De operationele cyclus van een gemaal start bij de peilmeting. Sensoren in de polder of het reservoir registreren continu de waterstand en sturen deze data naar een centraal besturingssysteem. Zodra het water de vooraf ingestelde grenswaarde bereikt, treedt de automatisering in werking. Meestal volautomatisch, zonder menselijke handeling. Voordat het water de feitelijke pompinstallatie bereikt, passeert het een krooshek. Dit robuuste rooster fungeert als eerste barrière tegen drijvend vuil, takken en plastic. Mechanische reinigers schuiven over dit rooster om verstoppingen te voorkomen en de doorstroming te garanderen.
In de machinekamer of pompenkelder vindt de mechanische verplaatsing plaats. Een elektromotor of verbrandingsmotor drijft de pompas aan. Bij een centrifugaalpomp zorgt de rotatie van de waaier voor een drukverschil, waardoor het water door de persleiding naar het hogere niveau wordt gestuwd. Een vijzelgemaal werkt anders; hierbij draait een reusachtige schroef in een open trog om het water fysiek omhoog te transporteren. De rotor draait. Water wordt gestuwd. De keuze voor de techniek bepaalt de snelheid van de peilbeheersing.
De uitstroomzijde is kritiek. Hier bevinden zich vaak terugslagkleppen of persschuiven die openen door de opgewekte waterdruk. Deze kleppen sluiten onmiddellijk zodra de aandrijving stopt. Dit voorkomt dat het water uit de boezem of rivier onder invloed van de zwaartekracht terugstroomt naar het lagere gebied. Het systeem monitort tijdens de werking factoren zoals trillingen, temperatuur en debiet. Wanneer de sensoren aangeven dat het uitschakelpeil is bereikt, valt de installatie stil. Stilte keert terug in de polder, totdat de neerslag de waterstand opnieuw boven de kritieke grens tilt.
Niet elk gemaal dient hetzelfde doel binnen het complexe Nederlandse waternetwerk. De classificatie volgt doorgaans de hiërarchie van het watersysteem. Het poldergemaal vormt de basis. Deze installatie reguleert het waterpeil in een specifieke polder door overtollig water naar de omliggende boezem te pompen. Een boezemgemaal werkt op grotere schaal. Het verplaatst water vanuit die boezem — een netwerk van kanalen en meren dat als tussenopslag dient — naar het 'buitenwater', zoals de Noordzee of de grote rivieren. De volumes zijn hier gigantisch. De kracht ook.
Een specifiek type is het kwelgemaal. Dit gemaal is uitsluitend bedoeld om kwelwater, dat onder dijken of door de bodem omhoog komt, direct af te voeren. Vaak klein van stuk. Onopvallend maar cruciaal voor de stabiliteit van de bodem achter een dijk. Daarnaast onderscheiden we het rioolgemaal. Hier stroomt geen relatief schoon oppervlaktewater, maar een mengsel van hemelwater en afvalwater richting de zuiveringsinstallatie. Deze pompen moeten bestand zijn tegen grove vervuiling en agressieve chemische samenstellingen. Vaak ondergronds gesitueerd. Slechts een schakelkast boven het maaiveld verraadt de aanwezigheid van de techniek.
De bouwkundige en werktuigbouwkundige opzet deelt gemalen in naar hun mechaniek. Een vijzelgemaal herken je direct aan de schroef van Archimedes. Open constructies die vaak visvriendelijk zijn. Vissen passeren de vijzel meestal zonder schade, wat ecologisch een groot voordeel is ten opzichte van sneldraaiende systemen. In schril contrast staat het centrifugaalgemaal. Hierbij bevindt de pomp zich in een gesloten pomphuis onder de waterspiegel. Compact. Krachtig. Ideaal voor locaties met beperkte ruimte of een grote benodigde opvoerhoogte.
Soms ontstaat er verwarring tussen een gemaal en een sluis of stuw. Een essentieel verschil. Een sluis is primair bedoeld voor de scheepvaart en werkt met het natuurlijke verval van water. Een stuw regelt de waterstand door de doorstroming te blokkeren of te doseren. Een gemaal is daarentegen een actieve installatie; het dwingt het water tegen de zwaartekracht in omhoog. Zonder energieverbruik gebeurt er niets. Historisch spreken we vaak over stoomgemalen, waarvan het Woudagemaal in Lemmer het beroemdste voorbeeld is, maar tegenwoordig domineren de elektrische aandrijving en in mindere mate de dieselmotor voor noodsituaties.
Regen klettert op het asfalt. In de polder stijgt het slootwater tegen de beschoeiing aan. Dan klinkt er een klik in een schakelkast. De elektromotor van een poldergemaal slaat aan en de vijzel begint te wentelen. Een constante stroom water verplaatst zich omhoog, de boezem in. Het peil zakt. De gewassen op het land blijven droog. Simpel, doeltreffend en volautomatisch.
Je loopt er dagelijks langs zonder het te zien. Een bescheiden groen kastje in de berm van een woonstraat. Daaronder ligt een rioolgemaal. Terwijl de wijk doucht en wast, vult de ondergrondse kelder zich met afvalwater. Sensoren bewaken de stand. Zodra de limiet is bereikt, drukt een krachtige pomp de massa door een persleiding richting de zuiveringsinstallatie. Geen stank, geen overlast. Alleen techniek die doet wat moet.
Een kwelgemaal langs de voet van een hoge rivierdijk ziet er vaak uit als een eenvoudige betonnen bak met een rooster. Hier gaat het niet om neerslag. Water borrelt onder de dijk door naar boven: kwel. De pomp houdt de druk van dit grondwater onder controle. Het voorkomt dat de bodem achter de dijk verzadigt en instabiel wordt. Klein onderhoud, maar van vitaal belang voor de dijkveiligheid.
Bij extreme storm sluiten de spuisluizen aan de kust. Het boezemwater kan niet meer op natuurlijke wijze naar zee stromen. In een boezemgemaal zoals bij IJmuiden of Katwijk starten de enorme motoren. De trillingen zijn voelbaar in de betonconstructie. Met brute kracht wordt het water tegen de druk van de Noordzee in naar buiten gestuwd. Duizenden kubieke meters per seconde. Een strijd tegen de elementen om het achterland bewoonbaar te houden.
Windkracht vormde de basis. Eeuwenlang waren poldermolens de enige instrumenten om het waterpeil in de lage landen te beheersen. Met houten schepraderen en later houten vijzels werd water uit de polders geschept. De beperking was evident: geen wind betekende geen bemaling. De introductie van de stoommachine in de 19e eeuw markeerde een technisch kantelpunt. Voor het eerst was de waterafvoer onafhankelijk van weersomstandigheden. De bouw van de iconische stoomgemalen, zoals De Cruquius voor de droogmaking van het Haarlemmermeer, luidde een tijdperk in van grootschalige civieltechnische ingrepen.
De techniek versnelde. Na 1900 vervingen dieselmotoren de volumineuze stoominstallaties. De machinekamers werden compacter. De efficiëntie steeg. In de loop van de 20e eeuw vond de definitieve verschuiving plaats naar elektrische aandrijving. Dit maakte volledige automatisering mogelijk. Handmatige bediening door een ter plaatse wonende machinist maakte plaats voor telemetrie en centrale aansturing vanuit het waterschapshuis. Vandaag de dag reageren gemalen autonoom op realtime data van neerslagradars en peilsensoren. De focus is verschoven van louter lozen naar integraal waterbeheer, waarbij ook de ecologische inpassing en vismigratie de constructieve vormgeving bepalen.