Voorbeeld meetopzet emissie uitlaat/overstort

Meetlocaties, -frequentie, -nauwkeurigheid en -bereik Tabel A geeft een overzicht van de meetopzet om volumen en emissies bij uitlaten en overstorten te bepalen met bijbehorende nauwkeurigheden, frequentie en bereik. Tabel A Meetopzet voor emissie uitlaat/overstort Meting Locatie Meetonzekerheid Frequentie Type Meetbereik Neerslag 1 per km2 0,1 mm/min, +/- 5% gemeten neerslag per 24 uur 1/min Cumulatief   Bemonstering Voor overstort   1/2min Volume     Uitstroomleiding uitlaat   1/2min Volume   Niveau Bovenstrooms overstort +/- 10 mm 1/min Momentaan Van putbodem tot maaiveld   Benedenstrooms overstort +/- 10 mm 1/min Momentaan Van putbodem tot maaiveld   Bovenstrooms leiding +/- 10 mm 1/min Momentaan     Benedenstrooms leiding +/- 10 mm 1/min Momentaan   Debiet Uitstroomleiding uitlaat +/- 5% Full Scale 1/min Momentaan en cumulatief 0 - 110% van de maximale capaciteit Meetperiode Wanneer en hoe lang u gaat meten, is afhankelijk van uw meetdoel én van de dynamiek van het type meting (zie Meetopzet: welke meetperiode?). Bepalen volume uitlaat/overstort Om de emissie uit een overstort en/of uitlaat te berekenen, leidt u het geloosde volume af uit gemeten waterstanden en meet u de vuilconcentratie van het geloosde water. Bepalen volume Het volume kunt u op vier manieren bepalen: afleiden uit gemeten waterstanden bij een overstort; afleiden uit gemeten waterstanden in een leiding; kalibreren overstort (Q-H-relatie vaststellen); meten debiet. Hieronder volgt per manier een toelichting. Volume afleiden uit gemeten waterstanden bij een overstort Voor een indicatie van het overstortvolume meet u de waterstanden in de betreffende overstortconstructie. Om van een gemeten waterstand naar een overstortdebiet en volume te komen, gebruikt u een niveau-afvoerrelatie (Q-H-relatie). Voor overstorten waarbij de benedenstroomse waterstand geen invloed uitoefent op het overstortdebiet, wordt deze relatie beschreven met de standaardformule voor volkomen korte overlaten (zie figuur A, links). Als de benedenstroomse waterstand wel invloed heeft op het overstortdebiet, gebruikt u de formule voor een onvolkomen korte overlaat (rechts in figuur A). U moet dan ook de waterstand benedenstrooms (h2) van de constructie meten. Figuur A Formules voor volkomen en onvolkomen overlaten/overstorten (Bron: Stichting Wateropleidingen) Vergroot afbeelding In de formule vult u de gemeten waterstand in voor de energiehoogte (H). Voor de afvoercoëfficiënt gebruikt u een theoretische waarde. Bij beide ligt de onnauwkeurigheid in de uitkomsten tussen de 10% tot 100%. Zeker bij een kleine overstortende straal hebben afwijkingen in de meetwaarden een aanzienlijk effect op de uitkomsten (zie figuur C & D). Door de waterstand op enige afstand van de overstortdrempel in plaats van bij de overstortdrempel zelf te meten, maakt u de uitkomsten nauwkeuriger (zie figuren A en B). De waterstand benadert hierdoor beter de energiehoogte. Meet de waterstand daarom zo ver mogelijk van de overstortmuur, maar wel in de overstortput zelf. Ook bereikt u betrouwbaarder resultaten met een scherpe, zuiver waterpas gestelde overstortrand bij de overstort (bijvoorbeeld door een overstortmes te gebruiken). Figuur B Locatie en bevestiging druksensor in overstortput (Bron: Leidraad Riolering module C2330) Vergroot afbeelding In figuren C en D ziet u het berekende overstortende debiet bij een overstort voor drie verschillende situaties: uitgangssituatie; situatie met een meetfout van 2 cm lager dan de uitgangssituatie; situatie met een meetfout van 2 cm hoger dan de uitgangssituatie. Figuur C Afwijking in berekend overstortend debiet door meetfout + en - 2 cm (Bron: Didrik Meijer) Vergroot afbeelding Figuur D Afwijking in berekend overstortend debiet door meetfout + en - 2 cm (Bron: Didrik Meijer) Vergroot afbeelding In de grafiek van figuur C ziet u dat de absolute afwijking van het overstortende debiet (in m3/s) bij een kleine overstortende straal