Structuur rioolstelsel Utrecht

Het rioolstelsel bestaat uit meerdere bemalingsgebieden. Deze bemalingsgebieden zijn met interne overstorten en rioolgemalen met elkaar verbonden. Het ingezamelde afvalwater komt uiteindelijk terecht in het centrale rioolstelsel. Daar staat ook de rwzi. Behalve gemengd gerioleerde bemalingsbieden zijn er ook verbeterd gescheiden gerioleerde (vgs) bemalingsgebieden. In alle bemalingsgebieden zijn externe overstorten aanwezig.

RTC-regeling voor minder overstortingen

De structuur van het rioolstelsel maakt het mogelijk om met een RTC-sturing op de rioolgemalen het aantal overstortingen in kwetsbaar oppervlaktewater te verminderen. Rioolgemalen in bemalingsgebieden waarin de externe overstorten lozen in kwetsbaar oppervlaktewater, verpompen het afvalwater naar een bemalingsgebied met overstorten die lozen in niet-kwetsbaar oppervlaktewater. Daarbij houdt de sturingsstrategie ook rekening met de nog beschikbare restberging in de bemalingsgebieden. Met de RTC-regeling treden de overstorten aan niet-kwetsbaar oppervlaktewater als eerste in werking tijdens buien die leiden tot overstortingen. Hierbij geldt als extra randvoorwaarde dat de restberging in het totale rioolsysteem optimaal benut is.

De sturing is onderverdeeld in een droogweersituatie (dwa-bedrijf) en een neerslagsituatie (hwa-bedrijf). De omschakeling van dwa-bedrijf naar hwa-bedrijf en omgekeerd is afhankelijk van de waterstanden in de rioolstelsels. Wanneer een vast ingesteld drempelniveau ('threshold level') wordt overschreden, gaat de sturing over van dwa-bedrijf naar hwa-bedrijf. Nadat de waterstanden weer zijn gedaald tot onder de ingestelde 'hwa-uitschakelpeilen', schakelt het systeem weer terug op dwa-bedrijf.

Dwa-bedrijf

De rioolgemalen hebben als regelaar een Programmable Logic Controller (PLC). Deze PLC stuurt het rioolgemaal tijdens dwa-bedrijf lokaal aan op basis van de waterstand in de gemaalkelder. Welke en hoeveel pompen in het rioolgemaal worden ingeschakeld, is afhankelijk van het waterpeil in de pompkelder.

Hwa-bedrijf

Tijdens hwa-bedrijf treedt het centrale besturingssysteem in werking. De RTC-sturing bepaalt per tijdstap de actuele vullingsgraad van de gemengde rioolstelsels in de bemalingsgebieden. Hierbij wordt de relatie gelegd tussen de gemeten waterstand op enkele locaties in de rioolstelsels en de hoeveelheid berging in de stelsels.

De relatie tussen een gemeten waterstand en de hoeveelheid berging is afhankelijk van de geometrie van een rioolstelsel. Om een representatief beeld te krijgen van de aanwezige berging, heeft de gemeente laten onderzoeken wat de beste locaties in de rioolstelsels zijn om waterniveaumeters te installeren en te gebruiken in de RTC-sturing.

Voor elk bemalingsgebied berekent de regeling per tijdstap de hoeveelheid beschikbare restberging in het rioolstelsel. Dit is het verschil tussen de maximaal beschikbare onderdrempelberging (100% vullingsgraad) en de actuele vullingsgraad. Vervolgens bepaalt de regeling de gewenste restberging. Hierbij houdt de regeling rekening met ingestelde prioriteiten voor de verschillende bemalingsgebieden. Bemalingsgebieden met externe overstorten die lozen in kwetsbaar oppervlaktewater, hebben een hogere prioriteit om te worden ontzien. In bemalingsgebieden met externe overstorten die lozen in niet-kwetsbaar oppervlaktewater, is het lozen in oppervlaktewater eerder toegestaan.

De regeling ontvangt continu actuele meetwaarden. Op basis hiervan actualiseert de regeling alle besturingsvariabelen. Een PID-regelaar in het centrale besturingssysteem bepaalt het verschil tussen de actuele en de gewenste restberging. Vervolgens wordt per rioolgemaal bepaald of en zo ja welke pomp of pompen worden ingeschakeld. Dit leidt dan tot concrete sturingsacties in het centrale besturingssysteem.

In hwa-bedrijf maken alleen de gemengd gerioleerde bemalingsgebieden onderdeel uit van de centrale besturing. De vgs-rioolgemalen blokkeren en verpompen geen (afval)water naar de gemengd gerioleerde bemalingsgebieden. Het doel is om tijdens hevige neerslag de externe vgs-overstorten eerder te laten lozen in oppervlaktewater dan de externe overstorten in de gemengde rioolstelsels.

Extra randvoorwaarden RTC-sturing

In de praktijk is het niet altijd mogelijk om op elk gewenst moment een pomp in te schakelen als de regeling daarom vraagt. Bijvoorbeeld bij storingen. De RTC-regeling bevat daarom nog enkele randvoorwaarden:

maximaal toegestane schakelfrequentie van de pompen;
minimale draaitijden en uit-bedrijftijden van de pompen;
beschikbaarheid van pompen door bijvoorbeeld onderhoudswerkzaamheden.

Bij storingen in het centrale besturingssysteem vallen alle rioolgemalen terug in de lokale regeling.

Grafische user interface (GUI)

De gemeente registreert alle verzamelde meetdata en uitgevoerde sturingsacties in een telemetriesysteem. Hiervoor heeft zij een GUI laten inrichten. Deze interface biedt verschillende visualisaties en functionaliteiten, zoals:

visualisatie van het systeemgedrag;
geografisch georiënteerde presentatie van de meetgegevens;
selectiefunctionaliteiten om meerdere meetlocaties weer te geven;
exportmogelijkheden om meetreeksen en rapportages uit te wisselen;
weergave van meetwaarden, inclusief kwaliteitslabel en mogelijkheid om te selecteren op kwaliteitslabel;
mogelijkheid om praktijkmetingen en modelresultaten in dezelfde omgeving met elkaar te vergelijken.

De verzamelde meetdata worden achteraf (dus niet online) automatisch gevalideerd en voorzien van een kwaliteitslabel.

Evaluatie RTC-sturing

Om zowel de sturingsregels als het effect van de RTC-sturing vooraf te bepalen, heeft de gemeente een strengenmodel van het rioolstelsel laten maken. Dit model is gevalideerd met verzamelde praktijkmetingen. Op basis van de simulatieresultaten heeft de gemeente de RTC-regeling geïmplementeerd.

Enige tijd na implementatie van de RTC-regeling heeft Utrecht een meetnet stedelijk water ingericht. Met het meetnet wil de gemeente meer inzicht krijgen in het hydraulisch functioneren van het rioolstelsel en de werking van de externe overstorten. Er zijn onder andere debietmeters bij gemalen aangebracht en zowel bij de overstorten als in meerdere inspectieputten zijn waterniveaumeters geïnstalleerd. Met de informatie die het meetnet heeft opgeleverd, heeft de gemeente de RTC-regeling meerdere malen bijgestuurd. N.B. De regeling is nu niet meer in gebruik.

Sturen op kwetsbaarheid oppervlaktewater