Systeemrobuustheid in het waterbeheer

Marjolein Mens* | 2015

Over het voorkomen van onacceptabele schade

De maatschappelijke gevolgen van overstromingen en droogte nemen toe Overstromingen en droogte hebben wereldwijd steeds grotere maatschappelijke gevolgen. Ook neemt de kans op deze gebeurtenissen waarschijnlijk toe door klimaatverandering. Waterbeleid richtte zich tot op heden op het voorkómen van overstromingen of droogte, door bijvoorbeeld dijken te bouwen of reservoirs aan te leggen. Het is echter praktisch onmogelijk om 100% bescherming te bieden. Dit besef heeft in de afgelopen decennia geleid tot een risicobenadering. Dit houdt in dat beleid zich niet alleen richt op het beschermen van extreme gebeurtenissen, maar ook op het beperken van de gevolgen, om zo overstromingsrisico en droogterisico te beperken.

Risicobenadering heeft beperkingen
Met de risicobenadering worden extreem grote gevolgen niet voorkomen, ook al is de gemiddelde jaarlijkse schade (= het risico) gereduceerd tot een acceptabel niveau. In termen van risico is tien jaar lang 100 slachtoffers per jaar vergelijkbaar met eenmalig 1000 slachtoffers in dezelfde periode. Dit laatste heeft alleen een grotere maatschappelijke impact. Extreem grote gevolgen die in één keer optreden worden onacceptabel gevonden als herstel hiervan heel moeilijk of zelfs onmogelijk is. Dit betekent dat niet alleen het risico maar ook de potentiële gevolgen van extreme gebeurtenissen gereduceerd moeten worden tot een acceptabel niveau. Dit geldt voor gevolgen van zowel overstromingen als droogte. Het ontbreekt echter aan methodes om het voorkomen van extreme gevolgen van overstromingen en droogte (rampen) mee te nemen in beleidsvorming.

Een andere beperking van risico als beleidscriterium is dat het aannames vraagt over herhalingstijden van hoogwaters en droogte, omdat deze onzeker zijn. Herhalingstijden worden bepaald met meetreeksen van bijvoorbeeld waterstanden of neerslag en met statistische technieken. De meetreeks is meestal niet lang genoeg om de herhalingstijd van kleine-kans-gebeurtenissen met zekerheid te bepalen. Hoe risico’s zich ontwikkelen in de toekomst is nog onzekerder, omdat niet exact te voorspellen is hoe het klimaat en de economie zich ontwikkelen. Door al die onzekerheden is het dus ook onzeker of een voorgestelde maatregel het gewenste effect op het risico zal hebben. Dit is nog een reden om aanvullende beleidscriteria die beter met onzekerheid kunnen omgaan te verkennen.

Robuustheid als nieuw perspectief voor het omgaan met extreme gebeurtenissen
Het begrip robuustheid lijkt een bruikbaar begrip voor het omgaan met extreme gebeurtenissen. Dit begrip is bekend uit andere vakgebieden, waar het wordt gebruikt in relatie tot systemen en netwerken, bijvoorbeeld verkeersnetwerken, elektriciteitsnetwerken of computers. Als deze systemen robuust zijn blijven ze functioneren in geval van een ongeluk of storing. Een gebied dat is blootgesteld aan overstromingen of droogte is ook een systeem. Als een gebied robuust is voor overstromingen en/of droogte, dan kan het blijven functioneren ondanks dat het is ondergelopen of ondanks langdurige droogte. Als een gebied kan blijven functioneren is het waarschijnlijk dat gevolgen beheersbaar blijven en echte rampen worden voorkomen. In dit proefschrift is het begrip (systeem)robuustheid toepasbaar gemaakt voor overstromingen en droogte door middel van robuustheidscriteria, die zijn getest in vier casestudies. Uit deze casestudies is gebleken dat het meenemen van robuustheidscriteria tot andere beleidskeuzes kan leiden. Het biedt daarmee een nieuw perspectief voor het omgaan met extreem hoogwater en langdurige droogte. 

