Droogte en hitte in de stad

In het kader van het Deltaprogramma en klimaatprogramma’s is veel informatie ontwikkeld, verzameld en gebundeld over droogte en hitte in stedelijk gebied. Dit Deltafact geeft hiervan een overzicht.

1. INLEIDING
2. GERELATEERDE ONDERWERPEN EN DELTAFACTS

3. SCHEMATISCHE WEERGAVE
4. TECHNISCHE KENMERKEN
5. GOVERNANCE
6. KOSTEN EN BATEN
7. PRAKTIJKERVARINGEN EN LOPEND ONDERZOEK
8. KENNISLEEMTES
 

Inleiding

Volgens de KNMI 2014 klimaatscenario’s zal klimaatverandering onder andere leiden tot hogere luchttemperaturen en meer hittegolven waardoor een grotere kans op hittestress ontstaat. In het stedelijk gebied speelt daarbij het hitte-eiland effect een versterkende rol. De klimaatscenario’s geven ook aan dat de frequentie en intensiteit van droogte zullen toenemen. Neerslag kan langer uitblijven en de potentiële verdamping kan toenemen. Temperaturen tijdens hitte zullen extremer worden (KNMI, 2014). Bij een toenemende vraag naar zoetwater, mede onder invloed van klimaatverandering, zullen vraag en aanbod van zoetwater vaker uit de pas lopen, zeker wanneer hitte en droogte gelijktijdig optreden (STOWA, Deltafact Zoetwatervoorziening).

De bereidheid om hittestress aan te pakken is bij steeds meer gemeenten aanwezig. Sommige effecten van droogte in de stad zijn goed zichtbaar, zoals het vergelen van gras, maar veel andere effecten zijn minder zichtbaar. Effecten van droogte kunnen ook bijdragen aan hittestress en leiden tot andere vormen van schade. Klimaatadaptatie zou daarom niet alleen wateroverlast en hittestress, maar ook droogte in de stad moeten adresseren. In het kader van het Deltaprogramma en klimaatprogramma’s is veel informatie verzameld, gegenereerd en gebundeld over droogte en hitte in stedelijk gebied. Dit Deltafact geeft hiervan een overzicht.

Gerelateerde onderwerpen en Deltafacts

Trefwoorden: Droogte, hitte, stedelijk gebied, grondwater, grondwaterbeheer, stedelijk watersysteem, stedelijk waterbeheer, grondwateronderlast, klimaatverandering, hitte-eiland.

Deltafacts:    Dynamisch peilbeheerKlimaatverandering en grondwaterbeheer in stedelijk gebied, zoetwatervoorziening.

Schematische weergave

In Figuur 1 is een doorsnede van een stedelijk gebied weergegeven, met daarin de effecten en schadevormen die gerelateerd zijn aan droogte en hitte.

Figuur 1. Schematische weergave van het stedelijk watersysteem op straatniveau. Bron: (Brolsma et al., 2012).

Technische kenmerken


Hitte, droogte en klimaatverandering

Een hittegolf wordt door het KNMI gedefinieerd als een opeenvolging van minimaal 5 zomerse dagen (maximumtemperatuur 25,0 °C of hoger) in De Bilt, waarvan er minimaal 3 tropisch (maximumtemperatuur 30,0 °C of hoger) zijn. Het KNMI publiceert een lijst van hittegolven en hun duur. Voor droogte wordt in Nederland het doorlopend potentieel neerslagtekort als indicator voor droogte gebruikt. Dit wordt berekend als het verschil tussen neerslag en referentie-gewasverdamping volgens Makkink. Door dit tekort cumulatief (doorlopend) voor de periode 1 april – 1 oktober te berekenen en weer te geven, ontstaat een globaal beeld van de mate van droogte in een bepaald jaar; zie Figuur 2. Het maximale neerslagtekort gedurende deze periode wordt gebruikt om droogte te karakteriseren (Beersma & Buishand, 2002). In 2018 trad dit maximum begin augustus op, het neerslagtekort bedroeg toen ruim 300 mm. Als gevolg van regenval in augustus en september steeg het neerslagtekort in 2018 niet verder, en bleef 1976 recordhouder met circa 360 mm. Voor de zoetwaterverdeling in Nederland is ook het afvoerdeficit van belang als maat voor droogte (Beersma & Buishand, 2002). Het afvoerdeficit wordt per decade bepaald door rivierafvoeren die lager zijn dan een bepaalde drempelwaarde, en de dan optredende verschillen te sommeren.

De beschrijving van droogte aan de hand van het neerslagtekort zoals door het KNMI gedefinieerd moet vooral gezien worden als een klimatologische maat. Hij is in eerste instantie ontworpen voor agrarische doeleinden. Vooral in droge periodes zal de referentieverdamping de werkelijke verdamping overschatten. Verdamping van sterk verstedelijkt gebied is waarschijnlijk niet aan de hand van potentiele verdamping te beschrijven Jacobs et al., 2015.

Figuur 2. Doorlopend potentieel neerslagtekort in Nederland in 2018. Bron: KNMI.

Volgens de meest recente klimaatscenario’s van het KNMI (KNMI, 2014) is de verwachting dat de gemiddelde dagtemperatuur in de zomer rond 2050 met 0,9 tot 2,4 graden zal zijn toegenomen ten opzichte van het referentieklimaat (1981-2010). In twee van de vier scenario’s neemt de frequentie van droge zomers toe. Met het smelten van gletsjers in de Alpen verschuift bovendien het karakter van de Rijn van een smeltwaterrivier naar een regenrivier. Daardoor is er meer kans op lage rivierafvoeren die de zoetwaterbeschikbaarheid in Nederland beïnvloeden (De Wit et al., 2008). Het gecombineerde effect van deze ontwikkelingen is als volgt samen te vatten: meer kans op hitte, meer kans op droogte en meer kans op beperking van de (zoet)wateraanvoer.

Relatie tussen verdamping en hitte in de stad

Steden zijn gemiddeld warmer dan het omliggende platteland. Dit is het stedelijk hitte-eiland effect (UHI). Het effect doet zich ook in Nederland voor, zowel bij grotere steden als bij kleinere kernen (Steeneveld et al., 2011; Rovers et al., 2014). Eén van de oorzaken van dit UHI effect is de gereduceerde verdamping in steden (zie figuur 3).

