Smart sensoring waterketen

Monitoring is cruciaal om te weten of de buitenruimte voldoet aan wat je vooraf hebt bedacht en wat je wilt bereiken. Monitoring hoort daarom ook onderdeel te zijn van beleid. Dan komt vanzelf de vraag op: hoe moet je meten om je doelen te verifiëren? Daar is meetapparatuur voor nodig. Meters voor fijn stof, geluidmeters, bodemmonsters, grondwaterbemonstering, et cetera.

In Nederland is Eijkelkamp Soil & Water (onderdeel van Royal Eijkelkamp) in Giesbeek een grote leverancier. We spreken in het voorjaar van 2016 met Nico Camfferman. Hij is accountmanager voor Eijkelkamp Soil & Water. We spreken over de mogelijkheden om efficiënter en beter metingen te verrichten. Aangezien Nederland een waterland is, richten we ons daarbij op de waterketen. De waterketen raakt immers direct aan actuele onderwerpen in de openbare ruimte zoals klimaatadaptatie, bomen, duurzaamheid, waterberging en duurzaam beheer en natuurlijk monitoring.

Van oudsher levert Eijkelkamp Soil & Water grondboren voor bodemonderzoek. Ze worden hier nog op ambachtelijke wijze gesmeed. Als we het pand binnenlopen zien we echter geen grondboren. Wel veel beeldschermen en computerapparatuur. Nico: "Wat je ziet is onze Royal Eijkelkamp Soil & Water Control Room. Hier ontvangen we de digitale meetgegevens van diverse netwerken voor grondwater in Nederland." Zes grote beeldschermen geven informatie weer. 

Royal Eijkelkamp Control Room. Foto door Lex Stax

Nico: "Wat je ziet is de live informatie van één netwerk: Winnet. Dit netwerk beslaat circa 250 grondwatermeetpunten in de provincie Utrecht. Hier in Giesbeek ontvangen we continu de informatie van het netwerk. Daardoor kunnen we veranderingen in het grondwater direct zien. Als er signaalwaarden worden overschreden, dan wordt dat automatisch aan onze opdrachtgevers doorgegeven. Daarmee heb je voortdurend informatie over wat er gebeurt. En je hebt haast oneindig meer informatie zonder dat je het veld in hoeft te gaan." 

Leuk maar wat moet je met al die informatie? Nico: "Het belang is dat je nu inzicht krijgt in het proces. In het verleden ging je elke twee weken het veld in om het grondwaterniveau, en nog wat andere parameters, te meten. Tijdrovend en kostbaar. Nu kun je kleine veranderingen zien en daar op inspelen als beheerder. Met monitoring krijg je regelmatig informatie, maar met tussenpozen. Met smart sensoring krijg je net vaak informatie als je zelf wilt. Met monitoring maak je om de twee weken een foto. Met smart sensoring maak je een film. En als je de meet-gegevens uit de omgeving daar aan koppelt, dan krijg je ook nog eens een 3D-film met hoge betrouwbaarheid. Dat geeft inzicht in processen. En dat inzicht, dáár draait het om."

Nico legt verder uit dat smart sensoring niet weers-afhankelijk is. Er hoeft immers niemand het veld in. De betrouwbaarheid van zoveel gegevens kun je verifiëren. Uitbijters vallen direct op. Fouten door verkeerde handelingen in het veld zijn niet meer aan de orde. Ook analysefouten of fouten tijdens het bewaren of transport van watermonsters is niet meer aan de orde. Ook is informatie meteen digitaal beschikbaar. Dat maakt volgens Nico rapportage snel en eenvoudig. 

De meest uiteenlopende gegevens kunnen naar wens in het veld verzameld door een zogeheten Eijkelkamp Mobile Water Quality Station. Hierin zitten veel verschillende sensoren (zie verderop bij Winnet)  die elk één parameter kunnen meten. De waterkwaliteit sensoren kalibreren zichzelf, werken op een forse accu, desgewenst voorzien van zonnepanelen en zenden automatisch meetgegevens door. Nico: "Met sommige sensoren kan je zelfs instellen dat de frequentie van meten toeneemt, als er veel verandert in de meetomgeving”. Dat gaat dan automatisch. Het enige onderhoud van een Eijkelkamp Mobile Water Quality Station is af en toe een nieuwe accu en dan meteen even schoonmaken." Dat klinkt allemaal nogal makkelijk. Volgens Nico is dat uiteraard ook zo. 

Nico: "Als je zo naar monitoring gaat kijken, dan is het nemen van een enkel monster niet meer zo efficiënt. Tenminste, niet als je in een netwerk werkt."

Nemen van een watermonster. Bron: Hunze en Aa's

Met de huidige techniek kunnen de volgende parameters in het grond- en oppervlaktewater met smart sensoring grotendeels ook optisch worden gemeten: Grondwaterniveau, Bodemvocht, Verdamping, Oppervlakte en Riooloverstorten, Debiet, Neerslag, Temperatuur, Opgelost zuurstof, Troebelheid, Saliniteit, Nitraat, Ammonium, Ammoniak, Chloride, Fluoride, Calcium, pH, ORP/ REDOX, TDS, EC, Nitraat en Diepte. Maar er zijn ook steeds meer optische mogelijkheden zoals Blauwalg in zoet- en zoutwater, Rhodamine, Fluorisceine, CDOM FDOM, Toxiciteit en zelfs geraffineerde olie.