Robuustheid = weerstand + veerkracht

In dit proefschrift is systeemrobuustheid gedefinieerd als het vermogen van een systeem om te blijven functioneren tijdens verschillende mate van verstoring. Overstroming en droogte worden gezien als verstoringen op een systeem (gebied). ‘Blijven functioneren’ betekent dat er geen schade optreedt of dat de schade beperkt blijft en het gebied weer snel herstelt. Het vermogen van een systeem om schade te voorkomen wordt weerstand genoemd. 

Het vermogen om te herstellen van schade wordt veerkracht genoemd. Robuustheid is het resultaat van deze twee eigenschappen. Door het analyseren van robuustheid wordt duidelijk onder welke omstandigheden gevolgen gaan optreden en onder welke omstandigheden gevolgen niet meer herstelbaar zijn. 

Drie criteria om robuustheid te kwantificeren
Robuustheid kan nu geanalyseerd worden door middel van drie robuustheidcriteria. De volgende criteria helpen de reactie van een systeem op een verstoring te beschrijven: 

  1. Weerstand: de ‘reactiedrempel’ van het systeem.
  2. Proportionaliteit: de mate waarin gevolgen geleidelijk optreden.
  3. Beheersbaarheid: de mate waarin de gevolgen onder een kritische herstelgrens blijven.

Het eerste criterium verwijst naar de kleinste verstoring die tot significante schade leidt. Bij overstromingen is dit bijvoorbeeld de laagste afvoer die schade veroorzaakt. Dit wordt vooral bepaald door het beschermingsniveau tegen overstromingen. Bij droogte is de verstoring bijvoorbeeld neerslagtekort. Weerstand kan dan uitgedrukt worden in de kleinste hoeveelheid neerslagtekort die schade veroorzaakt. 

Het tweede criterium komt voort uit het plotselinge karakter van een overstroming, bijvoorbeeld als een dijk doorbreekt. Een kleine toename van de afvoer leidt dan ineens tot een grote overstroming met grote gevolgen. Het uitgangspunt is dat plotselinge gebeurtenissen meer impact hebben, omdat mensen zich daar niet op voor kunnen bereiden. In een robuust systeem moeten plotselinge overstromingen en droogte dus vermeden worden. 

Het derde criterium vergelijkt de gevolgen met een kritische herstelgrens. Deze herstelgrens verwijst naar de fysieke en sociaaleconomische capaciteit van een gebied om zich te herstellen van de gevolgen van een overstroming of droogte. Als de gevolgen groot zijn ten opzichte van de herstelcapaciteit dan zal het lang duren voordat een gebied weer kan functioneren zoals voor de overstroming of droogte. Hoe langer de hersteltijd hoe groter de gevolgen op de lange termijn. Door een kritische grens te trekken wordt het mogelijk om te beoordelen onder welke omstandigheden deze kritische grens wordt overschreden.

Beleidsvoorkeuren veranderen door robuustheidsperspectief
Bij het maken van beleid over overstromingsrisico’s is het gebruikelijk om maatregelen te beoordelen op hun effect op overstromingsrisico in relatie tot hun investeringskosten (als onderdeel van een maatschappelijke kosten-batenanalyse). Overstromingsrisico wordt dan uitgedrukt als verwachtingswaarde van de schade. Ten opzichte van dit risicocriterium hebben de robuustheidscriteria een meerwaarde, omdat niet alle maatregelen die het risico verlagen ook de robuustheid vergroten. Met andere woorden: sommige maatregelen veranderen het systeem zodanig dat het beter kan omgaan met grote overstromingen. Dit is aangetoond in twee casestudies over overstromingen vanuit de IJssel en de Maas. Robuustheidcriteria kunnen dus tot andere beleidsvoorkeuren leiden.

