Technische Hogeschool Afdeling
der W e g - en Waterbouw
ZESDE VACANTIECURSUS 1 4-1
5 Januari 1954
MOORMAN'S PERIODIEKE PERS N.V. - DEN HAAG
Technische Hoaescliool (AfdeIing d e r W e g - en W a t e r b o u w k u n d e )
Zesde Vacantiecursus gehouden op 14 en 15 Januari 1954 te DeIfi
Het transport en de distributie van leidingwater
MOORMAN'S PERlODIEKE PERS N.V.
-
DEN HAAG
VOORWOORD De 6e Vacantiecursus in drinkwatervoorziening werd, evenals z'n voorgangers, voorbereid door een Commissie, waarin zitting hadden de heren Ir. A. F. Meyer namens de Vereniging voor Waterleidingsbelangen in Nederland, Ir. C. Biemond namens de Vereniging van Exploitanten van Waterbedrijven en Ir. J. Leeuwenberg, Voorzitter van de Commissie voor Vakopleiding van laatstgenoemde Vereniging. Deze samenwerking tussen het bedrijfsleven en de Technische Hogeschool wordt kennelijk door beide partijen op prijs gesteld. Dat het resultaat wordt gewaardeerd blijkt uit het grote aantal deelnemers - ruim 150 - aan de cursus. Dank zij de medewerking der docenten, onder wie wij ditmaal voor het eerst een Belgische collega mochten begroeten, kan thans dit verslag verschijnen als zesde in een reeks die geleidelijk tot een handboek uitgroeit.
W.F.J. M. KRUL. Delft, September 1954.
door Prof. W. F. J. M. Krul Wanneer men de ontwikkeling van de techniek der drinkwatervoorziening en de hedendaagse practijk overziet, ontkomt men niet aan de indruk dat het transport en de distributie veelal niet de aandacht en de verzorging genjeten die zij verdienen. Constructieve details, materiaalkeuze, vakmanschap bij de aanleg, contrôle van de deugdelijkheid, doelmatig onderhoud, laten vaak te wensen over en hebben dan niet gelijke tred gehouden met de techniek van de winning, de zuivering en de opvoer van het water en ook niet met de techniek van transport en distributie van gas en electriciteit. In het bijzonder geldt dat voor de distributie, vooral binnen de percelen. Wellicht treedt de veiligheid bij gas en electriciteit zozeer op de voorgrond, dat alleen al uit dien hoofde doelmatige constructie, aanleg en contrôle onontbeerlijk zijn. Voor water is het feit, dat men hier hoofdzakelijk met een kwaliteitsfactor te maken heeft, wellicht een onvoldoende tegenhanger tegen het weinig spectaculaire karakter, dat het transport en vooral de distributie in het oog van de ingenieur nu eenmaal eigen is. In het Romeinse imperium was het anders: in tegenstelling met de Grieken, die drukleidingen construeerden voor het passeren van valleien (voor de watervoorziening van Pergamon, 3e eeuw v. Chr., moet de aanvoerleiding zelfs een druk van 20 atm. hebben weerstaan), bouwden zij lange en hoge aquaducten, die een prachtig architectonisch aspect vertoonden en nog in onze dagen in de Romeinse Campagna, in Noord-Afrika en in Zuid-Frankrijk het oog boeien. Dergelijke bouwwerken waren alleen bestaanbaar in perioden van betrekkelijke politieke rust, althans van machtige Rijken ; ze vervielen tijdens de troebelen die op de Romeinse expansie volgden en gedurende vele eeuwen was er in Europa geen sprake van aanleg van werken voor transport van water over grote afstanden. In de bloeitijd der Renaissance herstelden de Pausen een deel der Romeinse aquaducten en in Parijs liet Maria de Medicis in 1613 voor haar Palais du Luxembourg een imposant aquaduct bouwen, kennelijk uit architectoni-
sche overwegingen, want de aanvoercapaciteit was slechts 570 m3 per etmaal. (1) Maar toen was de gietijzeren buis reeds uitgevonden en daarmede konden drukleidingen van veel groter capaciteit dan in de oudheid in aardewerk, steen of lood worderi geconstrueerd. De groei der bevolkingsagg1omeraties in de laatste eeuw en de verontreiniging van de open wateren in hun nabijheid hebben het transportvraagstuk over steeds grotere afstanden weer aan de orde gesteld. Daarbij kwamen ook aquaducten te pas, zoals de omstreeks 1890 gebouwde 750 m lange kruising van het dal van de Eure (afb. l ) ,waarover bronwater over een afstand van 105 km van Verneuil-sur-Avre naar het reser. voir van Saint-Cloud te Parijs wordt gevoerd (2). Maar merendeels geschiedt het transport thans dooi gesloten leidingen, van staal, gietijzer of gewapend beton, waarbij het voorgespannen beton voor de grote diameters een steeds belangrijker plaats gaat innemen. Al ontbreekt aan deze werken het spectaculaire karakter van voorheen, ze stellen aan de bekwaamheid van de ingenieur zeer hoge eisen, zowel wat de berekening als de constructie betreft, mede met het oog op de mogelijkheid van drukstoten. Wanneer daarbij nog ongunstige bodemeigenschappen komen dan ontstaat een probleem als de thans in uitvoering zijnde ruim 40 km lange transportleiding 0 1.40 m van Bergambacht naar Scheveningen, in alle opzichten een imposant ingenieurswerk, dat aanleiding gaf en, naar wij hopen, zal geven tot menige belangrijke publicatie. Een ander interessant transportvraagstuk wil ik hier vermelden: de geprojecteerde verbinding tussen de Theems- en de Lee-vallei voor de watervoorziening van Londen (3). Zoals bekend, levert de Theems het grootste deel van het door de Metropolitan Water Board gedistribueerde oppervlaktewater en de Lee, een noordelijke zijrivier, een betrekkelijk klein gedeelte. In beide valleien zijn grote spaarbekkens aangelegd ter accumulatie. Ten einde nu een meer economisch gebruik van de Leereservoirs te bevorderen in verband met de zeer grote afvoerschommelingen van deze kleine rivier, wil men in tijden van grote Theems-afvoeren ruw Theems-water naar de Lee-vallei pompen, waartoe een leiding van 36 km in vogelvlucht tussen Hampton aan de Theems en het King George Reservoir bij de Lee moet worden gelegd. Een dergelijk werk - aanvankelijk was een wijdte van 1.50 m geprojecteerd - is niet meer op normale wijze in het Londense straatprofiel uit te voeren: afb. 2 geeft een
Afb. 3 Nfeetinr4chthg
sen proeftun9teZ te Logtáen (Foto MetropolZtan Water Board)
beeld van het ,,ondergrondse verkeer" in een hoofdweg. De oplossing zal nu een tunnel worden, die linea recta door de London clay zal voeren, een dichte tertiaire klei.laag die over grote uitgestrektheden in de Theemsvallei voorkomt. Men heeft ten slotte een diameter van 1,85 m' (75") gekozen en de kosten zijn op ongeveer 50.000.000 gulden geraamd. Op het ogenblik is een proefstuk van i300 m uitgevoerd volgens de schildmethode; de klei is zo dicht, dat geen luchtoverdruk nodig is. In het cilindrische proefstuk is een rondgaande bekleding van wigvormig aaneensluitendegewapendbetonblokken volgens een Brits patent aangebracht. Wanneer deze voldoende weerstand tegen zettingen biedt, zou een stalen pijp achterwege kunnen blijven, hetgeen een besparing van f 10.000.000,- zou opleveren. In het proefstuk is daartoe op verschillende plaatsen een vernuftige meetconstructie aangebracht. Deze b ~ t a a tuit diametraal aangebrachte draden, die door midde1 van instelbare veren warden gespannen en door een electromagneetklos in trilling worden gebracht (afb. 3). Elke verandering in de diameter van de tunnel veroor-
zaakt een verandering in de lengte van de trildraad en daardoor van het trillingsgetal, die electrisch op een oscillograaf wordt overgebracht. Wat het transport en de distributie in een grote stad betreft, levert Parijs een merkwaardige oplossing: alle leidingen worden hier in de riolen of in speciaal geconstrueerde kanalen aangebracht. Einde 1948 hadden de aldus ,,beschut" aangelegde transport- en distributieleidingen een lengte van 3134 km, terwijl nog slechts 163 km leiding aanwezig was, die op ,,normale9)wijze in de bodem was gelegd (2). Ook de dienstleidingen worden op dezelfde wijze ,,beschut", meestal in de rioolaansluiting der percelen (men bedenke dat in Parijs vrijwel geen eengezinshuizen voor. komen). Als voordelen van deze oplossing worden genoemd vermijding van verzakkingen in de straat en schade aan percelen door lekken, bescherming tegen corrosie en gemakkelijke contrôle en onderhoud.
Afb. 4 Distributieleidingen in de riolen van Parijs (brandkraan) l (ontleend aan lit. 2)
Afb. 4 geeft de aansluiting van een brandkraan en de ophangconstructie (met beugels) in het riool. Men vraagt zich af, in hoeverre deze constructie aanleiding tot besmetting kan geven bij onderdruk in de leidingen. Ik ben hiermede op het terrein van de distributie gekomen en wil er op wijzen, dat de technische uitvoering van het distributiestelsel, de binnenleidingen met de
toestellen daarin begrepen, van het grootste belang is voor een goede watervoorziening en dat de grootste zorg, aan de waterzuivering besteed, van geen waarde is wanneer de distributie niet aan even hoge eisen beantwoordt. In de 5e Vacantiecursus is dit onderwerp reeds besproken en ook in deze cursus zal Dr Louwe Kooymans er speciale aandacht aan schenken. In dit verband zij de aandacht op de dubbele distributienetten gevestigd, die nog in sommige steden voorkomen, b.v. Parijs, Calcutta en die op het le Internationale Waterleidingcongres te Amsterdam (1949) werden besproken. Voor de leek lijkt het zo logisch om voor de geringe fractie van het waterverbruik dat voor inwendige consumptie bestemd is en hoge zuiveringskosten veroorzaakt, een afzonderlijk distributienet aan te leggen. . Algemeen staan de deskundigen echter afwijzend tegenover dit systeem, wegens zijn grote gevaren uit hygiënisch oogpunt, vooral als niet gefiltreerd oppervlaktewater ook binnen de percelen wordt geleid voor closetspoeling, e.d. I n het rapport van Ir Spruyt voor het Congres te Amsterdam (4) werd speciaal de mening van de Franse rapporteur t.a.v. het dubbele leidingnet van Parijs vermeld: het distributienet van ongezuiverd (alleen bezonken) rivierwater is daar het oudste, de aanlegkosten zijn nagenoeg geheel afgeschreven, er is een zeer hoog verbruik voor industriële doeleinden en straatreiniging, het rivierwater kan betrekkelijk gemakkelijk door bezinking van zwevende stof worden bevrijd. En toch voelt men ook te Parijs de grote bezwaren: noodzaak van permanente zorgvuldige contrôle, óók van de binneninstallaties (!), steeds hogere eisen die de industrie aan het water stelt, zodat meer en meer industriële aansluitingen op het drinkwaternet nodig zijn en toenemende bezwaren van extra leidingen in de reeds zo dicht bezette ondergrondse kanalen, Alleen al uit economisch oogpunt zal men er dan ook niet licht meer toe overgaan om een dubbel distributienet aan te leggen, tenzij men - zoals b.v. kort geleden te New Delhi (India) - een speciaal net voor tuinbesproeiing bestemt, waarop geen huisaansluitingen worden gemaakt. Ook dan bestaat echter m.i. nog het gevaar van wanverbindingen tussen de hoofdleidingen. Terwijl in de 2e Vacantiecursus het materiaal der transportleidingen werd behandeld, zal thans de dimensionnering en de constructie der leidingnetten worden besproken, waarbij bijzondere aandacht aan de accumula-
tie in verband met de wisselingen in het verbruik zal worden geschonken. Daarbij zal ook op het bij ons ongebruikelijke systeem der hooggelegen huisreservoirs worden gewezen, zoals dat op grote schaal in Engeland en - kennelijk onder Engelse invloed - ook in Oosterse landen wordt toegepast. Het behoeft geen betoog dat dergelijke reservoirs uit hygiënisch oogpunt alleen bij zorgvuldige constructie en onderhoud toelaatbaar zijn. Wat komt daarvan echter terecht bij de primitieve woninginrichting en het absoluut gebrek aan hygiënisch inzicht der bewoners in het Oosten? Als voordeel der huisreservoirs wordt de waterberging ook in geval van storingen in de aanvoer genoemd. Dit voordeel pleegt soms te worden uitgebuit door doelbewuste toepassing van het stelsel der z.g. intermitterende voorziening, dat om economische redenen b.v. te Calcutta in zwang is en noodgedwongen ook te Beyrouth. In Calcutta wordt slechts water onder normale druk geleverd gedurende 4 uur in de morgen en 3 uur in de middag, terwijl men er overigens naar streeft, alleen een geringe overdruk boven straathoogte te onderhouden. Het is duidelijk, dat aldus grote gevaren voor inheveling van verontreinigd water ontstaan, vooral binnen de percelen maar ook in het hoofdleidingnet. In deze cursus zal bijzondere aandacht aan de binnenleiding worden gegeven. Nog maar sinds betrekkelijk korte tijd wordt aan dit zo belangrijke onderdeel der distributie in ons land speciale zorg besteed. Men raakt van de betekenis daarvan wel sterk doordrongen als men kennis neemt van toestanden in minder ontwikkelde landen. De primitieve volkshuisvesting maakt daar aansluiting van de woningen der minder bedeelden practisch onmogelijk, zodat men met levering over openbare tapkranen volstaat. Het leidingwater wordt dan in vaak fantastisch vaatwerk afgehaald en in de ,,woningeny'bewaard. Een verdere ontwikkelingsfase is de aanleg van huisaansluitingen met de reeds vermelde huisreservoirs, waarbij ter voorkoming van verspilling en ter vermijding van watermeters kaliberplaatjes in de dienstleiding worden aangebracht. De doorstroomopening wordt daarbij naar een zeker aangenomen waterverbruik gekalibreerd en op die officiële kaliberwijdte wordt dan de abonnementsprijs vastgesteld. ,,L9histoirese répète". Wij zien hierin de moderne toepassing van de Romeinse calix (kelk), het conische bron-
zen tussenstuk in de dienstleiding, waarmede in de voorziening van het keizerlijke Rome de waterlevering aan particulieren werd geregeld. Men betaalde naar de wijdte der calices (ti), maar fraude en omkoperij maakten het in die tijd al even gemakkelijk om de wijdte der calices te veranderen als heden ten dage om de kaliberplaatjes uit te boren of te verwisselen! De fabuleuze verzorging van de drinkwatervoorziening in de Romeinse bloeitijd komt hierdoor en ook uit een kwaliteitsoogpunt bij nadere beschouwing in een minder gunstig licht. Het door de Romeinse aquaducten aangevoerde, vaak troebele, water was van geenszins onbedenkelijke samenstelling en de distributie beperkte zich tot waterverschaffing via de fonteinen voor het gros der bevolking; alleen de woningen der aanzienlijken waren door middel van een loden dienstleiding aangesloten op het castellum (het Franse ,,château d'eau"), waarin het water der' aquaducten verdeeld werd. Men vergelijke hiermede de resultaten der jongste opgravingen van Mohenjo-Daro in India, die de oude Indusbeschaving blootlegden (6). Zij bewijzen dat omstreeks 3000 v. Chr. een stad, volgens een regelmatig plan, niet alleen van een volledige riolering was voorzien, maar dat het merendeel der huizen - sommige met verdiepingen en portiersloge - een volledig binnenleidingnet met bad en wastafels bezaten. . De tijd van een binnenaanleg, bestaande uit een enkele tapkraan in de gang van een arbeiderswoning, zonder afvoer, behoort in ons land ongeveer tot het verleden, al is in sommige ,,Tarieven en voorwaarden voor waterlevering" aan dit curiosum nog een klasse gewijd. Moge deze vacantiecursus ertoe bijdragen, dat onze hedendaagse waterleidingtechnici het voorzieningspeil van Mohenjo-Daro als richtsnoer aanvaarden.
'
Literatuur: 1. Bernard Buffet et René Evrard. L'eau potable B travers les ages. Editions Solédi, Liège, 1951. 2. Pierre Koch. La direction technique des eaux et de I'assainissement. ,,Travaux9', No. 180 bis, 1949. 3. Metropolitan Water Board. London's Water Supply 1903-1953 London, Staples Press Ltd, 1953. 4. International Water Supply Association. Handelingen First Congress, Amsterdam 1949. 5. Dr H. Kahrel. Frontinus. ,,Water9', 1949 No. 15. 6. Jawaharlal Nehru. The discovery of India. London, 1951.
Capaciteit van transportleidingen en reservoirs door Ir L. HuZsman. De capaciteit van het samenstel van transportleidingen en reservoirs moet uiteraard zo groot worden gekozen, dat onder alle omstandigheden water onder voldoende druk kan worden geleverd. In welke mate deze totaal benodigde capaciteit moet worden gezocht in het bouwen van reservoirs en in welke mate in het aanleggen van i2ansportleidingen hangt af van de variatie in het waterverbruik, en van de reserve, welke voor het opvangen van storingen noodzakelijk wordt geacht. Wordt dit laatste gezichtspunt voorlopig buiten beschouwing gelaten, dan geldt dat bij constant waterverbruik reservoirs geen nut hebben en de vereiste capaciteit uitsluitend door de aanleg van transportleidingen moet worden verkregen. In werkelijkheid echter wisselt het waterverbruik voortdurend, van uur tot uur, van dag tot dag en van maand tot maand. Door het aanleggen van reservoirs tussen transportleiding en distributiegebied, welke in perioden van laag verbruik worden gevuld en in perioden van hoger dan normaal verbruik dit water weer afstaan, worden deze wisselingen afgevlakt en een gelijkmatiger belasting van de transportleiding verkregen. Door het tussenschakelen van dergelijke reservoirs kan dus met een kleine capaciteit van de aanvoerleiding worden volstaan en wel des te kleiner, naarmate de reservoirs groter zijn en de wisselingen in het verbruik meer worden afgevlakt. Welke nu de meest gewenste verdeling van de benodigde capaciteit tussen transportleidingen en reservoirs is hangt onder meer af van de wijze waarop het waterverbruik wisselt. Deze wisseling is van bedrijf tot bedrijf verschillend, afhankelijk van de samenstelling van de bevolking en haar levensgewoonten, de grootte van het industriële verbruik en de aard van deze industrieën, de gevolgde tariefpolitiek en van nog vele andere factoren meer. De hieronder gegeven cijfers, ontleend aan het eigen distributiegebied van het bedrijf der Gemeentewaterleidingen van Amsterdam, zijn dan ook uitsluitend als voorbeeld bedoeld en hebben geen algemene geldigheid, terwijl het voorts nog mogelijk is de grootte van deze wisselingen door geëigende maatregelen te beperken.
.
