Stroomsnelheden grondwater meten met geavanceerde glasvezelkabels

29 juni 2022

*Dit is een artikel uit het magazine Vitens Innoveert – Thema Winnen

Nauwkeurig inzicht in processen in puttenvelden ontbreekt tot nu toe grotendeels. Hoe snel en op welke diepte vindt bijvoorbeeld putverstopping plaats? Hoe kan ondergrondse ontijzering worden geoptimaliseerd en met welke snelheid stroomt geïnfiltreerd water richting onttrekkingsputten? Bij het puttenveld ‘t Klooster onderzoekt Vitens of glasvezeltechnologie geschikt is om dit soort vragen te beantwoorden.

“Glasvezelkabels zijn heel geschikt voor het meten van temperatuurverschillen over de lengte van de kabel”, vertelt hydroloog Johannes Dunnewolt. “De exacte werking is ingewikkeld maar in grote lijnen komt het erop neer dat je met een laser lichtgolven door de kabel stuurt en vervolgens de teruggekaatste golven meet. Door imperfecties in de wand van de kabel wordt een deel van het licht weerkaatst. Aan de hand van de intensiteit en golflengte van het weerkaatste licht kan de temperatuur worden bepaald op verschillende dieptes.”            

“Wij onderzoeken of we dit principe kunnen gebruiken voor het meten van grondwaterstromingen in en rond waterwinputten. Eerst hebben we in een laboratorium een proefopstelling gemaakt om te kijken of we onder ideale omstandigheden stromingen kunnen detecteren. Hiervoor hebben we speciaal geprepareerde glasvezelkabels gebruikt. Deze kabels bevatten naast enkele glasvezels, ook een paar zogeheten opwarmdraden. Deze draden warmen we op tot 30° Celsius. Vervolgens meten we met de naastgelegen glasvezelkabels hoe snel de verschillende delen van de opwarmkabels opwarmen en weer afkoelen. Daarbij gaan we er vanuit dat een punt op de kabel sneller afkoelt als het grondwater rond dit punt sneller stroomt dan rond andere punten. De snelheid van afkoelen vertalen we vervolgens naar stroomsnelheid.”

                                    

Bruikbare datasets
“In het laboratorium bleek het mogelijk om op deze manier verschillen in stroomsnelheid te meten”, vult collega-hydroloog Anouk Sprong aan. “Vervolgens hebben we in 2019 in en rond een put van het puttenveld ‘t Klooster totaal twaalf glasvezelkabels aangebracht. Sindsdien hebben we daar in het najaar van 2019 en de zomer van 2021 metingen gedaan, wat een enorme hoeveelheid data heeft opgeleverd. Inmiddels hebben we deze data kritisch bekeken en bruikbare datasets geselecteerd. Denk aan een set met temperatuurmetingen terwijl we water oppompten, een set metingen tijdens ondergrondse ontijzering en datasets terwijl de pomp in de naastgelegen put wel en niet draaide. De komende tijd gaan we al deze datasets grondig analyseren in de hoop dat we er bruikbare conclusies uit kunnen trekken.”

“We hopen de metingen voor drie aspecten te kunnen toepassen”, vertelt Johannes. “Het eerste is putverstopping. Als we met de glasvezelkabels de afname van stroomsnelheden rond en in de put kunnen meten, dan kunnen we eenvoudig vaststellen wanneer welk deel van de boorwand of het filter – het geperforeerde deel van de buis waarmee we het grondwater oppompen – begint dicht te slibben. Nu kijken we ongeveer een keer per jaar hoeveel kubieke meter water we kunnen oppompen bij een lokale verlaging van de waterstand in de put van één meter. Door deze meting te vergelijken met die van het jaar ervoor kunnen we zien of het debiet van de put afneemt. Dan weten we nog niet welk deel van de boorwand of het filter verstopt begint te raken. Om daar achter te komen moeten we een zogeheten flowmeting doen. Daarbij laten we een snelheidsmeter met een propeller in de put zakken, terwijl de put in gebruik is. Tijdens het zakken meten we hoe snel de propeller draait. Op die manier kunnen we de snelheid van het instromende water op de verschillende plekken in het filter bepalen.”

