Geschiedenis bemaling

De bewoonbaarheid en de leefbaarheid van ons land wordt in grote mate bepaald door de bescherming van duinen en dijken en, niet in de laatste plaats, door waterbeheersing. Waterafvoer is daarbij van levensbelang. Naast het op natuurlijke wijze afvoeren van overtollig water zijn sinds de vroege Middeleeuwen bemaling en gemalen onmisbaar.  Eerst simpele instrumenten door mens, dier of wind in beweging gebracht; vanaf omstreeks 1750  steeds geavanceerder gemechaniseerde en geautomatiseerde installaties, groot en klein, waarvan er thans circa 4500 in ons land hun werk doen.

Na de eerste primitieve werktuigen voor kunstmatige afvoer van water, met een zeer kleine capaciteit en beperkte opvoerhoogte, bracht vanaf omstreeks 1400 de benutting van windenergie in de vorm van de windwatermolen hierin verbetering. Tot in de 17e en 18e eeuw was deze molenbemaling het belangrijkste instrument om grote delen van Nederland droog en bewoonbaar te houden. Toch bleven de relatief beperkte capaciteit en vooral de afhankelijkheid van de wind een handicap. Vanaf omstreeks 1900 als de mechanische bemaling met behulp van stoomenergie zijn intrede doet, worden dan ook nauwelijks nog nieuwe poldermolens gebouwd. Een kleine opleving van de windaandrijving doet zich omstreeks 1920-1930  voor. In die periode worden circa 200 zogeheten Amerikaanse windmolens (ook wel Herkules molens genoemd)  voor kleinere polderbemalingen in Noord Holland en Friesland, geplaatst. Zij zijn een alternatief voor de in dergelijke gevallen relatief dure stoombemaling. Vanaf omstreeks 1930 tot op de dag van vandaag worden in incidentele gevallen nog steeds zeer kleine windmolenbemalingen gerealiseerd; de in de loop der tijd steeds verbeterde  zogeheten “Bosmannetjes”.
Hercules


Bosmannetje
molen Maasland
     

Opvoerwerktuigen

In algemene zin zijn opvoerwerktuigen in twee categorieën  te verdelen: het opvoeren van water door middel van het principe van verdringing (water in afgemeten porties “optillen”) of door het principe van stroming op basis van drukverschil dat veroorzaakt wordt door een propeller (ook wel waaier genoemd) in een pomphuis.

Tot de eerste categorie behoren:

  • het scheprad 
  • de vijzel
  • de plunjerpomp
Vijzel
Scheprad 
     

In de tweede categorie vinden we:

  • de centrifugaalpomp
  • de schroefpomp
  • de schroefcentrifugaalpomp

Elk opvoerwerktuig heeft zijn eigen karakteristieken die de toepassingsmogelijkheden ervan bepalen. Opvoerbereik, capaciteit en rendement zijn bepalend voor de pompkeuze in elk specifiek bemalingsgeval. De oorspronkelijk vanuit de windbemaling afkomstige opvoerwerktuigen, het scheprad en de vijzel, kregen omstreeks 1860 gezelschap van de zuigerpomp en de centrifugaalpomp.


Centrifugaalpomp
Schroefpomp
De zuigerpomp kende maar een korte toepassingsperiode; de centrifugaalpomp daarentegen vindt tot op de dag van vandaag toepassing, zowel in horizontale- (liggende) als verticale (staande)opstelling.
De vijzel beleefde omstreeks de jaren’50 van de vorige eeuw een opvallende revival die tot op de dag van vandaag voortduurt. Het scheprad  wordt sinds omstreeks 1890 niet meer toegepast in nieuwe gemalen. Het enige thans nog functioneel werkzame schepradgemaal is het in 1844 gestichte boezemgemaal van het Hoogheemraadschap van Rijnland te Spaarndam.
Gemaal Huygendijk
Gemaal Spaarndam
     
Omstreeks 1915 doet de schroefpomp zijn intrede, vooral voor de kleinere en middelgrote capaciteiten. Tot nu toe wordt dit pomptype veelvuldig toegepast, zowel in horizontale-als verticale uitvoering. Een bijzondere variant  is de horizontale onderwater uitvoering waarbij ook de aandrijving (altijd elektrisch) zich onder water bevindt; de zogenoemde bulbpomp. Hiermee kunnen zeer grote capaciteiten tot circa 50m3/sec. behaald worden bij een niet al te grote (tot ca.1,50m) opvoerhoogte.

