Voorbeeld meetopzet globaal inzicht hydraulisch functioneren

Hoe het rioolstelsel zich vult, geeft onder andere informatie over de belasting van het systeem en de berging. De manier van ledigen geeft onder meer informatie over de afvoercapaciteiten en de berging. Door het functioneren tijdens vullen en ledigen op verschillende locaties (gemalen en overstorten) te analyseren, krijgt u inzicht in de structuur van het netwerk. In figuur A ziet u een standaardmeetopzet gericht op het registreren van het vullings- en ledigingsgedrag van een rioolstelsel. Figuur A Meetopzet globaal inzicht hydraulisch functioneren Vergroot afbeelding Welke variabelen meten en op welke locaties? In deze meetopzet meet u: De waterstanden op het laagste punt in het rioolstelsel. Dit is meestal de ontvangstkelder van het rioolgemaal. Zo krijgt u inzicht in het functioneren van het rioolstelsel tijdens het vullen en ledigen en de aanvoer van afvalwater. Ook kunt u de afvoercapaciteit van het gemaal bij droog weer en tijdens neerslag bepalen. De hoeveelheid neerslag die valt in een gebied. Dit geeft informatie over de neerslagbelasting op het rioolstelsel. Het debiet dat het gemaal verpompt. Dit geeft informatie over het ledigingsgedrag van het rioolstelsel en de belasting van het systeem waarin het gemaal loost. De waterstanden bij de overstort(en). Deze waterstanden geven extra informatie over het vullen en ledigen van het rioolstelsel. U kunt de waterstanden ook gebruiken om een indicatie te krijgen van het overstortende debiet. Als er meerdere overstorten in het rioolstelsel aanwezig zijn, moet u in elk geval de waterstanden bij de overstort met het laagste drempelpeil meten. Bij grotere rioolstelsels kunt u ook meten in hoofdafvoerroutes en bij overlastlocaties. Het grootste deel van de tijd functioneert een rioolstelsel onder droge weersomstandigheden. In circa 6% van de tijd valt er in Nederland neerslag, dan kunnen overstorten in werking treden. Het meten van waterstanden bij overstorten geeft u in minder dan 1% van de tijd informatie over het functioneren van de overstorten en het rioolstelsel. Door waterstanden bij het gemaal, de afvoer door het gemaal en de neerslag te meten, krijgt u dus gedurende 100% van de tijd informatie over het functioneren van het rioolstelsel. Als u informatie wilt verzamelen over het functioneren van overstorten, moet u bij het analyseren van de verzamelde meetgegevens ook neerslagperioden selecteren waarbij overstorten in werking zijn getreden. In tabel A ziet u een overzicht van de minimale meetopzet met bijbehorende nauwkeurigheden en frequenties. Tabel A Globale meetopzet inzicht hydraulisch functioneren rioolstelsel Meting Locatie Meetonzekerheid Frequentie Type Meetbereik Niveau Gemaalkelder +/- 10 mm 1/min Momentaan Van kelderbodem tot maaiveld   Overstort +/- 10 mm 1/min Momentaan Van putbodem tot maaiveld Debiet Gemaal +/- 5% Full Scale 1/min Momentaan en cumulatief 0 - 110% van de maximale capaciteit Neerslag 1 per km2 0,1 mm/min, +/- 5% gemeten neerslag per 24 uur 1/min Cumulatief   Representatief beeld vulling systeem Vindt tussen het gemaal en de overstort(en) extra opstuwing plaats in delen van het rioolstelsel door grotere afstanden, kunstwerken (overstorten, doorlaten) of onvoldoende afvoercapaciteit? Dan moet u op meerdere locaties in het rioolstelsel waterstanden meten, zodat u een representatief beeld krijgt van de vulling van het systeem. Om geschikte meetlocaties te vinden, kunt u diverse methoden gebruiken (zie de standaard meetopzet voor kalibratie van een hydrodynamisch rioolmodel). Meetfrequentie, -nauwkeurigheid, -bereik en -periode Tabel A geeft voor de verschillende typen metingen (meetvariabelen) de meetfrequentie, meetonzekerheid en het meetbereik weer. Wanneer en hoe lang u gaat meten, is afhankelijk van uw meetdoel én van de dynamiek van het type meting (zie Meetopzet: welke