De verdamping van de stad is de schakel tussen de stedelijke waterbalans en de stedelijke energiebalans die de luchttemperatuur in de stad mede bepaalt (Oke et al., 2017). Verdampend water onttrekt de benodigde energie aan het oppervlak waaruit het verdampt. Door de verlaging van de temperatuur die daarmee gepaard gaat is de drijvende kracht achter voelbare warmte naar de atmosfeer kleiner, waardoor de lucht minder opwarmt. Soms ontstaat zelfs een warmtestroom naar het oppervlak toe, zodat de atmosfeer afkoelt. Al met al zorgt verdamping ervoor dat:

Figuur 3. Schematische weergave van de waterbalans van stedelijk gebied (rechts) vergeleken met natuurlijk gebied (links). Bron: EPA.

Daarbij wordt regenwater minder geïnfiltreerd en versneld afgevoerd en is minder regenwater water beschikbaar voor verdamping (figuur 3). Ten slotte kan de bodem onder urbaan gebied verstoord zijn, waardoor het watervasthoudend vermogen en daardoor de potentie van planten om te transpireren is verlaagd (Damm, 2013). In droge perioden zal de hoeveelheid voor planten beschikbaar vocht verder afnemen, ook in steden. Daardoor zal de aanwezige vegetatie nog minder verdampen en is een verdere toename van de temperatuur in de stad te verwachten. Dit leidt niet per se tot een vergroting van het UHI, dat immers een temperatuurverschil aangeeft. Als het omliggende platteland eveneens uitdroogt kan ook daar de temperatuur sterker oplopen, waarbij het temperatuurverschil met de stad kan afnemen. Vooral bij steden in hete en droge gebieden met voldoende irrigatie van stedelijke vegetatie komen daarom ook Urban Cool Islands voor (Lazzarini et al., 2015; Oke et al., 2017). Dit benadrukt het belang van verdamping voor verkoeling op de schaal van een stad, maar geeft tevens aan dat het UHI niet de beste maat hoeft te zijn om hitte in de stad te evalueren.

Figuur 4. Mindmap met gevolgen van extreme hitte en redenen om daar iets aan te doen. Bron: Klok en Kluck (2018). Sinds januari 2019 is een vernieuwde, interactieve versie beschikbaar.

Gevolgen van hitte in de stad

Zowel hitte als droogte hebben aantoonbaar negatieve maatschappelijke gevolgen. Klok en Kluck (2018) hebben de gevolgen van extreme hitte in de stad gevisualiseerd via een mind map (Figuur 4). Deze mind map is gebaseerd op een internationale inventarisatie van redenen om maatregelen tegen extreme hitte in de stad te nemen. De auteurs onderscheiden vijf sectoren of domeinen waarvoor hitte nadelige gevolgen kan hebben en met grote maatschappelijke en economische kosten gepaard kan gaan, soms juist in combinatie met droogte (zie figuur 4).

  1. Gezondheid

Hittestress leidt tot meer warmteziekten en een verhoogd aantal ziekhuisopnames en kan zelfs de dood tot gevolg hebben (Kovats en Hajat, 2008). Hitte kan ook de slaapkwaliteit negatief beïnvloeden, met negatieve gevolgen voor de gezondheid (Obradovich et al., 2017). Schadelijke micro-organismen kunnen actiever worden onder invloed van hogere temperaturen waardoor de kans op infectieziekten stijgt. Omdat hitte vaak gepaard gaat met verslechterde luchtkwaliteit kan dit de gezondheid extra nadelig beïnvloeden (Willers et al., 2016).

Toenemende sterfte is wellicht het meest genoemde maatschappelijke gevolg van hitte. Dit is niet verwonderlijk, want van de aan weersextremen gerelateerde doodsoorzaken in Europa is meer dan 90% het gevolg van hitte (EEA, 2017). Daarnaast speelt een rol dat sterfte relatief goed wordt geregistreerd (Kovats en Hajat, 2008).

Op grond van de door Huynen et al. (2001) gepubliceerde relatie tussen gemiddelde dagtemperatuur en oversterfte in Nederland blijkt dat de optimale gemiddelde dagtemperatuur met de kleinste sterfte momenteel rond 17°C ligt. Uit de relatie volgt dat een hittegolf in Nederland gemiddeld ongeveer 40 levens per dag eist. Een latere analyse laat zien dat het aantal overledenen mogelijk groter is: 8 per dag voor elke graad die de daggemiddelde temperatuur  boven 20°C uit stijgt (Rovers et al., 2014). Ouderen met een leeftijd boven 75 jaar zijn het gevoeligst, met name als ze aandoeningen hebben aan hart, ademhaling of nieren (Kovats en Hajat, 2008). In 2003 overleden tussen 1400 en 2200 mensen in Nederland als gevolg van hitte (Garssen et al., 2005), in de warme julimaand van 2006 ongeveer 1000 (CBS, 2006). In de periode van 23 juni tot 12 juli 2010 overleden in Nederland 500 mensen meer dan normaal in deze periode (CBS, 2010). De zomer van 2018 leidde tot nauwelijks extra sterfte in Nederland, mogelijk door de effectiviteit van hitteplannen in combinatie met het feit dat een griepgolf eerder dat jaar veel levens had geëist onder voor hitte kwetsbare mensen. Uitzondering was een iets toegenomen sterfte onder mensen van 80 jaar en ouder (CBS, 2018).

  1. Buitenruimte

Omdat mensen overdag buiten verkoeling zoeken kunnen stadsstranden en –parken onder druk komen te staan. Verder vallen toegenomen risico op brand en schade aan flora en fauna in deze categorie. Bij deze laatstgenoemde effecten speelt de correlatie tussen droogte en hitte een belangrijke rol. Het risico op bosbrand in stedelijk gebied is lange tijd onderschat (EEA, 2012) en wordt dat mogelijk nog steeds.

  1. Leefbaarheid

Thermisch comfort zowel in de buitenruimte als in gebouwen is een belangrijk aspect van de leefbaarheid van een stad en maatregelen tegen hitte richten zich vaak op deze aspecten (Rovers et al., 2014). Omdat thermisch comfort zowel fysieke (Kjellstrom et al., 2016) als mentale prestaties (Cedeño Laurent et al., 2018) beïnvloedt, wordt verminderde arbeidsproductiviteit van zowel binnen- als buitenwerkers onder deze categorie geschaard. Ook sociale overlast door mensen die vanwege de warmte ’s nachts buiten verblijven, valt in deze categorie.

