Deze analyse is gericht op het duiden van de watersnoodramp in Zuid-Limburg van juli 2021. Het gaat om de vraag hoeveel neerslag op het stroomgebied is gevallen en welk deel van die neerslag in korte tijd tot afstroming is gekomen. Is er bijvoorbeeld ruimte om meer regenwater vast te houden en daarmee het gebied minder kwetsbaar te maken voor wateroverlast? >>> concept in bewerking…..
Neerslag op stroomgebied Geul
In de periode 25 juni-18 juli 2021 is er gemiddeld 233 mm neerslag geregistreerd op het gehele stroomgebied van de Geul, 233 mm neerslag op een stroomgebied van 340 km2 komt neer op bijna 80 miljoen m3 regenwater, ofwel circa 800 m3 regenwater per inwoner.
Periode 25 juni – 20 juli 2021
Tijdens de ramp is over een periode van 3 dagen (13-16 juli) veel neerslaggevallen, maar het heeft in korte tijd (uur) niet extreem hard geregend. Dit is een belangrijk gegeven als het gaat om het opnemen van regenwater door de ondergrond.
In het verloop van de neerslag (figuur 1) is te zien dat het in de maand juli voorafgaand aan de rampperiode van 13 – 16 juli niet echt droog is geweest. Van die 233 mm neerslag is gemiddeld ongeveer 95 mm geregistreerd in de aanloop naar de extreme periode van 13-16 juli. In die aanloopperiode was het in Nederland iets natter dan in België. Tijdens de ramp is vanaf 13 tot 18 juli gemiddeld 138 mm neerslag geregistreerd op het stroomgebied van de Geul.
De nieuwe rfcor (final ranalysis) radarbeelden van het KNMI laten zien hoe de 48-uursom zich in de tijd heeft ontwikkeld in de periode 13-16 juli 2021.
In het begin van de ramp (14/7) regent het in NL wat harder, vooral in de omgeving ten oosten van Valkenburg. De zwaarste neerslag valt dan relatief dicht bij de uitgang van het stroomgebied en dat is gunstig. Aan het einde van de periode (15/7) regent het in België beduidend harder waardoor de 48 uursom lokaal sterkt bijtrekt.
Voor het gehele stroomgebied is geteld in hoeveel radarvakken het in 60 minuten significant hard heeft geregend. Uit figuur 2 blijkt dat in de periode van de ramp het in vrijwel alle radarvakken van het gebied een keer harder heeft geregend dan 10 mm per uur. De hoogte van de blauwe staaf geeft het unieke aantal vakken aan, ruim 300 met minimaal 1 keer een neerslaghoeveelheid van 10 mm in 60 minuten. Een stedelijk gebied kan een dergelijke neerslaghoeveelheid normaliter prima verwerken. De hoogte van de oranje staaf geeft aan dat een dergelijke hoeveelheid gemiddeld nog 2 keer per radarvak is opgetreden. Het is aannemelijk dat het in bepaalde delen van het gebied vaker is voorgekomen. In bijna 50 radarvakken is een neerslaghoeveelheid van 20 mm in 60 minuten geregistreerd.
Neerslagkansen
Rond 14/15 juli 2021 viel er aanvankelijk meer neerslag in de buurt van Valkenburg, een gebied met 120-150 mm in 48 uur. Figuur 4a toont herhalingstijden per radarvak tussen de T = 200 en 500 jaar in het gebied westelijk van Valkenburg, op 14 juli 2021 om 14:00h (UTC). Deze herhalingstijden zijn gebaseerd op de KNMI-STOWA neerslagstatistiek voor korte duren, gepubliceerd in 2018.
Ruim een dag later werd er duidelijk meer neer neerslag in het Belgische deel van het stroomgebied geregistreerd. Figuur 4b geeft een groot gebied aan waar de herhalingstijden per radarvak (ruim) boven de T=500 jaar lagen.
Afvoermetingen in Cottessen en Meerssen
De afvoermetingen over deze periode zijn helaas niet compleet en vooral voor Meerssen geldt dat de registraties achteraf als (te) onnauwkeurig zijn bestempeld.
Om hier iets te kunnen zeggen over de neerslagafvoerrelatie moeten we uitgaan van grove schattingen van ontbrekende waarden. Hier missen we helaas een unieke kans om concreet wijzer te worden. In dat licht bezien is het ook heel jammer dat voor die metingen in Cottessen in de afgelopen 12 jaar vaak zijn uitgevallen.
In de afvoergrafieken van Cottessen en Meerssen zijn de geschatte waarden oranje gemarkeerd. Uitgangspunt was een piekafvoer in Cottessen van circa 60 m3/s en in Meerssen van circa 100 m3/s. In Meerssen had zich in het doorstroomprofiel van de Geul bij het meetpunt een dikke laag grind afgezet. Het idee is dat de toename van de afvoer nog redelijk nauwkeurig is gemeten maar dat de afname van de afvoer na de piek is overschat.