Routekaart waterketen in 2030. Bron: Winnet

Door deze parameters te meten in een meetnet, krijg je goed inzicht in de waterketen. Dat is ook wat Winnet doet. Winnet is een netwerk van 14 gemeenten en 1 waterschap in de provincie Utrecht. Dit netwerk werkt aan doelmatiger, duurzamer en efficiënter beheer in de afvalwaterketen. Winnet is de afkorting van 'Water innovatie netwerk'. Het filmpje laat zien wat Winnet beoogt en hoe het werkt.

https://www.youtube.com/watch?v=8ZatmfXsQq8&feature=youtu

De samenwerkende organisaties hebben samen in 2014 het 'Regionaal Afvalwaterketenbeleid achtergronddocument' opgesteld. Hierin staat de routekaart van de betrokken overheden om samen te werken aan hemelwater, verduurzamen, grondwater en asset management. Dit is de basis van Winnet. In totaal zijn nu ruim 250 meetpunten aangesloten op het meetnet. 

Meetlocaties van Winnet. Bron: Eijkelkamp Soil & Water

Om aan deze doelen te kunnen voldoen is inzicht in het functioneren van de waterketen noodzakelijk. Nico: " Door verstedelijking oftewel verstening van onze leefomgeving, stroomt regenwater sneller af. Er komt meer water in het riool en minder in het grondwater. Dat kan leiden tot verdroging en tot gebrek aan capaciteit van het riool. Beide situaties zijn ongewenst. En hoe die samenhang is, kunnen we à la minute letterlijk in kaart brengen. Tevens kunnen we dus de kwaliteit bepalen. Zo krijg je inzicht in hoe het systeem 'water' werkt. Regenwater wordt afstromend wegwater, wordt grondwater en wordt ook rioolwater. Dat systeem daar moeten we grip op krijgen willen de overheden kunnen sturen op klimaatadapatie en zorgen voor voldoende waterberging. Met traditionele monitoring heb je onvoldoende informatie om het systeem letterlijk in beeld te krijgen. Zonder beeld kan je niet sturen. Winnet stuurt dus eigenlijk op basis van een 3D-film die voortdurend wordt aangevuld."

Dat moet leiden tot één gezamenlijke legger voor de oppervlaktewater in het gebied. Zie hiervoor de 'Uitgangspuntennota Legger oppervlaktewater 2012' (2012, HDSR).

Rol van Eijkelkamp Soil & Water

Er ontstaat het beeld dat Eijkelkamp Soil & Water bij Winnet een adviseur is geworden die op de stoel adviesbureaus gaat zitten. Nico spreekt dat tegen. Hij zegt dat Eijkelkamp Soil & Water enkel betrouwbare data levert. En daarvoor hebben zij de apparatuur beschikbaar. Interpretatie dat doet men niet. Dat is aan de opdrachtgevers en aan hun adviseurs. Data leveren, daar gaat het om. Zo blijft de rolverdeling altijd helder en zitten ze niemand in de weg aldus Nico. 

Evaluatie Winnet

Winnet is een nieuwe manier van samenwerken tussen overheden. In 2015 is de samenwerking geëvalueerd. Dat geeft inzicht in verbetermogelijkheden van de samenwerking. De evaluatie staat in 'Evaluatie Samenwerkingsovereenkomst Winnet' (2015, Tynstra Gudde).

Winnet is natuurlijk mooi. Maar niet voor elke regio is het weggelegd of noodzakelijk om zoiets op te tuigen. Kan het ook een slagje kleiner vragen we? Nico: "Je moet uiteraard alleen aan smart sensoring doen als het een doel heeft. En die doelen kunnen nogal verschillend zijn. Zo is de kwaliteit van oppervlaktewater altijd relevant: ecologie, vissen, lekker zwemmen. Algengroei is met smart sensoring goed te voorspellen. Zo kun je ingrijpen als het mis dreigt te gaan." 

Nico laat een grafiek zien. Hierin zijn diverse parameters weergegeven die samen inzicht geven of algengroei aan de orde is of niet. Nico: "Dit meten we met smart sensoring in samenwerking met Waterschap Rijn en IJssel en de gemeente Groenlo. De diverse parameters geven samen inzicht of je moet ingrijpen of niet."

Grafiek van watergegevens te Groenlo. Bron: Eijkelkamp Soil & Water

Daarmee hebben we het over proces-gerichte monitoring (zie ook 'Soorten monitoring' bij Monitoring). De gegevens geven inzicht in welke processen spelen in het gebied en welke ontwikkelingen gaande zijn. Inzicht in het proces geeft inzicht in het systeem. Daarmee doet de gemeente Groenlo, op een wat kleinere schaal, wat Winnet doet: inzicht krijgen in de processen in je beheergebied. Dan kun je tijdig sturen in plaats van aan symptoombestrijding doen. 

