Water sensitive urban design in onze steden: urbaan groen als tool voor waterbeheer.

De snelle aangroei van steden in de wereld geeft aanleiding voor een heel aantal uitdagingen op milieuvlak. Een belangrijk aspect dat gelinkt is met deze toenemende trend van urbanisatie, is de wijziging van de hydrologische cyclus. Door de hoge graad van verharde oppervlakten in stedelijke gebieden worden processen zoals infiltratie, oppervlakte afvoer, evaporatie en interceptie van regenwater drastisch gewijzigd. Een toename van de oppervlakte afvoer wordt waargenomen terwijl evaporatie-, infiltratie- en interceptieprocessen afnemen. Dit geeft niet enkel aanleiding tot overstromingen en andere water-gerelateerde problemen in de steden zelf maar ook in stroomafwaarts gelegen gebieden buiten de stedelijke grenzen, die dit additionele inkomende regenwater niet kunnen opvangen.

Dit doctoraatsproefschrift wil bijdragen tot een beter begrip van de rol van vegetatie in een stedelijke context. De focus ligt op de rol van groene infrastructuur (bomen, struiken, gras, …) in de stedelijke hydrologische cyclus. Groene infrastructuur zorgt voor een breed scala van ecosysteemdiensten, waarvan waterretentie een van de belangrijkste is. Door regenwater op te vangen op hun blad- en stamoppervlaktes neemt het regenvolume dat de grond bereikt af. Omdat piekstromen worden gebufferd ondervinden waterafvoer systemen minder druk, wat resulteert in minder overstromingen en ander water-gerelateerde problemen. Bovendien zorgen plaatsen waarop groene infrastructuur aangeplant is voor doorlaatbare oppervlaktes waar de oppervlakkige waterafvoer, dat geproduceerd wordt op verharde oppervlaktes, kan infiltreren zodat dit water de vaak uitgeputte grondwater tafel onder steden kan aanvullen.

Groene infrastructuur bestaat uit een mengelmoes van groentypes. In het eerste gedeelte van dit proefschrift licht de focus op de kleine vegetatietypes, welke een vaak over het hoofd gezien deel zijn van het stedelijke groen spectrum. Ondanks dat deze kleine vegetatietypes kleiner zijn dan bomen, kan hun invloed op de stedelijke hydrologische cyclus toch behoorlijk groot zijn.  Om hun impact op waterretentie te bepalen werd een ex-situ serre experiment met een regenvalsimulator uitgevoerd. Vier kleine stedelijke groensoorten werden verzadigd met regen en hun interceptiecapaciteit werd gemeten. Deze bevindingen werden vervolgens gelinkt met vegetatiekenmerken om multiple lineair regressie modellen te  maken. Biomassa werd gevonden als een goede voorspeller van het regenwater interceptiecapaciteit potentieel voor zowel individuen van één soort als voor individuen van verschillende soorten. Bovendien was het regenwater interceptie potentieel van deze kleine groensoorten van een zelfde grootteorde als het regenwater interceptie potentieel van bomen, wat hun belang in de stedelijke hydrologische cyclus benadrukt.

Het tweede gedeelte van dit proefschrift draait rond alleenstaande bomen. In een regenopvang experiment dat gedurende drie opeenvolgende jaren liep (2015-2017), werd een grote opvangconstructie gebouwd onder een Noorse esdoorn en een kleinbladige linde. De interceptie, doorval en stamafvoer werden voor beide bomen gemeten tijdens regenevents van verschillende groottes en intensiteiten. De opgebouwde dataset werd vervolgens gebruikt als invoer voor verschillende hydrologische modellen. De prestatie in het voorspellen van de volledige regen interceptie werd vergeleken tussen de vaak gebruikte interceptiemodellen van Gash en Rutter (Gash and Morton, 1978; A. J. Rutter et al., 1971) aan de ene kant, en een aangepaste versie van het volledige waterbalans model WetSpa aan de andere kant. Uit onze bevindingen blijkt dat de voorspellingen van het volledige waterbalans model WetSpa gelijkaardig zijn aan deze van de interceptiemodellen van Gash en Rutter. Vanwege zijn holistische aanpak, adviseren wij WetSpa om voorspellingen te maken over de impact van bomen op de volledige stedelijke waterbalans.

Het laatste gedeelte van dit proefschrift kijkt naar groene infrastructuur vanuit een stedelijke landschapsschaal. In plaats van te focussen op individuele groenelementen, werd het effect van verschillende ruimtelijke patronen van urbaan groen in een landschap op de functionele oppervlakte afvoer connectiviteit onderzocht, wat een maat is voor het gemak waarmee water door een landschap stroomt. Door het gebruik van een virtueel oppervlakte afvoer experiment, gebruik makend van 100’en artificieel gecreëerde landschappen, werd de invloed van 17 verschillende landschapsmetrieken op de functionele oppervlakte afvoer connectiviteit bekeken. De effectief verharde oppervlakte en de gemiddelde grootte van de verharde oppervlaktes werden gevonden als de meest belangrijke variabelen die de functionele oppervlakte afvoer connectiviteit beïnvloeden.  De relaties van deze variabelen met de functionele oppervlakte afvoer connectiviteit werden gemodelleerd voor stedelijke gebieden met verschillende afvoersysteem densiteiten en percentages van groene infrastructuur bezetting. De resultaten toonden dat een decentralisatie van het afvoersysteem noodzakelijk is om het volume van oppervlakteafvoer te verminderen. Door het creëren van smalle, doorlaatbare oppervlaktes beplant met groene infrastructuur in het landschap, kan oppervlakte afvoer worden opgevangen dicht bij de plaats waar deze werd geproduceerd. Op deze manier wordt er minder druk gezet op het afvoersysteem en het opgevangen water kan gebruikt worden voor andere toepassingen. Om dit gedeelte af te sluiten werd een kleine case study gedaan op een subcatchment van de Watermaalbeek in Brussel. De resultaten van deze case study toonden aan dat de relaties die gevonden werden in het virtuele experiment, blijven gelden in een bestaand stedelijk landschap.

In zijn geheel beantwoordt dit proefschriftt verschillende vragen betreffende het potentiele effect van groene infrastructuur op de urbane hydrologische cyclus. We concluderen dat door middel van meer groen aan te planten in een stedelijke omgeving, sterke verbeteringen in water management kunnen worden bekomen. De auteur hoopt dat de informatie in dit proefschrift kan bijdragen in het creëren van meer bewustzijn bij de algemene bevolking rond de voordelen van groene infrastructuur en in het stimuleren van het gebruik van groene infrastructuur door beleidsmakers en urbane planners.