beperkt is. Maar dit kan oplopen tot een afwijking van meer dan 0,1 m3/s bij een overstortende straal van 30 cm. Hoewel de absolute fout klein is bij een kleine overstortende straal, is de relatieve afwijking meer dan 100% (grafiek in figuur D). Dit betekent dat het berekenen van het overstortende debiet op basis van de overstortende straal ook onnauwkeurig is. Volume afleiden uit gemeten waterstanden bij een uitlaat De afvoer via uitlaten kunt u alleen nauwkeurig meten met een debietmeter. Een grove schatting van het debiet krijgt u door de waterstanden bij de uitlaat en op enige afstand bovenstrooms in de leiding te meten (zie figuur E). Figuur E Afleiden hydraulisch verhang in leiding uit waterstandmetingen (Bron: Leidraad Riolering module C2330) Vergroot afbeelding Uit het verschil tussen de gemeten waterstanden (Δh) kunt u met de formule van Chézyde stroomsnelheid uitrekenen. Hierbij doet u de aanname dat de snelheid in de leiding constant is. Met een bekende leidingdiameter berekent u vervolgens het debiet. Kalibreren overstort Bij het berekenen van het overstortdebiet met de formules voor volkomen en onvolkomen overlaten (zie figuur A) gebruikt u theoretische waarden voor de overlaatcoëfficiënt. Daarnaast gebruikt u de gemeten waterstand en niet de energiehoogte zoals de formule aangeeft. Met de energiehoogte krijgt u slechts een indicatie van het overstortdebiet. Als u het overstortdebiet met een hoge nauwkeurigheid wilt bepalen, kunt u de Q-H-relatie van een constructie nauwkeuriger vastleggen met metingen in het veld (kalibreren van een overstort). Hiertoe isoleert u de constructie hydraulisch, laat u een bekend debiet door de constructie stromen en meet u de daarbij optredende waterstanden (zie figuur F). Het voordeel van deze methode is dat u de Q-H-relatie nauwkeurig kunt bepalen. Nadelen zijn dat u dit voor elke afzonderlijke overstort moet doen en dat het relatief duur is. Kosten voor het kalibreren van een overstort bedragen circa € 8.000 tot € 15.000. Meer informatie vindt u in de publicatie 'Het kalibreren van overstorten'1. Figuur F Principe meetopstelling om een overstort te kalibreren (Bron: STOWA, 1996) Vergroot afbeelding Meten debiet Als u hoge eisen aan de betrouwbaarheid en nauwkeurigheid stelt, meet u het debiet met een debietmeter. Het meest nauwkeurig meet u het debiet direct in de uitgaande leiding. De leiding kan zowel volledig als gedeeltelijk gevuld zijn. Voor beide situaties zijn verschillende meetprincipes beschikbaar. Afhankelijk van de praktijksituatie kiest u een geschikte debietmeter. De meetnauwkeurigheid van debietmeters varieert van 90 - 95%. Om betrouwbare meetresultaten te krijgen, moet de leiding vóór en na de debietmeter over een minimale lengte recht zijn. Deze lengte is afhankelijk van de diameter van de leiding. Meer informatie vindt u bij Debietmeters. Meten vuilconcentratie De vuilconcentratie in het overstortende afvalwater bepaalt u door watermonsters te nemen. Hiervoor moet u een representatieve monsternamelocatie kiezen. Bij een uitlaat neemt u de watermonsters in de uitstroomleiding, zo dicht mogelijk bij de uitlaat. Bij een overstort neemt u de watermonsters direct vóór de overstortdrempel. De vuilconcentraties in het afvalwater zijn niet constant in de tijd. Het tijdstip en de meetfrequentie waarmee u de watermonsters neemt, zijn daarom ook belangrijk. U kunt een enkel steekmonster nemen, maar de waterkwaliteit in dat monster is niet representatief voor de gemiddelde waterkwaliteit op de meetlocatie. U moet ervoor zorgen dat de meetfrequentie van individuele monsternamen aansluit bij de dynamiek van de variabele waarin u geïnteresseerd bent. Wilt u een gemiddelde waarde, dan neemt u gedurende een periode (een aantal buien of dagen) hoogfrequent monsters. Hoogfrequent betekent in dit geval elke 2 minuten. U doet dit met een monsternamekast (zie figuur G). Deze monsters verzamelt u in een vat. Het analyseren van het verzamelmonster levert u een representatieve gemiddelde