Neerslagafvoerrelatie
Met de neerslagradargegevens en de gemeten/geschatte afvoeren in Cottessen en Meerssen is het cumulatieve verloop van het neerslag-afvoer percentage berekend voor het gebieden bovenstrooms van Cottessen, het hele stroomgebied van de Geul en als verschil het NL deel van het stroomgebied van de Geul.
a) in België bovenstrooms van Cottessen,
b) voor het totale stroomgebied van de Geul in Meerssen en
c) voor het Nederlandse deel van het stroomgebied.
Uit de waarnemingen van 28 juni tot 18 juni 2021 komt naar voren dat de cumulatieve afvoer vanuit België relatief groot is, tot bijna 50% van het plaatselijke neerslagvolume. Voor het gehele stroomgebied in Nederland en België samen wordt gemiddeld ruim 20% van het neerslagvolume afgevoerd. Dat betekent dat de neerslagafvoer van het Nederlandse deel van het stroomgebied totaal circa 10% bedraagt.
Bovenstaande grafiek laat zien dat circa 1/3 van het neerslagvolume is geregistreerd op het Belgische deel van het stroomgebied. Per km2 (in mm) is in het Belgische deel van het stroomgebied ongeveer evenveel neerslag geregistreerd als in het Nederlandse deel.
Naar verhouding is de afvoer van neerslag vanuit het Nederlandse deel van het stroomgebied dus veel kleiner dan vanuit België. De grafiek laat ook zien dat het effect van verdamping in de zomer substantieel is. Hier is gerekend met een verdamping van gemiddeld 4 mm per dag.
Afvoer uit België
De tendens van een grotere afvoer uit België komt overeen met de analyse van de resultaten van de neerslagperioden mei/juni 2016, juli 2014 en november 2010 – januari 2011.
Vooral al het hard regent komt dus vrijwel de helft van de Geulafvoer uit België. In juli 2021 komt tot 60% van de afvoer in Meerssen uit België. Dat heeft meerdere oorzaken. Het stroomgebied in België is mogelijk nog wat hellender en de diepere ondergrond is relatief dicht onder het oppervlak al versteend. Per saldo kan de bodem in België dus weinig regenwater opnemen. Hetzelfde effect (maar dan veel sterker) zien we ook in Duitsland in het stroomgebied van de Ahr waar hele dorpen grotendeels door het water zijn verwoest. In dat gebied zijn de hellingen nog steiler en de dalen nauw. In het stroomgebied van de Ahr is mogelijk tot vrijwel 100% van de neerslag tot afstroming gekomen.
Geologie en grondwater
Het stroomgebied van de Geul is geologisch gezien ingewikkeld. Het regenwater kan in Nederland plaatselijk gemakkelijk de bodem inzakken en een paar dagen later verderop weer aan het oppervlak verschijnen.
Op andere locaties komt het weggezakte regenwater überhaupt niet meer aan het oppervlak. In de waterbalans van het gebied is de grondwaterstroming een niet te onderschatten factor.
Voorgeschiedenis ramp
De periode voorafgaand aan de ramp in juli was nat. Eind juni 2021 heeft het ook flink geregend. De gebeurtenis van eind juni 2021 staat hoog op de RadarTools-ranglijst van extreme buien in de gemeenten Maastricht, Meerssen en Valkenburg aan de Geul. Ook in de 2 weken net voor de ramp regende het af en toe.
Een nadeel van die natte periode vooraf is dat de waterbuffers in het gebied al vroeg vol raakten, met water en ook slib. Het Waterschap geeft aan in de aanloop naar de ramp veel energie gestoken te hebben in het schoonmaken van die buffers.
Een voordeel van die natte periode is dat de löss bodem niet helemaal water ondoorlatend was. Stel dat de ramp had plaatsgevonden na een lange periode van droogte (zoals nu in augustus 2022) dan had de snelle afvoer van neerslag veel groter kunnen zijn.
Bijdrage stedelijke gebied
In het Nederlandse deel van het stroomgebied wonen circa 70.000 mensen, dat komt neer op ongeveer 35.000 woningen. In het Belgische deel wonen circa 30.000 mensen in ongeveer 15.000 woningen.
Stel nu dat de woningen in het stroomgebied van de Geul gemiddeld een afvoerend oppervlak hebben van 300 m2 en dat in de periode van 25 juni t/m 20 juli circa 233 mm neerslag is gevallen dan komt dat neer op ruim 3,5 miljoen m3 regenwater vanuit het stedelijke gebied. Ten opzichte van de totale afvoer van de Geul van bijna 19 miljoen m3 via Meerssen komt dat neer op een aandeel van ruim 18%, als we heel ruim rekenen dat al het water op dat afvoerend oppervlak tot afstroming komt.
Stel nu dat al die woningen in het gebied een waterbuffer hebben van 5 m3, dan is dat totaal maximaal 250.000 m3. Stel dat het mogelijk is om de inhoud van die buffer 2 keer te benutten, dan komt dat neer op circa 15% van dat afvoerende regenwater. Met een flinke regenton van 250 liter zou je minder dan 1% van dat regenwater kunnen benutten.