Omstreeks 1930 komt een kruising, wat betreft de pompwaaiervorm,  van de centrifugaalpomp en de verticale schroefpomp tot ontwikkeling; de schroefcentrifugaalpomp (ook wel half-axiaal pomp genoemd). Vooral dank zij het omstreeks 1960 in Nederland geïntroduceerde betonnen slakkenhuis en later in 1990 het betonnen pomphuis voor de (schroef)centrifugaalpomp respectievelijk de verticale schroefpomp worden deze beide pomptypes tegenwoordig voor nieuwe gemalen c.q. innovaties van bestaande gemalen veelvuldig toegepast . De laatste ontwikkeling hierbij is een slakken/pomphuis met een aangepaste visvriendelijke half-axiaal waaier.   
Pomp IJmuiden
Betonnen slakkenhuis inaanbouw


Schema perioden van toepassing van typen opvoerwerktuig.


De eerste aandrijfwerktuigen

De uitvinding van de stoommachine en de toepassing daarvan als aandrijfmiddel hief de beperkingen van de windaandrijving in één klap op. Na een eerste experiment hiermee in de Polder Blijdorp in 1787 was gemaal De Arkelse Dam uit 1825 het eerste goed functionerende stoomgemaal in Nederland  en daarmee de mechanische bemaling een feit. Toch duurt het tot omstreeks 1860-1870 dat er sprake is van enige groei van deze nieuwe aandrijfvorm.
Dit wordt (mede) veroorzaakt door de omstandigheid dat de van de windbemaling afkomstige gebruikelijke scheprad- en vijzelpompen aanvankelijk niet te combineren zijn met de toen veelal verticaal opgestelde stoommachines. 
Eerst nadat men erin slaagde de op en neer gaande beweging van de balansstoommachine middels een krukas constructie om te zetten in een draaiende beweging, in combinatie met de introductie van de centrifugaalpomp, neemt in de periode 1870-1885 het aantal stoomgemalen sterk toe.

Nieuwe aandrijfwerktuigen
Vanaf 1900 kwamen er nieuwe vormen van aandrijftechniek op de markt; tussen ca.1900 en 1930 de (weinig toegepaste) zuiggasmotor, vervolgens tussen 1910 en 1960 de veelvuldig toegepaste dieselmotor en tenslotte vanaf1910 de tot op de dag van vandaag steeds vaker toegepaste elektromotor. Daarnaast ontstonden ook nog sporadisch met zogeheten dual-fuel motoren en aardgasmotoren aangedreven gemalen. Ook gemalen waarin een gemengde dieselelektrische ( zogenoemde hybride) aandrijfvorm werd toegepast deden hun intrede.
Dieselaandrijving gemaal Winkel
Vanaf circa 1910 werden de eerste stoomgemalen ontdaan van hun stoommachines (ontstoomd) en voorzien van deze nieuwe aandrijvingen, in de meeste gevallen was dat in eerste instantie een dieselmotor.  Toch werden daarnaast nog wel nieuwe stoommachines geplaatst en in een enkel geval zelfs nog een compleet nieuw stoomgemaal gebouwd.  Tot in de 50’er jaren van de vorige eeuw bleven de laatste stoomgemalen in gebruik. Het  enige thans nog functioneel werkzame  stoomgemaal is het in 1920 in gebruik genomen ir. D. F. Wouda gemaal te Lemmer.  ir. D. F. Wouda gemaal te Lemmer
Dankzij  de uitbreiding en de toenemende betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet, vooral op het platteland in de jaren ’30 van de vorige eeuw, kon de elektromotor een leidende positie in de bemaling innemen. Daarnaast heeft de ontwikkeling van de met hoge omwentelingssnelheid werkende sleepringankermotoren  tot de tegenwoordige laagtoerige kortsluitanker motoren met frequentieregeling, gevolgd door de intrede van de computer gestuurde bediening en automatisering, er toe geleid dat van lieverlee de dieselmotoren voor wat betreft de aandrijving van nieuwe gemalen geheel van het toneel zijn verdwenen.
gemaal Vierambacht