meetperiode?). Analyseren vullen en ledigen rioolstelsel Voor de analyse van het gedrag van een rioolstelsel combineert u metingen met stelselkenmerken: afvoerend oppervlak; verloop van de droogweerafvoer (dwa) over de dag; aanwezigheid van rioolvreemd water; ledigingsgedrag; afwijkingen in de structuur van het rioolstelsel. Afvoerend oppervlak Waterbalans Door een waterbalans voor neerslagsituaties zonder overstortingen op te stellen, krijgt u een eerste indicatie van de hoeveelheid afvoerend oppervlak. U meet de gevallen neerslag in het gebied per 1-2 km2. Ook meet u de waterstanden bij het gemaal en de overstort met het laagste drempelniveau, met een meetfrequentie van eens per minuut. U hanteert een meetbereik vanaf de bodem van de put en gemaalkelder tot aan het maaiveld. De vulling van het rioolstelsel leidt u af uit de gemeten waterstanden bij het gemaal. Als de waterstand bij het gemaal niet representatief is voor de vullingsgraad van het rioolstelsel, neemt u het gemiddelde van de waterstand bij het gemaal en de overstort. De relatie tussen de vulling van het rioolstelsel in m3 en de gemeten waterstand stelt u vast met een bergings-hoogterelatie van het rioolstelsel (zie figuur B). Figuur B Voorbeeld van vullingsgraad rioolstelsel als functie van de waterstand (bergings-hoogterelatie) (Bron: Leidraad Riolering module C2320) Vergroot afbeelding Het verschil tussen de hoeveelheid neerslag en afvalwater die het rioolstelsel instroomt en de afgevoerde hoeveelheid afvalwater is de vulling van het rioolstelsel. In combinatie met de theoretische hoeveelheid afvoerend oppervlak kunt u inschatten of deze theoretische waarde juist is. U weet met deze methode nog niet waar het afvoerende oppervlak zich precies bevindt, daarvoor is aanvullend onderzoek nodig. Vergelijken met rekenmodel Ook kunt u berekende en gemeten waterstanden met elkaar vergelijken. Als de maximale vulling van een rioolstelsel groter is dan de vulling die volgt uit hydraulische berekeningen, kan dit betekenen dat het afvoerende oppervlak in de praktijk groter is dan berekend (zie figuur C). Dit geeft u nog geen inzicht in waar de afwijkingen in het afvoerende oppervlak zich bevinden. Daarvoor is aanvullend onderzoek nodig. In figuur C ziet u de berekende waterstanden in een klein rioolstelsel bij het rioolgemaal en de overstort. De figuur laat u twee situaties zien: 100% afvoerend oppervlak (origineel) en 125% afvoerend oppervlak. Het verschil in afvoerend oppervlak leidt tot de volgende verschillen: Vullingssnelheid: in de situatie waarbij het afvoerende oppervlak 25% groter is, vult het stelsel zich sneller (zie figuur C & D). Om dit in de praktijk te meten is een nauwkeurige tijdregistratie erg belangrijk. Waterpeilen: op locaties verder verwijderd van de overstort (bijvoorbeeld bij het rioolgemaal) zijn de waterpeilen ook hoger (zie figuur C & D). Figuur C Verschil gemeten en berekend verloop waterstanden als gevolg van 25% meer afvoerend oppervlak bij het meetpunt overstort. (Bron: Didrik Meijer) Vergroot afbeelding Figuur D Verschil gemeten en berekend verloop waterstanden als gevolg van 25% meer afvoerend oppervlak bij het meetpunt gemaal. Afwijkingen in het afvoerende oppervlak zijn duidelijker zichtbaar bij het gemaal dan bij de overstort. (Bron: Didrik Meijer) Vergroot afbeelding Voor een eerste controle op de juistheid van de omvang van het afvoerende oppervlak, kunt u gebruik maken van de HAAS-methodiek. Verloop van de droogweerafvoer (dwa) over de dag Om het dwa-verloop over de dag inzichtelijk te maken, moet u de fluctuatie meten. Dit doet u door bij het gemaal de afvoer tijdens een droge periode te meten. Een voorbeeld vindt u bij Analyseren functioneren gemaal. U hanteert een meetfrequentie van 1 minuut. Het meetbereik stelt u in van 0 tot 110% van de maximale capaciteit van het gemaal. Zo brengt u het dwa-verloop in kaart (zie figuur