Werkingsprincipe

DTS gebruikt het principe dat een klein deel van het laserlicht dat door een glasvezelkabel gaat, wordt gereflecteerd. De meeste energie van het gereflecteerde signaal zit in een frequentie gelijk aan de uitgezonden frequentie. Maar een deel van de energie wordt gereflecteerd met hogere en lagere frequenties. ‘Raman backscatter’ is de naam van deze qua frequentie verschoven reflecties. De intensiteit van de reflectie met de hogere frequentie (Anti-Stokes) is lineair afhankelijk van de temperatuur. De reflectie met de lagere frequentie (Stokes) is temperatuuronafhankelijk. De verhouding Stokes/Anti-Stokes is daardoor een maat voor de temperatuur. Met dit principe zijn nauwkeurige temperatuurmetingen mogelijk; met de juiste apparatuur kunt u kleine temperatuurafwijkingen tot 0,1 °C meten.

Figuur A Reflectie van licht in een glasvezelkabel Vergroot afbeelding — Figuur A Reflectie van licht in een glasvezelkabel

Meten van temperatuurvariatie in ruimte en tijd

Omdat de snelheid van het laserlicht door de kabel bekend is, kunt u bepalen van welke locatie langs de kabel op een bepaald moment de reflectie wordt waargenomen. Met het meten van de temperatuur langs een kabel kunt u zodoende op elke locatie van de glasvezelkabel en nagenoeg continu meten. Dit is een groot voordeel ten opzichte van het meten met een 'gewone' temperatuursensor, die maar op één meetpunt de temperatuur vaststelt. De glasvezelkabel wordt aangesloten op een speciale computer die het laserlicht uitzendt en de ontvangen signalen vertaalt naar meetdata.

Bepalen van het kabeltracé

Om met DTS in het riool te kunnen meten, moet u de glasvezelkabel in het riool inbrengen. U meet in principe in elke rioolleiding in het hoofdriool dat u wilt onderzoeken. In een vertakt of vermaasd rioolstelsel moet u de kabel soms meerdere keren door dezelfde streng laten lopen. Een voorbeeld van een DTS-kabeltracé ziet u in figuur B. Met DTS zijn tracélengten tot circa 4 km mogelijk. DTS-computers hebben vaak meerdere ingangen, zodat u meerdere kabels tegelijk kunt aansluiten. Met één DTS-computer op een strategisch gekozen locatie kunt u zo tot meer dan 10 km riolering tegelijk bemeten.

Figuur B Tracé van een DTS-meetkabel (groen) in een hemelwaterriool (blauw), ingetekend op een rioolkaart (Bron: Partners4UrbanWater, gemeente Urk) Vergroot afbeelding — Figuur B Tracé van een DTS-meetkabel (groen) in een hemelwaterriool (blauw), ingetekend op een rioolkaart (Bron: Partners4UrbanWater, gemeente Urk)

Meetperiode

Kies een periode waarin u meerdere lozingsgebeurtenissen verwacht. Dus als u foutaansluitingen van vuilwater op de hemelwaterriolering onderzoekt, kiest u een meetperiode van enkele dagen of weken. Voor onderzoek naar foutaansluitingen van hemelwater op de vuilwaterriolering kiest u een periode waarbinnen enkele malen (significante) neerslag valt.

Combineren met neerslagmetingen

U moet de DTS-metingen combineren met neerslagmetingen, om de instroom van hemelwater duidelijk te kunnen vaststellen. Niveau- en debietmetingen kunnen aanvullend inzicht geven.

Glasvezelkabel inbrengen in riool

Zorg voor een relatief schoon riool, waar de kabel niet in blijft steken.

Trek een trektouw door het riool, bijvoorbeeld met een inspectiecamera, een spuitlans van een rioolreinigingswagen of (bij kleine riolen) een trekveer. Met het trektouw brengt u de glasvezelkabel vervolgens binnen in het riool. Er mag niet te veel spanning op de glasvezel komen, want dan kunt u de kabel stuktrekken. Machinaal doortrekken kan daarom risicovol zijn. DTS-kabels hebben een met metaal en/of kevlar versterkte mantel, maar ook die kan kapotgaan.

Het trekken van de kabel is vrij arbeidsintensief. U trekt de kabel van de ene naar de andere put met maximaal een of twee putten ertussen. Bij elke put moet u de volledige overlengte van de kabel weer naar boven halen. U kunt korte(re) kabels gebruiken, dan bespaart u tijd en komt er minder kabel op straat. Maar dan moet u de delen ter plekke aan elkaar (laten) lassen of glasvezelkabels met een koppelverbinding gebruiken. Bij beide kan lokaal signaalverlies optreden.

Warmwaterproeven

Om exact te kunnen meten waar een foutaansluiting zit, moet u voor elke afstand (vanaf de meetcomputer) langs de kabel weten waar dit deel van de kabel zich in het riool bevindt. U weet dit grofweg omdat u het tracé kent waarlangs de kabel ligt, maar de in het riool aangebrachte kabel zal altijd iets langer zijn dan de tracélengte zelf. Om de locatie preciezer te bepalen, voert u na installatie van de kabel in het riool waterproeven uit. Hierbij loost u in elke put een meetbare hoeveelheid (warm) water. Per lozing noteert u tijd en plaats. Zo kunt u het door de DTS-computer opgevangen lozingssignaal tot 0,5 m nauwkeurig herleiden.

N.B. Gedurende de meetperiode kunnen delen van de kabel zich onder invloed van waterstroming soms enkele meters verplaatsen. U kunt het effect hiervan bepalen door ook aan het einde van de meetperiode waterproeven uit te voeren.