Bij de verhoudingen, waaronder het merendeel van de waterleidingbedrijven in ons land verkeert is de belangrijkste wisseling in het verbruik wel die van dag tot dag. Op een zomerdag is het waterverbruik hoger dan op een winterdag en op een werkdag hoger dan op een Zondag. Van alle dagen met een hoger dan normaal verbruik is er één, welke het grootste verbruik in het betreffende kalenderjaar heeft. De verhouding tussen dit maximum dagverbruik en het over het gehele jaar gemiddelde dagverbruik is van jaar tot jaar en van bedrijf tot bedrijf verschillend. Voor het eigen distributiegebied van het bedrijf der Gemeentewaterleidingen is deze verhouding over de periode 1912-1952 grafisch weergegeven in afb. 1.
Afb. 1 Maximum dagverbruik in procenten van gemiddeld dagverbruik (Eigen distributiegebied van het bedrijf der Gemeentewaterleidingen)
In deze 40-jarige periode bedroeg de kleinste waarde van de verhouding tussen het maximale en het gemiddelde dagverbruik in een kalenderjaar 1,17 in 1916, de grootste 1,63 in 1941. De laatste waarde had echter een zeer bijzondere oorzaak, de Februari-staking. Wordt zij buiten beschouwing gelaten, dan geeft afb. 2 de statistische verwerking van dit materiaal. Gemiddeld 1 maal in de 100 jaar is het verbruik op de maximum dag gelijk of groter dan 1,5 maal het gemiddelde dagverbruik van dat jaar en worden, zoals in ons land gebruikelijk geen reservoirs toegepast om de wisselingen over een langere periode dan één dag op te vangen, dan moet de capaciteit van het winnings-, zuiverings- en transportsysteem dus op tenminste het 1,5 voudige van het over het gehele jaar gemiddelde verbruik worden gebaseerd. Het waterverbruik wisselt intussen niet alleen van dag tot dag, maar ook van uur tot uur. Overdag is het waterverbruik groter dan 's nachts en zouden in het geheel geen reservoirs worden toegepast, dan moet de aanvoercapaciteit nog groter zijn dan hierboven is berekend. Wederom voor het bedrijf van de Gemeentewaterleidingen is de verhouding tussen het momentele uurverbruik en het gemiddelde uurverbruik voor dergelijke maximum
Afb. 3 Uurverbruik i n procenten v a n gemiddeld uurverbruik..op maximum dagen (Eigen distributiegebied v a n het bedrdf der Gemeentewaterleidingen)
zo groot ais het over het gehele jaar gemiddelde uurverbruik. Nog altijd in de onderstelling, dat geen reservoirs worden toegepast voor buffering over een langere periode dan één dag, varieert de benodigde capaciteit van winnings-, zuiverings- en transportmiddelen dus tussen het 1,5 voudige en het 2,4 voudjge van het over het gehele jaar gemiddelde verbruik. De verhouding 2,4 geldt wanneer in het geheel geen reservoirs worden toegepast, de verhouding 1,5 voor volledige buffering over de maximum dag, waarvoor volgens afb. 3 een reservoirinhoud van 22O/0 van het maximum dagverbruik (of 33% van het gemiddelde dagverbruik) vereist is. Het volledige verband tussen aanvoervermogen en reservoirgrootte, zoals dit uit afb. 3 volgt, luidt: verhouding tussen aanvoer- benodigde reservoirinhoud vermogen en gemiddeld verin procenten van max bruik op max. dag dagverbruik 1.0 22 1.1 16 1.2 11 1.3 5 1.4 2 ;i- 1.5 ' 1 1.6 O it deze staat blijkt wel zeer duidelijk welke rol reservoirs ten aanzien van de capaciteit van winnings-, zui'
verings- en transportmiddelen kunnen hebben. Is het beschikbare snelfilteroppervlak te klein, de druk in een bepaald stadsdeel te laag, dan kan onder omstandigheden in plaats van nieuwe snelfilters en een nieuwe leiding ook een reservoir worden gebouwd. Welke reservoirgrootte tussen de boven afgeleide grenzen van O tot 22 % van het maximum dagverbruik het meest aantrekkelijk is, wordt in de tot nu toe gevolgde redenering alleen door economische overwegingen bepaald. Hierbij moeten tegen elkaar worden afgewogen de kosten van deze reservoirs enerzijds en anderzijds de kosten van de extra winnings-, zuiverings- en transportmiddelen en het extra energieverbruik. Is de winning kostbaar, bv. grondwater door middel van kleine bronnen of vereist het water een in aanleg dure zuiveringsinstallatie, zoals nafilters en ligt het pompstation op enige afstand van het voorzieningsgebied, dan zal al gauw een groot reservoir, voor volledige buffering over de maximum dag finantieel de voorkeur verdienen. Is daarentegen de winning goedkoop, b.v. onttrekking aan een rivier of vereist het water geen, dan wel een in aanleg goedkope, b.v. chemische zuivering en ligt het pompstation dicht bij het distributiegebied, dan biedt een groot reservoir finantieel geen voordelen en is een klein reservoir met een inhoud van bv. 5% van het maximum dagverbruik het meest economisch. In een doorgerekend voorbeeld van een stad met een jaarverbruik van 10 millioen m3, grondwaterwinning uit verticale putten met een capaciteit van 15 m3/uur per stuk en ontijzering door snelfiltratie met 5 m/uur snelheid bleek volledige buffering met een reser-' voirinhoud van 22 % van het maximum dagverbruik eerst bij een transportafstand groter dan 20 km finantieel aantrekkelijk. Bij een transportafstand van 10 km was een reservoirgrootte van 11 % en bij een transportafstand van 1km van 5 % het meest voordelig. Op dezelfde wijze, als de variatie van het uurverbruik over de maximum dag door reservoirs kan worden opgenomen, kan ook de variatie van het dagverbruik over de maximum week door reservoirs worden afgevlakt. Voor het bedrijf van de Gemeentewaterleidingen bedraagt het maximum weekverbruik ongeveer 115% van het gemiddelde verbruik. Voor de reductie van de aanvoerscapacily5 of 1,3 zijn nu echter reservoirs teit met een factor li15 nodig met een inhoud van globaal 60% van het maximum dagverbruik. Vergeleken met een reductie in de 2,4 aanvoercapaciteit van-of 1,6 met een dagreservoir van 1,5
22 a/o van het maximum dagverbruik is deze oplossing
economisch minder aantrekkelijk. Op een enkele uitzondering na worden dergelijke weekreservoirs in ons land dan ook niet toegepast. In het buitenland, waar de winplaats vaak zeer ver van het voorzieningsgebied is gelegen, op soms wel honderden kilometers afstand en bij gebruik van leidingen onder eigen verhang, waarvan de aanlegkosten sterk met toenemende maximum capaciteit stijgen, vinden zij echter veelvuldig toepassing en worden zelfs wel reservoirs voor buffering over nog langere periode dan één week gebruikt. Op dezelfde wijze als een reservoir in staat is een variabel verbruik tot een constante toevoer te herleiden, kan een reservoir ook worden gebruikt om een variabele toevoer te overbruggen. Naarmate een bedrijf kleiner wordt, nemen de kosten van de personeelsbezetting der pompstations een steeds grotere plaats in en bij de kleine bedrijven kan het zo finantieel voordelig worden niet gedurende 24 uur, doch slechts 8 of 16 uur te pompen. In dergelijke gevallen is echter een groter reservoir nodig. De bepaling van de inhoud van zulk een reservoir kan het eenvoudigst geschieden op de wijze als in afb. 4 is weergegeven. De verbruikskromme van afb. 3 is hier als sommatiecurve getekend, d.w.z. dat op elk ogenblik is uitgezet het totale verbruik tot dit tijdstip. Het verschil tussen deze lijn en de met een onderbroken lijn aangegeven gesommeerde toevoerkromme geeft op elk moment de waterinhoud in het reservoir. Wordt slechts 9 uur gepompt, van 'smorgens 8 uur tot 's middags 5 uur dan moet de capaciteit van het reservoir tenminste 47 % van het dagverbruik bedragen tegenover 22 % voor een constante, ononderbroken toevoer. Het is intussen niet zo, dat alleen voor het opvangen van verbruikspieken en voor het verlagen van de maximum belasting van winnings-, zuiverings- en transportmiddelen reservoirs worden ingeschakeld, waarvan dan de meest gewenste grootte langs finantiele weg kan worden bepaald. Reservoirs hebben ook nog andere taken, waarvan de belangrijkste wel is het vormen van een reserve voor noodgevallen, voor gevallen van catastrophaal hoog verbruik of van catastrophaal lage toevoer. Ook bij brand, breuk in de transportleiding, uitvallen van pompen e.d. moet voldoende water kunnen worden geleverd. Dit betekent in de eerste plaats, dat los van alle finantiële overwegingen een groot reservoir voor volledige buffering over de maximum dag de voorkeur verdient en wanneer deze volledige buf f ering is voorzien daarnaast nog een reserve voorraad water moet worden aangehou-
.
Afb. 4 Sommatiekrommen van waterverbruik en watertoevoer, bepaling van de benodigde reservoirinhoud
den. Hoe groot deze reserve moet zijn is zonder meer niet te zeggen, dit hangt teveel af .van omvang en inrichting van het betreffende bedruf. De stad Amsterdam bv. ontvangt van 2 zijden water, van de duinen door 4 leidingen met een gezamenlijke capaciteit van 6000 m3/uur en van de Loosdrechtse plassen door 3 leidingen met een gezamenlijke capaciteit van 3000 m3/uur, totaal 9000 m3/uur voldoende voor een maximum dag van 216000 m3. Ontstaat nu in één van beide leidingstelsels een ernstig lek, dan moet de toevoer door dit stelsel worden gestaakt tot de afsluiters ter weerzijden van de breuk zijn gesloten. In het ongunstigste geval is hiermede 2 uur gemoeid en wanneer dit het aanvoerstelsel van de duinen af betreft wordt 12000 m3 water te weinig geleverd. Na localisatie van het lek kan met verminderde capaciteit worden doorgepompt. Deze vermindering in capaciteit bedraagt in het ongunstigste geval 800 rns/uur, waardoor in de 12 uur voor reparatie 9600 m3water minder wordt geleverd. In totaal bedraagt de vermindering van de toevoer 21600 m3 of 10 % van het verbruik op deze maximum dag. Om dus voor Amsterdam de gevolgen van een buisbreuk op de maximum dag op te vangen moet de voor de buffering
t
,
vereiste reservoirinhoud van 22 % met bijna de helft tot 32 % van het maximum dagverbruik worden vergroot. Geheel anders liggen echter de verhoudingen bij een kleine stad. Wordt hier het water bv. aangevoerd door 2 leidingen met diameters van 0,30 en 0,50 m en capaciteiten van 250 en 900 m3Juur, totaal 1150 m3/ uur of 28000 m3/dag, dan zal tot het moment dat een breuk in de 0,5 m wijde leiding is gelocaliseerd 2 x 900 of 1800 m3 water te weinig worden geleverd. Is na localisatie deze leiding over een derde van zijn lengte uitgevallen dan bedraagt de resterende toevoer 400 m3/uur. De reparatiedienst is in een dergelijke kleine stad niet zo uitgebreid, de reparatie vergt 18 uur, waarin 18750 of 13500 m3 aanvoervermogen verloren gaat. In totaal wordt 15300 m3 of 55 % van het maximum dagverbruik te weinig geleverd. Zelfs wanneer het mogelijk zou zijn in dergelijke gevallen de druk van het pompstation te verhogen, waardoor het voor overwinnen van de leidingweerstand benodigde verval kan worden verdubbeld, dan bedraagt het tekort in de aanvoer nog altijd 12400 m3 of 45 % van het maximum dagverbruik, waarvoor de voor buffering benodigde reservoirinhoud moet worden verdrievoudigd. Wat hierboven is gezegd van buisbreuk, geldt ook voor brand. Een grote brand duurt enkele uren en wordt geblust met bv. 6 motor spuiten van 25051/min. elk. Met nablussing is dan in totaal nodig een hoeveelheid van 2500 m3. Voor Amsterdam is dit slechts l % van het maximum dagverbruik, voor de kleine stad echter 9 %, terwijl voor een klein stadje met bv. een jaarverbruik van 500.000 m3 en een maximum dag van 2000 m3, waarin echter toch ook zeer brandgevaarlijke objecten voor kunnen komen, de voor blussing benodigde hoeveelheid alle andere voorraden in het niet stelt en het economischer wordt voor brandblussing naar andere middelen om te zien. In elk geval moet op het gelijktijdig voorkomen van brand en maximum dagverbruik worden gerekend. Het is niet strikt noodzakelijk tevens een storing in de toevoer te onderstellen, al is de kans hierop bij de hoge verbruiken van de maximum dag groter dan normaal. Een derde taak tenslotte welke reservoirs kan worden toebedeeld is het regelen van de druk en het afvlakken van drukvariaties. Door een hoogreservoir boven een bepaald peil gevuld te houden kan de minimaal vereiste stadsdruk worden verzekerd en door een overloop anderzijds worden voorkomen, dat deze dmk te hoog oploopt. Door de open waterspiegel in dergelijke reservoirs worden opvoerhoogtevariaties van de pompen afgevlakt en drukstoten van waterslag uitgedempt.
De mate waarin een reservoir aan de drie bovengenoemde eisen van afvlakken van een variërend verbruik, reserve bij noodgevallen en drukregeling kan voldoen hangt af van de plaats in het distributiegebied. Wanneer deze plaats niet reeds a priori is vastgelegd door een verheffing van het terrein, waarop een watertoren met lagere kosten kan worden gebouwd, op een beschikbare plaats aan de rand van een dicht bebouwde stad e.d., dan is de meest geschikte plaats zo dicht mogelijk bij het verbruik. Een plaats bij het verbruik zelf, bij de grootverbruikers op hun fabrieksterreinen tot in de afzonderlijke woningen toe is intussen niet aanbevelenswaardig. Wel kan op deze wijze met de kleinste afmetingen van de distributieleidingen worden volstaan en behoeft het waterleidingbedrijf zelf voor de aanleg van reservoirs geen kapitaalsinvesteringen te doen, doch de reserve voor noodgevallen is zeer verspreid en voor ieder slechts gering. Ook kunnen aan het gebruik van huisreservoirs bij onvoldoende aanleg of contrôle hygiënische bezwaren verbonden zijn en zullen de afzonderlijke industriereservoirs goedkoper als één groot reservoir kunnen worden gebouwd. Huisreservoirs worden in het buitenland in het algemeen dan ook alleen in noodgevallen toegepast, voor vulling gedurende de nacht wanneer overdag de stadsdruk onvoldoende is. Door ook de industriereservoirs alleen gedurende de nacht te vullen kan het hogere gebruik voor huishoudelijke doeleinden overdag worden gecompenseerd. Industriereservoirs zijn onontbeerlijk bij die industrieën, welke over een eigen, onaantastbare noodreserve wensen te beschikken. De boven geformuleerde eis van een plaatsing zo dicht mogelijk bij het verbruik moet dan ook worden geinterpreteerd als een plaatsing zo dicht mogelijk bij het zwaartepunt van het verbruik. Om te demonstreren welke voordelen hieraan zijn verbonden is in afb. 5 weergegeven een stad met een jaarverbruik van 1,5 millioen m3 en een gemiddeld verbruik op de maximum dag van 260 ma/ uur. Dit water wordt aangevoerd door een enkele gietijzeren leiding @ 30 cm, waaraan over de lengte van het distributiegebied het water gelijkmatig verdeeld wordt onttrokken. Bij een plaatsing in het zwaartepunt van het verbruik, c.q. in het midden van de stad is het drukverlies over de lengte van het distributiegebied 1,5 en de maximale drukvariatie 3 maal zo klein als bij een plaatsing aan de rand van de stad. Een plaatsing in het zwaarte punt draagt dus het meest bij tot de capaciteit van de aanvoerleiding en regelt het beste de druk. Ten aanzien van reserve bij noodgevallen is intussen dt? plaatsing van
Afb. 5 Invloed plaats reservoir op dru$verlies en drukvariatie I
.
afb. 5c aäntrekkelijker. Wanneer een lek bij ~ u n 2t door afsluiters ter weerszijden is gelocaliseerd, iS in het geval van afb. 5a ~ estadsdeel t 2-3 verstoken van wateii, in het geval van afb. 5c wordt het stadsdeel 1-2 gevoed door het pompstation,. het stadsdeel 2-3 Ban uit het reservoir. De verhoudingen van een werkelijk bedrijf liggen door een historisch gegroeide ontwikkeling intussen yeel gecomplic6erder .@n in het schema van afb. 5*is,aangenomen. De boven ontwikkelde redenering kan hiervoor wel als richtsnoer worden aangehouden, doch zal geval voor geval aan de werkelijke verhoudingen moeten worden aangepast. Mede in verband met bedrijfstechnische overwegingen kan een plaatsing van het reservoir volgens afb. 5b dan toch de voorkeur verdienen. I n het voorgaande is slechts gesproken van reservoirs zonder hierbij onderscheid te maken tussen hoogreservoirs en laagreservoirs met bijbehorende pompinstallaties. Drukketels (hydrophoorinstallaties) komen door hun beperkte capaciteit voor een openbare watervoorziening praotisch niet in aanmerking. Ten aanzien van de taken welke dergelijke reservoirs te vervullen hebben bestaan tussen hoog- en laagreservoirs trouwens weinig verschillen, alleen ten aanzien van reserve bij noodgevallen zoals brand .biedt een hoogreservoir een weinig meer ze-
Afb. 6 Reservoir te Saint-Georges-Buttavent (Mayenne), inhoud 100 m3
kerheid. De keuze tussen hoogreservoirs en laagreservoirs moet dan ook in de eerste plaats gebaseerd zijn op economische overwegingen. De pompinstallatie van een laagreservoir vereist bediening en afgezien van een ver doorgevoerde automatisering zelfs continue bediening in een 4-ploegen stelsel. Voor een klein bedrijf betekent dit 4 wachtmachinisten, waarvan 1 als chef fungeert, voor een groter bedrijf al gauw een bezetting van 9 man, 1 chefmachinist, 4 wachtmachinisten en 4 poetsers. Met inbegrip van de sociale lasten bedragen de personeelslasten voor dergelijke bezettingen f 25.000 à f 65.000 per jaar, gekapitaliseerd volgens het annuiteiten systeem op 3% %
Afb. 7 Reservoir te Saint-Gilles inhoud: 725 rn3
-
k. 8
-
.
r-Vi-
,
lendée),
rentebasis en afschrijving in 50 jaar overeenkomend met een investering van f 600.000 à f 1.500.000. Tegenover deze personeelslasten moeten bij hoogreservoirs worden gesteld de meerkosten van het stadsleidingnet, nu het reservoir niet op de meest aangewezen plaats, doch op een toevallige verheffing van het terrein is gebouwd en bij watertorens de meerkosten van de hogere aanleg. Worden deze laatste meerkosten zeer globaal gesteld op f 150 per m3 reservoirinhoud, dan is voor een inhoud groter dan 4000 ma een laagreservoir voordeliger, daar beeen watertoren op den langen duur goedkoper. Ge-?b - neden zien het grotere gewicht dat bij financieringsproblemen -i%# aan de aanlegkosten wordt toegekend ligt de economi-
- .
