Herhalingstijd (mis)leidend?

Het kunnen verwerken van een bui met een herhalingstijd van T=100 jaar u mogelijk een misplaatst gevoel van veiligheid, bij het anticiperen op regenwateroverlast. T=100 jaar suggereert dat de kans op het meemaken van een dergelijke gebeurtenis heel klein is. Die kans is echter veel groter dan velen zullen denken……

De kans dat u in een periode van 65 jaar een T=100 jaar bui meemaakt is bijna 50%. Door klimaatverandering kan die kans toenemen tot ongeveer 70%. Het KNMI neemt in het upper scenario aan dat de herhalingstijd van een extreme bui in de periode van 2020 tot 2085 ongeveer met een factor 3 toeneemt.

Stel dat u een nieuwbouwwijk ontwerpt die een T=100 jaar bui zonder overlast (net wel) moet kunnen verwerken. In de periode van de komende 65 jaar heeft u een kans van bijna 70% een dergelijke gebeurtenis mee te maken. Het hoeft dan maar iets harder te gaan en er kan regenwateroverlast ontstaan.

Willen we dit ?

Deze video van 2,5 minuut toont de verandering van de kans op extreme neerslag vanaf de vorige eeuw naar de toekomst. De herhalingstijd wordt omgerekend om naar een kans van meemaken in een periode van 65 jaar (bijvoorbeeld 2020-2085). De video laat zien hoe veilig de DPRA regenwateroverlast norm is: vergeleken toen en nu.

3 soorten kansen op extreme neerslag

De kans op extreme neerslag kan op 3 verschillende manieren worden aangeduid:

  1. Herhalingstijd van een hoeveelheid neerslag in een tijdvak op een 1 locatie(punt) in Nederland, gebaseerd op de gegevens over een periode van X jaar.
  2. Kans op een hoeveelheid neerslag in een tijdvak op een punt in Nederland over een periode van bijvoorbeeld 65 jaar, rekening houdend met een verondersteld klimaateffect.
  3. Kans op het aantal overschrijdingen van een hoeveelheid neerslag over de afgelopen periode van Y jaar, ergens in Nederland.

Professionals praten heel makkelijk over herhalingstijden vaak zonder zich te realiseren wat dat begrip inhoudt. In Nederland is het voorkomen van overlast bij een bui met een herhalingstijd van T = 100 jaar haast ongemerkt de norm geworden. Ik kan me niet aan de indruk onttrekken dat die periode van 100 jaar iets te maken heeft met de beschikbaarheid van historische data. De (klok)uursommen in De Bilt zijn geregistreerd sinds 1906.

Een herhalingstijd van 100 jaar betekent feitelijk een kans van 1% in een tijdvak van een jaar. Dat lijkt ver weg, de kans dat je zoiets meemaakt lijkt heel klein, maar dat is schijn. Om die kans vanuit een ander perspectief beter te kunnen begrijpen kan je hem cumuleren over een langere periode. Net zoals met ons spaargeld toen we nog rente ontvingen. In de video is gekozen voor een periode van 65 jaar. In de komende 65 jaar is het zeer aannemelijk dat het klimaat blijft veranderen. Bij de berekening van die gecumuleerde kans kunnen we daar rekening mee houden.

Berekening gecumuleerde kans over een periode

We beginnen met de berekening van een gecumuleerde kans zonder klimaateffect. De kans dat we een T=100 jaar bui NIET meemaken in een jaar bedraagt 100 – 1 = 99 %. Over een periode van 65 jaar is de kans dat we die bui niet meemaken 0,99^65 = 0,52 = 52%. De kans dat we die bui wel meemaken is 100 – 52= 48%.

Herhalingstijd (jaar)Kans NIET per jaarKans NIET in 65 jaarKans in 65 jaar
100,90,1%99,9%
400,97519,3%80,7%
1000,9952,0%48,0%
5000,99887,8%12,2%
10000,99993,7%6,3%
100000,999999,4%0,6%
Tabel 1 Berekening gecumuleerde kans in een periode voor een herhalingstijd van 10 tot 10000 jaar

Een kans van 48% in 65 jaar is voor veel mensen een heel andere en misschien veel duidelijkere beleving dan een kans van 1% per jaar. Een project in Amsterdam waarbij met klimaatmaatregelen werd geanticipeerd op een neerslaggebeurtenis met een herhalingstijd van 40 jaar betekent dat de woningen daar in de komende 65 jaar bijna 80% kans hebben om onder te lopen. En dat is dan de kans nog zonder een klimaateffect. Het is heel waarschijnlijk dat extreme neerslag gebeurtenissen in de komende 65 jaar nog aanzienlijk zwaarder gaan worden.