Analyseren van DTS-metingen

Bij DTS gaat het al snel om zeer grote hoeveelheden meetgegevens. Bijvoorbeeld: een dag meten met een kabellengte van 1.000 m, een ruimtelijke resolutie van 0,5 m en een tijdresolutie van 30 seconden levert 5.760.000 individuele datapunten. Om deze data te analyseren, gebruikt u een grafische weergave of geavanceerdere automatische patroonherkenning. Om zowel de ruimtelijke als temporele temperatuurvariatie visueel inzichtelijk te maken, kunt u 3D-grafieken gebruiken of grafieken die de hoogte van temperatuur met een kleurcode weergeven op een plaats- en een tijdas (zie figuur C). Dit type grafische weergave van de meetdata laat duidelijk zien wanneer en waar (afstand tot het begin van de kabel) lozingen van water met een afwijkende temperatuur hebben plaatsgevonden.

Figuur C Kleurgrafiek temperatuurmetingen DTS met toelichting op de fenomenen die u in de data kunt waarnemen (Bron: Partners4UrbanWater) Vergroot afbeelding — Figuur C Kleurgrafiek temperatuurmetingen DTS met toelichting op de fenomenen die u in de data kunt waarnemen (Bron: Partners4UrbanWater)

Interpreteren van de metingen

Vuilwater is vaak warmer dan de achtergrondtemperatuur, afstromend hemelwater vaak kouder (zie figuur C), maar deze vuistregel is niet altijd van toepassing! Op basis van de temperatuur of het ‘patroon’ van het geloosde water is soms af te leiden wat voor lozingstoestellen foutief zijn aangesloten. Regelmatig voorkomende temperatuurpieken, in het bijzonder in de ochtend- en avonduren, duiden waarschijnlijk op lozingen van bijvoorbeeld douches of wasmachines.

Vervolgonderzoek

DTS-onderzoek vindt alleen in het hoofdriool plaats, dus bewoners hoeven niet thuis te zijn. Is sprake van een (vermoedelijke) foutaansluiting, dan moet u vaak vervolgonderzoek in of bij de woning doen. Als u foutaansluitingen hebt geconstateerd, kunt u de kabel het best laten liggen tijdens de herstelwerkzaamheden. Dan kunt u daarna een controlemeting doen.

Alternatieve temperatuurmeettechniek met sensorkabel

In plaats van een glasvezelkabel om de ruimtelijke en temporele temperatuurvariatie te meten, kunt u ook een kabel gebruiken waarin verschillende afzonderlijke kleine temperatuursensoren zitten. Dit meetprincipe wordt onder meer gebruikt voor branddetectie. Een kabel met afzonderlijke temperatuursensoren vormt een soort tussenvorm tussen de temperatuursensor als puntmeting en DTS. De ruimtelijke resolutie van een sensorkabel komt in de buurt van die van DTS, wat het mogelijk maakt om lozingen vrij precies te lokaliseren. Een sensorkabel is significant korter dan de glasvezelkabel van DTS.

Toepassing

De sensorkabel is niet bedoeld om een heel stelsel door te meten, maar specifiek voor afzonderlijke strengen tussen putten waar u op basis van voorafgaande waterkwaliteitsmetingen en/of bemonstering in de putten een grote kans op foutaansluitingen verwacht. Als uit het vooronderzoek blijkt dat er specifieke locaties zijn met een verhoogde kans op foutaansluitingen, kunt u hier een sensorkabel gericht toepassen. Blijkt daarentegen dat het hele stelsel vervuild is, dan ligt DTS als vervolgtechniek meer voor de hand, omdat u hiermee grotere lengten kunt bemeten.

Zelfde aandachtspunten als bij DTS

Net als bij DTS meet u bij voorkeur in een lege buis. Bij een lokale meting in een verdronken stelsel hoeft u vaak niet het gehele stelsel leeg te zetten, maar kunt u volstaan met een tijdelijke afsluiting en lediging van een kleiner gedeelte. Verder gelden dezelfde aandachtspunten als bij DTS.

Beperkingen

Minder geschikt voor verdronken stelsels

U kunt DTS of een sensorkabel het best toepassen in een leeg stelsel. In een verdronken stelsel dempen temperatuurvariaties te veel uit door menging en diffusie. De invloed van een lozing is daardoor vaak te klein om te meten. Als u een verdronken stelsel tijdelijk droog kunt zetten met een pomp en een overstortdrempel, is dat aan te bevelen.

Beperkt inzicht in foutaansluiting 'niveau 3'

U meet met DTS of een sensorkabel alleen in het hoofdriool. U kunt foutief aangesloten gemeentelijke rioolbuizen detecteren (niveau 1) en ook verwisselde huis- en kolkaansluitingen (niveau 2). U kunt niet precies zien welke lozingstoestellen verkeerd zijn aangesloten (niveau 3). Soms kunt u dit wel uit het lozingspatroon afleiden.

DTS en privacy

Voor het toepassen van DTS of een sensorkabel in het hoofdriool bent u niet afhankelijk van de medewerking van bewoners. Toch kunt u via de metingen soms veel te weten komen over het lozingsgedrag van individuele huishoudens. Dit kunnen (bijzondere) persoonsgegevens zijn. Het verwerken van deze gegevens is gerechtvaardigd vanwege het doel om foutaansluitingen op te sporen en te verhelpen. Maar u mag niet zomaar alle gegevens (bijvoorbeeld adres in combinatie met informatie over specifieke lozingen) bewaren en/of publiceren.

Opsporen van foutaansluitingen met DTS