: m
25
Af6:
8. Reservoir t e Pontigny (Yonne), inhoud 150 m3
sche grens in de praktijk lager en zal nog lager moeten worden gesteld, wanneer rekening dient te worden gehouden met de mogelijkheid van uitbreiding. In ons vlakke land beperkt de keuze zich tussen watertorens en laagreservoirs. Door hun hoge bouw trekken watertorens sterk de aandacht. In een daartoe geschikte omgeving en mits arcl~itectonischgoed verzorgd, kan dit een voordeel zijn. Bij vele watertorens is dit helaas niet het geval en dan kan uitgaande van het standpunt, dat wat onder de grond zit ook geen aanstoot kan geven beter een laagreservoir worden gebouwd. De architectuur van watertorens is niet eenvoudig; dat het toch mogelijk is hiervoor verantwoorde oplossingen te vinden moge uit de afb. 6-9 blijken.
Afb. 9 Reservoir t e Villeneuve-la-Guyar (Yonne), inhoud 300 m3
Tenslotte nog enkele details, waarop bij het ontwerpen van reservoirs moet worden gelet. Dat het voor consumptie gereed gemaakte water hierin veilig moet kunnen worden bewaard spreekt vanzelf. Met het oog op besmetting uit de lucht, van vogels e.d. is een overdekking noodzakelijk. Om verontreiniging met door eventuele scheuren indringend grondwater te voorkomen is een ligging boven de natuurlijke of kunstmatig verlaagde grondwaterspiegel zeer gewenst. Ook tegen verontreiniging door de lucht, welke bij dalende waterspiegel wordt aangezogen, moet worden gewaakt en de ventilatieopeningen van een veilige afdichting worden voorzien. Om groei in de reservoirs te voorkomen, moeten daglichtopeningen achterwege worden gelaten en voor schoonmaak een electrische verlichting of verlichtingsmogelijkheid wor-
den aangebracht. Met het oog op deze groei is ook een gladde afwerking van de wanden noodzakelijk en in liet algemeen een vormgeving zonder hoeken of gaten, waarin zich verontreinigingen zouden kunnen ophopen. Met het oog op het hygiënische aspect moet aan een lichte kleur van de binnenwanden de voorkeur worden gegeven. Gewaakt moet voorts worden tegen verwarming van het water in de zomer en afkoeling in de winter, wanneer een grondafdekking op een laagreservoir niet om andere reden nodig is kan hiervoor goedkoper een isolatielaag, van licht beton of isolerende stenen e.d. worden aangebracht. Ten aanzien van de aansluiting van het reservoir op het distributienet is de eenvoudigste oplossing één leiding, waarmede zowel het reservoir wordt gevuld als water aan dit reservoir wordt onttrokken. De Amerikanen spreken dan van een reservoir, dat op het distributienet drijft. Deze oplossing heeft echter het grote nadeel, dat dode hoeken bijna niet kunnen worden vermeden. In deze dode hoeken verblijft het water langere tijd in het reservoir en gaat zo in kwaliteit achteruit. Om deze reden moeten reservoirs ook weer niet te groot worden gemaakt en van tenminste twee aansluitingen worden voorzien, één voor toevoer en één voor afvoer. Deze aansluitingen moeten zodanig worden gesitueerd dat een goede doorstroming van het reservoir dan wel een goede circulatie van het water in horizontale of verticale zin verzekerd is. Zonodig kunnen hiervoor nog geleidewanden worden aangebracht. Een tweede verdubbeling van het aantal aansluitingen is nodig wanneer het verzorgingsgebied slechts over één reservoir beschikt. Met het oog op schoonmaak en bedrijfsveiligheid moet dit reservoir dan in twee helften worden onderverdeeld, welke ieder voor zich kunnen worden gebruikt. Voor deze schoonmaak moet het reservoir van een leegloopleiding naar het riool worden voorzien en de bodem onder afschot worden gelegd. Tenslotte is nog een overloopleiding nodig om te voorkomen dat bij weigering van de bedienende of aanwijzende apparatuur het reservoir overloopt. De capaciteit van deze leiding moet tenminste gelijk zijn aan de maximale aanvoercapaciteit. De afsluiters, venturimeters, terugslagkleppen e.d. in bovengenoemde leidingen worden met het oog op centrale bediening bij voorkeur in één ruimte ondergebracht. De ten aanzien van materiaalverbruik meest gunstige vorm van reservoirs is een ronde plattegrond, waarbij de waterdruk op de wanden door ringtrekspanningen
-
wordt opgenomen en een bolle of holle bodem om het optreden van buigende momenten hierin zo veel mogelijk te beperken. In de bouw is een dergelijke vorm intussen duur en zij wordt daarom alleen voor watertorens gebruikt. Voor kleine laagreservoirs vindt ook de ronde plattegrond wel toepassing, voor grotere reservoirs en vooral bij groepen van reservoirs speelt het oneconomische terreingebruik een belangrijke rol en wordt een rechthoekige vorm, b.v. in de verhouding 2 op 3 aantrekkelijker. De waterdiepte van een reservoir is in de eerste plaats een economisch vraagstuk, waarin naast de verhoudingen in de kosten van wanden, vloer en dak mede moeten worden betrokken het meerdere energieverbruik en de sterkere variatie in de stadsdruk bij keuze van een grotere diepte. De meest gunstige waterdiepte neemt met de capaciteit van het reservoir toe en zal voor watertorens wat hoger uitvallen dan voor laagreservoirs. Bij de laatste is de diepte zelden groter dan 5 m, ook al met het oog op het gevaar van scheurvorming bij uitvoering in gewapend beton. Voor een grotere diepte bij watertorens kan dit bezwaar worden ondervangen door onderverdeling in verticale zin, door het bouwen van meerdere reservoirs boven elkaar, waarmede tevens de gewenste reserve kan worden bereikt. Een belangrijker voordeel aan een dergelijke bouwwijze verbonden is echter de energiebesparing, door het hoogste reservoir alleen op het maximum uur van de maximum dag in te schakelen en voor kleinere verbruiken met de reservoirs op lager niveau te volstaan. Ook kan met een dergelijke onderverdeling in verticale zin de druk in het leidingnet soepel aan de behoefte worden aangepast. Reservoirs kunnen worden gemaakt in staal en gewapend beton. Uitvoering in hout, metselwerk of ongewapend beton komt thans vrijwel niet meer in aanmerking. Staal heeft het voordeel tegen elke druk waterdicht gemaakt te kunnen worden, terwijl de aanlegkosten vaak lager zijn. Hier tegenover staan echter de hogere onderhoudskosten, stalen reservoirs moeten regelmatig worden geschilderd om een snel verval te voorkomen. Gewapend beton reservoirs vergen bij goede uitvoering practisch geen onderhoud. Zij hebben echter het nadeel van het gevaar van scheurvorming, onder invloed van de waterdruk, bij zetting van de bodem, door krimp e.d. Bij ontwerp, berekening en uitvoering moet hieraan voortdurend de grootste aandacht worden geschonken. In dit verband moge worden gewezen op de Engelse voor-
schriften voor de bouw van reservoirs ,,Code of practice for the design and construction of reinforced - concrete structures for the storage of liquids" met de supplementen voor het gebruik van bitumineuze voegmaterialen en van voorgespannen beton. Deze voorschrirten worden uitgegeven door het Institution of Civil Engineers (Londen 1950) en bevatten een schat van gegevens voor ontwerp, berekening en uitvoering. Een ieder die gewapend betonreservoirs moet bouwen wordt met klem aangeraden van d.eze voorschriften kennis te nemen. Het gevaar van scheurvorming kan voorts worden vermeden door een daartoe geschikte wapening voor te spannen. Het gebruik van voorgespannen beton voor reservoirs. staat thans nog in de kinderschoenen doch zal in de toekomst een hoge vlucht nemen. /
In het bovenstaande is een kort overzicht gegeven van de redenen waarom reservoirs worden toegepast en van de wijze waarop zij kunnen worden uitgevoerd. Op de lange weg van waterwinning naar consumptie zijn echter nog verschillende andere plaatsen waar reservoirs goede diensten kunnen bewijzen en vele zijn nog de vormen waarin zij kunnen worden gemaakt. Ter afsluiting moge als interessant voorbeeld worden genoemd de rol welke de duinen in de toekomstige watervoorziening van Amsterdam zullen spelen. Het van de rivier aangevoerde water wordt hier geïnfiltreerd, enerzijds voor het verkrijgen van een betere kwaliteit, anderzijds voor het vormen van een reserve-voorraad gemakkelijk winbaar water waarop onder omstandigheden kan worden teruggevallen. Deze ni.euwe rol van de duinen als reservoir met berg'ng van het water in de poriën tussen de zandkorrels heeit het mogelijk gemaakt de 50 km lange leiding Jutphaas-Leiduin als enkele leiding te ontwerpen en zo belangrijke bedragen op de aanlegkosten van dit project te sparen.
door Ir R. Boone (Gent) De bepaling van het drukverlies in leidingen in het algemeen en in drinkwaterleidingen in het bijzonder heeft de aandacht der technici gaande gehouden sinds de grijze oudheid. Het ligt natuurlijk niet in mijn bedoeling u te onderhouden over de ,,formules" (indien men dit reeds zo mag noemen) die ,bv. in het boek van Frontinus te vinden zijn. Het waren louter empirische vaststellingen, die slechts binnen zeer enge grenzen van enige betekenis zijn. Tot in de 18e eeuw stelden de hydraulici er zich mede tevreden analogisch te werk te gaan, door een methode die ik ,,a posteriori" zou noemen. In een gegeven stad was een leiding gelegd, zó groot en die gaf zoveel water af op zoveel tijd; als ik dus, zo redeneerden de heren, in mijn probleem zoveel meer of minder wens, zal een diameter zus of zo wel volstaan. Onnodig te zeggen dat deze redenering wel eens spaak liep!
van hydrostatica en -dynamica kan doornemen. Ook zal ik mijn toevlucht nemen tot de notaties die aan de Rijkshogeschool van Gent in gebruik zijn, daarbij zoveel mogelijk aangevend wat deze notaties vertegenwoordigen; ik verontschuldig me bij voorbaat indien ik hier of daar iets mocht vergeten. Schrijven we tussen twee punten A en B de vergelijking van Bernouilli voor permanente beweging
31
.ph
Z.= plaatshooqíe l
horizontaal verqeliikinqvlak bv. N.A.P. Afb. 1
indien we h positief naar boven rekenen en waarin y het specifiek gewicht is. (afb. 1). Indien we nu een prismatische buis beschouwen, zullen de gemiddelde stroomlijnen (d.i. de tangens aan de lokale gemiddelde snelheid) evenwijdig zijn met de aslijn der buis en is de gemiddelde lokale snelheid constant. De secties A en B zijn hydrostatisch. We mogen dus schrijven - AAB (z -)P = cte
+
Y
zodat we alleen overhouden - A h = F' of nog voor een oppervlakte D en een lengte L Per eenheid lengte komt d&
De term - ALh wordt over het algemeen gesteld J en heet drukverlies per lengte-eenheid. Vermits nu Q = D . U (V: gemiddelde snelheid) en anderzijds U = f, (J) en D = f, (D) kunnen we een vergek m lijking schrijven Q = f (D, J). - .-l We hebben dus de oplossing voor de drie volgende problemen:
.
c
d
Bekend Q D
gevraagd
J D
Q
J
& J
D
Het eerste probleem komt in de praktijk het meest voor bij distributienetten, terwijl in transportleidingen het tweede meest voorkomt. Merken we hierbij op dat het bepalen van U ook van belang kan zijn, o.a. met het oog op de waterslag. Maar vermits dit probleem niet veelvuldig voorkomt, kunnen we het hier buiten beschouwing laten. Het is overigens door de vergelijking Q = Q . U gemakkelijk op te lossen. We hebben dus gezien J
=
De beschouwingen der hydraulici strekken er nu toe de juiste (of een zo juist mogelijke uitdrukking) te vinden van die J. In alle gevallen die we verder behandelen veronderstellen we de permanente beweging (d.i. geen andere versnelling dan die der gravitatie). De hierboven aangehaalde vergelijking van Bernouilli werd overigens reeds in die veronderstelling opgeschreven. We moeten nu verder onderscheid maken tussen laminaire en turbulente beweging. In de laminaire beweging glijden de vloeistofdeeltjes in lagen over elkander. Dit gebeurt b.v. in lange rechte leidingen met kleine diameter en kleine snelheid. Dit type van beweging komt in de praktijk zeer zelden voor. Bijna algemeen is de turbulente beweging. De stroomlijnen, in plaats van evenwijdig te blijven, lopen wir-war door elkaar, zoals door kleurof aluminiumpoeder is aan te tonen. En wat blijft er dan over van de hypothese der permanente beweging? In de strikte zin, niets; de turbulente beweging is geen permanente beweging. De turbulentie heeft aanleiding gegeven tot veel studiewerk. Het zou ons te ver voeren hierop in alle details in te gaan; noemen we Camichel, Boussinesq, Nikuradse, Reynolds als ook de Nederlanders Burgers en Ziegler. De werken van al deze onderzoekers hebben de weg geopend en geëffend voor de moderne theorieën die tot het opstellen van nieuwe formules hebben geleid. Uit de onderzoekingen van Camichel o.a. blijkt, dat de variatie der snelheid bij turbulente beweging niet meer dan 3% der gemiddelde snelheid bedraagt, terwijl de angulaire afwijking tussen de verschillende snelheden in een vlak tot niet meer dan 6% oploopt. We kunnen dus de turbu-
lente beweging zonder veel bezwaar als een (gemiddelde) permanente beweging beschouwen. Noteren we nog uit de theorie van Boussinesq dat deze in de snelheid twee delen onderscheidt: a. de transportsnelheid d.i. de snelheid waarmee we gewoonlijk rekening houden en die, alhoewel ze de resultante is van allerlei snelheden in allerlei richtingen, constant blijft voor een gegeven debiet, b. de turbulentiesnelheid waarvan het gemiddelde over een voldoend kleine tijdspanne gelijk aan nul is. De studies nopens de turbulentie konden slechts kort geleden in praktijk worden gebracht na het werk van Prandtl, von Karman, Nikuradse, Colebrook, enz. De practici konden echter niet afwachten dat uit de zeer verlokkelijke theorieën een bruikbaar werktuig wordt gesmeed. Vandaar de overtalrijke formules, die als empirisch of semi-empirisch het licht zagen. Alvorens enkele woorden te zeggen over de nieuwste formules wil ik dan ook een vluchtig overzicht geven van de meest gebruikelijke oudere. Keren we eerst tot de laminaire beweging terug. Voor deze laminaire beweging kan het drukverlies mathematisch bepaald worden, tenminste voor sommige bijzondere gevallen zoals b.v. een cirkelvormige doorsnede. Na een aantal berekeningen die ik gevoeglijk achterwege kan laten, leidt dit tot de formule van Hagen-Poiseuille. Ze luidt
1
: specifiek gewicht. 'm : viscositeitscoëfficient I Indien we U de gemiddelde snelheid noefi&-9fnden we
waarin
y
,U
Stellen we nu r
=
f. 2=viscositeitcoef dichtheid 111
viscositeit. Vermits krijgen we J
=
64
y =
=
e g d.i. gewicht
v
2 g D2
kinematische
=
massa x g
U.
We kunnen deze formule nog verder omzetten. U kent allen het getal van Reynolds, voortvloeiende uit
UD de gelijkvormigheidsteorieën R, = v Indien we dit getal in onze formule brengen krijgt ze de vorm 64
Re We brachten de formule van Poiseuille onder deze vorm omdat we verder zullen zien dat alle formules aldus geschreven kunnen worden. De jongste formules geven slechts alleen nog A die inderdaad de enig veranderlijke is voor een bepaald probleem. Laat ons nu tot de turbulente beweging overgaan. Eerst zullen we een overzicht geven van de empirische formules. Ze kunnen in drie klassen worden ingedeeld. De eerste klasse bevat de oudste onder hen; hun promotors dachten dat het drukverlies onafhankelijk was van de aard der buiswand. Er zijn twee types te vinden: de eerste met A = constante (formules van Chézy, Rankine, Dupuit, Tadini), de tweede met A = f (U) zoals de formules van Prony, Weissbach, St. Venant e.a. Deze klasse van formules is bijna volledig buiten gebruik geraakt. In de tweede klasse is A. = f (D). Voor het eerst wordt hier door Darcy (die zulk een formule opstelde) de aandacht gevestigd op de invloed van de aard der buis. Hier wordt nu bij elke formule gevoegd op welke soort buis ze van toepassing is; ook of het om nieuwe of in gebruik zijnde buizen gaat. Enkele der formules uit deze klasse worden nog veelvuldig toegepast, als Darcy, Lévy, Strickler, Manning, Lang, Forchheimer. In de derde klasse is A = f (U, D), zodat in de uitdrukking van J de term in U met een exponent kleiner dan 2 is voorzien. In deze klasse kennen we de eveneens veel gebruikte formules van Flamant, Scobey, Scimemi, Williams-Hazen. De tabel hiernaast geeft een samenvattend beeld der empirische formules (afb. 2). Met Reynolds, Blasius en andere, maar vooral met Nikuradse stappen de hydraulici van het empirisch domein over naar meer wetenschappelijke theorieën. Steunend op de gelijkvonnigheidstheorie, waarin hijzelf overigens een groot aandeel had, kwam Reynolds tot formules waarin L = f (R,). Zij gegeven een stroming M, waarvan de karakteristieken zijn v,, v,, vv (snelheden), p (druk), x, y, z, (lineaire grootheden), t (tijd) en Q enp de dichtheid en viscositeit. Trachten we nu een tweede stroming M, te verwezen-
met A
=
EMPIRISCHE FORMULES
II Karakteristiek 1
(
Types
I
Drukverlies onafhankelijk aard wand
b PRONY
Drukverlies hanqt af van aard wand
Andere formules
a CHEZY
x - f(@
DARCY
L L V Y , STRICKLLR, MANNING , LANG, TORCHHLIMER .
' L"
J-W C u@
I I I .'
met
p (2
X=
REYNOLDS
f @.D)
Andere formules
F L A M A N T , SCOBEY. SCIMf MI, LUDIN , WILLIAMS HAZEN
-
.
Afb. 2
lijken, waarvoor we de karakteristieken als volgt bepalen cls X, as Y, as z voor de lineaire grootheden %.t voor de tijd ar, P voor de druk a e e n u .,L( voor de dichtheid en viscositeit.
e
,CL
Opdat de stromingen M, en M, gelijkvormig zouden zijn, dan vereisen de vergelijkingen van Navier dat
Door de eerste deze; twee voorwaarden uit te werken, krijgt men
De tweede voorwaarde vereist, zoals bekend wordt verondersteld, dat de getallen van Reynolds voor de te vergelijken stromingen gelijk zijn. Dus zal C uit de eerste voorwaarde slechts constant zijn voor zoveel R, constant is. Dit wil zeggen C = f (R,). Indien we nu opmerken dat -
J
=
f (R,) --2g D
die van Blasius, Nikuradse, Lebeau, enz. Men noemt deze
+
m: ,
:.