“Metingen met de glasvezelkabel zijn veel aantrekkelijker”

Johannes vervolgt: “Flowmetingen vergen veel werk. Je moet bijvoorbeeld de pomp verwijderen om de propeller in de buis te kunnen aanbrengen. Daarna moet de pomp weer worden teruggeplaatst, omdat de metingen tijdens de bedrijfsvoering moeten worden gedaan. En vervolgens moet de pomp er nog een keer uit en weer in om de propeller te verwijderen. Metingen met de glasvezelkabel zijn dan ook veel aantrekkelijker: ze hebben geen invloed op de bedrijfsvoering en je kunt ze op elk moment doen. Ook hoeft de put niet meer open, waardoor de kans op bacteriologische besmetting van het grondwater tijdens werkzaamheden veel kleiner wordt”

Ondergrondse ontijzering
Anouk: “De glasvezelmetingen hopen we ook te kunnen gebruiken om meer inzicht te krijgen in ondergrondse ontijzering. Voor het ondergronds verwijderen van ijzer uit het grondwater dat we oppompen, spoelen we de putten geregeld terug met zuurstofrijk water. Dit zorgt ervoor dat de ijzerdeeltjes rond de put oxideren en neerslaan. We weten tot nu toe niet goed hoe de zuurstofrijke waterbel zich in de ondergrond verspreidt en waar de ijzerdeeltjes neerslaan. Als we dat beter weten, kunnen we deze aantrekkelijke wijze van ontijzering – je voorkomt ijzerafzetting in je zuiveringsinstallaties en leidingen en hoeft ook nog eens minder ijzeroxideslib af te voeren – wellicht optimaliseren.”

Met de glasvezelmetingen wil Vitens ook de infiltratie van oppervlaktewater beter in beeld krijgen. Anouk: ”Rondom het puttenveld wordt vrij veel water geïnfiltreerd, onder andere het spoelwater van onze nabijgelegen zuivering. Met glasvezelkabels in de sloten in het intrekgebied en met kabels in de grond rond de putten, willen we meten hoe snel het geïnfiltreerde water richting de putten beweegt.”

“De komende tijd wordt het nog spannend”

Spannend
Anouk en Johannes kijken vol spanning uit naar de analyse van de verzamelde data. “Het zou fantastisch zijn als we met de glasvezelmetingen meer inzicht krijgen in putverstopping, ondergrondse ontijzering en infiltratieprocessen, maar bijvoorbeeld ook de onderlinge beïnvloeding van putten in een veld”, stelt Johannes. “Immers, dan kunnen we onze puttenvelden in de toekomst beter aansturen en beheren. Tegelijkertijd beseffen we dat de kans bestaat dat de metingen onvoldoende opleveren. Grondwater stroomt namelijk met een heel geringe snelheid – maximaal enkele meters per dag – waardoor je met een enorm hoge resolutie moet meten om snelheidsverschillen waar te nemen. De komende tijd wordt het dus nog spannend.”

Puttenveld ‘t Klooster
Vlakbij het Gelderse dorp Hengelo ligt de waterwinning ‘t Klooster. Hier pompt Vitens via twaalf putten jaarlijks bijna vijf miljoen m³ grondwater op. De zandige ondergrond heeft hier een specifieke opbouw. Zo zijn er lagen met grind aanwezig – racelagen genoemd – waar het grondwater sneller doorheen stroomt dan door de omringende grond. Op de winning past Vitens ondergrondse ontijzering toe. Putverstopping is er een veelvoorkomend probleem. Oppervlaktewater wordt naar het intrekgebied van de winning gevoerd voor infiltratie.

TKI-project
Het onderzoek naar het meten met glasvezelkabels vindt plaats binnen de regeling Topconsortia voor Kennis en Innovatie (TKI). Vitens werkt hiervoor samen met onder andere kennisinstituut Deltares, Wetsus en waterbedrijf Groningen.

Geïnspireerd?
Voor meer informatie of een samenwerking kunt u contact opnemen via johannes.dunnewolt@vitens.nl of anouk.sprong@vitens.nl.

Volg Ons    

Schrijf je in om op de hoogte te blijven van alle nieuwtjes op deze website

Bedankt voor het aanmelden!

Gerelateerde artikelen