waarde per parameter. Na elke bui laat u het verzamelmonster in een laboratorium analyseren op de door u gekozen parameters. Denk aan: nutriënten, microverontreinigingen, zware metalen, hygiënische en algemene parameters. Als u de concentratie met het berekende volume vermenigvuldigt, krijgt u de vuilemissie van de gekozen parameter. Meer informatie vindt u bij Automatische bemonstering. Figuur G Monsternamekast (Bron: Uitgebreide samenvatting Regenwaterproject Almere - Stichting RIONED/STOWA 2016-05A) Vergroot afbeelding Meetopzet overstort Als u het debiet met een hoge nauwkeurigheid wilt weten, plaatst u een debietmeter in de aanstroomleiding vóór de overstortdrempel of in de uitstroomleiding na de overstortdrempel. Ook krijgt u betrouwbare resultaten door de overstort te kalibreren. In de praktijk is een indicatie van het overstortdebiet vaak voldoende. Dan volstaat het meten van waterstanden aan de rioolzijde van de overstortmuur. Als de waterstand aan de benedenstroomse kant van de overstortmuur invloed heeft op de overstortende hoeveelheid water, dan meet u ook de waterstand aan de uitstroomzijde van de overstort. Installeer de niveaumeter bij voorkeur niet aan de overstortmuur. De formule (zie figuur A) berekent het overstortdebiet met de energiehoogte (H), u gebruikt in plaats daarvan de gemeten waterstand (zoals hierboven toegelicht, zie ook het kader hieronder). U installeert een niveaumeter daarom ook: op een zo groot mogelijke afstand van de overstortdrempel (maar wel in de overstortput); op een locatie waar de stroomsnelheid zo laag mogelijk is. Energiehoogte en gemeten waterstand De energiehoogte H is gelijk aan de dikte van de overstortende straal (waterstand boven de overstortmuur) + de snelheidshoogte v2/2g. Hoe groter de snelheid, hoe groter dus het verschil tussen de waterstand boven de overstortdrempel en de energiehoogte. Daarom meet u de waterstand op een afstand vier maal de energiehoogte bovenstrooms van de overstortdrempel. Daar is de stroomsnelheid kleiner in vergelijking met boven de overstortdrempel en komt de waterstand beter overeen met de energiehoogte. Om de beste resultaten te krijgen, meet u de waterstanden momentaan en registreert u deze elke minuut. De meetonnauwkeurigheid moet maximaal +/- 10 mm zijn. Als u het overstortdebiet met een debietmeter meet, moet deze een nauwkeurigheid van minimaal 95% hebben. Debieten meet u momentaan en registreert u per minuut. Elke minuut registreert u het debiet ook cumulatief. Meetopzet uitlaat Voor de beste resultaten installeert u een debietmeter met hoge nauwkeurigheid in de uitstroomleiding. Als oppervlaktewater terug in de leiding kan stromen, kiest u een debietmeter die het debiet in twee stroomrichtingen kan meten. Voor minder nauwkeurige resultaten volstaat het meten van waterstanden, deze meet u boven- en benedenstrooms van de uitstroomleiding. U meet de waterstanden momentaan en registreert deze elke minuut. De meetonnauwkeurigheid moet maximaal +/- 10 mm zijn. Als u het overstortdebiet met een debietmeter meet, moet deze een nauwkeurigheid van minimaal 95% hebben. Debieten meet u momentaan en registreert u per minuut. Elke minuut registreert u ook het debiet cumulatief. Emissie overstort en uitlaat De emissie vanuit een overstort of uitlaat in het oppervlaktewater berekent u door de concentratie van vooraf gekozen parameters te meten. Hiervoor neemt u direct vóór de overstortdrempel of zo dicht mogelijk bij de uitlaat watermonsters met een monsternamekast. U bepaalt de gemiddelde waarde van de te meten variabele. Gedurende een gekozen periode (een aantal buien of dagen) verzamelt u elke 2 minuten de monsters in een vat. Dit verzamelmonster laat u analyseren en dat levert u een representatieve gemiddelde concentratie per parameter. Als u de concentratie met het berekende volume vermenigvuldigt, krijgt u de vuilemissie van de gekozen parameter. 1 Veldkamp, R. en Clemens, F. (2001). Het kalibreren van overstorten. Riole­rings­we­tenschap, 1(2), 51-74.