Uitzonderlijkheid van neerslag

In het najaar van 1998 viel er in Nederland veel regen, zoveel zelfs dat tot tweemaal toe sprake was van een rampsituatie. Een eigenschap van rampen is, dat ze in de regel zeldzaam en nauwelijks voorspelbaar zijn. Bovendien zijn niet alle rampen even zeldzaam. De aanleiding tot rampen is daarom een zeer geschikt onderwerp om in de statistiek te bestuderen.

Met de statistiek kunnen kansen bepaald worden en is het mogelijk om risico's economisch te analyseren. Op deze manier is het mogelijk om maatschappelijk aanvaardbare risico's kwantitatief te specificeren. Tezamen met de bestudering van langjarige neerslagreeksen kunnen dan ontwerpcriteria afgeleid worden, zodat om bevredigend te functioneren bijvoorbeeld voor rioleringen en afwateringsmiddelen in het buitengebied afmetingen en capaciteiten berekend kunnen worden.

Om aan deze wens tegemoet te komen kwam reeds op 23 november 1952 de Commissie voor Hydrologisch Onderzoek TNO in een "technische bijeenkomst" tezamen. Deze bijeenkomst was gewijd aan het thema: "bewerking van waarnemingscijfers" en een jaar later werd een "werkgroep regenwaarnemingen TNO" opgericht, waarin dr. C. Levert namens het KNMI zitting had. Op aandringen van deze werkgroep zijn frequenties van k-daagse neerslagsommen bepaald, welke in 1965 werden gepubliceerd. In 1968 volgde een publicatie over frequenties van neerslaghoeveelheden in tijdvakken van 5 tot 660 minuten. Al het rekenwerk werd toen al deels automatisch verricht en hierin had het KNMI het leeuwenaandeel. Dr. T.A. Buishand heeft dit werk voortgezet en vooral de statistische analyse van het cijfermateriaal sterk verbeterd.

De basis voor de huidige praktijk werd gelegd in "Neerslag en verdamping" (T.A. Buishand en C.A. Velds; KNMI, 1980). Voor de analyse worden voor verschillende duren variërend van 5 minuten tot tien dagen de bijbehorende regenhoeveelheden vastgesteld. Hierbij overlappen voor duren langer dan 5 minuten de tijdvakken elkaar. Bovendien heeft de analyse betrekking op de waarnemingen te De Bilt over de jaren 1906 t/m 1979. Vervolgens is op basis van dit cijfermateriaal voor iedere duur een drempelwaarde bepaald en voor waarden boven deze drempelwaarde een "partiële duurreeks" vastgesteld. Met deze methoden wordt persistentie in reeksen voorkomen en kunnen de afzonderlijke waarden in de reeks onafhankelijk beschouwd worden. De verdere statistische verwerking wordt hiermede sterk vereenvoudigd. Voor de analyse van de aldus verkregen getallen blijkt de zogenoemde Gumbelverdeling goed te voldoen. Deze verdeling kent twee parameters, die voor de verschillende duren uit de partiële duurreeksen afgeleid worden. Op basis van de aldus verkregen informatie kan voor iedere duur en overschrijdingskans de bijbehorende regenhoeveelheid berekend worden. In de ingenieurspraktijk wordt de informatie uitgezet in een grafiek en de kansen uitgedrukt in een herhalingstijd. De kromme, die het verband tussen hoeveelheid en duur bij een gegeven herhalingstijd weergeeft, wordt een regenduurlijn genoemd. In onderstaande grafiek is voor een herhalingstijd van 100 jaar de regenduurlijn getekend.

Uit de grafiek hiernaast blijkt, dat bij een overschrijdingskans van eens per honderd jaar, voor de eerste dag, reeds de forse hoeveelheid van 73 mm geldt. Naarmate de regen langer aanhoudt moet voor dezelfde kans weliswaar meer water vallen, maar is de toename per dag relatief gering. Voor twee dagen geldt een hoeveelheid van 85 mm en is de toename t.o.v. de eerste dag dus 12 mm. Voor de volgende dagen neemt deze toename verder af tot 9 mm van 9 tot 10 dagen.

Deze verschillen worden voornamelijk veroorzaakt door de droge perioden, die de regen afwisselen. Vooral bij lange duren neemt de kans op afwisseling met droge perioden behoorlijk toe.
In principe geldt een regenduurlijn alleen voor De Bilt. Voor duren korter dan 24 uur vallen forse hoeveelheden neerslag meestal tijdens buien. Vaak gaan deze buien ook nog vergezeld van onweer. Buien doen zich meestal in gebieden van geringe omvang voor, waardoor zeer lokaal forse hoeveelheden neerslag kunnen vallen, maar even verder op valt nauwelijks neerslag of is het zelfs droog. De plaats van een bui is nauwelijks te voorspellen, maar in Nederland zijn geen gebieden aan te wijzen, waar buien zich vaker voordoen dan elders. Voor duren korter dan 24 uur kan de bovenstaande regenduurlijn overal in Nederland toegepast worden. Een analyse van kwartiersommen van de neerslag van Eelde, De Bilt en Beek (Buishand, T.A., J.B.M. van Acker en H. Van Luiijtelaar; H 2 O, 24, 294-299) bevestigt overigens bovenstaand verhaal.