  1. Water

Zeker als hitte en droogte met elkaar gepaard gaan zal de watervraag toenemen en zal tegelijkertijd de aanvoer van water via rivieren afnemen (zie STOWA, Deltafact Zoetwatervoorziening). Drinkwaterkwaliteit vraagt speciale aandacht wegens een toenemende temperatuur van het drinkwater op warme plekken in steden (Agudelo-Vera et al., 2015). Open water in de stad kan sterker opwarmen, afhankelijk van de waterdiepte en omgevingsfactoren (Wilschut et al., 2018) en daarmee neemt het risico op ontwikkeling van onder andere blauwalg toe (Kosten et al., 2012), zeker in samenhang met vermesting van water die in stedelijk gebied kan optreden (Lurling et al., 2010).

  1. Infrastructuur

Door hitte neemt de energievraag voor airconditioning toe (Sailor & Fan, 2002). Tegelijkertijd is er een grotere kans op een energie-blackout, vooral als droogte en hitte samengaan (Van Vliet et al., 2012). Daarnaast kunnen problemen in de vervoersinfrastructuur ontstaan, zoals vastlopende bruggen, uitzettende rails en beschadiging van het wegdek.

Effecten van droogte in de stad

Droogte in de stad kan leiden tot overlast en schade via:

1. het uitzakken van grondwaterstanden;
2. het uitzakken van het oppervlaktewaterpeil;
3. verandering in de waterkwaliteit.

Deze worden hieronder kort toegelicht.

1. Uitzakkende / lagere grondwaterstanden

Bij het langdurig uitblijven van neerslag daalt de grondwaterstand. Dit gebeurt door verdamping via vegetatie en direct vanuit de bodem, door afstroming van grondwater naar drainerende waterlopen, en door wegzijging naar diepere watervoerende pakketten (Figuur 5). De daling van de grondwaterstand kan door aanvoer van kwelwater of vanuit het oppervlaktewater worden beperkt. In veel bestaand stedelijk gebied is echter weinig oppervlaktewater aanwezig, of heeft de bodem een laag doorlaatvermogen.

Figuur 5. Gemeten grondwaterstandsverloop in een straat in Rotterdam. Als gevolg van verdamping en wegzijging naar een dieper watervoerend pakket zakt de grondwaterstand in de droge zomer van 2009 circa 20 cm dieper uit dan in de vrij natte zomer van 2008. Bron: Deltares.

Mogelijke effecten van (tijdelijke) lagere grondwaterstanden zijn:

a. Houten paalfunderingen kunnen droog komen te staan, waardoor zuurstoftoevoer en vervolgens schimmelaantasting kan plaatsvinden. Na gemiddeld 10 tot 20 jaar cumulatieve droogstand is de aantasting zover gevorderd dat de draagkracht van de fundering in gevaar kan komen (o.a. Van Etten et al., 2000). Omdat droogstand in veel oude stadswijken al vele jaren optreedt, kan enkele maanden per jaar extra droogstand als gevolg van droogte de restlevensduur van de houten paalfunderingen drastisch verlagen.

b. Maaivelddaling als gevolg van zetting, veenoxidatie of krimp door uitdroging van kleilagen. Zetting is het gevolg van in de ruimte variërende toenamen van korrelspanningen in de grond. De toename van de korrelspanning kan worden veroorzaakt door grondwaterdaling, en/of door een toename van de bovenbelasting. Maaivelddaling kan vervolgens leiden tot:

  • Toename van de inundatiehoogte bij regenwateroverlast, en daarmee van de kans op schade.
  • Toename van grondwateroverlast, bij gelijkblijvende (normale) grondwaterstand
  • Schade aan niet op palen gefundeerde gebouwen, als het maaiveld ongelijkmatig daalt;
  • Schade aan gebouwen met paalfunderingen ‘op kleef’;
  • Schade aan infrastructuur als het maaiveld ongelijkmatig daalt (Figuur 6);

c. Bij ondergronds elektriciteitstransport komt warmte vrij. Wanneer ondergrondse hoogspanningskabels boven de grondwaterspiegel komen te liggen, kan onvoldoende warmte worden afgegeven en wordt soms, om oververhitting te voorkomen, het transport beperkt (Hoogvliet et al, 2012). Dit kan leiden tot stroomtekort in gebieden tijdens lage grondwaterstanden. Over dit proces is geen verdere informatie gevonden.

d. Toename van verstopping van drainagebuizen als gevolg van oxidatie van ijzer. IJzeroxidatie treedt op wanneer de grondwaterstand uitzakt tot nabij of onder het drainageniveau. Dit is relevant in gebieden met ijzerhoudend grondwater, waar op veel plaatsen in Nederland sprake van is. Verstopping bekort de functionele levensduur van de buisdrainage en/of noodzaakt tot een hogere onderhoudsfrequentie (zie bv. Van de Ven, 2011);

e. Droogteschade aan groen kan optreden bij bomen en struiken die normaal gesproken gevoed worden vanuit het grondwater. Als het grondwater diep wegzakt kan dit leiden tot vroegtijdige bladval. Sommige boomsoorten kunnen hier niet goed tegen en van deze boomsoorten zal een deel direct afsterven. Belangrijk is ook een verwachte toename van secundaire aantastingen (ziekten en plagen) bij bomen die een vorm van droogtestress hebben. Een deel hiervan zal hierdoor kunnen afsterven. Hoe belangrijk deze risicofactor is, hangt vooral af van de duur van droge perioden.

f. Een ander mogelijk effect van droogte in relatie tot groen is dat boomwortels op zoek gaan naar water op grotere diepte en daarbij ondergrondse infrastructuur binnendringen en beschadigen. Over dit proces is geen verdere informatie gevonden.

