Infiltratieproeventegel

Het doel van infiltratieproeven is om de capaciteit van een infiltratievoorziening on site te bepalen. Dit gebeurt door de resultaten van een modelberekening te vergelijken met metingen. Het idee is om meer duidelijkheid te krijgen over het werkelijke functioneren van bijvoorbeeld een infiltratievoorziening en over de ontwikkeling van het functioneren van een voorziening in de tijd.

Bij het ontwerp/dimensioneren van een voorziening wordt vaak uitgegaan van theoretische kenmerken van ondergrond en van het grof materiaal in het omliggende cunet. De doorlatendheid van de ondergrond wordt soms bepaald met metingen op locatie maar wordt ook heel vaak aangenomen op basis van de plaatselijke grondsoort volgens de bodemkaart. Het op locatie meten van de doorlatendheid van de ondergrond heeft een duidelijke voorkeur maar dan ook op een voldoende aantal meetpunten. Een enkel meetpunt in een nieuw te realiseren wijk is echt veel te weinig. Met behulp van infiltratieproeven kan in de gerealiseerde situatie uit de metingen van de waterstanden de gemiddelde doorlatendheid van de gehele leiding/streng worden bepaald. 

Bij de opzet van een infiltratieproef on site wordt een riool of een deel van een stelsel afgesloten met afsluiters in de aansluitende leidingen. Met een tankwagen of een brandkraan wordt het riool in korte tijd gevuld. We meten dan het verloop van de lozing van het water uit de tankwagen op het riool en het stijgen en dalen van de waterstand in het riool (soms ook in het cunet). Tijdens het vullen van het riool begint de infiltratie vanuit het riool naar de ondergrond al te werken.

In RainTools registeren we alle gegevens van de proef zoals de afmetingen/ligging van het riool/cunet en de metingen van de lozing en de meting van de waterstand.

Door een aanname te doen voor de doorlatendheid van het cunet en de ondergrond kunnen we met een RainTools simulatie een proef nabootsen. We kunnen op die manier een (gemiddelde) doorlatendheid van de ondergrond rond de hele voorziening bepalen, ipv de doorlatendheid op een punt in een boorgat.

Met deze rekentegel is het NIET mogelijk om controleberekeningen met buien of reeksen uit het archief te maken. Voor de regenwaterbelasting op de voorziening wordt als een lozing gedefinieerd zoals die zou kunnen plaatsvinden via een brandkraan of een tankwagen. Uitleg van het gebruik van de Infiltratieproeventegel is als voorbeeld uitgewerkt op de webpagina Infiltratieproeven on site.

Deze meting leggen we vast in RainTools op de gegeven datum en tijd. Door over een X-aantal jaren dezelfde meting te herhalen krijgen we een indruk van de (mogelijk) vervuiling van de voorziening. Met de afgeleide (gemeten) doorlatendheid kunnen we bovendien de werking van de voorziening in een situatie nauwkeuriger simuleren, door bijvoorbeeld een reekssimulatie uit te voeren.

In figuur 2 zien we het berekende verloop van de waterstanden in de infiltratievoorziening die bestaat uit het element (de leiding) en het cunet (het omhullende zandbed). De waterstand in het cunet ijlt na. De waterstand in het element stijgt snel omdat de afgifte van water naar het cunet trager gaat dan de vulling vanuit de tankwagen.

Vanaf een bepaald moment neemt de vulling van het element niet meer toe en gaat de overloop in werking, in de grafiek (rechts) loopt de waterstand dan horizontaal.

De grafiek in figuur 3 (rechts) geeft het verloop van de waterbalans aan: (blauw) de vulling van de berging in element+ cunet, (licht groen) de infiltratie naar de ondergrond en (oranje) de overloop van het infiltratie-element naar buiten. Tijdens de vulling van het riool vanuit de tankwagen werkt de overloop kortdurend en daarna loopt de voorziening (element+cunet) geleidelijk leeg door infiltratie naar de ondergrond. De infiltratiecapaciteit neemt in de tijd af mede omdat het (doorlatende) wandoppervlak van voorziening naar de ondergrond ook geleidelijk afneemt.