Ook de dieselaandrijvingen bij bestaande gemalen worden vanaf de jaren ’90 van de vorige eeuw in steeds hoger tempo door elektromotoren vervangen. De dieselmotor wordt thans hoofdzakelijk nog toegepast als aandrijving van een noodstroom aggregaat of als reserve aandrijving achter/naast de elektromotor.
Zodoende is de aandrijving met behulp van een dieselmotor een uitzondering geworden. Van de ooit vele honderden hiermee uitgeruste gemalen zijn er nu nog slechts enige tientallen in gebruik en is de tijd niet meer veraf dat het dieselgemaal hetzelfde lot heeft ondergaan als het stoomgemaal; uitgestorven, op een enkele uitzondering na.
Dieselaggregaat gemaal Amstelkade


Schema perioden van toepassing van combinaties opvoerwerktuigen aandrijfwerktuig.

Samenspel opvoerwerktuig en aandrijfwerktuig

Opvoerwerktuig en aandrijving bepalen in belangrijke mate de techniek van de bemaling en zodoende ook het gezicht van de bemalingsgeschiedenis.
Van groot belang voor het efficiënt functioneren van een pompinstallatie is een goede/juiste afstemming tussen het optimale toerental van de pomp, dat grotendeels bepaald wordt door de gevraagde capaciteit, in relatie tot de 
vereiste opvoerhoogte, en het door het aandrijfwerktuig te leveren vermogen bij dit toerental. 
Ten tijde van de windaandrijving was beïnvloeding van dit aspect niet of nauwelijks mogelijk, bij stoomaandrijving lukte dit al beter. Bij de toepassing van diesel aandrijving werd de tussenkomst van een tandwielkast echter noodzakelijk. Ook bij gebruik van elektromotoren was dit aanvankelijk vaak het geval.
Gemaal Westerkogge

Tot in de jaren ’50 van de vorige eeuw bleef een juiste afstemming van aandrijving en opvoerwerktuig echter een probleem omdat men niet in staat was voldoende nauwkeurig het gevraagde vermogen van een opvoerwerktuig en het hiervoor te leveren vermogen van het aandrijfwerktuig te bepalen. Daarnaast was de kennis van het construeren van machines met een hoog rendement niet optimaal.
De sinds de jaren ’90 van de vorige eeuw tot ontwikkeling gekomen aansturing met behulp van frequentie-omvorming heeft, in combinatie met nieuw ontwikkelde (grote) elektromotoren de elektrische aandrijving van gemalen een grote impuls gegeven. Rechtstreekse elektrische aandrijving van de pomp, met name bij grote capaciteiten, is tegenwoordig geen probleem  meer, zij het dat de kosten hiervan (nog)relatief hoog zijn.
Electro motor gemaal Katwijk

Het moderne gemaal bestaat vandaag de dag uit een door een frequentieregelaar gestuurde elektromotor aangedreven schroef-of (schroef)centrifugaalpomp; afhankelijk van de capaciteit en/of de opvoerhoogte via een overbrenging of rechtstreeks aangedreven.
Interieur de Blocq van Kuffeler



Schema perioden van toepassing diverse aandrijfvormen

Ontwerp en ontwerpers

Ten tijde van de bemaling met behulp van windkracht was het ontwerp en de bouw van de daarvoor te gebruiken poldermolen meestal verenigd in één persoon: de molenbouwer. In de eerste helft van de 19e eeuw was het ontwerpen van mechanisch aangedreven gemalen een zaak van de overheid, en in het bijzonder van de Dienst Waterstaat. In de tweede helft van de 19e eeuw, toen de stoomtechniek steeds meer ingeburgerd raakte, gingen ook particuliere ingenieurs zich hiermee bezig houden. Eén van de pioniers was het in 1870 opgerichte ingenieursbureau  W.C. en K. De Wit, dat tot omstreeks 1975 heeft bestaan en zijn laatste gemaal in 1932 ontwierp. In Nederland  zijn nu voornamelijk een vijftal grote ingenieurs-en adviesbureaus in deze markt actief.
Tot het eind van de jaren’60 van de vorige eeuw was bijna ieder gemaal  “anders”; een op maat ontworpen installatie op basis van specifieke voor een bepaalde situatie geldende uitgangspunten.  Voor de grotere gemalen, vanaf een capaciteit van circa 80m3/min., geldt dit nog steeds.
Gemaal Halfweg