2. Uitzakken oppervlaktewaterpeil

In Nederland is voor wat betreft het oppervlaktewaterpeilbeheer een onderscheid te maken in peilbeheerst en niet-peilbeheerst gebied. In een groot deel van Nederland wordt het peil beheerst door middel van wateraanvoer vanuit de grote rivieren en meren. De watervraag van stedelijk gebied staat niet letterlijk in de verdringingsreeks (Figuur 7). Deze komt deels terug in stabiliteit van waterkeringen en het voorkomen van klink en zetting. Gezien de hoge prioriteit van die watervragers zal naar verwachting niet snel besloten worden tot peilverlagingen in grote delen van Laag-Nederland.

Figuur 7. Landelijke verdringingsreeks (www.droogtestudie.nl).

In delen van Hoog-Nederland (op de zandgronden) is gebiedsdekkende wateraanvoer niet mogelijk door de hoge ligging. Tijdens langdurige droogte zal hier eerder sprake zijn van het uitzakken van oppervlaktewaterpeilen en droogval van watergangen.

Mogelijke effecten van het dalen van het oppervlaktewaterpeil zijn:

  • Schade aan drijvende woningen en woonboten, met name toegangsconstructies en huisaansluiting van nutsvoorzieningen;
  • Instabiliteit van kaden;
  • Langdurige droogte in het groeiseizoen kan leiden tot sterke groei van helofyten (zoals riet) op voedselrijke natuurvriendelijke oevers. Dit heeft negatieve effecten op de biodiversiteit en natuurbeleving (Sollie et al., 2011). Er zal een intensievere beheersinspanning gepleegd moeten worden om de oever 'functioneel' te houden.
  • Vermindering van de waterkwaliteit; zie de volgende paragraaf.

3. Veranderingen oppervlaktewaterkwaliteit

Droogte in de stad kan op drie manieren bijdragen aan een verslechtering van de stedelijke oppervlaktewaterkwaliteit:

  • Verlaagde oppervlaktewaterpeilen kunnen leiden tot een extra stijging van de watertemperatuur doordat de straling en voelbare warmtestroom geabsorbeerd worden door een kleiner watervolume. Hierdoor neemt de maximumtemperatuur van het water toe. Ondiep water koelt echter ook sneller af, waardoor de minimum watertemperatuur en de gemiddelde temperatuur mogelijk lager blijven Wilschut et al., 2018. In stilstaand water ontstaat soms een gelaagdheid, die ’s nachts en bij opstekende wind echter veelal doorbroken wordt, vooral bij geringere dieptes (Jacobs et al., 2009).
  • Daar waar water van elders wordt aangevoerd om het stedelijk watersysteem op peil te houden en door te spoelen, komt vaak water met een mindere kwaliteit (vooral hogere nutriëntconcentratie) mee uit het landelijk gebied.
  • Tijdens droogte vindt ophoping op het verhard oppervlak plaats van zware metalen, rubber, stof, olieresten, benzineresten en organisch materiaal, onder meer door vroegtijdige bladval. Bij zware regenval kan deze vervuiling vervolgens via (overstortingen uit) de riolering terechtkomen in het oppervlaktewater, en daar leiden tot verhoogde concentraties aan voedingsstoffen, algenbloei, meer bacteriën en lagere zuurstof concentraties.

Mogelijke effecten van deze veranderingen in de waterkwaliteit zijn:

  • Op de tijdschaal van een enkele zomer kunnen stankoverlast, vissterfte en een verminderde waterbeleving leiden tot economische schade voor de recreatiesector.
  • Bij structurele vermindering van de waterkwaliteit kunnen er negatieve gevolgen zijn voor de Woz-waarde van woningen in de directe nabijheid van het water.
  • Sommige soorten blauwalg kunnen giftige stoffen (cyanotoxines) produceren en verspreiden waardoor zwemmers en dieren ziek kunnen worden (Burger en Van der Vat., 2007). Met het toenemende belang van water in de stad voor recreatie zou dit van steeds groter belang kunnen worden.

 Maatregelen tegen hitte in de stad

Een veelheid aan maatregelen tegen hitte en hittestress zonder een (grote) directe invloed op de watervraag van een stad is denkbaar, al dan niet in combinatie met (water vragende) groenblauwe maatregelen. Hieronder vallen bijvoorbeeld hitteplannen, het gebruik van andere materialen en stedenbouwkundige maatregelen zoals het voorzien in ventilatiecorridors en letten op wijk- en woningoriëntatie. Verbetering van de groenblauwe infrastructuur, inclusief verbeteringen aan de bodem onder de stad, wordt echter gezien als een van de belangrijkste maatregelen om hitte in steden tegen te gaan en hun leefbaarheid te behouden (Rovers et al., 2014; Gehrels et al., 2016; Pisello et al., 2018). Maatregelen in de groenblauwe sfeer helpen niet alleen de verdamping van een stad weer op peil te brengen en zo hitte te mitigeren, maar hebben veel bijkomende voordelen zoals het verbeteren van de waterberging, het reduceren van geluidsoverlast, verbeteren van de luchtkwaliteit en stressreductie (Gehrels et al., 2016).

Verdampingskoeling is uiteindelijk vooral merkbaar op de stadsschaal. Volgens een in Nederland geldende vuistregel daalt het UHI met ongeveer 0.6°C per 10% groen (Rovers et al., 2014). Om een dergelijk effect te bereiken moet dus veel groen worden toegevoegd en het effect zal in de nacht maximaal zijn. Het type groen is volgens deze vuistregel van minder belang. Op lokale schaal zijn schaduw en ventilatie vaak veel effectiever voor mitigatie van hitte en hittestress in de buitenruimte dan verdamping (Gehrels et al., 2016; Pisello et al. 2018). Naast schaduw door constructies of doeken, kunnen voor schaduwwerking bomen worden ingezet, die dan tevens bijdragen aan de verdamping van de stad. Hoewel het grootste verkoelend effect van bomen op lokale schaal dan niet aan verdampingskoeling is toe te schrijven vragen bomen natuurlijk evengoed water om te kunnen overleven.