In RainTools worden de doorlatendheden van het (infiltratie)element naar het cunet en van het cunet naar de ondergrond ingevoerd als onbekende (te schatten) variabele. Deze doorlatendheden kunnen we kalibreren totdat resultaten van de berekende en gemeten waarden met elkaar overeenkomen. Dat lukt niet altijd zo exact als in figuur 4. Om deze kalibratie snel te kunnen uitvoeren is gezond verstand het belangrijkste hulpmiddel.

Opgave (stapsgewijs)
0) Download het bestand met gegevens PROEVEN.zip ……………
1) Voor deze opgave gebruik je 3 bestanden met de gegevens van een lozing en de metingen van de waterstanden in het element en het cunet.
2) Voor de systeemgegevens ga je uit van simulatie var00. Maak eerst een kopie van die simulatie. Veel minder belangrijke gegevens zijn in deze simulatie al ingevuld. Voor deze proef ga je uit van de volgende gegevens die nog open staan:
a. Lengte element en cunet 20 meter (20000 mm)
b. Hoogte en breedte element 700 mm
c. Breedte bodem cunet 700 mm
4) De doorlatendheden van het element en het cunet moeten vanuit een beginschatting nog gekalibreerd worden.
5) De datum van deze proef is 1 januari 2017 om 12h (pm). Dit gegeven moet ingevoerd worden in de SIMULATIE, om de resultaten van de simulatie te kunnen vergelijken met de metingen op die datum.

Kaliberen berekening aan meting

Welke stellingen zijn waar voor de resultaten in figuur 5?

  1. De profielhoogte van het element in de simulatie klopt niet en is HOGER dan van de voorziening die is bemeten.
  2. De doorlatendheid van de ondergrond is in de simulatie LAGER dan in de meting.
  3. Het overloop niveau van het element ligt in de meting LAGER dan in de berekening.
  4. In de simulatie is de beginwaterstand in het element is te HOOG.
  5. De doorlatendheid van het cunet is in de simulatie HOGER dan in de meting.
  6. De berekende waterhoogte in het ELEMENT nadert na 900 min het bodemniveau van de leiding, helemaal nul wordt die waterhoogte nooit.

Beoordeling resultaten infiltratieproeven
Aan een individuele leegloopmeting van een infiltratievoorziening zie je niet zoveel. Je krijgt vooral een indruk hoe lang de lediging van de voorziening duurt. Dat wordt dan automatisch teruggekoppeld naar die magische grens van 24h. Wat kunnen nog meer wijzer worden?

Voor de beoordeling van een meting heb je bij voorkeur een referentie nodig:

  • Nulmeting: Daarmee kan je de verandering van de lediging controleren over een periode van meerdere jaren. Aan het verloop van de lediging van de voorziening kan je zien of bijvoorbeeld de bodem van de voorziening meer vervuild is geraakt.
  • Locaties: Door metingen uit te voeren op meerdere locaties en onder vergelijkbare omstandigheden kan je zien hoe de werking wordt be├»nvloed door de omgeving. Bijvoorbeeld de vegetatie in een straat kan de vervuiling van een voorziening bevorderen.
  • Reinigen: Door metingen uit te voeren voor- en na reinigen van een voorziening kan worden nagegaan hoe effectief een reinigingstechniek is. Het heeft alleen zin om te kijken naar het verbeteren (versnellen) van de leegloop van een voorziening. In goed functionerende voorzieningen heeft dat weinig zin.
  • Simulatie: Door een meting te vergelijken met een berekening kan je de gemiddelde doorlatendheid van de buiswand bepalen, bijvoorbeeld in een wandzone en een bodemzone. Met het rekenmodel van de voorziening kan van worden bepaald hoe vaak de voorziening overbelast en hoeveel water er in de ondergrond infiltreert.
  • Doorlatendheid wand: Door de wand(hoogte) van een voorziening in segmenten te verdelen kan aan de hand van een meting, de (delta)doorlatendheid per wandsegment worden bepaald. Het resultaat is vaak dat de doorlatendheid van het onderste segment van de voorziening duidelijk kleiner is dan van het bovenste segment. Een normaal gedimensioneerde voorziening raakt maar een paar keer per jaar vol, terwijl de bodem van een voorziening tientallenkeren per jaar moet werken. Het verschil tussen de (delta)doorlatendheid boven en onderin de voorziening zou misschien een maat kunnen zijn voor de mate van vervuiling van een voorziening.