Bij het maken van beleid over zoetwatervoorziening is het gebruikelijk om maatregelen te beoordelen op hun effect op leveringszekerheid van water. Leveringszekerheid als criterium is echter beperkt omdat het alleen iets zegt over de kans dat watertekort optreedt en niets over de maatschappelijke gevolgen hiervan. De robuustheidscriteria hebben dan een meerwaarde, omdat de maatregelen ook beoordeeld worden op de gevolgen van een eventueel watertekort, en of deze gevolgen nog acceptabel zijn. Ook de twee casestudies over droogte hebben aangetoond dat een beoordeling op basis van robuustheid tot andere beleidsvoorkeuren kan leiden.

Hoe ziet een systeem eruit dat robuust is voor overstromingen?
Systemen met een hoog beschermingsniveau dat overal gelijk is (zoals in het Nederlandse rivierengebied) hebben een grote weerstand tegen afvoeren. Ze zijn daarmee alleen niet automatisch robuust voor extreme afvoeren, omdat deze afvoeren plotselinge overstromingen kunnen veroorzaken met veel schade in een groot gebied. Een manier om een dergelijk systeem robuuster te maken is door de beschermingsniveaus te differentiëren. Hierdoor lopen minder kwetsbare gebieden als eerste onder en neemt de dreiging bij kwetsbaardere gebieden af. Een andere manier is door de dijken praktisch doorbraakvrij te maken. Plotselinge overstromingen worden hiermee vermeden en de gevolgen zijn kleiner, omdat er veel minder water tegelijk het gebied instroomt. Een combinatie van doorbraakvrije dijken met verschillende hoogtes is ook mogelijk en zal de robuustheid nog verder vergroten. Tot slot zijn maatregelen die de gevolgen beperken aan te bevelen voor een robuuster systeem, maar ze moeten dan wel de schade reduceren tot onder de herstelgrens.

Hoe ziet een robuuste zoetwatervoorziening eruit?
Systemen hebben een hoge weerstand tegen droogte als hun bergingscapaciteit groot is in verhouding tot de watervraag, bijvoorbeeld systemen met een groot waterreservoir. Een grote bergingscapaciteit betekent meestal ook een grote leveringszekerheid. Gevolgen van droogte hangen vooral samen met de absolute vraag. Als de vraag onder normale omstandigheden heel groot is, dan veroorzaakt een droogte veel schade. Robuustheid kan vergroot worden door de vraag structureel te verminderen en door kortetermijnmaatregelen of noodmaatregelen te plannen, zoals prioriteren tussen watervragers en tijdelijke aanvoer van water uit andere bronnen. Systemen waar landbouw veel water vraagt zijn gebaat bij diversiteit in gewassen.

Conclusie
Dit proefschrift heeft het begrip robuustheid toepasbaar gemaakt voor beleidsvorming op het gebied van overstromingen en droogte. Het biedt hiermee een nieuw perspectief voor het omgaan met extreme hoogwaters en langdurige droogte. Het robuustheidperspectief ondersteunt beleidsmakers in het verkennen van kleine-kans- gebeurtenissen en het overwegen of de gevolgen hiervan nog acceptabel zijn. Het kwantificeren van robuustheidscriteria is een middel om inzicht te krijgen in systeemeigenschappen die ervoor zorgen dat gevolgen beperkt blijven zodat onbeheersbare situaties worden voorkomen.

Dit artikel betreft de samenvatting van het proefschrift System Robustness Analysis in Support of Flood and Drought Risk.

Management en is goedgekeurd door Prof. ir. E. van Beek, Universiteit Twente (promotor), Dr. F. Klijn, Deltares (copromotor) en Dr. J.P. van der Sluijs, Universiteit Utrecht (copromotor). 

*Het artikel is eerder gepubliceerd door PRIMO in Quaterna Publica 2015 met toestemming van de auteur.

Foto: Ad Kruf