Hitte-mitigatie met groen-blauwe interventies verhoogt de watervraag in stedelijk gebied. Omdat hitte en droogte vaak samengaan, zijn aanpassingen nodig aan het stedelijk gebied om in de watervraag voor stadskoeling door verdamping te kunnen blijven voorzien (Coutts et al., 2012; Van Hattum et al., 2016). Een voor verdamping optimale grondwaterstand helpt ook. Daarmee rijst de vraag hoeveel water nodig is om in een droge periode minimaal een actuele verdamping op peil te houden die tot de gewenste verkoeling leidt en dus ook hoeveel een stad normaal gesproken verdampt. Ook hier is onderscheid naar schaalniveau zinvol. Informatie over verdamping op wijk- of stadsschaal is nodig om de totale waterbehoefte van de stad te bepalen in samenhang met de watervraag in andere sectoren, zoals drinkwatervoorziening, en met het wateraanbod. Op kleinere schaal is informatie over waterbehoefte van planten zinvol. Informatie over verdamping van steden is echter relatief schaars (zie PRAKTIJKERVARING EN LOPEND ONDERZOEK en KENNISLEEMTES).

Maatregelen tegen droogte in de stad

Maatregelen tegen het uitzakken van grondwaterstanden

Toevoegen publicatie ‘Dalende bodems, stijgende kosten – Mogelijke maatregelen tegen veenbodemdaling in het landelijk en stedelijk gebied’ (PBL, 2016)

Grondwaterstandsdalingen kunnen worden tegengegaan met de onderstaande maatregelen (Bewonersorganisatie Oud Hillegersberg, 2014):

  1. Het verhogen van het oppervlaktewaterpeil;
  2. Het verminderen van drainage door lekke riolen;
  3. Het verminderen van wegzijging (afstroming van grondwater naar diepere watervoerende pakketten);
  4. Het vergroten van de grondwateraanvulling door infiltratie van regenwater;
  5. Het vergroten van de grondwateraanvulling door infiltratie van oppervlaktewater;
  6. Het vergroten van de grondwateraanvulling door infiltratie van gezuiverd grijs water.

ad. 1 Het verhogen van het oppervlaktewaterpeil lijkt in de praktijk moeilijk realiseerbaar, doordat veel verschillende belangen er door worden beïnvloed en de toelaatbare marges beperkt zijn. Bovendien is deze maatregel niet effectief in grote delen van stedelijk Nederland waar weinig oppervlaktewater aanwezig is.

ad 2. In bestaand stedelijk gebied kan vervanging van oude, drainerende riolen door nieuwe, waterdichte riolen leiden tot grondwaterstijgingen van enkele decimeters. Deze maatregel beïnvloedt de grondwaterstand structureel; niet alleen tijdens droogte (zie Figuur 8). Om te voorkomen dat dit doorslaat naar grondwateroverlast in natte perioden, wordt steeds vaker drainage als begeleidende maatregel aangelegd.

Figuur 8. Effecten van rioolvernieuwing (1996) en infiltratie (2000) op de grondwaterstand, Land van Valk, Dordrecht. Bron: Votel (2015)

ad 3. Wegzijging kan worden verminderd door de effecten van onttrekkingen in diepe watervoerende pakketten te beperken of door het tegengaan van lekkages in afsluitende lagen door bijvoorbeeld het trekken van oude paalfunderingen of doorboringen voor WKO’s. Dit kan bijvoorbeeld door middel van strengere eisen aan vergunningen voor  onttrekkingen in risicogebieden.

ad 4. Een inmiddels gangbare manier om de grondwateraanvulling te vergroten is het afkoppelen en infiltreren van regenwater. Tijdens een langdurige droogte helpt dit echter niet om de grondwaterstand op peil te houden, er is immers geen water beschikbaar om te infiltreren. De meerwaarde van dergelijke maatregelen ligt dan ook vooral in het verlagen van risico’s op wateroverlast en afname van de waterkwaliteit door hevige regenval.

ad 5. Een alternatief is om water aan te voeren via een drainage-infiltratieleiding vanuit het oppervlaktewater: ‘actief grondwaterpeilbeheer’ (Deltares/Wareco/Fugro, 2017). Diverse praktijkvoorbeelden tonen de effectiviteit van deze maatregel in openbaar gebied aan (Figuur 9). Particulieren kunnen hierop aansluiten om de grondwaterstand op het eigen perceel te regelen. Aandachtspunt is dat bij grootschalige toepassing een invloed op de landelijke watervraag ontstaat die niet verwaarloosd mag worden.

 

Figuur 9. Effecten van infiltratie vanuit de Singel op de grondwaterstand aan de noordzijde van het Vondelpark in Amsterdam. Bron: Deltares/Wareco/Fugro, 2017

Figuur 8 illustreert dat de geschetste maatregelen complementair zijn. De rioolvernieuwing in 1996 veroorzaakte een structurele stijging van de grondwaterstand, die evenwel nog steeds daalde in de zomerperioden. Na ingebruikname van het infiltratiesysteem in 2000 werden ook deze uitzakkingen minder.

Maatregelen tegen het uitzakken van het oppervlaktewaterpeil

Zoals beschreven zal naar verwachting niet snel besloten worden tot peilverlagingen in grote delen van Laag-Nederland. Peilverlaging of droogval in stedelijke gebieden in Hoog-Nederland kan worden bestreden met lokale, maar vooral ook bovenlokale maatregelen. Hiervoor wordt verwezen naar de factsheets over maatregelen in het Deltaprogramma Hoge Zandgronden.

Maatregelen tegen afname oppervlaktewaterkwaliteit (als gevolg van droogte)

  • Maatregelen tegen uitzakkende oppervlaktewaterpeilen (als oorzaak van een afname van de oppervlaktewaterkwaliteit) zijn hierboven kort beschreven.
  • De inlaat van vervuild gebiedsvreemd water kan worden beperkt als de intrinsieke kwaliteit van het stedelijk oppervlaktewater verbetert (toelichting volgt hieronder). Daarnaast is verbetering van de kwaliteit van het inlaatwater een denkbare oplossingsrichting. Deze is te veelomvattend om in het kader van één Deltafact te behandelen.
  • Verbetering van de intrinsieke stedelijke waterkwaliteit kan worden bereikt met een veelheid aan maatregelen in het oppervlaktewater- en hemelwaterafvoersysteem. Naast de al genoemde afkoppel- en infiltratiemaatregelen zijn dit het omschakelen van gemengde naar gescheiden rioleringen, recirculatie, aanleg van helofytenfilters, bergbezinkbassins, wadi’s en andere tijdelijke bergingsvoorzieningen, het opheffen van kopwatergangen, etc.. Ook deze groep maatregelen is zo veelomvattend, zowel qua type maatregelen als reeds opgedane praktijkervaringen, dat deze niet in het kader van één Deltafact behandeld kan worden.