Een nulmeting kort na aanleg van een voorziening is een must ! Dat is meest belangrijke referentie. Ook als je gaat kijken naar verandering van de doorlatenheden van de wandsegmenten dan is een nulmeting ernaast van grote waarde. Een nulmeting laat je ook zien of een voorziening is vervuild en in welke mate. Pas bij een echt vervuilde voorziening is het relevant om naar het effect van reinigen te gaan kijken.

Het functioneren van infiltratievoorziening kunnen we dus als volgt karakteriseren:

  1. Leegloopduur met als eindtijd volledig leeg of bijvoorbeeld 10% vulling. Alleen de hele schone buizen lopen snel helemaal leeg. Als de bodem een beetje vervuild is geraakt dan kan die laatste 10% fors lang duren.
  2. Leegloopduur tot 25% vulling geeft waarschijnlijk een handzamer getal om verschillende metingen in de tijd en van verschillende voorzieningen onderling te vergelijken.
  3. De gemiddelde doorlatendheid van de wandzone en de bodemzone. Dit zijn de doorlatendheden waarmee simulatie van de leegloop vrijwel hetzelfde verloop heeft als de meting. De grootte van de bodemzone in een ronde leiding hangt af van de vervuiling.
  4. De (delta)doorlatendheid van de wandsegmenten van de voorziening. De vergelijking van segmenten rond de 30% en 80% vulling geven mogelijk ook een indicatie van de mate van vervuiling van de voorziening.

Voor alle indicatoren geldt dat de ontwikkeling in de tijd interessant is. Daarnaast is ook de vergelijking van metingen op verschillende locaties en onder verschillende omstandigheden belangrijk.

Simulaties infiltratieproeven
Het overzicht van resultaten van uitgevoerde simulaties van de waterbalans is weergegeven op het scherm [WATERBALANS], links de tabel en rechts de grafische weergave.

Onder [PROEF] vind je de resultaten van de simulatie voor de verschillende onderdelen van het systeem.

Het verloop van de WATERBALANS is in de tijd te volgen door de schuifregelaar onderaan het scherm te bewegen, zowel voor de resultaten in de tabel als in de grafiek. Met [HOTKEYS] (zie topmenubalk) is de animatie van het verloop van de waterbalans te sturen.

Onder de tabel zitten 6 tabs met de volgende weergaven:

  • [RESULTAAT] = tabel met resultaten per tijdstap
  • [MAXIMA] = tabel met maximum waarden van een aantal resultaten
  • [PROFIEL] = weergave langsdoorsnede systeem, tijdverloop vulling
  • [K-WAARDE] = interpretatie metingen k-waarde als functie van de wandhoogte
  • [LOCATIE] = kaart met locatie systeem

Onder het grafische scherm (rechts) zitten 6 tabs met de volgende weergaven:

  • [SYSTEEM] = tijdverloop waterbalans van het systeem, externe componenten
  • [LAGEN] = staafgrafieken per laag/onderdeel, interne componenten
  • [VERLOOP]= tijdverloop waterbalans per laag/onderdeel
  • [WATERSTAND]= verloop waterstand in element en cunet van voorziening
  • [MODEL] = schematische weergave basisrekenmodel

Bij het [VERLOOP] en [CUM.VERLOOP] in de grafiek kan de laag/onderdeel worden geselecteerd door keuze van de overeenkomstige regel in de tabel. LET WEL: in de weergave van de waterbalanscomponenten wordt in RainTools onderscheid gemaakt in de lediging (afvoer) van een element naar het cunet en de infiltratie van het cunet naar de ondergrond.

Het verloop van de vulling van het systeem (en de waterbalans) in de tijd is te volgen door de schuifregelaar onderaan het scherm te bewegen, zowel voor de resultaten in de tabel als in de grafiek. Met [HOTKEYS] (zie topmenubalk) is de animatie van het verloop van de waterbalans te sturen.

Voorbeeld vragen infiltratieproeventegel

  • Beschrijf de verschillende tijdfasen van de waterbalans;
  • Verklaar het verloop van de waterstanden in het element en het cunet;
  • Hoe groot moet het element zijn om de lozing zonder overlopen te kunnen verwerken;
  • Bepaal de doorlatendheden van wand en bodem van een element, gegeven een meting van een lozing;
  • Hoeveel water moet een tankwagen aanvoeren om een proef met 1 lozing te kunnen volstaan.