet van de voorziening (blauw) leeg. Vanaf dat moment neemt het verloop van het geïnfiltreerde volume (licht groen) niet meer toe. Op dat moment is er 24.39 m3 regenwater geïnfiltreerd in de ondergrond.

Op het dak en het terras samen is 17.85+17.85 = 35.7 m3 regenwater gevallen en afgevoerd naar de infiltratievoorziening. Die voorziening was niet in staat om al dat water direct te verwerken dus een deel 35.7 – 24.39 = 11,31 m3 water is van terras uitgewisseld naar het grasveld. Dit getal klopt met de tabel.

Op het (ondoorlatende) grasveld is 17.85 m3 neerslag gevallen en er is 11.31 m3 water overlopen (uitgewisseld) vanaf het terras. Dit betekent dat het grasveld totaal 17.85+11.31 = 29.16 m3 water bovengronds (wateropstraat) moet bergen. Dit getal klopt met de tabel.