.
.
.J
m
straal der buis. Men voelt aan dat voor een grote k/ro de turbulentie groot zal zijn, zelfs voor een niet te grote R,, terwijl voor een kleine k/ro de turbulentie slechts groot wordt voor Van deze beschouwingen geeft het beroemde diagramma genaamd de ,,harp van Nikuradse" een zeer aanschouwelijk beeld (afb. 3). Indien men voor een gegeven buis (met een gegeven D en k/ro dus) de snelheid van het water (met andere woorden de R,, vermits D en V gegeven zijn) doet stijgen van nul af, ontmoeten we achtereenvolgens 37
-
; m -T m'
.
1. het laminaire regiem (practisch zonder belang voor de drinkwatervoorziening); 2. een turbulent regiem waarbij de buis zich als ideaal
gladwandig gedraagt (wet van Von Karman); 3. een turbulent overgangsregiem (tussen de gladwan-
dige en de quadratische wet (wet van ColebrookWhif e); 4. een volledig turbulent regiem volgens de quadratische wet van NiJmradse. Het zou ons te ver voeren de theorie uiteen te zetten zelfs in grote trekken - die leidde tot het opstellen der formules van Von Karman, Nikuradse en Colebrook. Vermelden we alleen maar dat door beschouwingen over wrijving en tangentiële spanning, het bestaan wordt bewezen van een zone langs de wand der buis waar de beweging laminair is. Indien 6 de dikte dezer laminaire film is, kan men schrijven waarin
,g
V, - snelheid = --
U
a/d wand gemidd. snelheid
Dit betekent dat voor een gegeven wandruwheid de dikte van de laminaire film omgekeerd evenredig is met R,. Uit deze conclusie wordt het gehele ensemble van gladde of ruwe wanden in verband met R, veel klaarder. Indien de protuberanties aan de wand klein zijn, blijven ze overdekt door de laminaire film en beïnvloeden de binnenste turbulentie niet, die dan alleen van de aard van de vloeistof afhangt: de wanden zijn (of liever schijnen) glad. Men ziet ook waarom zelfs physisch ruwe wanden bij kleine R, glad schijnen; inderdaad: kleine R, wil zeggen dikke laminaire film en de protuberanties kunnen bedekt zijn. Ik wil niet verder aandringen op de zeer vernuftige beschouwingen en proeven die ten grondslag liggen aan de moderne formules. Het zijn de volgende: V o n Karman turbulente beweging, gladde wanden 2,51 1 -- 2 log
1'2-
turbulente beweging, ruwe wanden - 2 log k FT3,7 D Geen van beide formules gaf bevrediging voor het hierboven vermelde ,,overgangsregiem". Het is de grote verdienste geweest van Colebrook dat hij de naar hem genoemde formule heeft opgesteld, die het gehele gebied der turbulentie bestrijkt; ze luidt 1 2,51 Nikuradse
1
VA-
Weliswaar moet ze nog aan de werkelijkheid getoetst worden, maar de reeds opgedane ondervinding, waarover het 2de Internationaal Congres van de I.W.S.A. te Parijs verslag uitbracht, wijst erop dat ze voldoening zal geven, mits voor k voldoende experimentele waarden beschikbaar komen. Enkele woorden over het drukverlies in hulpstukken. Het blijkt eerst en vooral dat de hulpstukken de turbulentie in de hand werken, zodat quadratische formules voor de hand liggen. De meest voorkomende hulpstukken zijn de bochten, de tee-stukken en de afsluiters. De forIT2 mules zijn voor de drie gevallen van de vorm a 2g
,
waarin a naar gelang van de auteurs verscheidene waarden krijgt. Voor wat betreft de afsluiters schijnen de ,,Needle-valves" veruit het kleinste drukverlies te geven.
Voor de bochten noteren we dat de a het kleinste is voor een verhouding R/D = 8, waarin R de straal van de bocht is. Wat er ook van zij, menen we te mogen besluiten dat voor onze praktijk, behoudens zeer uitzonderlijke gevallen (bv. in pompstations) de drukverliezen door hulpstukken verwaarloosd mogen worden bij de berekeningen. Overigens zou het niet doenlijk zijn rekening te houden met de lokale verliezen bij elke huisaansluiting bv. die even zovele tee-stukjes uitmaken in de straatleiding. We zijn nu in het bezit van formules voor het berekenen van drukverliezen in leidingen. Er blijft mij nu nog over uiteen te zetten wat we daarmee zullen aanvangen en hoe dit te doen. Alhoewel er in principe geen verschil bestaat tussen het drukverlies in transportleidingen en in distributieleidingen, is het toch belangwekkend deze twee gevallen apart te behandelen. Inderdaad, bij transportleidingen hebben we slechts met één of enkele takken te doen en meestal zijn deze van grote, d.w.z. nietcommerciële diameters. In netten hebben we veelvuldige vertakte leidingen van kleinere diameters. In transportleidingen is, zoals reeds gezegd, het meest voorkomende geval: bekend Q en J, te vinden D. Meestal wenst men van uit een waterwinning een gegeven debiet naar een verbruikscentrum te voeren en beschikt men daartoe over een gegeven drukverschil, of dit verschil nu een natuurlijk hoogteverschil is, ofwel een oppompingshoogte. In beide gevallen gaat het er om de meest geschikte diameter te vinden. Het probleem is dus veel eenvoudiger dan dat der distributienetten. Waar het er om gaat een leiding onder natuurlijk verval te berekenen, komt het er alleen op aan de formule voor J te kiezen. Wij zijn de mening toegedaan dat de formule )n Colebrook-White in een niet te verre toekomst, DE formule zal zijn; in de huidige stand van zaken is ze echter nog niet voldoende in de praktijk doorgedrongen. Overigens is haar gecompliceerde vorm een struikelblok voor courante toepassing. Vermelden we nochtans de zeer interessante tabellen door ir Huisman ten behoeve der Gemeentewaterleidingen van Amsterdam opgesteld. In afwachting zijn de empirische formules nag met goed gevolg in gebruik. Elk land heeft daarin enigszins zijn nationale eer gezet en past met voorliefde formules toe die door landgenoten zijn uitgedacht. In België b.v. wordt veel gebruik gemaakt van de formules van Lebeau, van die der Société Belge des Mécaniciens; het meest
echter nog van de (Franse) formules van Darcy voor diameters onder 500 mm en Flamant voor grotere. Als vergelijking volgt hier voor gietijzeren leidingen de waarde van J voor verschillende diameters en formules envoor een debiet van 1 m3/sec. Formule D:100mm D:500mm D:1000mm 0,080 0,0025 Prony 250 Manning 0,050 0,0014 293 0,110 0,0017 Darcy 412 Flamant 462 0,099 0,0025 Uit de grote afwijkingen blijkt de noodzakelijkheid om grote voorzichtigheid bij het gebruik van empirische Pormules in acht te nemen. Een punt dat bij transportleidingen, waarbij opstuwen te pas komt, aandacht verdient, is de verhouding van pomp en pompkosten tegenover diameter der leiding. Inderdaad, hoe groter de diameter, hoe minder drukverlies dus hoe kleiner de opstuwkosten en het vermogen der pompen, maar natuurlijk hoe hoger de prijs der leidingen. Er kan een berekening worden gemaakt van de meest economische oplossing voor een opstuwcomplex. Zij D de diameter en L de lengte der leiding, Q het op te stuwen volume in m3/h en H de opstuwhoogte in m. Indien h het dsukverlies is in de leiding, zo is de nodige arbeid 1000 Q (H h) Zij m het rendement der pompinstallatie, dan is het nodige vermogen in pk 1000 Q (H h) N = m x 75 Zij nu p de prijs per pk met inbegrip der onderhoudsen afschrijvingskosten en p' de prijs per meter leiding van een eenheidsdiameter, met inbegrip eveneens van afschrijving en onderhoud, dan kunnen we schrijven totale prijs = P = N x p D x p' x L dP Indien we nu nemen-= 0, zullen we de waarden dD van D vinden voor welke P een minimum is. De berekening is natuurlijk voor critiek vatbaar, al ware het maar omdat p' niet rechtstreeks evenredig is met de diameter. Ze is echter een voldoende gids om een benaderde waarde van D te vinden, die dan met preciesere berekening juister kan worden bepaald.
+
+
+
Ik kan met de beschouwingen over transportleidingen
niet eindigen, zonder enkele woorden te zeggen over de statische berekening dezer leidingen, nl. de bepaling van de wanddikte in verband met de belasting. Dit punt valt weliswaar buiten het opzet van mijn onderwerp, maar ik meen dat het wel niet van belang ontbloot is hierop even in te gaan. Het is inderdaad niet voldoende, bij deze grote diameters alleen rekening te houden met de inwendige drilk. Het eigen gewicht der buis, het gewicht van het water, de last van de gronddekking en van het verkeer moeten mee in beschouwing worden genomen. De buis is een statisch onbepaalde constructie. Uitgaande van zekere vereenvoudigende hypothesen (o.a. symmetrie der lasten, grote kromtestraal van de wand, enz.) kan men de methode der invloedslijnen met goed gevolg toepassen. Ik wil hier natuurlijk niet uitweiden over de volledige berekeningen; probleem is de reactie van de grondslag waarop de leiding steunt. Men voelt aan dat deze reactie niet puntsgewijze aangrijpt; ze is ook niet gelijkmatig verdeeld. De juiste verdelingswet, veranderlijk overigens volgens de aard van de bodem, moet nog vastgelegd worüen. Wat er ook van zij, we kunnen vaststellen dat de buigingsmomenten aan de onderste beschrijvende lijn een absoluut maximum vertegenwoordigen, terwijl de momenten in de beschrijvende lijnen op 45" ter weerszijden van de vertikaal nagenoeg nul zijn. Het practisch resultaat is dat het van belang is, bij het leggen van buizen van het gelaste type (staal of Bonna bv.) de langsnaad in die vlakken op 45" te doen plaatsen, vermits deze naad aldus relatief minder belast zal zijn. Ik beperk mij tot deze vluchtige trekken; misschien kan bij een andere gelegenheid hierop verder worden ingegaan. Een laatste punt dat bij transportleidinge11 van veel groter belang is dan bij distributienetten, is dat der stutblokken voor bochten en dgl. Nemen we een bocht met centrumhoek U (afb. 4) en veronderstellen we deze bocht afgezonderd. Het hydrostatisch evenwicht vereist dat in de vlakken A en B krachten worden toegepast gelijk aan Q x p = P. De u resultante dezer krachten is dan R = 2 P cos . Het 2
gevolg dezer resultante is dat de bocht kan gaan uitglijden, indien niets er zich tegen verzet. Bij aaneengslaste stalen leidingen nemen de aanliggende buizen deze
IC-
h*-
Afb. 4
(
kracht op, deels door gewicht, deels door wrijving van buis tegen grond. Bij aangedreven of gegoten voegen gebeurt dit niet en een stutblok moet de kracht opvangen. Zij G het gewicht van het stutblok. Aan drie voorwaarden moet voldaan zijn: a. rotatie-evenwicht R .a l Gb R S G V b. glij-evenwicht c. druk op grond moet binnen aannemelijke grenzen blijven. m 'm Over de waarde die aan li, mag worden gegeven voor elke grondsoort bestaat nog veel meningsverschil. Aangezien de stutblokken in bebouwde kommen een zeer lastige stremming van het ,,ondergronds verkeer"' (gas, kabels, riolering, enz.) vertegenwoordigen, zou ook dit onderwerp eens terdege moeten worden aangepakt.
-.
Om dit betoog te besluiten blijft me nu nog over iets te vertellen over het berekenen van distributienetten. Twee essentiële vragen dringen zich op aan wie een distributienet te becijferen krijgt. Hoeveel is het te verwachten verbruik? Hoe verdeelt zich dit verbruik over een etmaal? Het spreekt vanzelf dat veel afhangt van het karakter van het voorziene gebied: stedelijk of landelijk, industrieel of toeristisch, enz. Maar zelfs voor een bepaald geval staat de ontwerper voor een vraagteken, vooral wat betreft de toekomst. De gegevens zijn van statistische aard en weliswaar staan vele cijfers ter beschikking, maar toch blijft de gehele berekening in het teken van de onzekerheid. Deze onzekerheid bleek overigens duidelijk uit de rapporten inzake de negende vraag op het Internationale Congres der IWA te Parijs, waar een groot deel der congressisten (o.a. uw nationale rapporteur ir Meulenhoff) van oor-
deel was, dat het tijdverspilling betekent, het berekenen van netten te veel te verfijnen. Ik zelf ben deze mening toegedaan, te meer omdat nog een andere critiek kan worden geopperd tegen te verregaand berekenen. Om verscheidene redenenen worden in onze netten slechts buizen met een minimum diameter 80 mm of zelfs 100 mm gebruikt en in de meeste gevallen zijn deze diameters meer dan overvloedig groot. Wat er ook van zij, distributienetten kunnen volgens hun aard in twee soorten worden onderverdeeld: vertakte en gemaasde netten. Voor vertakte netten is de berekening vrij eenvoudig. Zeggen we maar onmiddellijk dat zulke netten in steden practisch nooit voorkomen, al ware het maar wegens de menigvuldige ,,dode einden". De meeste distributienetten zijn dan ook gemaasd of dan toch een combinatie van vertakt en gemaasd. Welk ook het type zij, men moet bij het berekenen van een net beginnen met het nodige debiet per vak vast te stellen. Men gaat uit van een dagdebiet per inwoner; men stelt de eventuele toeslag vast per stuk vee, per brouwerij, per melkerij, wasserij, e.d. Als inlichting moge gelden 70 à 100 1 per inwoner voor landelijke netten, 150 à 200 1 voor steden. Voor ziekenhuizen rekent men op ongeveer 500 1 per bed; voor scholen 100 1 per leerling; voor grootvee 60 à 70 1 en voor kleinvee 10 à 20 1 per stuk; voor brouwerijen 5 1 per liter bier, enz. Een verdere opsomming zou ons te ver voeren en voorts zijn deze cijfers toch slechts benaderend. Men moet daarbij dan in acht nemen dat het dagverbruik bij de aangeslotenen niet regelmatig over het etmaal verdeeld is. Er kunnen in de dagkromme verscheidene pieken worden waargenomen. In een grote stad bv. ontstaat een eerste pointe van verbruik rond 5 à 6 u. in de morgen als de werklieden zich klaarmaken. Tussen 10 en 12 u. als in alle huizen het middagmaal wordt bereid, is er weer een plotselinge verhoging. Evenzo rond 16-18 u. Deze schommelingen zijn niet enkel per etmaal waar te nemen, ook over de dagen der week wijzigt zich het verbruiksbeeld; de seizoenen spelen daarbij eveneens een rol. De spitsverbruiken kunnen tot 2 of 3 maal (en zelfs meer) van het gemiddelde verbruik oplopen, naar gelang de aard van het gebied en het leven der inwoners. Over het algemeen is in België een coëfficient 3 à 3,5 gebruikelijk. Dit cijfer schijnt me uit persoonlijke ondervinding iets te hoog te liggen, maar dit te hoge cijfer speelt dan enigszins de rol van veiligheidscoëfficient en
dekt de onzekerheid op het hoofdelijk verbruik. Het per vak af te leveren debiet kan naar rato van de inwoners worden bepaald of naar rato van de aangesloten percelen; in dit geval is 4 inwoners per woning een veel gebruikt cijfer. Voor de berekening van een bepaald vak moet men natuurlijk niet op het volle debiet tableren, vermits dit debiet langs het vak geleidelijk vermindert. Indien q, het gelijkmatig uitgaande debiet langs het vak is en q, het debiet op het einde van dat vak, kunnen we een fictief debiet Q bepalen op het einde van het vak dat hierin hetzelfde drukverlies zou geven als de combinatie q, q,. Men bewijst gemakkelijk dat
+
Vermits nu echter q, niet gelijkmatig verdeeld is en het onuitvoerbaar is met de werkelijke toestand rekening te houden, neemt men in de praktijk voor het debiet in zulk een vak veel q, 0,60 q,. Bij het bepalen van het debiet zou ook rekening moeten worden gehouden met het te verwachten debiet der brandkranen. Men verlieze hierbij echter niet uit het oog dat uit het gezichtpunt van drinkwatervoorxiening het brandgevaar slechts een ,,bijkomstige" rol kan spelen. Moest men de theoretische wensen der brandweer inwilligen, dan zou men in geen enkele straat diameters kleiner dan 200 mm mogen toepassen, hetgeen natuurlijk uit economische grond niet opgaat. Over het algemeen houdt men het voor voldoende, indien in het meest nadelige punt van een net, dit punt rechtstreeks en alleen gevoed verondersteld, de druk nog voldoende is; men zou inderdaad, ingeval van nood, en terwijl de eerste blussingswerken met de beschikbare druk aanvangen, alle andere takken dan deze naar de getroffen plaats kunnen afsluiten en aldus de druk aanzienlijk verbeteren. Zij nu eerst een vertakt net, aangenomen zoals op afb. 5. Men ziet dat men zoveel vergelijkingen van de vorm
+
kan schrijven als er uiteinden zijn; in ons geval 4 (G,'H, E en D). .