Governance

Maatregelen tegen hitte en droogte in de stad zijn een zaak van samenwerking tussen verschillende belanghebbende partijen op verschillende schaalniveaus. Bij vrijwel alle hierboven beschreven problemen en oplossingen zijn andere partijen belanghebbend. Partijen zullen afspraken moeten maken welke bijdrage door welke maatregel geleverd kan worden. Dit hangt af van wat de lokale situatie en het specifieke probleem vraagt, en is dus maatwerk.

Uit in NKWK (Nationaal Kennis- en innovatieprogramma Water en Klimaat) kader gehouden interviews met gemeente-ambtenaren en andere professionals kwam naar voren dat op gemeentelijk niveau de communicatie tussen verschillende afdelingen suboptimaal is. Beoordeling van plannen in het kader van ruimtelijke ordening verloopt vaak nog lineair, van het ene bureau naar het andere. Dit hindert implementatie van maatregelen om een stad klimaatbestendiger te maken, omdat synergie met andere beleidsdomeinen gemakkelijk over het hoofd wordt gezien. Dit geldt juist ook voor de onderwerpen hitte en droogte, omdat het gevoel van urgentie en de kennis vaak nog ontbreken.

Een belangrijk element is de koppeling van burgerinitiatieven aan de klimaatbelangen van publieke partijen. Hiervoor is een flexibel publiek planproces noodzakelijk dat gepaard gaat met een actieve communicatie met private partijen, inclusief bewoners (Rovers et al., 2014; Groot et al., 2015). Ook bij maatregelen tegen hitte is dit van groot belang omdat bewoners en bedrijven een belangrijke rol kunnen spelen, van maatregelen in het sociale domein (“letten op elkaar”) tot maatregelen in het fysieke domein (“groen in de eigen tuin”). Groene maatregelen in de publieke ruimte en in de private sfeer zijn even effectief. Gegeven het grote aandeel private ruimte is het daarom interessant om te kijken hoe openbaar en particulier groen gezamenlijk hun bijdrage kunnen leveren. Gemeenten hebben echter vaak moeite om de particulieren bij het hittevraagstuk te betrekken, mede omdat het hitte doorgaans niet als een serieus probleem wordt onderkend. Operatie Steenbreek richt zich op het onttegelen van de particuliere tuin. Steeds meer gemeenten zijn aangesloten, maar moeten hieraan nog invulling geven. Hierbij hoort ook het verantwoord omgaan met zoetwater in tijden van droogte, door gemeente en particulieren.

Samenwerking tussen gemeenten en waterschappen in de (afval)waterketen, ter verbetering van de stedelijke waterkwaliteit, is al langer een feit. Met betrekking tot grondwater is in het kader van de Waterwet de verdeling van verantwoordelijkheden tussen gemeente, waterschap en particulieren formeel geregeld. Een beschrijving van deze verdeling en hoe deze uitwerkt in de praktijk, is te vinden in de Deltafact Klimaatverandering / grondwaterbeheer stedelijk gebied. Voor wat betreft samenwerking in het op peil houden van stedelijk grondwater is er nog weinig praktijkervaring. Een actueel voorbeeld van een dergelijke samenwerking zijn de bestuurlijke afspraken met betrekking tot grondwater en funderingen in Rotterdam-Hillegersberg. Zie de paragraaf ‘Praktijkervaring’.

Uit een consultatie onder ambtenaren en bestuurders van overheidspartijen, om meer inzicht te krijgen in de meningen over actief grondwaterpeilbeheer, kwam naar voren dat droogte in de stad niet als een probleem wordt beschouwd, omdat de hieraan gerelateerde schades zich langzaam voltrekken en weinig zichtbaar zijn (Deltares/Wareco/Fugro, 2017). Dit vraagt om een inspanning om dit probleem breder maatschappelijk te agenderen bij bestuurders. Daarbij kan de verbinding worden gelegd met andere maatschappelijke thema’s als duurzaamheid, een leefbare stad en energietransitie.

Kosten en baten

Het meest actuele overzicht van de kosten en baten van hitte en droogte in de stad (uitgedrukt als vermeden schade) wordt gegeven door (Hoogvliet et al, 2012). Een beschrijving hiervan is te vinden in de Deltafact Klimaatverandering / grondwaterbeheer stedelijk gebied. In het kader van NKWK wordt momenteel gewerkt aan een “Klimaatschadeschatter”, die aangeeft hoeveel extra schade door klimaatverandering optreedt zonder enige adaptatie (per 1 april 2019 beschikbaar via www.klimaatschadeschatter.nl). Onder de aspecten die in dit onderzoek worden meegenomen vallen ook hitte en droogte. Recentelijk zijn specifiek voor de maatregel ‘actief grondwaterpeilbeheer’ de kosten en baten in beeld gebracht (Deltares/Wareco/Fugro, 2017). In gebieden gevoelig voor maaivelddaling door seizoensgebonden lage grondwaterstanden levert actief grondwaterpeilbeheer in combinatie met rioolvervanging in openbaar gebied meer op dan het kost. Dit geldt in het bijzonder in toekomstige nieuwbouwwijken, door aanleg tegelijkertijd met de andere infrastructuur. Wanneer ook de baten gerelateerd aan funderingsschade worden meegerekend, levert actief grondwaterpeilbeheer altijd veel meer op dan het kost. Actief grondwaterpeilbeheer moet daarom bij iedere rioolvervanging in bodemdaling-gevoelig gebied worden overwogen. Wordt dit niet gedaan, dan doet de volgende kans zich pas op zijn vroegst over enkele decennia voor. In de tussenliggende periode is veel schade te vermijden met actief grondwaterpeilbeheer, mede in het licht van klimaatverandering.

Praktijkervaring en lopend onderzoek

In Nederland is onderzoek naar hitte relatief laat op gang gekomen en onderzoek hiernaar was in eerste instantie gericht op inventarisatie van de problematiek en bewustwording. Al snel werd duidelijk dat ook Nederland rekening moet houden met de hitteproblematiek in steden (Van Hove et al., 2010; Steeneveld et al., 2011; Rovers et al., 2014; Van Hove et al., 2015; zie ook de Klimaateffectatlas). Dit geldt ook voor wat kleinere steden in een relatief waterrijke omgeving. Het eerste nationale hittecongres dat in juni 2018 werd georganiseerd, getuigt van de omslag in het denken over hitte en droogte in Nederland.

