Het Waterschap Limburg heeft de afvoermetingen van de Geul sinds 2010 beschikbaar gesteld. Gecombineerd met de neerslagradarmetingen van het KNMI proberen we aan de hand van de waterbalans van het gebied meer inzicht te krijgen in de neerslag-afvoerrelatie van het gebied tijdens meer extreme neerslaggebeurtenissen. >>> concept in bewerking…..
Stroomgebied Geul
Het stroomgebied van de Geul kunnen we op verschillende manieren indelen. Hier is gekozen voor 6 deelstroomgebieden (Figuur 1). De hoofdader van de Geul ontspringt in België en komt bij Cottessen ons land binnen. Het stroomgebied bovenstrooms van Cottessen noemen we hier de België Geul. Westelijk van dat gebied stroomt de Gulp, die ontspringt ook in België en mondt bij Gulpen (benedenstrooms van Hommerich) uit in de hoofdader van de Geul. Westelijk van Aken komen de Selzerbeek en daarboven de Eyserbeek uit in de Boven Geul. Vanaf de uitmonding van de Gulp tot voorbij Meerssen noemen we het stroomgebied Beneden Geul. Bij Meerssen mondt de Beneden Geul uit in de Maas.
Met meetpunt Cottessen ligt op de grens met België. Stroomafwaarts liggen Hommerich en Schin op Geul, kort voor Valkenburg. Het meetpunt Meerssen ligt bij de uitgang van het stroomgebied, net voor het uitstroompunt van de Geul op de Maas.
De afvoer in Cottessen komt van circa 124 km2 bovenstrooms gelegen gebied in België. De afvoer in Meerssen heeft betrekking op het volledige stroomgebied van de Geul in Nederland en België, met een oppervlak van circa 323 km2. Naast de afvoer via Cottessen komt nog een ander deel van het water uit België via de Gulp. Meer dan 1/3 van het stroomgebied van de Geul ligt dus in België. Deze oppervlaktes zijn berekend door telling van het aantal radarvakken, die een oppervlak hebben van circa 0,9 km2.
Kwaliteit meetgegevens
Deze neerslag-afvoer analyse is gebaseerd op 12 jaar metingen van de afvoer in de Geul door het Waterschap Limburg en de bijbehorende neerslagradardata van het KNMI. De mfbs klimatologische set is gebruikt voor de neerslagdata tot 2019 en de final reanalysis data vanaf 2019.
Tijdens de ramp in 2021 zijn de afvoermetingen in Meerssen helaas verstoord geraakt. Gedurende de hele periode sinds 2010 is het meetpunt Cottessen bij vrijwel elke zware bui korter of langer buiten bereik geraakt. We hebben daarom delen het piekverloop van deze afvoeren moeten schatten. Voor de periode juni-juli 2021 zijn de ontbrekende afvoeren ingevuld met behulp van modelsimulaties van Deltares. De resultaten die we hier presenteren zijn daarom niet hard maar wel waardevol.
Selectie zware/extreme neerslaggebeurtenissen
Voor de neerslag-afvoeranalyse van de Geul is een aantal zware/extreme neerslaggebeurtenissen geselecteerd uit de periode van 2010 tot 2022. Het gaat om gebeurtenissen die over een groot deel van het stroomgebied zijn geregistreerd.
Voor de selectie van de neerslaggebeurtenissen is gebruikt gemaakt van de dagwaarden van het KNMI geregistreerd in Zuid-Limburg op de stations Beek, Epen, Heerlen, Noorbeek, Vaals en Valkenburg. De som van de dagwaarden van deze stations zijn bepaald voor een periode van 2 en 5 dagen. De perioden met de zwaarste neerslag op het gebied Zuid-Limburg zijn aangegeven in de volgende tabel.
In tabel 1 zijn per periode de gemeten afvoeren in de Geul bij Cottessen en Meerssen aangegeven, per tijdvak van 15 minuten en 12 uur. Voor elk van die perioden is de maximale 15-minuten afvoer in Cottessen gelijk aan 27 m3/s, dat is het maximale bereik van het meetpunt.
De neerslag-afvoerrelatie van de gemarkeerde perioden in de tabel is hier nader geanalyseerd. Slechts 3 van de 10 gebeurtenissen heeft plaatsgevonden in de zomer. De gebeurtenissen van november 2010 en januari 2011 zijn samengevoegd tot een aaneengesloten gebeurtenis over een periode van 3 maanden.
Begin februari 2022 was er sprake van een interessante gebeurtenis omdat er toen net/wel/geen sprake was van wateroverlast. Deze periode is helaas niet geschikt voor een neerslag-afvoeranalyse van het hele stroomgebied omdat het meetpunt Meerssen niet heeft gewerkt. Tijdens de ramp in juli 2021 is het meetpunt in Meerssen ernstig verstoord geraakt door ophoping van zand/grind in de meetgoot. Dat meetpunt was bij de gebeurtenis van februari 2022 helaas nog niet hersteld.
Neerslagafvoer analyse
De neerslagafvoer-relaties zijn dus uitgewerkt voor de gebeurtenissen van:
– februari 2022,
– juni-juli 2021 (ramp),
– mei-juni 2016,
– juli 2014,
– november 2010 –januari 2011.
