De eerste resultaten dr. ir. Vincent Wolfs prof. dr. ir. Patrick Willems KU Leuven
Klimaatverandering • Warmer: tot +6°C in de zomer • Nattere winters: tot +30% neerslag • (Veel) drogere zomers: tot -70% neerslag • Hevigere zomeronweders: tot +50% piekintensiteit • Meer zonnestraling, vooral in de zomer en herfst
3
Klimaatverandering –> meer hydrologische extremen Temperatuurstijging Ukkel sinds 1830:
4
Toename van de verzadigingsconcentratie van waterdamp in de atmosfeer:
Vaker (lange) droogteperiodes Zoals deze van vorig voorjaar & begin van de zomer 2017:
5
Vaker extreme piekregens
6
Hittestress en -eiland
Bron: VITO (2014)
7
Intensere neerslag boven Antwerpen
Impact klimaatverandering op pluviale overstromingen
8
Urbanisatie -> meer verharding & verlies biodiversiteit 1976
Vlaanderen en Brussel:
1976: 4 – 5% verhard
2000
2000: 9 – 10 % verhard
2017: 13 – 14 % verhard
9
Samengevat klimaatverandering & urbanisatie Intelligent groendak = verbeterde adaptatie tegen …
Urbanisatie • Meer verharding: meer & snellere regenwaterafstroming, hitte-eiland • Verlies aan biodiversiteit Klimaatverandering
• Warmer -> meer hittestress vooral in steden • Vaker lange droge periodes in de zomer -> meer irrigatie nodig, anders afsterven vegetatie • Hevigere zomeronweders -> meer wateroverlast 10
Groendak
11
HYDROACTIV Intelligent groendak
1 2 3 12
NEERSLAGAFVOER VERTRAGEN AFVOERVOLUMES VERMINDEREN WATER NUTTIGER GEBRUIKEN
13
14
Water opvangen
1
Irrigeren
3
Vasthouden
2
Gecontroleerd afvoeren
4
Veel potentieel‌
15
Piekdebieten vertragen
Afvoervolumes verminderen
Water gebruiken voor irrigatie
Verkoeling door verdamping
Biodiversiteit
Real-time monitoring
‌ maar hoe effectief in de praktijk? 1. Hoe werkt een groendak? 2. Wat is de impact op wateroverlast bij grootschalige toepassing? 3. Kunnen we deze daken intelligent maken? Heeft dat een impact op vegetatie en wateroverlast?
16
Aanpak
1 INSTALLATIE Installatie van diverse groendaken in SintAndries, Antwerpen
17
2 MONITOREN Sensoren meten de werking van het groendak
3
4
OPSCHALEN
SLIM STUREN
Via modellen en simulaties berekenen wat de impact is op wateroverlast
Intelligente sturing testen op het groendak
Installatie
18
Sint-Andries: living lab
19
Installatie • 4 testtafels: • • • •
Conventioneel groendak Hydroventiv groendak OASIS groendak Lege referentietafel
• 2 vegetatieoppervlakken
• Meteo station
20
Installatie: november ‘17
21
Installatie: november ‘17
22
Installatie: november ‘17
23
Installatie november ‘17
24
25
Opbouw Conventioneel Tafel 1
6 cm substraat Filterdoek Uitlaat en overstort 26
Hydroventiv (HVV) Tafel 2
8 cm substraat 8 cm waterberging Uitlaat en overstort
OASIS Tafel 3
20 cm substraat 8 cm waterberging Geen uitlaat (wel overstort)
Monitoring
27
Meten is (beter) weten • Meteostation: neerslag, temperatuur, windsnelheid, luchtvochtigheid
• Uitstroom per tafel: duo tipping bucket opstelling • Hoogte in waterberging
28
Installatie: december ‘17 Pluviometer (tipping bucket) Temperatuur Windsnelheid Autonoom station met zonnepaneel en batterij
29
Eerste meetresultaten
30
Hoeveel neerslag is er gevallen? Relatief droge periode‌ 100.8 mm over bijna 2 maanden
= 100 liter/m² dak
31
Hoe intens was de neerslag? 2.6 mm/10 minuten Ter vergelijking: • T 2 jaar = 12.2 mm/10 minuten • T 5 jaar = 14.7 mm/10 minuten
… zonder écht intense neerslag in Sint-Andries
32
Hoeveel water stroomt er nog naar de riolering?
33
Hoeveel water naar de riolering? Wortels reiken (nog) niet tot waterberging! Minder verdamping bij dikker substraat 100 liter/m²
Neerslag
34
82 liter/m²
Leeg dak
20 liter/m²
Conventioneel groendak
8 liter/m²
11 liter/m²
HVV groendak
OASIS groendak
Hoeveel water naar de riolering? Groendaken: 80 tot >90% verdamping (in de voorbije 2 maanden…) 100 liter/m²
Neerslag
35
82 liter/m²
Leeg dak
20 liter/m²
Conventioneel groendak
8 liter/m²
11 liter/m²
HVV groendak
OASIS groendak
Droge periode: waterberging redt planten Ganse maand overbrugd met berging in reservoir!
36
Capillaire opstijging
37
Maar wat bij hevigere neerslag?