Met opzet spreken we hier van een extreme neerslaggebeurtenis en niet van een bui. De herhalingstijd van een bui is vrijwel niet te bepalen. Het verloop van een bui is daarvoor vaak te grillig. We moeten ons daarom beperken tot de analyse van extreme neerslag in verschillende tijdvakken: per 15 minuten, 60 minuten, 3 uur, 24 uur etc. Voor het stedelijke gebied gaan we ervan uit dat de hoeveelheid neerslag in 60 minuten een belangrijke waarde is. Dat is lang niet altijd een bui maar vaak een onderdeel van een bui. Aansluitend voor of na die 60 minuten kan het ook (hard) geregend hebben. Met het tijdvak van 60 minuten bedoelen we hier geen klokuur maar een voortschrijdende som van 5 minuten vakken.

Het KNMI neemt in het upper scenario aan dat de herhalingstijd van een extreme bui in de periode van 2020 tot 2085 ongeveer met een factor 3 toeneemt. Voor het klimaateffect nemen we aan dat de kans per jaar geleidelijk toeneemt van T = 100 jaar nu naar T = 33 jaar over 65 jaar. We berekenen over die periode per jaar de kans dat die bui NIET optreedt. Om de totale kans te berekenen vermenigvuldigen we alle kansen per jaar voor de periode van 65 jaar. De kans dat we die bui wel meemaken is dan weer KansWel = 100% – KansNiet.

Figuur 1 Kans op een gebeurtenis over een periode van 65 jaar met een herhalingstijd van nu T = 100, 1000 en 10000 jaar. Als klimaateffect is gerekend dat de kans in 65 jaar is toegenomen met een factor 3 naar T = 33, 333, 3333 jaar.

De gecumuleerde kans op neerslag met een herhalingstijd van T = 100 jaar neemt door het klimaateffect in dit voorbeeld toe van 48% naar ruim 70%. Dat is dus niet ver van ons bed maar voor veel mensen een indringende realiteit. Voor T =1000 jaar ligt die kans net boven de 10% en voor T = 10000 jaar in de buurt van de 1%.

Als we aan een bewoner de vraag voorleggen hoeveel kans op regenwateroverlast in zijn woning hij/zij acceptabel acht, dan is het antwoord 0%. Als we dan aandringen en er toch enige kans op overlast geaccepteerd moet worden dan komen we niet veel verder dan 1 hooguit 5%. En dat betekent dat we voor het functioneren van onze bebouwde omgeving rekeningen moeten houden met veel zwaardere neerslag, met een herhalingstijd in de orde van T = 5000 tot 10000 jaar.

Tellen optredende extreme neerslag ergens in Nederland

Naast de berekening van de kans op extreme neerslag op 1 punt (locatie) kunnen we ook gaan kijken naar het aantal keren dat extreme neerslag ergens in Nederland wordt overschreden. Daarvoor gebruiken we niet de metingen van grondregenmeters, maar de neerslag per km2 afgeleid uit radarbeelden.

Waar komen we vandaan?

Tot begin deze eeuw werd in het stedelijk gebied niet gekeken naar de effecten van zeer extreme buien. We hadden niet de software, niet de (hoogte)gegevens van de omgeving en onvoldoende rekencapaciteit om dit soort effecten enigszins nauwkeurig te kunnen berekenen. Behalve de (klok)uursommenreeks van De Bilt hadden we ook niet veel data voor de korte durende neerslagextremen. Voor het ontwerp van rioolstelsels zijn de kwartiersommenreeksen van Beek (L), De Bilt en Eelde ontwikkeld, met een lengte van 25 jaar (1955-1979). Sinds 2008 hebben we de beschikking over de 10 minuten reeksen van allen automatische stations van het KNMI. Door die reeksen achter elkaar te koppelen krijgen we een voldoende lange reeks om uitspraken te doen over neerslagextremen met een herhalingstijd in de orde van 100 – 1000 jaar.

Voor het verwerken van extreme buien beperkten we ons daarom tot het dimensioneren van een gewenste afvoercapaciteit van een rioolstelsel naar de overstorten en rekenden daarbij met ontwerpbuien met een herhalingstijd van T = 2 jaar. Het doel was om in bestaande stelsels deze afvoercapaciteit zo efficiënt mogelijk te realiseren en indien nodig op te krikken met een minimale inspanning in maatregelen. Water op straat is een onvermijdelijk gevolg van het limiteren van de afvoercapaciteit van een rioolstelsel. Een rioolstelsel met voldoende afvoercapaciteit kan ervoor zorgen dat hinder door water op straat relatief kort duurt. Het kan ook zorgen voor wat minder schade maar bij zeer extreme buien zal dat effect beperkt zijn.

Met het anticiperen op regenwateroverlast heeft de klassieke controle van de afvoercapaciteit van een rioolstelsel niets te maken. Het gaat erom dat extreme neerslaghoeveelheden vooral verwerkt moeten worden in de bovengrondse ruimte, zoals water op straat. Die ruimte moeten we dus daarop inrichten door het realiseren van zoveel mogelijk berging bovengronds en desnoods ondergronds en door het realiseren van floodpathways om water vooral bovengronds te kunnen afvoeren naar deze bergingslocaties. Het idee om het op orde houden van de capaciteit van een rioolstelsel te zien als de basisinspanning van de overheid slaat hier de plank mis. De aandacht moet veel breder worden gericht.

Vergelijking kansen nu met die van de vorige eeuw