project

Strategieën voor optimale plaatskeuze van waterkwaliteitssensoren in het distributienet

Expert(s):
dr. Peter van Thienen, drs.ing. Dieuwke Voorhoeve

  • Startdatum
    01 jul 2013
  • Einddatum
    30 jun 2014
  • Opdrachtgever
    BTO Directeurenoverleg
  • samenwerkingspartner(s)

Monitoring van de waterkwaliteit met sensoren op strategische punten in het leidingnet geeft online zicht op de waterkwaliteit tijdens distributie en nabij de tap. Nu is er meestal pas zicht op de waterkwaliteit enkele dagen na levering en/of op slechts enkele locaties. Met een duidelijke visie op wat er met het netwerk wordt beoogd en met een onderbouwde strategie voor bepaling van het benodigd aantal sensoren en hun optimale locaties is een optimaal functionerend sensornetwerk mogelijk. Binnen en buiten het waterbedrijf zorgt dit voor realistische verwachtingen ten aanzien van de toegevoegde waarde en de beperkingen van waterkwaliteitssensoren.

Dit project beoogt een geschikte optimale plaatsingsmethodiek te ontsluiten voor brede toepassing door de Nederlandse waterbedrijven. Doel is een methodiek en onderzoekstool te ontwikkelen voor de optimale plaatsing van een beperkt aantal feilbare sensoren in een robuuste configuratie in een distributienet, waarbij optimalisatie plaatsvindt voor representativiteit van meetwaarden, monitoring van de bedrijfsvoering en incidentdetectie.

Beschouwing van doelstellingen, numerieke evaluatie en optimalisatie

De beschreven problematiek is vanuit modelmatige hoek aangevlogen. Eerst is bekeken hoe de prestatie van een sensornetwerk kan worden beschreven en met welke doelstellingen in het achterhoofd een sensornetwerk kan worden ontworpen. Vervolgens is op basis van een combinatie van hydraulische modellen, besmettingsscenario’s en een
optimalisatiemethodiek (genetisch algoritme) een programma geschreven voor de evaluatie en optimalisatie van ontwerpen van sensornetwerken. Dit programma is eerst getest op het deelgebied Leeuwarden-Bergum van de Proeftuin Noordbergum van Vitens en daar vervolgens ook toegepast. Hierbij zijn optimale configuraties voor diverse doelstellingen bepaald en zijn bovendien onderlinge relaties en trends vastgesteld. De resultaten zijn verwerkt in een beschouwing met aanbevelingen voor het opzetten van een waterkwaliteitssensornetwerk.

Betere prestatie door numerieke optimalisatie

De resultaten van de modelberekeningen zijn eenduidig: numerieke optimalisatie zorgt voor een duidelijk beter presterende configuratie van een bepaald aantal waterkwaliteits-sensoren dan wanneer een gelijk aantal sensoren evenredig wordt verspreid of de plaatsing op basis van gevoel en ervaring wordt gekozen. In dit onderzoek is de gemiddelde pakkans bijvoorbeeld bijna verdubbeld en de gemiddelde tijd tot eerste detectie met enkele uren verminderd. De geoptimaliseerde netwerken functioneren in de regel zelfs beter dan een bestaande of uniform verdeelde configuratie op doelstellingen waarvoor ze niet zijn geoptimaliseerd. Hiermee is het nut van een dergelijke numerieke beschouwing overduidelijk aangetoond.

De gebruikte en ontwikkelde methodieken voor optimale locatiekeuze van waterkwaliteitssensoren maken het mogelijk om verschillende doelstellingen tegen elkaar af te wegen en tot een realistische verwachting van de opbrengsten van een dergelijk netwerk te komen. Dit draagt bij aan zowel de interne besluitvorming als de externe communicatie van beslissingen en implementaties op dit gebied. Zo kan een afweging worden gemaakt tussen kosten en geboden mate van bescherming en leveren de uitkomsten van deze berekeningen randvoorwaarden voor de respons die een bedrijf kan nastreven.