Momenteel wordt onderzoek steeds meer gericht op kwantificering van effecten en implementatie van maatregelen. Daarin blijft monitoring van stedelijke hitte een belangrijke rol spelen, niet alleen in grote steden, maar ook in meer landelijk gebied. Initiatieven rond hitte waarbij burgers worden betrokken, komen steeds meer van de grond, bijvoorbeeld in Amersfoort. Het onderzoek omvat ook modelstudies, zoals naar combinaties van effecten onder klimaatverandering en van urbanisatie op hitte (Koopmans et al., 2018). Verder zijn onlangs richtlijnen ontworpen voor het maken van hittekaarten voor de gemeentelijke klimaatstresstest en loopt onderzoek naar de manier waarop gemeenten het beste geholpen kunnen worden bij de implementatie van maatregelen (De Hittebestendige Stad). Daarvoor is een combinatie van hittekaarten en kaarten van kwetsbaarheden nodig (Van der Hoeven en Wandl, 2015).

Om beleidsopties te evalueren is kwantificering van koelende effecten van maatregelen cruciaal. Hoewel kwalitatieve gegevens over effecten van maatregelen beschikbaar zijn, is slecht bekend hoe maatregelen in specifieke situaties kwantitatief uitpakken, mede doordat elke stad en situatie weer anders is. Op onderdelen is naar koelende effecten van specifiek ingrepen onderzoek verricht, bijvoorbeeld naar het verkoelend effect van stadswater in samenhang met andere omgevingsfactoren (Cortesão et al., 2017). Ook in NKWK kader wordt hieraan onderzoek verricht, in samenhang met de koppeling aan kosten en baten analyses van maatregelen of het uitblijven van maatregelen.

In de hitteproblematiek speelt verdamping van steden een cruciale rol. Daarnaast is er een link met de droogte via de watervraag die bij verdampingskoeling hoort. De Graaf et al. (2013) geven een overzicht van verdampingsmetingen in stedelijk gebied tot en met 2013, veelal met een lokaal karakter, dan wel op basis van hydrologische balansen. In totaal konden zij zeven studies van verschillende aard in hun analyses betrekken. Zij constateren dat verdamping van steden mogelijk wordt onderschat en signaleren een grote onzekerheid in de verdampingsschatting, met mogelijk grote gevolgen voor schattingen van waterbehoefte ten tijde van droogte. De metingen suggereren een lineair verband met de versteningsgraad van steden, wat overeenkomt met een lineaire toename bij toenemende groenfractie (Brolsma et al., 2012) mits groenfractie en versteningsgraad ongeveer complementair mogen worden verondersteld.

Gedurende een langere periode zijn metingen aan verdamping uitgevoerd in Arnhem en Rotterdam (Jacobs et al., 2015). In Utrecht zijn metingen gedurende een relatief korte periode in de herfst van 2008 uitgevoerd (Brolsma et al., 2012). De resultaten laten zien dat de verdamping van steden op jaarbasis mogelijk nog groter is dan De Graaf et al. (2013) dachten (figuur 10). Ze benadrukken het belang van verdampingsmetingen om een goede schatting van de watervraag te kunnen maken. Tevens geven ze een indruk van de problematiek rond zulke metingen in urbaan gebied en indirect ook verdampingsmodellering of verwachting van watervraag (zie kennisleemtes). Momenteel vinden verdampingsmetingen plaats in Amsterdam en in Enschede (persoonlijke mededeling Wim Timmermans, ITC, Universiteit Twente), maar verdampingsgegevens van deze steden zijn op dit moment nog niet gepubliceerd.

Figuur 10. Hoge schatting van jaarlijkse stedelijke verdamping (E) als functie van de fractie versteend oppervlak (fraction impervious) door De Graaf et al. (2013). De regressielijn is gebaseerd op hydrologische metingen, deels op lokale schaal, aangegeven met diamantjes. De schatting op basis van deze regressielijn wordt vergeleken met gemeten jaarlijkse verdamping van het centrum van Arnhem (data Wageningen Environmental Research, deels gepubliceerd in Jacobs et al., 2015) Groene cirkels: uit directe metingen (Eobs); blauwe vierkanten: referentieverdamping op basis van metingen aan het weer bij het meetstation voor verdamping (Eref); rode driehoeken: extrapolatie naar volledige bedekkingsgraad op basis van bijdrage van vegetatie ter grootte van de referentieverdamping).

Zoals gemeld vormen maatregelen ter verbetering van de stedelijke waterkwaliteit een dusdanig veelomvattende oplossingsrichting, dat het te ver voert om praktijkervaringen en in dat kader lopend onderzoek in één Deltafact te beschrijven. STOWA onderzoekt, vaak samen met Stichting RIONED, de uiteenlopende aspecten die van invloed zijn op de stedelijke waterkwaliteit, met als doel deze op peil te houden. Via www.stowa.nl zijn op dit gebied relevante publicaties te raadplegen (645 zoekresultaten ‘waterkwaliteit’, bezocht d.d. 9 oktober 2018).

Ook maatregelen tegen droogval en uitzakken van oppervlaktewaterpeilen zijn veelomvattend, omdat ze op verschillende schaalniveaus, door verschillende actoren en ten behoeve van vele belangen worden uitgevoerd. Een actueel overzicht van lopende en voorgenomen projecten wordt gegeven in het Werkprogramma Zoetwatervoorziening Hoge Zandgronden.