Afb. 5
Men kan eveneens zoveel vergelijkingen 2 Q = O schrijven als er knooppunten zijn; hier dus 3 (B, C en F). Merken we hier terloops op dat de stromingsrichting van het water voor elk vak ondubbelzinnig vastligt. Vermits er per vak drie onbekenden zijn, nl. D, Q en J en er zeven takken zijn (genummerd 1 tot 7), kan men twee onbekenden per tak aannemen; men heeft dan 7 vergelijkingen met 7 onbekenden. Zoals reeds gezegd is het bijna altijd voorkomend probleem: gegeven Q en D, te bepalen J. Inderdaad, Q vloeit voort uit de bebouwing en staat dus vast. Men zou dus als onbekende kunnen kiezen ofwel J. ofwel D. Kiest men J, dan vindt men zekere diameters die echter slechts bij toeval de bestaande commerciële diameters zullen zijn. Men moet dan overschakelen op zulke diameters en de ware J berekenen. Het is m.i. veel eenvoudiger van meet af aan uit te gaan van D en daaruit de J af te leiden. Deze methode moet natuurlijk op enige ondervinding steunen en heeft veel weg van de methode die ik bij het begin mijner spreekbeurt heb gelaakt. Het verschil echter is dat hier ondervinding door berekening gecontroleerd wordt. In een gemaasd net zijn uiteraard weer evenveel vergelijkingen te schrijven als er takken en knooppunten zijn; voor zeer eenvoudige netten is het oplossen dezer vergelijkingen weer mogelijk. Het probleem is echter doorgaans veel ingewikkelder dan bij vertakte netten. Men weet inderdaad niet bij voorbaat in welke richting het water hier circuleert. Men zou ter vergelijking kunnen zeggen dat de vertakte netten statisch bepaald en de gemaasde statisch onbepaald zijn. In veel landen, zo schreven de nationale rapporteurs bij het reeds genoemde Congres van Parijs, schijnen meestal geen berekeningen van gemaasde netten te wor-
den gemaakt. In andere gevallen brengen de ingenieurs de gemaasde netten tot vertakte terug, door de mazen op doelmatig gekozen punten (fictief) door te snijden. Deze methode ware juist, indien in die snijvlakken het debiet nul is of de piëzometrische druk links en rechts van de snede gelijk. Het spreekt vanzelf dat dit bijna nooit het geval is en dat bijgevolg de berekeningen door opeenvolgende benaderingen moeten worden voortgezet, tot men in al de fictieve snijvlakken een nul-debiet vindt. Deze werkwijze kan bij een niet te gecompliceerd net wel worden toegepast, maar ze leidt bij een enigzins uitgebreid net tot onoverkomelijke moeilijkheden. In de praktijk gaat men dan ook veelal als volgt te werk. Men tracht het te voorziene gebied op een logische wijze in sectoren te verdelen, met inachtneming van de geographische en demographische factoren. Nemen wij bv. de onderdelen van twee gemeenten baarvan het straatplan in fig. 6 is getekend. Zij de gemeente A een gemeente met lintbebouwing, d.w.z. een druk bevolkte hoofdstraat met enkele onbelangrijke nevenstraten. Ik zou dan deze hoofdstraat (tak 1-2) als primaire leiding beschouwen en de aanliggende straten ongeveer verdelen als op figuur aangegeven. Het maakt inderdaad op de diameters dezer secundaire leidingen niet veel verschil uit waar men het snijvlak legt.
Afb. 6
De gemeente B daarentegen bezit een ringweg rondom een druk bevolkte kern. Ik zou een kring (of maas) berekenen met die ringweg als omtrek en bv. eerst het punt 1 als punt van nul-debiet in die maas nemen. Indien 1 goed gekozen is, zal het debiet er inderdaad nagenoeg nul zijn (of wel de druk links en rechts gelijk), of men er langs 0-2-1 of langs 0-3-1 aankomt. Met enige
praktijk slaagt men er vlug in, een dusdanig punt uit te kiezen. Wijst de berekening een te groot verschil in 1 aan, dan moet een ander punt worden gekozen. De overige takken worden dan berekend zoals in het geval der gemeente A, waarbij het dan weer niet van al te veel belang is hoe de mazen nu juist worden gekozen. Deze methode is natuurlijk niet erg wetenschappelijk. Maar men mag niet uit het oog verliezen dat: a. de grootste onzekerheid heerst, niet alleen over het debiet per perceel (zoals reeds gezegd) maar ook over de verdeling der debieten. Inderdaad berekent men het net alsof alle aangeslotenen gelijktijdig het hun toegewezen debiet zouden afnemen en dit is natuurlijk in genen dele het geval. Een oneindig aantal debietverdelingen zijn mogelijk en niets bewijst dat een algemeen verbruik op hetzelfde ogenblik het nadeligst is voor de gekozen diameters; b. voor de kleinere mazen neemt men tenminste steeds een diameter 80 mm hetgeen over het algemeen veel te groot is, zodat hieruit ook een ernstige verstoring van de drukverliezen (en bijgevolg de debieten) voortvloeit. Een andere methode die in de laatste jaren veel opgang heeft gemaakt, is die van Hardy-Cross. Ze steunt op hetzelfde principe als de gelijknamige formule bij statisch onbepaalde constructies. Ze is in wezen een vereenvoudigde methode van opeenvolgende benaderingen. Ze veronderstelt ook de diameters als bekend en verwaarloost overigens de lokale verliezen, hetgeen volledig te rechtvaardigen is. Men neemt een willekeurige verdeling der debieten in de verschillende takken; men berekent het drukverlies voor verschillende trajecten en men verbetert dan de gekozen debieten tot het drukverlies tussen de gekozen punten gelijk zij, welk traject men volge. In de verdere uiteenzetting die nu volgt heb ik mij op de zeer duidelijke uiteenzetting gebaseerd, door ir De Saedeleer van de ,,Compagnie Intercommunale Bruxelloise des Eaux" onlangs in een voordracht te Brussel gegeven. Indien we de algemene formule van het drukverlies hernemen 1,
U2
D
2g
J = -X--
en daarin de waarde van Q we
=
0 . U brengen, zo vinden
Indien we 12 als bekend veronderstellen, d.i. als we een drukverliesformule kiezen, hangt R alleen af van D. Nemen we nu een maas zoals op afb. 7 afgebeeld, dan kunnen we schrijven
+a= +
langs A N E Z, Z, RN Q'N LN Y Y Indien we de juiste' QMen QN gekozen hebben zal 2 h Q'MLM- ~ R N Q ' =O N ~ Over het algemeen echter zullen we genomen hebben A Q ~ ~ Q N - A Q We kunnen dan schrijven A H = 2 Rwl (QM A Q) h - 2 R ~( Q N - A Q ) ' ~ Indien nu A Q klein is ten aanzien van QM en QN, is ( A Q) z verwaarloosbaar en we hebben AH =2&Q2~h-2%Q2~11N + ~ A Q ~ R M Q 2MA~Q+x b Q ~ h We wensen nu weer A H = 0 , indien onze A Q juist gekozen is, en dus ERMQ'M~~RN % - h 2[2RMQMbI+ Z & & N h ]
&+
+
of nog Dit is de fundamentele formule voor de methode van Hardy-Cross, waarbij we in de teller op het teken van Q moeten letten in het licht van de gekozen positieve zin der debieten (zie afb. 7).
t Afb. 7
Ik zou hieraan nog enkele beschouwingen willen vastknopen. 1. De methode van Cross is geen nieuwe methode voor het oplossen der gemaasde netten; ze is echter wel een vluggere contrôle-methode voor gegeven netten. 2. Hoeveel sneller deze methode ook moge zijn, bij een ietwat gecompliceerd net zijn de berekeningen nog zeer tijdrovend. 3. Ik vond in de literatuur nog geen andere berekeningen dan contrôleberekeningen, waarbij men de diameters op voorhand aanneemt; in het tegenovergestelde geval zou inderdaad A niet meer à priori te bepalen zijn en moet de berekening vervallen. Uit hetgeen voorafgaat wil ik, ten einde misvatting te voorkomen, nog een laatste conclusie trekken. Het is niet te verantwoorden gemaasde netten in het geheel niet te berekenen; het is ook niet verantwoord, gelet op de zeer wisselende mogelijkheden, deze netten tot in de laatste puntjes met alle strengheid te willen becijferen. Zoals in zovele zaken, moet hier ook de gulden middenweg gevonden worden tussen een tijdrovende overdrijving en een gemakzuchtig ,,lakser-faire".
Berekening van dienst- en binnenleidingen door A. L. Lafeber. Bij de berekening van dienst- en binnenleidingen voor water zal het allereerst nodig zijn vast te stellen hoe groot de hoeveelheden water zijn, die de leidingen per tijdseenheid moeten kunnen doorlaten en vervolgens hoeveel het drukverval bij de afvoer van deze hoeveelheden maximaal mag bedragen. Om tot een juiste dimensionering van de leidingen te komen is het nodig het maximum momentverbruik te kennen, d.w.z. de grootste hoeveelheid water, die het betrokken leidinggedeelte per tijdseenheid zal moeten kunnen doorlaten. Deze hoeveelheid is afhankelijk van het aantal tappunten, dat op de leiding is aangesloten en de mate, waarin deze tappunten worden gebruikt. Het is in het algemeen niet eenvoudig om deze hoeveelheid van te voren nauwkeurig vast te stellen. De verbruiken van verschillende tappunten zijn meestal wel bekend, maar het behoeft in deze kring nauwelijks nog te worden betoogd, dat het maximum momentverbruik vrijwel nimmer gelijk kan worden gesteld aan de som van de verbruiken van de aangesloten toestellen. Het maximum momentverbruik is een percentage van deze som en voor woningen daalt dit percentage naarmate het aantal aangesloten toestellen groter wordt. Het te verwachten verbruik in woningen
Een korte bespreking over de grootte van het hoofdelijk gebruik per dag zal bij een beschouwing over het verbruik in woningen niet mogen ontbreken. Dit verbruik vertoont grote verschillen en is afhankelijk van verschillende factoren, t.w.: 1. de grootte van de woning en de sanitaire uitrusting (welstandsfactor) ; 2. de samenstelling van het gezin (aantal personen en de leeftijd) ; 3. de waterbeschaving, waaronder dient te worden verstaan in hoeverre de bewoners gewend zijn om op verantwoorde wijze redelijke hoeveelheden water te gebruiken;
c
4. het tariefstelsel en de prijs van het water en 5. de druk in het hoofdleidingnet. Volgens het Rapport 1940: De Watervoorziening van Amsterdam bedroeg toentertijd in Amsterdam het verbruik per hoofd per dag 95 1, terwijl het huishoudelijk verbruik per woning naar de welstand uiteenliep van 20 m3/ kwartaal tot 62 m3/kwartaal. Wanneer deze waarden zouden worden herleid tot een hoofdelijk verbruik per dag aannemende dat de gemiddelde gezinssterkte gelijk was - dan zou blijken, dat in deze stad dit verbruik variëert van 60 1 tot bijna 190 1. I n werkelijkheid zullen deze waarden nog grotere verschillen vertonen, omdat de gezinssterkte in de gezinnen met kleine inkomens gewoonlijk groter is dan in die met grotere. Het gemiddelde verbruik per hoofd per dag beweegt zich thans - na een inzinking gedurende de oorlogsjaren - weer ongeveer om dezelfde waarde en is zeker niet hoog in vergelijking met dat in andere Europese steden. In de Verenigde Staten van Noord-Amerika liggen de verbruiken door het hogere welvaartspeil aanzienlijk hoger. Het Amerikaanse handboek ,,Water Supply Engineering" geeft een hoof delijk verbruik per dag van 40 1 voor huizen, die niet voorzien zijn van modern gerief, terwijl als een minimum voor een stad met waterleiding 110 1 wordt genoemd. De Engelse verbruikscijfers liggen ongeveer rondom laatstgenoemd getal. Bij een streng doorgevoerde meterlevering kan het verbruik kunstmatig laag worden gehouden, maar: ,,Omdat het denkbaar is, dat de verkoop van water per meter voor huishoudelijke doeleinden sommige verbruikers er van zal weerhouden om doelmatige hoeveelheden water te gebruiken voor hygiëne en gezondheidszorg heeft het Engelse Parlement besloten, dat voor het huishoudelijk waterverbruik zal moeten worden betaald naar vaste tarieven, die op belastbare waarden moeten worden gebaseerd, omdat deze kunnen worden beschouwd als een maatstaf voor het vermogen om te betalen. Een goed georganiseerde lekzoekdienst kan om verspilling te voorkomen evenveel resultaat bereiken als een ver doorgevoerd metersysteem." Het voorgaande is een aanhaling uit het ,,Manual of British Water Supply Practice" en het gemiddeld hoofdelijk verbruik in de hoofdstad heeft dit in de praktijk wel bevestigd. Voor het hoofdelijk verbruik per dag in woningen van het type, dat thans in grote hoeveelheden wordt gebouwd -- dat zijn woningen, die voorzien zijn van een tappunt 5 in de keuken, een closet met waterspoeling, een gecombineerde bad-wasruimte en in een enkel geval nog een
li*
wastafel - zal moeten worden gerekend op 90 à 100 1. Een sanitaire voorziening met baden zal het verbruik stimuleren en op 150 à 290 1 per hoofd per dag brengen, terwijl bij een bescheidener installatie op 50 a 75 1 per hoofd per dag zal moeten worden gerekend. Lagere waarden wijzen er naar onze mening op, dat er iets ontbreekt aan de waterbeschaving. Een goede drinkwatervoorziening is niet alleen voor de mens van belang, maar ook voor het vee. Het spreekt ook voor de stadsbewoners haast vanzelf, dat de hygiënische omstandigheden in het veehoudersbedrijf zo gunstig mogelijk behoren te zijn, maar bovendien is gebleken, dat een goede en voldqende voorziening met leidingwater voor het vee de praductie ten goede komt. Dhr. A. de Vries, destijds technisch hoofdambtenaar bij de I.W.G.L. heeft in 1949 op bijeenkomsten, die voor technici bij de waterleidingbedrijven worden georganiseerd, over dit onderwerp uitvoerig gesproken en daarom moge hier worden volstaan met een verwijzing naar de artikelen: ,,De Drinkwatervoorziening voor het Veehoudersbedrijf", die in de nos. 24 en 25 van de jaargang 1949 van het tijdschrift ,,Water' 'zijn opgenomen. Het verbruik in gebouwen met bijzondere bestemming
Er zijn bij de waterbedrijven gedurende een lange reeks van jaren wel cijfers bekend geworden inzake het waterverbruik in hun voorzieningsgebied in gebouwen met bijzondere bestemming. Uit deze cijfers zouden gemiddelde verbruiken zijn af te leiden, door het totaal verbruik bijv. bij hotels te delen door het aantal overnachtingen, bij ziekenhuizen door het aantal verpleegdagen, bij scholen door het aantal leerlingen, bij kantoren door het aantal employé's, bij wasserijen door het aantal kilogrammen wasgoed en bij fabrieken, waarin massa-artikelen worden vervaardigd, door het aantal eenheden, enz. De op deze wijze verkregen getallen zullen echter maar een betrekkelijke waarde bezitten, omdat niet alleen één of meer van de bij woningen genoemde factoren een rol spelen, maar het verbruik daarenboven nog kan worden beïnvloed door verschillen in de productie-methoden: de arbeidsgang en het al dan niet aanwezig zijn van een eigen watervoorziening. Een en ander wordt dikwijls nog bemoeilijkt door het feit, dat het verkrijgen van inlichtingen bij verschillende bedrijven op bezwaren stuit. Uit dien hoofde heb ik gemeend, dat het opsporen en verstrekken van dergelijke cijfers momenteel beter achterwege kan blijven.
De verdeling van het verbruik over het etmaal In de aanvang is reeds gememoreerd, dat voor het dimensioneren van leidingen het maximum momentverbruik maatgevend is en derhalve zal de verdeling van het verbruik over het etmaal ter sprake moeten komen. Het waterverbruik variëert met de jaargetijden, maanden, dagen en uren en de afwijkingen van het algemeen gemiddelde worden groter naarmate de periode, die in beschouwing wordt genomen, korter is. Het dagverbruik in woningblokken kan op warme zomerdagen 150-160% bedragen van het gemiddelde verbruik; het maximum uurverbruik is te stellen op 10 à 15% van het dagverbruik, terwijl de momentverbruiken, gerekend in hoeveelheden per uur, belangrijk hoger kunnen zijn dan het uurverbruik. Ter toelichting mogen de resultaten dienen van een onderzoek dat in 1950 werd ingesteld in een tweetal percelen (étagebouw), waarin 2 x 4 woningen aanwezig waren. Het aantal bewoners per perceel bedroeg gemiddeld 24, terwijl het gemiddeld etmaalverbruik tijdens de periode van onderzoek 2,l m3 was. Dit komt dus overeen met een hoofdelijk verbruik van 90 1 per dag. Uit de diagrammen van de registrerende watermeter bleek, dat de maximum tapsnelheid 1,3 m3/h bedroeg, d.w.z. ongeveer vijfmaal het maximum uurverbruik! (10 à 15% van 2,l m3). Bij het ontwerpen van installaties in woningen is meestal echter niet nauwkeurig het aantal en de leefwijze van de toekomstige bewoners bekend. Het is daarom niet verwonderlijk, dat voor het ontwerpen gezocht is naar een methode, waarbij voor het te verwachten maximum momentverbruik wordt uitgegaan van de op de te berekenen leiding aangesloten tappunten. Wanneer voor elk tappunt de capaciteit wordt vastgesteld en daarbij rekening wordt gehouden met een gelijktijdigheidsfactor, die de praktijk zo goed mogelijk benadert, dan mogen bruikbare waarden worden verwacht. Dit vraagstuk is ook in studie geweest bij de Commissie Aanleg Binnenleidingen en deze commissie is voorlopig tot de conclusie gekomen, dat voor het vaststellen van het maximum uurverbruik de werkwijze bruikbaar is, die wordt aangegeven in de ,,Richtlinien fur die Berechnung der Kaltwasserleitungen in Hausanlagen" van de Deutscher Verein von Gas- und Wasserfachrnannern. Deze werkwijze gaat er van uit, dat de aangesloten tappunten worden omgerekend in tappunten die ten aanzien van het drukverval in de aanvoerleiding
een evengrote capaciteit, bijv. q l/h bezitten. Bedraagt het aantal tappunten - n a omrekening - n, dan zal voor de berekening van 'de aanvoerleiding op een maximum momentverbruik groot q V6 1/h moeten worden gerekend. Voor de capaciteiten va,n de meest voorkomende tappunten zijn de volgende waarden aan te houden: keukenkraan 600 l/h, wastafelkraan 300 l/h, stortbak 300 l/h, handwasbakje 150 l/h, douche 300 1/h. De beschikbare tijd is tekort om de berekening van warmwaterleidingen te behandelen, doch wel kan worden opgemerkt, dat de capaciteiten van afzonderlijke warmwatertappunten in het algemeen kleiner zijn en afhankelijk van het type warmwaterbereider, waar zij op aangesloten zijn. Het volgende resultaat wordt bij toepassing op de in 1950 onderzochte woningen verkregen. De sanitaire voorziening in deze woningen bestaat uit een tapkraan in de keuken en in de wasruimte, een aansluiting op een gasgeyser, een stortbak en een douche. De kraan in de wasruimte zou bij de berekening van de algehele opzet kunnen worden verwaarloosd, omdat deze en de keukenkraan vrijwel nooit tegelijk door de huisvrouw zullen worden gebruikt. De volgende berekening kan nu worden gemaakt, indien wordt uitgegaan van één eenheid van 300 l/h. keukenkraan aansl. gasgeyseistortbak douche
600 120 300 300
lih komt overeen met 4 éénheden l/h ,, ,, 0,16 ,, I/h ,, ,, 1 T llh ,, ,, 1 ,
-
per woning 6,16 eenheden per perceel 25 eenheden. Maximum momentverbruik 300 \/ 25 = 1500 l/h en wanneer de tapkraan in de wasruimte wel in rekening wordt gebracht, wordt dit verbruik 300 V 41 = 1920 1/h. De gemeten grootste tapsnelheid was 1300 l/h! De genoemde tapcapaciteiten lijken wellicht aan de lage kant; hierbij dient echter wel te worden opgemerkt, dat bij het meerendeel van de tappingen de kraan niet volledig wordt geopend. Reeds geruime tijd wordt bij het ontwerpen van installaties voor de nieuw te bouwen étagewoningen in
Amsterdam deze methode voor het vaststellen van de hoeveelheden gevolgd; de reeds voltooide en in gebruik genomen installaties hebben tot dusverre geen aanleiding gegeven tot Maehten. Ook in percelen - niet voor bewoning bestemd - zal het verbruik in het algemeen niet gelijkmatig over het etmaal zijn verdeeld. In afb. 1 t/m 3 zijn een aantal diagrammen getekend, waaruit dit blijkt.
