Bemonsteringsfrequentie

De snelheid waarmee concentraties variëren, hangt af van de dynamiek van het achterliggende proces. Soms is dat een hydraulisch gedreven proces dat snel verloopt, met een karakteristieke tijdschaal van een tot enkele minuten. De waterkwaliteit in stedelijk watersystemen kan daardoor op een korte tijdschaal zeer dynamisch zijn, vooral in de riolering en in klein oppervlaktewater waarin de riolering loost. Biologische processen kunnen langer duren. Zo duurt een zuurstofdip door een lozing van biochemisch zuurstofverbruik uren. Oplaadprocessen kunnen maanden tot tientallen jaren duren, zoals het opladen van een (water)bodem met zware metalen en organische microverontreinigingen.

Hoe vaak u monsters neemt, moet u dus afstemmen op de tijdschaal van het achterliggende proces. Bij een te lage frequentie kunt u tussen twee bemonsteringen een significante gebeurtenis missen, waardoor u een verkeerd beeld krijgt van de werkelijke dynamiek in de waterkwaliteit (zie ook Meetopzet: welke frequentie?).

Bemonstert u een snel veranderlijk proces, zoals concentraties in afstromend hemelwater? Dan kunt u hoogfrequent tijd- of volumeproportioneel bemonsteren, waarbij u de monsters per lozing als mengmonster laat analyseren. Meer informatie hierover vindt u bij Volume- of tijdproportionele bemonstering.

Duur van de bemonsteringsperiode

Als u een hemelwateruitlaat of gemengde overstort bemonstert om de kwaliteit van het geloosde water vast te stellen, kunt u geen genoegen nemen met één lozing. Vaak zijn er grote concentratieverschillen tussen de verschillende lozingen door verdunningsprocessen en/of het vrijkomen van slib en sediment in het achterliggende rioolstelsel (Engels: in-sewer stocks) tijdens afvoerpieken. Een monster van slechts één lozing geeft u daardoor meestal onvoldoende informatie om een gemiddelde of kenmerkende lozingsconcentratie te bepalen.

Hoeveel lozingen u in totaal moet bemonsteren, hangt af van het meetdoel én van de dynamiek van de gemeten variabele (zie ook Meetopzet: welke periode?). Wilt u de waterkwaliteit continu monitoren, dan is de periode onbepaald. Wilt u gedurende een afgebakende periode een bepaald inzicht krijgen in de gemiddelde concentratie of bandbreedte van concentraties? Dan moet u vaststellen na hoeveel buien of gebeurtenissen u voldoende monsters hebt verzameld die u het benodigde inzicht kunnen opleveren. Een korte periode met weinig monsters betekent een grote statistische onzekerheid in het meetresultaat. Een langere periode verkleint de onzekerheid en zorgt dus voor een nauwkeuriger resultaat.

Duur bemonsteringsperiode bepaalt nauwkeurigheid resultaat (een voorbeeld)

De gemeente Almere en het Waterschap Zuiderzeeland hebben in 2014 en 2015 het Regenwaterproject Almere uitgevoerd. Een van de meetdoelen was om de gemiddelde kwaliteit van het afstromende hemelwater op een aantal locaties vast te stellen. Daarvoor zijn per locatie 30 tot 50 afzonderlijke gebeurtenissen bemonsterd in een periode van een jaar. Elke gebeurtenis is automatisch en hoogfrequent bemonsterd. De monsters zijn geanalyseerd op verschillende stoffen. Met een data-analyse is vervolgens de oorzaak van de onzekerheid in de zogenoemde Site Mean Concentration (gemiddelde concentratie op een meetlocatie) onderzocht. Hieruit bleek dat deze onzekerheid vooral werd bepaald door de grote variabiliteit van de concentraties tussen verschillende gebeurtenissen. Hierdoor bleef bij een 'beperkt' aantal van 30 tot 50 gebeurtenissen nog steeds een vrij grote onzekerheid in de uiteindelijke locatiegemiddelde concentratie over. De beperkte meetperiode (het aantal van 30 tot 50 bemonsterde gebeurtenissen) leverde zelfs de grootste bijdrage aan de totale onzekerheid in het eindresultaat.

Benodigde bemonsteringsduur verschilt per variabele en per locatie

De onzekerheid in de Site Mean Concentration (SMC) verschilt bovendien per variabele en per meetlocatie. De variabiliteit tussen verschillende gebeurtenissen is voor de ene stof namelijk groter dan voor de andere en verschilt ook per locatie. In figuur A ziet u de onzekerheid in de locatiegemiddelde concentratie als functie van het aantal bemonsterde gebeurtenissen voor onopgeloste bestanddelen, in figuur B de onzekerheid in de gemeten nitraatconcentratie. Bij de onopgeloste bestanddelen blijft na 50 bemonsterde gebeurtenissen nog een onzekerheid van 20% over in de SMC, voor nitraat is de onzekerheid 5%. (De hier uitgerekende locatiegemiddelde concentratie is volumegewogen: de verschillen in volume per gebeurtenis zijn meegewogen.) De concentratie onopgeloste bestanddelen varieert tussen opeenvolgende buien veel meer dan de concentratie nitraat. Daardoor is bemonstering van meer gebeurtenissen nodig om met dezelfde nauwkeurigheid de gemiddelde concentratie van onopgeloste bestanddelen vast te stellen.

Figuur A Onzekerheid relatief ten opzichte van de locatiegemiddelde concentratie als functie van het aantal bemonsterde buien voor onopgeloste bestanddelen (Bron: STOWA-rapport 2016-05B)

Figuur B Onzekerheid relatief ten opzichte van de locatiegemiddelde concentratie als functie van het aantal bemonsterde buien voor nitraat (Bron: STOWA-rapport 2016-05B)

Meer informatie over het Regenwaterproject Almere en de uitgevoerde onzekerheidsanalyses vindt u in het rapport.

Moment van bemonstering