Voor het funderingsrisicogebied Hillegersberg zijn in 2013, na een lange periode van constructief overleg, afspraken gemaakt tussen gemeente, hoogheemraadschap en bewonersorganisaties. De basis voor samenwerking is in dit geval een gezamenlijke bezorgdheid en belang t.a.v. lage grondwaterstanden, waarbij iedere partij vanuit de eigen verantwoordelijkheid een bijdrage levert (Actualisatie bestuurlijke afspraken grondwater en funderingen, 2016). De bewonersorganisaties dragen zorg voor informatieverstrekking, over o.a. grondwateraanvulling en funderingen door middel van bewonersavonden en de website www.inhillegersberg.nl. Het hoogheemraadschap betrekt het belang van het op peil houden van het grondwater in vergunningverleningstrajecten voor bemalingen van grondwater, en bij het opstellen van het nieuwe peilbesluit. De gemeente vervangt het merendeel van de resterende oude riolen (< 1980) in Hillegersberg, informeert bewoners over ontwikkelingen die voor grondwater en funderingen relevant zijn, en neemt - mits doelmatig – maatregelen ter bevordering van de grondwateraanvulling.

In Gouda doet de Coalitie ‘Stevige Stad’ onder de noemer ‘Living Lab’ in het noordelijk deel van de binnenstad en in de wijk Korte Akkeren onderzoek naar verschillende aspecten van bodemdaling, waaronder het effect van droogte. Uit theoretisch onderzoek blijkt dat één droge zomer met een langdurig verlaagde grondwaterstand maximaal enkele millimeters extra bodemdaling levert op locaties die nu al dalen met 5 tot 10 mm/jaar. Door de grondwaterstanden hoog te houden kan deze bodemdaling worden beperkt.

Kennisleemtes

Om onderbouwde beslissingen over de verdeling van zoetwater in tijden van droogte te kunnen nemen zijn gegevens nodig over de watervraag of actuele verdamping van een stad. Hierover zijn echter relatief weinig kwantitatieve gegevens en (internationaal) onderzoek naar de beste manier om watervraag te schatten op verschillende schalen is nodig.

Actuele verdamping van een stad kan gemeten worden of gemodelleerd. In beide gevallen is dit een extreem lastige opgave, vooral door de heterogeniteit binnen een stad. Daardoor kunnen op kleine afstand verschillende microklimaten ontstaan die een sterke invloed hebben op de lokale verdamping (Spronken-Smith et al., 2000).

Overzichten van methodes voor metingen van verdamping, inclusief metingen in stedelijke gebied, zijn te vinden in Allen et al. (2011) en Nouri et al. (2012). Vanwege de hiervóór geschetste complexiteit van de stad voor wijken en steden leveren volgens Oke et al. (2017) alleen metingen op wat grotere hoogte representatieve gegevens over actuele verdamping op de stads- en wijkschaal. Zulke metingen op torens, daken van hoge gebouwen en vliegtuigen zijn echter vaak lastig uit te voeren volgens de protocollen die tot kwalitatief goede data leiden en zijn bovendien duur. Ze zijn dan ook relatief schaars in stedelijk gebied. Goedkopere en gemakkelijker uit te voeren alternatieven die goed werken in een agrarische of natuurlijke omgeving (waaronder schattingen op basis van standaard meteorologische waarnemingen, via referentieverdamping of potentiële verdamping) leiden doorgaans tot onbetrouwbare resultaten in de veel complexere stadse omgeving (Oke et al., 2017).

Op kleinere schaal, bijvoorbeeld voor het volgen van het waterverbruik van een boom, zijn sommige andere methodes mogelijk beter toepasbaar, ondanks de ook daar optredende problemen die samenhangen met de heterogeniteit in de stad. Tot deze categorie behoren lysimeterbepalingen en sapstroommetingen. Met de nodige aanpassingen kunnen mogelijk ook schattingen op basis van referentieverdamping enig inzicht geven in de lokale watervraag van vegetatie in de stad, maar hoe dit in de praktijk moet gebeuren is nog niet duidelijk (DiGiovanni-White et al. 2018; Jacobs et al., 2015; Nouri et al., 2013).

Modellen die aangestuurd worden door meteorologische waarnemingen kunnen ook inzicht geven in de actuele verdamping. Hiermee worden in principe ook verdampingsverwachtingen mogelijk, die kunnen helpen de waterverdeling te begeleiden. Een veelheid aan modellen is beschikbaar, die sterk uiteenlopen in complexiteit en de benodigde invoergegevens, met een onzekerheid in de verdamping die doorgaans in dezelfde orde van grootte valt als een typische verdamping op een zomerdag in Nederland. Complexere modellen zijn niet per definitie beter dan eenvoudige, mits rekening wordt gehouden met de verdamping van vegetatie (Grimmond et al., 2010).

Verdampingsgegevens in Nederlandse steden zijn al met al extreem schaars. Dat geldt helemaal voor periodes van extreme droogte. Hoewel duidelijk is dat de verdamping in een wijktype als het centrum van Arnhem of Rotterdam snel afneemt na een natte dag (Jacobs et al., 2015) is niet duidelijk hoe dit proces verder verloopt bij langdurige droogte en hoe lang de verdampingskoeling in stand blijft bij een droogte als in 2018. De onzekerheid rond de grootte van de stedelijke verdamping in Nederland blijft vooralsnog bestaan en met verdampingsverwachtingen voor stedelijke gebied is nauwelijks ervaring opgedaan. Ook rond de kwantificering van de verkoelende effecten van groen-blauwe infrastructuur voor specifieke situaties blijven vragen bestaan. Ten slotte zijn de momenteel gebruikte schadefuncties voor kosten-baten analyses van hitte en droogte ten minste deels verouderd of het betreft extrapolaties vanuit het (verre) buitenland. In beide gevallen zijn ze aan verbetering toe.

Op basis van de al genoemde consultatie actief grondwaterpeilbeheer is geconcludeerd dat er onvoldoende kennis bestaat over waar en hoeveel maaivelddaling in openbaar stedelijk gebied wordt veroorzaakt door ‘seizoensgebonden grondwaterstandsdalingen’ (in veel gevallen door droogte). Deze kennis is noodzakelijk om vast te stellen waar mogelijkheden liggen om baten te behalen met maatregelen om lage grondwaterstanden te voorkomen.

Schades aan groen door droogte zijn tot op heden niet structureel geïnventariseerd, onderzocht en in literatuur terug te vinden. De grootste schade ontstaat waarschijnlijk door uitval van vegetatie. De bijdrage van uitval van bomen en struiken in stedelijk gebied door droogte wordt niet geïnventariseerd en verdwijnen in de algemene beheerskosten en statistieken. Een meer gestructureerde registratie van doodsoorzaken van vegetatie kan deze kennisleemte invullen.