Op willekeurige dagen zijn bij de vermelde bedrijven van 's morgens 6 uur af tot 's avomis 20 uur toe de meterstanden om de vijf minuten afgelezen en de aldus verkregen verbruiken zijn als procenten van het gerniddelde vijfminuten-verbruik uitgezet. De maxima variëren tussen 175 en 350% van het gemiddelde met uitzondering van die voor het gymnasium en het kantoorgebouw, waar zij tot ruim 600% komen. Bovendien zijn op de dagen van aflezen op willekeu-
ie-
fl
rige tijdstippen de meterstanden gedurende korte tijd om de minuut afgelezen, waarbij verbruiken voorkwamen, die ruim 300
aanjaaginstallatie, zodat de verdeling van het verbruik voor de binnenleidingen niet geheel met de werkelijkheid strookt. In de installatie van het warenhuis bevindt zich eveneens een aanjager, die echter een deel van de installatie onder verhoogde druk brengt. Een defecte keerklep veroorzaakte hier het ,,negatieveHverbruik; nadat de pomp de uitschakeldruk had bereikt, werd een deel van het onder verhoogde druk gebrachte water weer naar de hoofdleiding teruggeperst. De beschikbare druk De waterbedrijven zullen er naar streven om in hun voorzieningsgebied een zodanige druk te onderhouden, dat enerzijds de op het hoofdleidingnet aangesloten verbruikers voldoende hoeveelheden in redelijke tijd kunnen betrekken en dat anderzijds de druk niet zo hoog is, dat waterverspilling in de hand wordt gewerkt. Een hoge druk stelt bovendien zware eisen aan het maken en onderhouden van aangesloten installaties. Het zal niet steeds mogelijk zijn om de druk in het gehele hoofdleidingnet hiermede in overeenstemming te doen zijn. In uren van maximum verbruik zal de druk in uitlopers van het hoofdleidingnet belangrijk lager kunnen zijn dan in de onmiddellijke nabijheid van de pompstations of watertorens en bedenkelijk dichtbij - in een enkel geval zelfs beneden - het vereiste minimum komen. Bij streekwaterbedrijven, die het water over zeer grote afstanden moeten transporteren, zal de druk in de nabijheid van de pompstations aanzienlijk hoger kunnen zijn dan voor de normale behoefte nodig en gewenst is. Indien de terreingesteldheid hiertoe aanleiding geeft kan het hoofdleidingnet worden gesplitst in delen, waarin verschillende drukken worden onderhouden, die elk worden aangepast aan het betrokken gebied. De druk zal in het algemeen worden afgestemd op de normale hoogte van bebouwing; in hoge gebouwen zal de verbruiker zelf moeten zorgdragen voor het verhogen van de druk. I n de ,,Algemene Voorschriften voor Drinkwaterinstallaties" wordt in het eerste lid van art. 27 bepaald, dat de directie van het waterbedrijf de opstelling van een aanjaaginrichting kan voorschrijven, wanneer de druk in de hoofdleiding - gemeten in mwk - niet bij voortduring 5 m groter is dan de statische opvoerhoogte naar het hoogstgelegen tappunt. Bij grote gebouwen en bij toepassing van een watermeter wordt voor dit verschil 10 m aangehouden. Het is ook mogelijk, dat de druk in het hoofdleidingnet aan schommelingen onderhevig is, waardoor in een
'%'/s
Y k
i
lts
i)i
134
2
224
2% 2%
3
3% 3k 3%
l DOORLAAT IP: A C N T A L S L A G E N VAN D E
SPINDEL
Afb. 4
deel van de installatie gedurende uren van maximum verbruik geen voldoende druk voorhanden is. Het in die uren nodige water kan in een zodanig geval worden betrokken uit een hooggelegen reservoir, dat in uren van laag verbruik (en hogere druk) wordt gevuld. De druk vóór het tappunt De invloed van de druk op de levering van het tappunt wordt gedemonstreerd met behulp van afb. 4, waarin
deze levering is af te lezen in liters per uur en diverse lichthoogten van de klep bij voordrukken van respectie,velijk 10-20-30-40-50 en 60 rnwk van een 1/2" Nenormtapkraan. Na het openen van de kraan met een halve slag blijkt de levering bij een vóórdruk van 20 rnwk al ongeveer 165% te zijn van die bij 10 mwk; bij 60 rnwk voordruk 330 % . Naar verwachting zullen andere tappunten een soortgelijk beeld vertonen. Een minimum druk van 5 rnwk zal bij de berekening voor het hoogstgelegen tappunt - tijdens het tappen moeten worden aangehouden om het risico te vermijden, dat bij dit tappen een onderdruk ontstaat. Dit laatste betekent niet alleen ergernis voor de gebruiker, maar ook gevaar van infectie in de leidingen door terugheveling. Het bepalen van het toelaatbaar drukverval
Van deze minimum vóórdruk wordt uitgegaan om het gemiddelde drukverval in de dienst- en binnenleidingen te bepalen. De druk in de hoofdleiding wordt hiermede verminderd en tevens met de statische opvoerhoogte naar het hoogstgelegen tappunt en het drukverlies in dienstkraan, watermeter (indien aanwezig) en hoofdkraan. Hetgeen overblijft is het in de leidingen toelaatbare drukverlies en na deling door de lengte van de leiding van dienstkraan tot hoogst gelegen tappunt geeft het quotiënt het giemiddelde drukverval. Op de rechte leidinglengten moet een toeslag worden gelegd, omdat bochten en aftakkingen extra drukverliezen veroorzaken, die voor woningen globaal op 40% zijn te stellen van de verliezen in de rechte pijplengten. Als voorbeeld wordt een drukvervalberekening gegeven bij de navolgende gegevens. In een perceel met vier étagewoningen met een sanitaire uitrusting als in de eerder genoemde woningen (aantal tapéénheden 6,16) ligt het hoogst gelegen tappunt op 11,5 m straatpeil, de afstand van dit tappunt tot de hoofdleiding bedraagt 22 m, terwijl de installaties in deze woningen zijn aangesloten ,op een gemeenschappelijke dienstleiding en afgetakt van een gemeenschappelijke stijgleiding binnenshuis. Het gemiddeld toelaatbaar drukverval in de leidingen wordt dan als volgt berekend: Drukverlies in dienstkraan 0,40 mwk (Het maximum momentverbruik is berekend op 15m Uh. Een %" dienstkraan moet volgens de voorlopige keuringseisen een vermogen hebben van 7500 1Jhbij een drukverlies van 10 mwk).
+
Drukverlies in hoofdkraan 0,45mwk (Het doorlaatvermogen van een %" stopkraan moet volgens N 1255 m31h bedragen bij een drukverlies van 5 rnwk). Statische opvoerhoogte 11,50 mwk Drukverlies in (3 m3) watermeter 0,65 mwk Drukverlies in 1/2" stopkraan 0,70 mwk (Aangenomen is, dat in de aftakking van de gemeenschappelijke stijgleiding naar de woningen een watermeter met stopkraan is geplaatst. Het max. momentverbruik van een woning is te stellen op 300 V 6,16 = 750 llh) . Vóórdruk voor hoogst gelegen tappunt 5 mwk 18,7 rnwk Wanneer de druk in het hoofdleidingnet, omgerekend op straatpeil 24,30 rnwk is, zal het drukverlies in de leidingen dus 24,3 - 18,7 = 5,6 rnwk mogen zijn, hetgeen 40% 22 overeenkomt met een drukverval van 5,6 0,18 mwk. Het bepalen van de leidingdiameters Er zijn talrijke formules waarmede - nu hoeveelheid en drukverval bekend zijn -de leidingdiameters kunnen worden berekend; de formule van Colebrook is echter de enige, die kan worden gebruikt voor het gehele gebied van de turbulente stroming. Bij de Gemeentewaterleidingen van Amsterdam is voor intern gebruik een boekje samengesteld, waarin grafieken zijn opgenomen, waaruit het verband kan worden afgelezen tussen drukverval, afvoer en leidingdiameters bij gegeven wandruwheid. Op verzoek van de C.A.B. is enige tijd terug aan de hand hiervan een grafiek vervaardigd om te gebruiken bij het ontwerpen van installaties, die zullen worden uitgevoerd in dunwandig koperen pijp (afb. 5). Met een dergelijke grafiek kan de diameter van de dienstleiding onmiddellijk worden vastgesteld; deze zal bij uitvoering in koperen pijp 19,8 x 22 mm zijn. De overige leidingdiameters kunnen op overeenkomstige wijze worden bepaald, nadat voor elk gedeelte het te verwachten maximum momentverbruik is vastgesteld. Dit zal voor het gedeelte stijgleiding van begane grond naar eerste verdieping 300 V 3 x 6,16 = 1290 l/h zijn; van eerste naar tweede verdieping 300 V 2 x 6,16 = 1050 1/h en van de tweede naar de derde verdieping 760 llh. De leidingdiameters moeten bij een drukverval van 0,18 m alle
+
==z
Afb. 5 Drukverlies per meter pijplengte i n meters waterkolom
19,8 x 22 mm zijn. De bij genoemde hoeveelheden in deze leidingen optredende drukvervallen zijn in werkelijkheid echter kleiner dan 0,18 m; het ,,overschot" aan druk kan bij een nacalculatie misschien worden weggewerkt door het laatste gedeelte stijgleiding uit te voeren in 13 x 15 mm pijp. De berekening van leidingen in gebouwen met een bij-
.
zondere bestemming gaat op analoge wijze, behoudens dat hier de beoordeling welke tappunten tegelijkertijd in gebruik zullen zijn op andere wijze moet geschieden. In fabrieken zal dit veelal slechts kunnen geschieden n a voorafgaande besprekingen met de toekomstige gebruikers. Het hoofdelijk verbruik in gebouwen, waar het water eigenlijk slechts alleen voor ,,huishoudelijke" doeleinden wordt gebruikt - zoals in scholen en kantoorgebouwen - blijkt soms verrassend laag te zijn. Niettemin moet in dergelijke gebouwen rekening worden gehouden met een hoge gelijktijdigheidsfactor, omdat het gebruik van de toiletten, e.d. dikwijls slechts wordt toegelaten in les- of arbeidspauzes. Het vraagstuk van de berekening van deze leidingen wordt soms vereenvoudigd, doordat brandveiligheidseisen de aanleg van brandleidingen nodig maken, die gecombineerd met drinkwaterleidingen kunnen worden uitgevoerd. Het vermogen van de brandleidingen is vrijwel steeds ruim voldoende om het normale verbruik te kunnen verwerken. Hoge gelijktijdigheidsfactoren komen voor in washuizen, badhuizen, waslokalen in fabrieken en sportgebouwen, hotels bij de aankomst van groepen toeristen (touringcars). Bijzondere installaties Industrieën kunnen voor hun bedrijf grote hoeveelheden water willen betrekken, doch indien zij deze hoeveelheden niet regelmatig verdeeld over het etmaal afnemen zullen de drukverhoudingen in het hoofdleidingnet van het waterbedrijf op ontoelaatbare wijze kunnen worden verstoord. Dientengevolge kan het voorkomen, dat laatstgenoemd bedrijf alleen dan bereid is water te leveren, wanneer de aangesloten fabriek overgaat tot het bouwen van voorraadreservoirs, waarin het water wordt geleverd regelmatig verdeeld over het etmaal of wellicht alleen in perioden van de dag, die het waterbedrijf conveniëren. De grootte van dergelijke reservoirs wordt op overeenkomstige wijze berekend als van reinwaterkelders. Voorts kunnen in drinkwaterinstallaties reservoirs worden voorgeschreven of gewenst zijn in de navolgende gevallen : 1. de druk in het hoofdleidingnet is voortdurend of gedurende een gedeelte van het etmaal onvoldoende om het gehele aangesloten perceel rechtstreeks van water te voorzien; 2. in het perceel bevinden zich tappunten, die drukstoten kunnen veroorzaken; 3. er bestaat bij het waterbedrijf bezwaar tegen rechtstreekse aansluiting van warmwatervoorraadvaten;
4. de drinkwateraansluiting dient als reserve bij het uitvallen van een eigen watervoorziening; 5. de aangeslotene wenst over een reserve te beschikken; indien de normale voorziening is gestoord. Ad. 1 Wanneer de druk in het hoofdleidingnet voortdurend te laag is, kunnen de tappunten, die niet rechtstreeks het water van de dienstleiding uit kunnen betrekken, woraen gevoed via een hooggelegen reservoir. Dit reservoir wordt door een pomp gevuld. De nuttige inhoud van dit reservoir en de opbrengst van de pomp moeten volgens art. 27 van de A.V.W.I. beide gelijk zijn aan het te verwachten grootste uurverbruik. Op de bepaling ten aanzien van de opbrengst van de pomp wordt bij de drukketelinstallaties teruggekomen. Indien de druk in het hoofdleidingnet gedurende een zeker aantal uren onvoldoende is om een deel van de installatie van water te voorzien, kan in de andere uren een voorraad worden gevormd in een hooggelegen reservoir. De afmetingen hiervan moeten zodanig zijn, dat voldoende water aanwezig is om de periode van lage druk te overbruggen. Ad. 2 De ontwerper heeft bij de bepaling van de afmetingen een zekere vrijheid, maar zal bij het vaststellen van de grootte van het reservoir rekening houden met niveauschommelingen. Combinaties van 1 en 2 zijn denkbaar, bijv. de reservoirs, die in de lage druk installaties voor veehoudersbedrijven worden toegepast. Ad. 3 ~e aansluiting van warmwatervaten wordt door sommige bedrij ven slechts toegestaan: a. via een hooggelegen resérvoir, dus onderbroken; b. rechtstreeks - maar omdat niet wordt vertrouwd op het afdoend functionneren van een keerklep - onder voorbehoud, dat in de aanvoerleiding naar de installatie een (koudwater) reservoir wordt aangebracht. De afmetingen van het hooggelegen reservoir zullen zodanig moeten zijn, dat de uitzetting van de te verwarmen hoeveelheid water kan worden opgevangen; de inhoud van het koudwaterreservoir in geval b wordt gelijk gesteld aan die van de warmwaterleidingen en het vat. Ad. 4 Het reservoir doet hier - evenals onder 2 en 3a - dienst als onderbreker. Ad. 5 De tijd, nodig voor het verhelpen van een storing of het maken van een noodaansluiting, bepaalt in dit geval de grootte van het reservoir. Een voorraad voldoende voor een etmaal is als een redelijke hoeveelheid aanvaardbaar.
Tegenwoordig wordt vrijwel steeds - wegens hygië-
geven aan een drukketel boven het onder 1 genoemde 'hoogreservoir. De grootte van de drukketel wordt bepaald, door het eerste lid van de vierde afdeling van art. 27 van de A.V.W.I.: ,,De nuttige inhoud van de drukketel moet tenminste gelijk zijn aan 1/5 van het grootste gebruik per uur. Het verschil tussen in- en uitschakeldruk mag niet groter zijn dan 2 atmosfeer". Het voorgaande is in een eenvoudige vergelijking weer
de sanitaire uitrusting van 6,16 eenheden per woning, .' -'.terwijl de in- en uitschakeldruk van de pomp resp. d
-
4,5
komstige bewoners. Aannemende, dat het laatste per woning 4 is met een hoofdelijk verbruik van 90 l/dag,, dan zal het dagverbruik 48 x 4 x 90 = 17,28 m3 en het grootste uurverbruik (10 a 15%) naar verwachting 2 m3 zijn. De bruto-inhoud van de ketel zal nu worden:
Bij de berekening van brandleidingen moet vanzelfsprekend worden uitgegaan van de eisen van de brandweerautoriteiten; deze eisen kunnen plaatselijk verschillen. Er zal moeten worden opgegeven hoe groot de druk op het mondstuk van de straalpijp moet zijn en de diameter van de uitstroomopening. Met behulp van de in afb. 6 gegeven grafiek kan de waterlevering van de brandkraan onmiddellijk worden afgelezen, waarna de berekening van de leidingdiameters op normale wijze kan volgen. Uitgegaan wordt van de hoogstgelegen brandkraan; bij de keuze van de watermeter, die eventueel in de dienstleiding zal worden geplaatst moet er echter rekening mee worden gehouden, dat de vóórdruk op het mondstuk en dus de waterlevering groter wordt naarmate de opvoerhoogte naar de brandkraan daalt. Sprinklerinstallaties kunnen open (niet-automatisch) en gesloten (automatisch) worden uitgevoerd. In de berekening is eerstgenoemde groep het eenvoudigst. De door een afsluiter bediende groep sprinklers zullen alle tegelijk in bedrijf zijn. De verlangde hoeveelheid water wordt bepaald door een eis inzake het aantal liters water per minuut per m2 van het te besproeien oppervlak. In Amsterdam wordt bijv. voor toneelruimten aangehouden 10 l/m2/min., voor andere objecten 5 l/ m21min. Voorts wordt de maximum afstand tussen de sprinklers vastgelegd (minimum één per 9 m2oppervlak). Uit deze waarden kan het vermogen per sprinkler worden afgeleid en dus de hoeveelheid in de diverse gedeelten van de aanvoerleidingen. Een vóórdruk per sprinkler van 10 mwk is misschien niet direct noodzakelijk, maar meestal wel gewenst om een goede verstuiving van het water te bereiken. Automatische sprinklerinstallaties zijn veel lastiger om te berekenen, omdat vooraf moeilijk is vast te stellen hoeveel sprinklers tegelijk in bèdrijf zullen komen. De leidingdiameter liggen echter meestal vast door de voorschriften van de verzekeringsmaatschappij. In onze praktijk hebben wij beproevingen van automatische sprinklers namens de assuradeuren meegemaakt, waar-
Afb. '6 Voordruk op uitstroomopening in meters waterkolom
bij werd gtcontroleerd of de druk bij ongunstigst gelegen sprinkler niet beneden de 5 pdsI0 inch (- 3,5 mwk) daalde, wanneer bij het aansluitpunt van de installatie een 2" uitlaat volledig werd opengezet.