38
Afgelopen periode Geen onweer in Sint-Andries ď Œ 30 mei 2018
39
Eind april Leeg dak Piek vertraagd 1 Ă 2 uur bij matige neerslag door conventioneel groendak
Pieken zeer sterk vertraagd bij HVV en OASIS (met extra waterberging)
40
31 mei & 1 juni Matige buien na een droge periode worden volledig “geabsorbeerd� door de groendaken.
Conventionele groendaken kunnen minder water absorberen dan die met waterberging.
41
Modellering
42
Modellering • Waarom? • Nodig voor het ontwerpen van gebouwen en installaties: hoe groot moeten voorzieningen zijn? • Intelligente sturing
Levert nieuwe inzichten!
43
Locatelli, L., Mark, O., Mikkelsen, P.S., Arnbjerg-Nielsen, K., Jensen, M.B., Binning, P.J., 2014. Modelling of green roof hydrological performance for urban drainage applications. Journal of Hydrology 519, pp. 3237-3248.
Ontwerp groendaken in de praktijk Software voor het ontwerpen van hemelwatervoorzieningen 100 jaar neerslag simuleren in een seconde Uitbreiding voor groendaken
44
Impact van groendaken bij grote buien “Gewoon” plat dak
Overstromingen
45
Een bui die eens in de 100 jaar voorkomt, leidt tot 30 liter afstroming per m² in 30 minuten
Impact van groendaken bij grote buien “Gewoon” plat dak
46
Impact van groendaken bij grote buien “Gewoon” plat dak OASIS groendak Zeer grote reductie (tot 50%) van de piekafstromingsvolumes Minder overstromingen!!
47
En wat als we de daken intelligent gaan sturen?
48
Intelligente sturing? STAP 1: Het “weerbericht� van het komende uur lezen: komt er een hevig onweer?
STAP 2: Kan het dak deze bui opvangen? Moet de berging geledigd worden?
49
STAP 3: Kunnen we nog lozen, of is de riolering nu reeds overbelast?
Intelligente sturing • Omgekeerd bij droogte: water vasthouden en beschikbaar stellen aan planten!
50
Intelligente sturing: simulatieresultaten OASIS – zonder sturing Neerslag Wolkbreuk
[mm/10 min.]
Afvoer naar riolering [liter/10 min.]
Berging in groendak [liter/m²]
Sturing ledigt de berging
OASIS – met slimme sturing
Minder afvoer naar de riolering Minder overstromingen!
Impact van groendaken bij grote buien “Gewoon” plat dak OASIS groendak Zeer grote reductie (>50%) van de piekafstromingsvolumes Minder overstromingen!!
52
Afvoer naar de riolering van hevige buien
“Gewoon” plat dak
OASIS groendak OASIS groendak met sturing 53
Zeer grote reductie (tot 80%) van kritieke stormafvoer
Droogte • Is de waterberging vaak leeg? Ondervinden planten droogtestress?
ďƒ¨ Waterberging gesimuleerd over 100 jaar
54
Droogte • Is de waterberging vaak leeg? Vooral in de zomer In augustus 1 op de 3 dagen leeg
55
Wat als we dit toepassen op een ganse stad?
56
Waar kunnen we groendaken toepassen? • Antwerpen “historisch centrum”: circa 750 000 m² aan groendaken mogelijk
57
Simulaties • Gedetailleerde 1D/2D modellen
58
Langetermijnsimulaties
59
Overstroomde oppervlakte Reductie overstromingsoppervlakte [%]
27 & 28 juli 2013 -29% -22% -18%
-8% -4% 12.5%
25%
50%
75%
Benut groendakpotentieel [%]
60
ďƒź Tot 30% minder overstromingsoppervlakte
100%
Overstroomde oppervlakte Reductie overstromingsoppervlakte [%]
30 mei 2016 -30% -23% -15%
-8% -3% 12.5%
25%
50%
75%
Benut groendakpotentieel [%]
61
ďƒź Tot 30% minder overstromingsoppervlakte
100%
Conclusies
62
Conclusies • Zeer veel verdamping in de lenteperiode (>80% tot nu toe…) Minder afvoer naar de riolering Win-win-win! Minder hittestress Planten hebben langere tijd water beschikbaar biodiversiteit!
• Simulaties: Sterke reductie van de afvoer naar rioleringen (>50% van piekbuien) Tot 30% minder overstroomde oppervlakte in Antwerpen (?) • Intelligente sturing = de toekomst? Bijna geen afvoer meer naar rioleringen tijdens piekgebeurtenissen Meer water beschikbaar voor planten
Volgende stappen • Bijkomende monitoring: • Hoe gedraagt het groendak zich over langere termijn? • Wat bij zeer extreme regen? Modellering verfijnen • Sturing op het dak implementeren: neerslagvoorspelling combineren met modellen van het groendak en de riolering • Groendaken als klimaatadaptatiemiddel!
Meer info? Onderzoek dr. ir. Vincent
Wolfs (vincent.wolfs@kuleuven.be)
Prof. dr. ir. Patrick
Willems (patrick.willems@kuleuven.be)
Groendak Jean-Christophe Grimard (jeanchristophe.grimard@vegetalid.com) Stad Antwerpen Nora Danko (nora.danko@stad.Antwerpen.be)