De lijst van datums geeft de links naar de uitwerking per gebeurtenis. De resultaten van deze analyse zijn samengevat in de onderstaande figuur 2.
gemeten op de meetpunten Cottessen en Meerssen.
De neerslagafvoer is berekend voor:
a) Uit België, het stroomgebied van de Geul bovenstrooms van Cottessen,
b) Totaal, het gehele stroomgebied van de Geul in Nederland en België,
c) Uit Nederland, het verschil tussen het volledige stroomgebied bovenstrooms van Meerssen en het stroomgebied van de Geul in bovenstrooms van Cottessen.
Opgemerkt moet worden dat een klein deel van het aan Nederland toegerekende gebied via de Gulp ook uit België komt. Feitelijk onderschatten we de aanvoer uit België en overschatten we de aanvoer uit Nederland nog in deze analyse.
Uit de analyse komt naar voren dat de neerslagafvoer in de winter duidelijk groter is dan in de zomer. Ook tijdens de ramp in juli 2021 was de afvoer van neerslag (233 mm neerslag) nog relatief groot maar dat werd vooral veroorzaakt door grote afvoer uit België. De afvoer uit Nederland was relatief klein, relatief groter dan in juli 2014 (128 mm neerslag) maar ook kleiner dan in mei-juni 2016 (136 mm neerslag).
In de winterperiode is de afvoer van neerslag duidelijk groter dan in de zomer. In februari 2022 wordt circa 70% van de neerslag uit België afgevoerd. In de periode van november 2010 t/m januari 2011 is gemiddeld 266 mm neerslag geregistreerd waarvan totaal ruim 40% is afgevoerd. Het verschil tussen Nederland en België is in die winterperiode kleiner. Maar de afvoer van neerslag was in die 3 wintermaanden ongeveer 3 keer zo groot als in de zomer van 2021.
Ramp juni-juli 2021
Tijdens de ramp van juli 2021 werd circa 10% van de neerslag op het Nederlandse deel van het stroomgebied afgevoerd via de Geul in Meerssen. Kennelijk wordt een groot deel van het regenwater opgenomen door de ondergrond. In een periode van 3 dagen is er veel neerslag gevallen maar het heeft niet extreem hard geregend.
Een neerslaghoeveelheid van 20 mm in een uur is geregistreerd in minder dan 50 radarvakken (circa 14% van het stroomgebied). In extreme buien kunnen gemakkelijk neerslaghoeveelheden voorkomen van 100 mm per uur (of meer). Dat is al diverse keren waargenomen in Nederland. De conclusie is dat een groot deel van het regenwater de tijd heeft gehad om te worden opgenomen door de ondergrond.
Experimenteel onderzoek in de Strabeker Vloedgraaf, een stroomgebied net boven Valkenburg, laat ook zien dat de bodem veel regenwater kan opnemen. >>> verwijzing
De relatief grote opnamecapaciteit van de ondergrond in juli 2021 kunnen we zien als 3 keer een geluk bij een ongeluk:
- Het was zomer en dan blijft er relatief veel regenwater hangen in de begroeiing van het gebied.
- In de periode voorafgaand aan de ramp was er geen sprake van langdurige droogte. Dat is gunstig voor de opnamecapaciteit van de ondergrond. Bij een uitgedroogde toplaag kan de ondergrond nauwelijks water opnemen en zal relatief meer regenwater tot afstroming kunnen komen.
- Het heeft in juli 2021 niet extreem hard geregend, de grote hoeveelheid neerslag is gevallen over een relatief lange periode en het is denkbaar dat er veel meer water tot afstroming komt als er in kortere tijd meer regen valt.
Het stroomgebied van de Geul maakte in juli 2021 bovendien ook maar een heel klein onderdeel uit van een omvangrijk neerslaggebied boven België, Duitsland en Luxemburg (figuur 3).
op 14 juli 2021
Het zwaartepunt van dat neerslaggebied met de grootste neerslag-hoeveelheden lag meer boven België, Duitsland en Luxemburg. Daar heeft het harder geregend, dat is dus de 4e meevaller bij de ramp in Nederland.
Buien met extreem veel neerslag in een kortere duur hebben vaak een lokaal karakter. Naar de toekomst is er een toenemende kans op clustering van lokale buien en dat betekent ook een toenemende grotere kans dat een stroomgebied als de Geul vol wordt getroffen door een nog veel extreme neerslaghoeveelheid in een kortere duur. Stel dat een dergelijke bui valt na een periode van langdurige droogte dan is het goed mogelijk dat de opnamecapaciteit van de bodem veel kleiner zal zijn en dat er relatief ook nog meer van die neerslag tot afstroming komt.
Kortom we mogen ons niet te gemakkelijk rijk rekenen met het geluk dat we in 2021 hebben gehad. Het gebied van de Geul is mogelijk nog veel kwetsbaarder dan we nu veronderstellen. Als stresstest met een extreme neerslaggebeurtenis die we ons nu nog niet kunnen voorstellen stel ik voor om uit te gaan van een dagsom van 300 mm en een (2)uursom van 150 mm. Deze hoeveelheden zijn niet uit de duim gezogen maar dicht bij ons land al geregistreerd in Kopenhagen en Münster.
Vragen
– Wat is het effect van het stedelijk gebied op de afvoer van regenwater via de Geul?
– Wat is het effect van de vele buffers in het stroomgebied op het vertragen van de afvoer via de Geul.