Het voorkomen van geruis in waterleidingen
Geluidshinder. De beoordeling in hoeverre geluid hinder veroorzaakt is niet eenvoudig. Dit is niet alleen afhankelijk van de instelling van degene, die het oordeel moet geven, maar bovendien kunnen geluiden in de ene omgeving wel en in de andere niet hinderlijk zijn. De stadsbewoner gehuisvest in een meergezinsperceel aan een drukke verkeersweg - zal geluidshinder anders waarderen dan de bewoner van een vrijstaand huisje in een rustige buitengemeente. Geluid, dat wordt voortgebracht door stromend leidingwater, zal in een ziekenhuis spoediger als hinderlijk worden aangemerkt dan in een gewoon woonhuis. Geluiden, die door anderen worden veroorzaakt, worden ook eerder bezwaarlijk gevonden dan wanneer zij door eigen handelingen ontstaan. Steeds zal echter bijv. een verschijnsel als ,,waterslag7'wel als een euvel worden beschouwd, waarvan het ontstaan voorkomen dan wel verholpen moet worden. Genoemd onderwerp is momenteel in studie bij T.N.O.; in de praktijk wordt er thans nog vrijwel geen aandacht aan besteed. Oorxaken wn het ontstaan van geluid in waterleidingen. Afgezien van het feit of hinder wordt ondervonden staat het vast, dat in waterleidingen geluiden kunnen worden gevormd en wel doordat een deel van de energie van het stromende water wordt omgezet in hoorbare geluidstrillingen. Dit kan plaatsvinden in leidingen en aangesloten toestellen en wel hoofdzakelijk daar, waar door wijzigingen in het doorstromingsprofiel, oneffenheden in de pijpwand en plotselinge richtingsveranderingen in het stromende water wervelingen ontstaan. Snelsluitende kranen, losse kleppen in toestellen en het zich op bepaalde plaatsen in de installatie verzamelen van vrijgekomen gassen kunnen alle aanleiding geven tot waterslag. Voorts dient er rekening mee te worden gehouden, dat geluid, dat in waterleidingen wordt gevormd. via de bevestiging op de achterliggende wand kan worden overgebracht. Mogelijkheden ter morkoming of vermindering van geluidshinder. Het merendeel van de installaties wordt tegenwoordig in koperen pijpen uitgevoerd; deze pijpen zijn inwendig glad, maar de verbindingen kunnen, indien de pijpeinden niet behoorlijk zijn afgebraamd of indien soldeer is doorgevloeid aanleiding geven tot wervelingen. Dit geldt
Maatregelen tègen vermindering van de kwaliteit tijdens transport en distributie door Dr L. H. Louwe Kooijmam. Wanneer U het programma voor de vacantiecursus beziet, zal het U ongetwijfeld niet verwonderen, wanneer ik begin met de opmerking, dat ik mij hier voel als de bekende vreemde eend in de bijt, n.l. als enige chemischbacteriologisch georiënteerde spreker in een gezelschap van uitgesproken technici in het waterleidingvak. De vraagstukken van rationele distributie en transport zijn inderdaad een nog niet volledig ontgonnen terrein voor mathematisch georiënteerde technici, die bovendien het gereken weten te kristalliseren in vernuftig geconstrueerde grafieken, waaruit met een minimum aan inspanning alle gegevens te voorschijn kunnen worden getoverd om te zorgen, dat ,,iedere verbruiker beschikking krijgt over een voldoende hoeveelheid water onder een voldoende druk". In alle leerboeken over centrale drinkwatervoorziening, die in het eerste hoofdstuk deze primaire eis poneren, wordt deze echter onmiddellijk gevolgd door een tweede, even belangrijke eis: ,,dat het water helder, ongekleurd en smakelijk moet zijn en vrij van stoffen of organismen, die schadelijk kunnen zijn voor de gezondheid." Hiermede komt ook de scheikundige-bacterioloog zich naast de technici scharen om toe te zien, dat de nodige maatregelen worden getroffen om ook een goede kwaliteit van het water bij iedere verbruiker te waarborgen. Want al kan het water bij verlaten van het pompstation aan de eisen,betreffende de hoedanigheid ruimschoots voldoen, de kansen op een verslechtering van de kwaliteit tijdens het vervoer door het gecompliceerde stelsel van reservoirs en leidingen zijn legio. Voor een bespreking van de hiertegen te nemen maatregelen is het nodig eerst de oorzaken hiervan op te sporen. Deze kunnen zowel van physisch-chemische, van bacteriologische en biologische aard zijn. Een van de verschijnselen van minder goede kwaliteit van het water, die voor de verbruiker direct zichtbaar worden en hem in vele gevallen naar de telefoon doen
grijpen om verbinding te zoeken met de afdeling klachten van het waterleidingbedrijf, is een bruine troebeling in het afgetapte water, die, in het bijzonder aan uiteinden met weinig verbruik van stalen of gietijzeren leidingen in sommige gevallen een normaal verschijnsel kan worden en ook wel af en toe op willekeurige punten in het leidingnet optreedt, speciaal op Maandag. Dergelijke bruine of soms zwarte troebelingen van ijzer- en mangaanverbindingen kunnen door verschillende oorzaken in het buizennet worden gevormd. Wanneer het water bij de zuivering niet volledig wordt ontijzerd en ontmangaand kan in de vorm van oplosbare verbindingen aanwezig ijzer en mangaan door de zuurstof in het water worden omgezet in onoplosbaar hydroxyde, dat deels in de leiding zal bezinken, deels - bij grotere stroomsnelheden - wordt meegevoerd en het beruchte ,,bruine water" geeft. Bij een goed bedrijf behoeven deze verschijnselen niet in hinderlijke mate op te treden; bij de huidige stand van de waterchemie kan men eigenlijk bij water van elke willekeurige samenstelling de gehalten aan ijzer en mangaan tot beneden 0,l mg/l terugbrengen, zij het ook dat dit soms ingewikkelde en kostbare zuiveringswerken vereist, met toevoeging van chemicaliën, coagulatie e.d. In Amerika heeft men in de laatste jaren een dergelijke ,,red water trouble" willen voorkomen door aan het niet volledig ontijzerde water natriumhexametaf osf aat toe te voegen, waardoor het ijzer complex wordt gebonden en niet uitvlokt. Dit is echter een soort zelfbedrog, de bezwaren van een te hoog ijzergehalte voor de huishouding (wasbehandeling) en industrie (o.a. wasserijen en textielfabrieken) blijven bestaan. Ook al wordt het water tot de genoemde grens van 0,l mg/l ontijzerd en ontmangaand, toch zal ook dan in het distributiesysteem nog een gedeeltelijke uitvlokking van deze laatste resten kunnen plaats vinden. Veelal vindt men ook op uitlopers van het net een duidelijk lager gehalte dan aan het pompstation. In de loop van de tijd zal dus in elk leidingnet een donkere neerslag van ijzer- en mangaanverbindingen, waaraan nog organische stoffen uit het water zijn geadsorbeerd, kunnen worden gevormd, dat bij plotselinge sterke wateronttrekking, bv. bij spuien en brandblussing en op het platteland des Maandagsmorgens, wanneer alle huisvrouwen de was plegen te doen, loskomt en tot de genoemde klachten aanleiding geeft. Ook bij ingrijpende wijzigingen van het distributienet, die aanleiding geven tot wijziging in het stromingsbeeld in bestaande leidingen, komen in de eer-
; -. o.
'E
Q
ste dagen vaak vele berichten over bruin water. Een goed opgezet en streng doorgevoerd spuiprogramma voor het gehele leidingnet zal deze bezwaren tot een minimum kunnen beperken. Een tweede oorzaak van een te hoog ijzergehalte van het gedistribueerde water kan de agressiviteit van het water zijn, waardoor ijzer wordt opgelost uit de wand van niet voldoende beschermde stalen of gietijzeren buizen. Deze agressiviteit en de middelen tot opheffing hiervan - de ontzuring - heb ik reeds uitvoerig behandeld in de 4e vacantiecursus en ik kan daarom volstaan met de opmerking, dat steeds maatregelen kunnen worden getroffen om de agressiviteit op te heffen. Het koolzuurgehalte moet worden verlaagd tot beneden de kalk-koolzuur-evenwichtswaarde en het water moet overal een zuurstofgehalte boven ca. 5 mg/l bezitten. Indien het zuurstofgehalte te laag is kan zich geen beschermende laag op de leidingen vormen en al het koolzuur aantastend werken op ijzer. Niet alleen wordt de kwaliteit van het water dan slecht, maar de corrosieproducten, die zich dan in de vorm van roestknobbels op de buiswand af-.-,zetten, verkleinen het lumen van de buis en geventboven1 f dien zeer hoge wrijvingsweerstanden, zodat de berekeningen over de opbrengst van een dergelijk aan corrosie onderhevig leidingsysteem op den duur gaan falen. Van het grootste belang is dus het handhaven van een hoog zuurstofgehalte. Een enkele jaren geleden door het KIWA uitgevoerd vergelijkend systematisch onderzoek met verschillende soorten sproeiers en systemen van beluchting heeft gegevens verschaft om bij de zuivering van het water het zuurstofgehalte zo hoog mogelijk op te voeren, maar daarnaast zal ook elke mogelijkheid moeten worden benut om nog meer zuurstof, ook tijdens de distributie, in het water te brengen. Hiervoor zijn verschillende mogelijkheden, ik noem o.a. het inschakelen van een cascade bij de invoer van het gefiltreerde water in de reinwaterkelder en een zodanige constructie van watertorens, dat het water nog via een cascade in het hoogreservoir overstort. Deze maatregelen hebben in de praktijk reeds hun grote nut bewezen. De vermindering van het zuurstofgehalte in het leidingnet kan het gevolg zijn van verschillende oorzaken. Zuurstof kan worden verbruikt door de omzetting en oxydatie van in het water aanwezige organische stoffen, een proces dat niet directe chemische reacties omvat, maar dat hoofdzakelijk een omzetting door aerobe bacteriën is. In dit verband kan hierop niet verder worden ingegaan.
Ook ter bescherming van het ijzer aangebrachte bitumen - en in mindere mate ook koolteer - kan zuurstof binden. Deze wordt verbruikt voor oxydatie van nog aanwezige onverzadigde koolwaterstoffen. Met de huidige bitumina, die voor de inwendige asfaltering worden gebruikt, blijkt de zuurstofbinding slechts gering te zijn, maar in de jaren voor de laatste oorlog hebben enkele streekwaterleidingen hiermede grote moeilijkheden ondervonden in lange leidingmetten met een betrekkelijk gering verbruik. Daar verdween over een afstand van enkele kilometers alle zuurstof uit het water en de aldus geschapen anaerobe toestand leidde tot een sterke ontwikkeling van anaerobe bacteriën, die de organische stoffen uit het water ontleedden onder vorming van zwavelwaterstof en andere reuk- en smaakgevende verbindingen. Nog een andere ,,chemischeHoorzaak van het verdwijnen van zuurstof in het leidingnet is de aanwezigheid van veel ammoniak in het reine water. Dit kan nl. via nitriet in nitraat worden omgezet en hierbij worden grote hoeveelheden zuurstof verbruikt. Theoretisch is voor de omzetting van 1mg N . in NO,' ca. 5 mg zuurstof nodig. Er zijn nog enkele bedrijven hier te lande die water met een hoog NH,-gehalte distribueren, tot zelfs meer dan 10 mg/l en daar ziet men ook prompt dat het water op enkele km afstand van het pompstation nog slechts sporen zuurstof bevat. Van het verdwijnen van zuurstof als gevolg van de omzetting van organische stof door aerobe of facultatief anaerobe bacteriën zal meer last worden ondervonden bij oppervlaktewater of bv. duinwater dat eerst in open kanalen is verzameld, dan bij grondwater. De organische stoffen moeten nl. door bacteriën assimileerbaar zijn en in grondwater, dat uit diepere bodemlagen afkomstig is, heeft zich deze omzetting van voor bacteriën bruikbare stoffen reeds practisch volledig voltrokken. Ook bij de langzame zandfiltratie van oppervlaktewater wordt dit biologisch evenwicht nauw benaderd en aangenomen kan worden, dat bij de moderne methoden voor coagulatie van oppervlaktewater, werkende met het principe van de vlokkendeken, ook het grootste gedeelte van de assimileerbare organische stoffen zal worden geadsorbeerd. De maatregelen, die kunnen worden getroffen om een voldoend hoog zuurstofgehalte in het gehele net te waarborgen zullen er op gericht moeten zijn te zorgen, dat het water niet te lang in de leidingen verblijft en in de buis een minimum aan neerslag aanwezig is, dat nog zuurstof kan binden. Bij uitlopers van streekwaterlei-
dingnetten met dikwijls zeer gering verbruik, is een constante spui van geringe capaciteit (1 à 2 m3/h) veelal voldoende en daarnaast dient elk bedrijf geregeld en systematisch op brandkranen te spuien, van het pompstation naar de periferie toe, om gevormde neerslagen te verwijderen. Hierbij merk ik op, dat hiervoor een minimum stroomsnelheid nodig is en het effect van spuien op brandkranen bij diameters van 200 mm en groter eigenlijk nihil is. De absorptie van zuurstof door bitumen heeft in enkele gevallen zodanige afmetingen aangenomen, dat spuien niet voldoende hielp. De beste oplossing is dan op één of enkele punten in het buizennet kunstmatig zuurstof in te brengen. Bij de Waterleiding Mij. Gelderland is dit met betrekkelijk geringe kosten technisch opgelost door een gedeelte van het water via een omloopleiding in een ketel te versproeien, die gedeeltelijk met zuurstofgas uit cylinders is gevuld, onder een druk van mg. 2,5 atm. Vlak achter de ketel is het water dan sterk oververzadigd aan zuurstof. Na verloop van tijd, wanneer de bitumen aan de oppervlakte met zuurstof is verzadigd kan de installatie buiten bedrijf worden gesteld. De besproken zuurstofbinding door ammoniak in het water kan bij de huidige techniek van de waterzuivering ook worden ondervangen, wanneer nl. een droogfiltratie wordt ingeschakeld. Bij de intensieve luchttoevoer wordt in deze droogfilters, zelfs bij hoge ammoniakgehalten, door bacteriewerking al spoedig een volledige nitrificatie bereikt. Drs Boorsma heeft dit in zijn voordracht over droogfiltratie in de 4e vacantiecursus reeds uitvoeriger behandeld. De keuze van leidingmateriaal kan ook bijdragen het zuurstofverbruik in het net sterk te beperken. Asbestcementbuizen, die ook uit anderen hoofde vele voordelen bieden, bv. geen mogelijkheid van roestvorming, geven geen binding van zuurstof; dit materiaal vindt daarom bij streekwaterleidingen op grote schaal toepassing. De inwendige bescherming van ijzeren buizen kan nog om een andere reden de kwaliteit van het water verminderen, nl. wanneer hiervoor bepaalde soorten steenkoolteerpek worden gebruikt, die na het aanbrengen nog phenolen of phenolachtige verbindingen bevatten. Uiterst geringe hoeveelheden hiervan, die in het water in oplossing gaan, veroorzaken een onaangename reuk en smaak (,,apotheek-smaak") ; wanneer het water nog gechloreerd is, wordt dit buitengewoon hinderlijk, daar de reuk en smaak van de gevormde chloorphenolen nog in zeer veel groter verdunning duidelijk merkbaar is. Hoe-
wel tegenwoordig koolteer kan worden aangebracht, die geen merkbare reuk en smaak geeft, zijn mij uit de laatste jaren toch nog enkele gevallen ter kennis gekomen, waar het water om deze reden enkele maanden lang als drinkwater van zeer inferieure kwaliteit moest worden gekwalificeerd. Hiertegen is niets te doen dan door geregeld doorstromen van de leidingen deze phenolen uit te logen. Ofschoon het niet direct te maken heeft met een vermindering van de kwaliteit van het water wil ik in het kader van het in deze cursus behandelde toch niet nalaten te wijzen op de mogelijkheid van afzetting T-ancalciumcarbonaat uit hard en zeer hard water, waarvan het koolzuurgehalte ver beneden de evenwichtswaarde ligt, dus sterk oververzadigd is aan CaC03. De T-orming van dergelijke afzettingen zal in wijde leidingen van betrekkelijk geringe invloed zijn op het debiet maar kan bij geringere diameters, in het bijzonder dienst- en binnenleidingen tot sterke vernauwing en vergroting van de weerstand aanleiding geven, vooral bij enigszins ruw materiaal als verzinkt staal of ook koper. De zeer gladde door centrifugeren aangebrachte bitumenlagen en ook vermoedelijk plastic buis geven geen voldoende hechting voor deze afzettingen, ik heb ze tenminste nooit waargenomen. Voor het vermijden van deze bezwaren heeft de chemie nu een oplossing. Het is mogelijk, hetzij door reguleren van de beluchting, hetzij door kunstmatige verhoging van het koolzuurgehalte n a de reiniging, het Ca,-gehalte tot een zodanige waarde op te voeren, dat het water in samenstelling slechts iets beneden het kalk-koolzuur-evenwicht ligt. De laatste jaren is nog een ander principe gevolgd, nl. toevoeging van natriumexametafosfaat, in Amerika bekend onder de naam ,,treshold treatment". Dit polymere fosfaat (NaPO,), wordt als een glasachtige substantie verkregen door verhitting van Na,HPO, bij een temperatuur van ca. 700" C. De naam is eigenlijk fout, daar de polymerisatiecoëfficient bij deze temperatuur in de buurt van 40 ligt. Toevoeging van een geringe hoeveelheid hiervan aan het water is voldoende om het neerslaan van CaCO, uit hard, koolzuurarm water te voorkomen. De geringe hoeveelheid, die voor deze stabilisatie nodig is, bewijst dat dit proces geen chemische reactie is, als bv. de vorming van een complexe verbinding. Het is een physisch verschijnsel. Een oplossing van CaCO, kan gemakkelijk overzadigd zijn en de eerst gevormde ,,kiemen2'groeien slechts langzaam tot kristallen aan. Onderzoekingen hebben n u aangetoond, dat het
polyfosf aat gemakkelijk wordt geadsorbeerd aan de oppervlakte van deze kristalkiemen, waardoor coagulatie met andere deeltjes wordt verhinderd. Hiervoor is slechts toevoeging nodig in de verhouding CaCO, : (NaPo,), van 250 : 1. In de praktijk werkt men met een dosering van 2 à 5 mg/I. Behalve voor de stabilisering, dus verhindering van de vorming van afzettingen, blijkt de toevoeging van hexametafosfaat ook doeltreffend te zijn voor het verwijderen van eenmaal gevormde afzettingen. Na enkele maanden continue dosering gaan deze geleidelijk loslaten en ze kunnen dan door afspuien worden verwijderd. Behalve in Amerika heeft men deze ,,treshold treatment" ook in België reeds op ruime schaal met succes toegepast. Aan het hexametafosfaat worden bovendien nog andere gunstige eigenschappen toegeschreven, nl. dat het de corrosie door aggressief water zou opheffen, althans sterk verminderen, waarbij dan een één of enkele moleculen dik huidje van ijzerfosfaat met enig calcium en kiezelzuur als beschermend laagje op de buiswand zou worden afgezet. De praktijkproeven met deze wijze van corrosiebestrijding zijn m.i. nog niet voldoende lang in gang om over de waarde een definitief oordeel te kunnen uitspreken. In de dienst- en binnenleidingen dreigen nog andere gevaren voor de kwaliteit van het water en deze zijn van ernstiger, nl. van hygiënisch-toxicologische aard. Bij gebruik van loden en koperen buizen kunnen door het water voor de gezondheid schadelijke hoeveelheden lood en koper worden opgenomen. Vooral lood is zeer gevaarlijk omdat: le. het reeds in kleine hoeveelheden gevaarlijk is; 2e. men het niet proeft in concentraties, die reeds ontoelaatbaar zijn en 3e. de diagnose van loodvergiftiging, tenzij in zeer ernstige gevallen, zeer lastig is; de patiënt heeft alleen vrij vage klachten en de behandelende geneesheer zal misschien niet direct verband zoeken met het uit loden buizen komende drinkwater. Vooral op het platteland met particuliere watervoorziening zijn ongetwijfeld vele niet herkende gevallen van loodvergiftiging opgetreden. Voor de chemicus is een advies hier enerzijds zeer gemakkelijk; ik persoonlijk zou nl. bij de centrale watervoorziening het gebruik van loden buizen radicaal willen verbieden; anderzijds bijzonder moeilijk omdat het nog steeds niet is gelukt op grond van de chemische samenstelling van het water een voorspelling te doen over het loodoplossend vermogen. Alleen een enkele maanden voortgezette proef met proefleidingen kan uitsluitsel ge-