Voor de kleinere gemalen lag -en ligt- dit  anders. In het kader van de na de oorlog tot uitvoering komende ruilverkavelingen en landinrichtingsprojecten moesten een groot aantal kleine(re) gemalen, met nagenoeg dezelfde technische specificaties tegen zo gering mogelijke kosten, gerealiseerd worden. Standaardisering was daarbij het motto; een simpele geprefabriceerde betonnen onderbouw , geen bovenbouw maar een stalen of kunststof omkasting voor de meest kwetsbare onderdelen en keuze uit twee pomptypen: een elektrisch aangedreven vijzel of een gesloten schroefpomp. Bijna de helft van de circa 4500 gemalen in Nederland zijn volgens deze formule tot stand gekomen. Architectuur kwam hier niet aan te pas.
Gemaal Peilvak 6.2
Veel grotere ontwikkelingen hebben zich voorgedaan in het ontwerpproces. Hiervoor verantwoordelijk is het in de jaren ’80 van de vorige eeuw geïntroduceerde computer gesteund tekenen, het zogeheten computer aided drafting, later verder ontwikkeld en uitgebreid tot computer-aided manufacturing. (cad-cam). Tegenwoordig wordt gewerkt met 2-en 3 dimensionale systemen waarmee ruimtelijke tekeningen en modellen gemaakt kunnen worden.
Tekening gemaal in Monster

Fabrikanten, installateurs en bouwers

De eerste mechanische gemalen in ons land moesten noodgedwongen worden uitgerust met machines van buitenlands, vooral Engels en in mindere mate Duits, fabricaat. Pas vanaf 1835 gingen Nederlandse bedrijven ook een rol spelen bij de bouw van stoommachines. Vanaf dat moment zien we een groot aantal machinefabrieken ontstaan, eerst klein maar allengs groter en professioneler, die zich later ook op de bouw van pompen en motoren gaan toeleggen, zodat vanaf het begin van de vorige eeuw bijna geen buitenlandse pompen en/of motoren meer worden toegepast. Veel van de fabrikanten uit de beginperiode bestaan niet meer door teloorgang, fusies en overnames. Nieuwe bedrijven uit binnen- en buitenland hebben hun plaats ingenomen.
In het begin zijn het de machinebouwers zelf die op locatie hun producten monteren en samenbouwen, met eigen personeel.Van lieverlee ontwikkelen zich, vooral in relatie met de voortschrijdende toepassing van de elektrische aandrijving en later de introductie van de computer gestuurde en geautomatiseerde bedrijfsvoering van de gemalen, bedrijven die zich op montage- en installatietechniek gaan toeleggen. 
Bij de bouwers/aannemers van gemalen zien we een vergelijkbare gang van zaken. De kleine en vooral lokaal opererende aannemersbedrijven, die in de 19e eeuw de gemalen bouwden, zijn verdwenen. Zij stopten of gingen door overnames en fusies op in grote, landelijk en zelfs internationaal opererende concerns.
Een nieuw fenomeen in het ontwerp en de bouw is het zogenoemde “Design & Build” principe, waarbij de aannemer op basis van een pakket van eisen van de opdrachtgever het gemaal ontwerpt en vervolgens bouwt. Bij grotere en ingewikkelde projecten gaat dit meestal via een combinatie waarin een ingenieursbureau een machinefabriek en een civiel-bouwkundige aannemer deelnemen. De inbreng van de fabrikant/leverancier van de installaties en de civieltechnische aannemer is daarbij groter, terwijl de rol van het ingenieursbureau meer controlerend en coördinerend is.

 
Montage pomp in fabriek Bosman        Watermanagement