Nico: "Nou, en als je weet hoe het watersysteem werkt, dan worden de mogelijkheden veel groter. Denk aan bewatering van het groen, watervoorziening voor bomen, noem maar op. Maar denk ook aan controle op lozingen bij bedrijven of in het landelijk gebied. Door voortdurend te meten, worden toezicht en handhaving opeens heel anders. Ik zeg natuurlijk niet dat het zo moet, maar het is interessant om over de mogelijkheden na te denken."

Dat klinkt allemaal erg mooi. Maar hoe betrouwbaar is dat nu allemaal? Deze vraag hebben beheerders natuurlijk ook gesteld. De betrouwbaarheid heeft twee kanten: de beschikbaarheid van het meetnetwerk en de betrouwbaarheid van de metingen op zich. 

Beschikbaarheid

Volgens Nico is tot nu toe een beschikbaarheid van meer dan 97% van het netwerk gerealiseerd. Als je dat afzet tegen een normaal ziektepercentage van werknemers, dan is het een zeer gezond netwerk dat ook in het weekend en 's nachts aan het werk is.

Validatie van gegevens

De metingen van de verschillende parameters worden op twee manieren gevalideerd. Ten eerste worden de data die binnengekomen getoetst. Dat gaat aanvankelijk geautomatiseerd. Hiervoor is een script geschreven. Daardoor worden op systematische wijze getallen beoordeeld. Het resultaat is dat elke binnengekomen meting een beoordeling krijgt (tussen de 0 en de 100). De klant kan dan zelf beoordelen welke gegevens wel en niet worden meegenomen. Deze wijze van beoordelen is samen met deskundigen van onderzoeksinstituut Alterra, onderdeel van Wageningen University & Research centre, ontwikkeld. Het stroomschema van de beoordeling is ter informatie hieronder opgenomen.

N.b.: als het schema te klein is, dan openen in een grafisch programma.

Stroomschema validatie. Bron: Eijkelkamp Soil & Water

Validatie van apparatuur

De meetapparatuur wordt zelf ook getest en gevalideerd. Daarmee voldoet elke meting aan de gangbare normen die voor de betreffende meting van toepassing zijn. Nico: "In die zin doen we niks bijzonders. Wat afwijkt is dat de sensoren bij elkaar zitten, dat we continu kunnen meten en dat we de data online ter beschikking kunnen stellen. Die combinatie is de eigenlijke vernieuwing!"

Tja, we blijven Nederlanders en willen weten wat het kost. Nico: "Veel beheerders hebben al peilbuizen staan. Als de diameter groot genoeg is en de buis is goed geplaatst volgens de geldende normen, dan is het een kwestie van de juiste sensor of sensoren hierin hangen. Vervolgens kunnen wij in Giesbeek de boel uitlezen en de data doorsturen naar de opdrachtgever. De kosten hangen dus af van wàt je precies wilt meten. Maar behalve kosten zijn er ook besparingen. Je hoeft niet voortdurend het veld in voor het nemen van monsters. En je hoeft geen analysekosten van het laboratorium te betalen. Het is projectafhankelijk waar het omslagpunt ligt. Wel is het duidelijk dat je op termijn kosten gaat besparen." 

In het 'Regionaal Afvalwaterketenbeleid achtergronddocument' staat een kostenraming opgenomen voor Winnet. Het uitgangspunt is om uiteindelijk kosten te gaan besparen. Dit is natuurlijk niet 1 op 1 vertaalbaar naar andere projecten. Het geeft wel enig gevoel voor getallen.

Geen smart sensoring doen

Er zijn genoeg situaties waar smart sensoring geen zin heeft. Dan betreft het veelal situaties van tijdelijke aard. Denk aan het meten van de grondwaterkwaliteit voorafgaand aan een bouwproject.

Smart sensoring geeft inzicht in het functioneren van het systeem. Als er zoveel gegevens beschikbaar komen, dan zijn ze op veel plaatsen binnen een organisatie bruikbaar. Denk aan de groenbeheerders, de waterbeheerders, de rioleurs (die riolering moeten dimensioneren), de bewoners (die wateroverlast kunnen hebben), aan de ontwerpers van de openbare ruimte (die verstening tegen moeten gaan), de wegbeheerders (die veel verhard oppervlak beheren), de landbouwers in de omgeving (die veel water moeten bergen). 

Die verschillende gebruikers van data dienen zich volgens Nico goed te realiseren dat we te maken hebben met één systeem waar iedereen vanuit een verschillende manier naar kijkt. Samenwerken is noodzakelijk om een complex systeem goed te sturen. Dat begint bij goede en actuele gegevens. Hierbij is ook de wil noodzakelijk om samen te werken. Nico: "Dat houdt in dat je moet geven en nemen en moet kijken naar de belangen en de kosten voor de lange termijn. Smart sensoring geeft een objectieve basis voor zo'n samenwerking."

De toekomst is begonnen!