Voor duren langer dan 24 uur wordt een correctie op de hoeveelheden voor De Bilt aanbevolen, die afhankelijk is van de gemiddelde jaarlijkse hoeveelheid neerslag berekend over de jaren 1961 t/m 1990. Bij een gemiddelde jaarsom van minder dan 750 mm geldt een reductie van ca. 7% en bij een gemiddelde jaarsom hoger dan 950 mm geldt een vermeerdering met ca. 10%.

Indien van een periode met regen de hoeveelheid en de duur bekend zijn kan uit de grafiek bepaald worden met welke regenduurlijn dit punt samenvalt. Daarvoor moet wel een verzameling regenduurlijnen in de grafiek getekend zijn. De herhalingstijd behorende bij deze regenduurlijn bepaalt dan de uitzonderlijkheid van de gebeurtenis. Benadrukt moet worden, dat deze uitzonderlijkheid slecht voor de plaats geldt, waar de regen valt en dus niets zegt voor andere lokaties. Bij buien is dit in de regel geen bezwaar, omdat deze zich over het algemeen zeer lokaal manifesteren. Bij regen, dat in de nabijheid van depressies of langs fronten valt is het gebied meestal groot. In zo'n gebied valt dan neerslag in plaatselijk wisselende hoeveelheden, waarbij voor iedere plaats een andere overschrijdingskans geldt. De kans behorende bij de gehele gebeurtenis is verre van eenvoudig aan te geven. De moeilijkheid schuilt hem voornamelijk in het feit dat de verschillende afgetapte hoeveelheden niet onafhankelijk van elkaar zijn.

De overvloedige regenval medio september 1998 en van 27 op 28 oktober 1998 heeft nogal wat individuele schade berokkend. Daar dergelijke schade voor de direct betrokkene zich in een beperkt gebied afspeelt, moet de mate van uitzonderlijkheid lokaal bepaald worden. Voor de overheid, die tot uitkering van individuele schades overgaat, gelden andere criteria. De overheid zal zich de vraag stellen hoe vaak dergelijke gebeurtenissen ergens in Nederland kunnen optreden. Van deze kans kan slechts gezegd worden, dat deze hoger uitvalt dan de kans op een lokatie van beperkte omvang.

Het begrip kans is nogal moeilijk te hanteren. In ons dagelijks leven zijn we niet gewend aan gebeurtenissen, die wel en die niet kunnen optreden. Het liefst weten we zeker dat het morgen regent en de fiets dus niet het meest aangewezen vervoermiddel is. Blijkt het achteraf droog te blijven, dan is de beslissing onjuist en spijtig. Van meteorologische gebeurtenissen is niet met zekerheid te zeggen wat ons te wachten staat en met begrippen als onwaarschijnlijk, mogelijk of zeer waarschijnlijk kan een verwachting aan overtuigingskracht winnen. Door dit begrip uit te drukken in getal in een schaal van 0 tot 1, is achteraf na te gaan in hoeverre verwachtingen uitkomen. Als bijvoorbeeld gesteld wordt, dat de kans op regen 0,5 is, is het redelijk dat binnen een marge van 45 tot 55 van de 100 verwachtingen uitkomen. Dergelijke verschillen kunnen nog aan het toeval toegeschreven worden. Als achteraf blijkt, dat slechts 10 van de 100 uitkomen, mag aan het waarheidsgehalte getwijfeld worden. Dit geldt trouwens evenzeer bij 90 van de 100. Voor het toetsen van verwachtingen is het zeer belangrijk exact te omschrijven wat onder een gebeurtenis verstaan wordt. Als bijvoorbeeld steevast een verwachting voor De Bilt gemaakt wordt en vervolgens deze verwachting getoetst wordt met gegevens uit Eelde is het niet verwonderlijk, dat de verwachting slecht overeenstemt met de waarnemingen.

Op zich is het niet onredelijk om te twijfelen aan de juistheid van een kans van eens per 125 jaar, als een dergelijke gebeurtenis twee maal in een jaar optreedt. Van een herhaling binnen een jaar is echter in de hier gehanteerde definitie pas sprake als precies dezelfde lokatie twee maal door overvloedige regenval getroffen zou zijn.

Rudmer Jilderda, hydroloog KNMI