E). Figuur E Gemiddelde droogweerafvoer (dwa) per dag (Bron: M. van Bijnen Advies) Vergroot afbeelding Een meetperiode van twee tot drie maanden is voldoende om de dwa representatief in te schatten. Bij sterke seizoensvariatie, bijvoorbeeld door toerisme of bij uitwisseling met het grondwater, meet u minimaal een jaar. Aanwezigheid rioolvreemd water Rioolvreemd water is water dat niet thuishoort in het riool (bijvoorbeeld instromend oppervlakte- en/of grondwater). U berekent het aandeel rioolvreemd water in het afvalwater als het verschil tussen de gemeten en de theoretische afvoer. De hoeveelheid en herkomst van rioolvreemd water in gemengde rioolstelsels kunt u inschatten met de DWAAS-systematiek. U gebruikt hierbij dwa-dagsommen en de theoretische dwa-hoeveelheid. De hoeveelheid afvalwater die het gemaal dagelijks afvoert, meet u met een debietmeter. De neerslagmeter geeft de informatie of het een droge of natte dag betreft. Door de dynamiek en hoeveelheid rioolvreemd water te analyseren, krijgt u inzicht in de relatie met bijvoorbeeld het grondwater en het aandeel van bedrijfslozingen. Instroming van grondwater herkent u ook vaak aan een constant debiet in de metingen, zowel 's nachts als overdag. Ledigingsgedrag Als u de gemeten waterstanden in de tijd in een grafiek bekijkt, kunt u uit het verloop het dynamisch gedrag van het stelsel controleren. U bepaalt voor een aantal neerslaggebeurtenissen de tijd die nodig is om het rioolstelsel te legen. Hiermee krijgt u inzicht in de capaciteit van het gemaal. Deze vergelijkt u met de theoretische capaciteit. In figuur E ziet u de berekende waterstanden in een klein rioolstelsel bij het rioolgemaal en de overstort. De figuur laat u voor de pompcapaciteit twee situaties zien: pompcapaciteit tweemaal zo groot als in de originele situatie; pompcapaciteit de helft van de originele situatie. De afwijkende pompcapaciteit heeft tot gevolg: Tijdens het vullen van het rioolstelsel is het verschil in waterpeilen minimaal. Er is alleen kleine verschuiving in de tijd waarneembaar. Als het waterpeil onder het niveau van de overstortdrempel zakt, daalt het waterpeil sneller als de pompcapaciteit groter is en langzamer als de pompcapaciteit kleiner is. Dit is op beide locaties zichtbaar. Figuur F Verschil in waterstanden als gevolg van afwijkende pompcapaciteit, zichtbaar in de dalende lijn (Bron: Didrik Meijer) Vergroot afbeelding Figuur G Verschil in waterstanden als gevolg van afwijkende pompcapaciteit, zichtbaar in de dalende lijn (Bron: Didrik Meijer) Vergroot afbeelding Afwijkingen in de structuur van het rioolstelsel Als u het functioneren van het rioolstelsel tijdens het vullen en ledigen op verschillende locaties (gemalen, overstorten) met elkaar vergelijkt, krijgt u inzicht in de structuur van het netwerk. Hiermee spoort u afwijkingen in de structuur van het rioolstelsel op, zoals extra of ontbrekende leidingen. Ook de geometrie (diameter, hoogteligging) van de leidingen kan leiden tot verschillen tussen de metingen en de modeluitkomsten. Figuren H en I laten de verschillen zien als de diameter van een van de hoofdrioolleidingen tussen het gemaal en de overstort een kleinere diameter krijgt. U ziet dat bij de overstort alleen een kleine verandering zichtbaar is als het rioolstelsel zich vult. Bij het gemaal ontstaat er een afwijking in waterpeilen tijdens het vullen én het ledigen van het rioolstelsel. De wijze waarop afwijkingen zichtbaar zijn, is afhankelijk van de 'fout' in het rioolnetwerk. Figuur H Afwijking in de structuur van een rioolstelsel door het verkleinen van de diameter van een hoofdrioolleiding tussen het gemaal en de overstort (Bron: Didrik Meijer) Vergroot afbeelding Figuur I Afwijking in de structuur van een rioolstelsel door het verkleinen van de diameter van een hoofdrioolleiding tussen het gemaal en de overstort (Bron: Didrik Meijer) Vergroot afbeelding