ven of op den duur het oplossen van lood in voldoende mate vermindert; als grens is nl. gesteld dat het water na 16 uren staan in de leiding niet meer dan 0.3 mg/l lood mag opnemen. Bij nieuwe buizen zijn deze loodgehalten altijd hoger, maar sommige watersoorten hebben het vermogen op de wand van de buizen een beschermend laagje af te zetten dat het oplossen van lood verder vermindert. Volgens Duitse publicctties kan men het bezwaar van te hoge loodgehalten in de beginperiode ondervangen, door aan het water natriumsilikaat (waterglas) toe te voegen, dat snel een beschermend huidje vormt. Volgens Amerikaanse gegevens wordt dit effect ook bereikt dimr dosering van natriumhexametaf osf aat. Bij koperen buizen zijn de gevaren voor de gezondheid ininder groot, koper is veel minder toxisch. De grenswaarde kan hier worden aangenomen bij 3 mg Cu/l in water, dat gedurende 16 uren in de leiding heeft gestaan. Hogere kopergehalten worden ook merkbaar door een wrange smaak aan het water. Door de onderzoekingen van de Koperen Buizen Commissie is vastgesteld kunnen worden bij welke samenstelling van water zonder gevaar koperen buizen kunnen worden gebruikt en in de praktijk is gebleken, dat op een enkele nog niet verklaarde uitzondering na, deze uitspraken zeer goed gefundeerd zijn geweest. In de laatste jaren zijn evenwel een aantal gevallen geconstateerd waar het water, ondanks gunstige chemische samenstelling toch te veel koper bevatte en werden onverwachte corrosieverschijnselen geconstateerd in en nabij koperen of messing sokken en hulpstukken. Gebleken is, dat dit een gevolg is van het gebruik van sterk afbijtende soldeervloeistoffen, die bij het maken der verbindingen werden gebezigd en juist door hun sterk reinigende werking gaarne door loodgieters en fitters werden gebruikt en dan nog dikwijls op onjuiste wijze, nl. door de uiteinden van de buis over een flinke afstand in de vloeistof te stoppen. Men ziet dan, dat na enkele dagen om de sok een groene korst van koperverbindingen is gevormd, die door electrochemische werking lange tijd tot een sterk verhoogd kopergehalte van het water, dat in de leidingen heeft gestaan, kan leiden. Na 16 uren staan zijn in het water kopergehalten van meer dan 10 mg/l gevonden. Onder de gevormde korst kan het koper in ernstige mate worden aangetast. Bij het onderzoek van een aantal in de handel zijnde soldeerpasta's zijn deze verschijnselen tot nu toe niet geconstateerd. Door het KIWA worden thans de eisen bestudeerd, waaraan soldeervloeistoffen en -pasta's moeten
voldoen en binnenkort zal vermoedelijk aan goedgekeurde materialen het KIWA-garantiemerk kunnen worden verleend. Niet minder belangrijk dan tot nu toe is besproken op physisch-chemisch gebied, is uit de aard der zaak de bacteriologische verontreiniging, die bij transport en distributie van het water kan optreden daar hierbij ook infectie met ziekteverwekkende bacteriën mogelijk is. Wie wel eens aandachtig het leggen van nieuwe leidingen en herstelwerkzaamheden, onder ongunstige omstandigheden in de bodem, heeft aanschouwd, zal er zeker van doordrongen zijn, dat maatregelen nodig zijn om dan een uit bacteriologisch oogpunt betrouwbaar water uit deze leidingen te verkrijgen. Er zijn gevallen bekend van typhusepidemieën die hun oorzaak vonden in verontreiniging bij het leggen van buizen. In de laatste jaren wordt hieraan door het overgrote deel van de bedrijven de volle aandacht besteed en wordt het water niet voor distributie vrijgegeven, alvorens het fiat van het laboratorium is verkregen. In 1953 zijn door de toenmalige Biologische Studiecommissie gedetailleerde voorschriften gegeven voor desinfectie van nieuwe leidingen, die in het kort hierop neerkomen: zorg, dat de buizen voor ze in de sleuf komen, inwendig worden gereinigd, stop zo mogelijk elke gelegde buis af tot de volgende wordt aangesloten of in ieder geval de laatste buis aan het einde van een werkdag, spui de gereedgekomen leiding krachtig af, desinfecteer dan met overmaat chloor (tenminste 200 mg/l) en laat dit tenminste 24 uren inwerken. In de meeste gevallen zal deze bewerking direct succes hebben, wanneer er door toeziend personeel voor gezorgd is dat alle genoemde maatregelen inderdaad getroffen zijn en zal een herhaling van de desinfectie niet nodig zijn. Het moeilijkst te desinfecteren zijn betonnen leidingen, hierbij moet meest enkele malen worden gechloreerd. Ik schrijf dit toe aan de ruwheid van het oppervlak en de aanwezigheid van relatief grote poriën, waarin zich bacteriën kunnen nestelen, die moeilijk door het chloor worden bereikt. In gevallen van ongunstige resultaten bij de desinfectie is vaak achteraf gebleken, dat er bij de werkzaamhzden allerlei ongerechtigheden in de buizen zijn achtergebleven, die soms veel later bij spuien weer loskwamen. Ik heb het geconstateerd, dat cadavers van kleine dieren en vogels te voorschijn kwamen, een half verrotte jute zak, dierlijke faecaliën en een mijner collega's heeft zelfs eens een zakje boterhammen van een
hs.
der werklieden uit een spuieinde terecht zien komen. Bij een Bonna-leiding, die eerst na meer dan een maand experimenteren met grote doses chloor kon worden vrijgegeven, bleek na i/z jaar voor een zeef van een grote watermeter zich ruim i/z kg materiaal van de meest uiteenlopende samenstelling te hebben verzameld, van stukjes blik tot brokken veen. Enkele weken geleden verzamelde ik ergens bij spuien op een brandkraan in 1 minuut twee handen vol kiezelstenen. De kwestie van desinfectie van nieuwe leidingen en de invloed van striktouw op de bacteriologische hoedanigheid van het water is ook ~ t v o e r i gte vinden in de handelingen van het l e Internationale Waterleidingcongres te Amsterdam. Bacteriologische verontreiniging bij herstelwerkzaamheden aan leidingen is veel moeilijker te ondervangen. Het is niet doenlijk hiervoor gedetailleerde voorschriften te geven, veel zal hier aan het beleid en inzicht van de opzichters moeten worden overgelaten. De mogelijkheid tot desinfectie met overmaat chlooi. zal hier lang niet altijd aanwezig zijn, zonder voor een groot aantal verbruikers het water ondrinkbaar te maken. In ieder geval zal bij de werkzaamheden zoveel mogelijk de hygiëne moeten worden betracht. Daarnaast bestaat nog de mogelijkheid openliggende buizen en te monteren hulpstukken met een chlooroplossing te behandelen of hierin een hoeveelheid chloorkalk te brengen. Ook onder normale omstandigheden kan de bacteriologische hoedanigheid van het water in het distributienet nog achteruitgaan, nl. door nagroei van bacteriën. Dit zijn dan meest geen pathogene bacteriën of uit het darmkanaal afkomstige organismen, maar de zg. ,,waterbacteriën", die in elk water nog aanwezig zijn en bij het bacteriologisch onderzoek bij de bepaling van het kiemgetal bij 22" C worden gevonden. Bij grondwatervoorziening zal men hiervan weinig last ondervinden, daar, zoals ik reeds heb betoogd, in dit type water de hoeveelheid assimileerbare organische stof zeer gering is. In de praktijk heb ik op dit punt dan ook nooit moeilijkheden ontmoet. Anders is het, wanneer het water wordt gechloreerd of met andere oxydantia wordt behandeld; dan kunnen tijdens het transport nog organische stoffen worden geoxydeerd en tot assimileerbare verbindingen worden omgezet. De bacteriën, die de werkingen van het desinfectans hebben overleefd of de sporen hiervan vinden dan weer voedsel om zich verder te ontwikkelen. Vaak vindt men na desinfectie van nieuwe leidingen in de eer-
ste dagen nog duidelijk verhoogde kiemgetallen. Bij de omzetting van ammoniak in het leidingnet, waarover ik sprak, kan ook nagroei van gekapselde nitrificerende bacteriën optreden die door chlorering alleen niet worden gedood, hiertoe is een gecombineerde dosering van chloor en kopersulfaat nodig. Kort geleden in Duitsland uitgevoerde onderzoekingen hebben het ook waarschijnlijk gemaakt, dat bij de normale chloordosis zelfs colibacteriën niet volledig kunnen worden gedood, maar alleen in een latent stadium worden gebracht, waarin zij bij het normale routine-onderzoek niet tot ontwikkeling komen en dan later in het buizennet, wanneer het gehalte aan vrij chloor tot een minimale waarde is gedaald of dit geheel, is verdwenen, hun levensvatbaarheid herkrijgen. Aanwezigheid van veel neerslag in leidingen en reservoirs kan eveneens tot nagroei aanleiding geven. Baylis beschouwt als primaire oorzaak hiervan de ontwikkeling van hogere organismen in het sediment die bij afsterven ontledingsproducten vormen, die als voedsel voor de bacteriën dienen en deze worden dan door het sediment of door gelatineuze afzettingen van organische stoffen uit het water beschermd tegen de inwerking van desinfectantia. In verband met een dergelijke nagroei en de reeds aangestipte mogelijkheden van groei van hogere organismen moeten behalve het leidingnet ook de reservoirs zo goed mogelijk vrij worden gehouden van neerslagen en afzettingsproducten. Op de bodem van reservoirs van watertorens, die nu niet zo vaak plegen te worden gereinigd en waar het water gelegenheid krijgt om zwevende stoffen te doen bezinken, kan zich in de loop van de tijd een grote hoeveelheid neerslag verzamelen en wanneer men dit microskopisch gaat onderzoeken is het verkregen beeld in het algemeen weinig opwekkend; te midden van een bruine of zwarte massa van ijzerafzettingen en half verteerde organische stoffen ziet men allerlei levende hogere organismen rondzwemmen of -kruipen, waaronder wormachtige dieren van afmetingen, die zelfs met het , blote oog waarneembaar zijn. Aan de constructie van reservoirs moet dus met het oog op de kwaliteit van het water aandacht worden geschonken. Gelukkig geraakt de oude constructie: een open reservoir met gecombineerde stijg- en valleiding langzamerhand uit de tijd. Overdekken van het reservoir is uit hygiënisch oogpunt een eerste vereiste. Leegloopleidingen om het afgezette slib periodiek te verwijderen bestonden meest alleen uit een afvoerleiding in
Afb. 1
het midden van de zwak naar het midden hellende bodem. Wanneer deze bij vol reservoir werd geopend verwachtte men, dat alle neerslag zou worden meegevoerd. Het is wel gebleken, dat dit optimistisch gedacht is en lang niet alles wordt verwijderd. Een spoelinrichting waarbij bij leeg reservoir de bodem en wanden zouden kunnen worden afgespoten, zonder dat personeel in het reservoir zelf behoeft te komen en weer andere verontreinigingen veroorzaakt is, naar ik meen, technisch niet zo gemakkelijk te verwezenlijken. Bij een nieuwe toren van de Waterleiding Mij Zeeuws Vlaanderen is een constructie toegepast, waarbij de bodem van de reservoirs enigszins hellend naar de buitenwanden is gemaakt en in de inwendige hoek tussen wand en bodem is een rondgaand, schuin geplaatst scherm geplaatst, dat een spleetvormige opening boven de bodem vrijlaat. Wanneer bij vol reservoir de leegloopleiding wordt geopend, zal door de zuigende werking van het vallende water het bezinksel zo volledig mogelijk worden meegevoerd. (afb. 1) Als vanzelf komen wij n u op de kwaliteitsvermindering van het water uit biologisch oogpunt door de ontwikkeling van hogere, hetzij plantaardige, hetzij dierlijke organismen in het leidingnet. Plantaardige zijn dan in hoofdzaak verschillende soorten wieren, die bij de zuivering van oppervlaktewater of van grondwater, dat in
open filters is gereinigd door het filterzand kunnen dringen. De hogere dierlijke organismen kunnen tot verschillende groepen behoren: Protozoën, Flagellaten en Ciliaten, Rotatoren, Tardigraden (beerdiertjes) , een aantal wormachtige organismen als Nematoden (draadwormen) Turbellare wormen. Bryozoen (mosdiertjes) en ten slotte ook kleine slakjes en mosselen. Bekend is ook het doordringen van Asellus aquaticus, de waterpissebed, in het leidingnet. Hoewel nooit bewezen is, dat genoemde organismen schadelijk kunnen zijn voor de gezondheid, staat dit nog niet volkomen vast en toch reeds uit algemeen aesthetisch oogpunt is de aanwezigheid van deze flora en fauna in het drinkwater hoogst ongewenst. De wieren, die eventueel in het leidingnet geraken zullen aanleiding kunnen geven tot reuk- en smaakbezwaren door afgescheiden stoffen of ontledingsproducten maar verder niet veel overlast veroorzaken daar deze organismen zonder licht slechts korte tijd kunnen blijven doorleven; wel vormen b.v. soorten van groenwieren sporen, die lange tijd latent kunnen blijven en zich onder gunstige omstandigheden weer gaan ontwikkelen. Door toevoeging van geringe hoeveelheden kopersulfaat worden de meeste algen - helaas niet alle soorten - gedood. In de laatste jaren is het gebruik van plastic buizen aangevoerd, dat hierin, daar deze buizen lichtdoorlatend zijn, een nagroei van groenwieren zou optreden. Dit zou alleen bezwaarlijk kunnen worden, wanneer dit materiaal voor binnenleiding zou worden gebruikt, waartegen voorlopig om andere redenen nog enige bezwaren bestaan. Proeven, die onder auspiciën van het KIWA zijn genomen hebben uitgewezen dat dit bezwaar kan worden ondervangen door de buizen uitwendig donker te schilderen, terwijl de fabrikanten van plastic buis ook reeds pogingen doen om door toevoeging van bepaalde stoffen aan het uitgangsmateriaal deze lichtdicht te maken. Voor een vergaande verwijdering van algen bij de zuivering van het water staan tegenwoordig nog andere hulpmiddelen ten dienste, waarop, ik straks nog terugkom. De dierlijke organismen stellen ons voor moeilijker problemen. Vooropgesteld zij, dat eigenlijk in ieder waterleidingnet hogere organismen voorkomen. Bij bemonstering van een grote hoeveelheid water uit brandkranen met een planktonnet vindt men bij zorgvuldig zoeken in het hierdoor tegengehouden materiaal altijd wel - ofschoon meestal sporadisch - enige dierlijke organismen, als amoeben, flagellaten en ciliaten, waarvan ook nooit enige hinder wordt ondervonden. Anders staat het met
ormachtige dieren, waarvan de Nematoden (draadwormen) het meeste voorkomen, in het leidingnet zeer
spronkelijk bedoeld voor het tegenhouden van plankton
uit oppervlaktewater en voldoen voor dit doel. uitstekend. Daar het fijne gaas zeer snel verstopt, moet dit continu worden gereinigd, hetgeen geschiedt door met een krachtige waterstraal in tegengestelde richting door het gaas te spuiten. De roterende trommel bevindt zich dan voor driekwart onder water; het water wordt van binnen naar buiten doorgevoerd en het boven water stekende gedeelte wordt dan schoongespoten (afb. 2). Proefnemingen hebben nu aangetoond, dat met behulp van dergelijke microzeven, die slechts met geringe overdruk (maximaal 15 cm) behoeven te werken, de draadwormen zowel als hun eieren volledig worden tegengehouden, zodat op deze wijze kan worden voorkomen, dat het leidingnet verder wordt geïnfecteerd. Een ander ,,vies" dier, waarmede enkele leidingnetten
i
in sterker mate zijn geïnfecteerd is de Asellus aquaticus, die ik reeds noemde, behorende tot de groep van de kreeftachtigen. Dit dier leeft ook van organische stoffen in het water, het graast de laag aan de buiswanden gehechte bacteriën af en kan zich zo in het net voortplanten. Infectie is weer mogelijk bij buisbreuken e.d. en ook via niet volkomen dichte filters. Het dier heeft nl. de voor ons zeer onaangename eigenschap zich stroomopwaarts te bewegen, zelfs bij een stroomsnelheid van 1/2 m/ sec. Hierdoor is in leidingen van groter diameter met spuien weinig te bereiken, als men b.v. bedenkt dat in een 8 leiding al een doorvoer van ruim 56 m3/h nodig is om deze stroomsnelheid te verkrijgen. Gelukkig heeft men een vergift gevonden, dat in zeer geringer concentratie (0,02 mg/l) dodelijk is voor deze Asellus. De dosering hiervan is niet eenvoudig, maar toch technisch goed uitvoerbaar. Met dit vergift, Pyrethrine, is in 1947 bv. het gehele Amsterdamse leidingnet aan een ,,kuury' onderworpen. De ~yrethrine,die in deze concentratie voor de mens volkomen onschadelijk is, werd gedurende enige maanden aan het pompstation gedoseerd en toen zijn alle brandkranen aan de uiteinden (in totaal 10.000) af gespuid. Tot de hogere organismen, die in het leidingnet hinder kunnen veroorzaken en waarvan de groei ook tot vermindering van de kwaliteit van het water aanleiding kan geven, zou ik ook de ijzerbacteriën willen rekenen, draadvormige soorten als Leptothrix, Crenothrix, Cladothrix en Gallionella, die het ijzer afscheiden in een soort schede om hun lichaam en kleine ronde soorten als Siderococcus en Siderocapsa, die het ijzer vrij afscheiden, eventueel in een kapsel, dat het bacterielichaam omgeeft. Voor de ontwikkeling van deze organismen is een zeker ijzergehalte van het water nodig, zij het ook dat dit zeer laag kan zijn, voorts koolzuur en zuurstof. In alkalisch milieu kunnen ze niet groeien. De soort, die zich snel zal ontwikkelen hangt ook enigszins af van het gehalte aan organische stoffen. Gallionella schijnt een geheel autotrofe bacterie tezijn, die ook in water met een zeer laag gehalte aan organische stoffen voor kan komen (KMn0,-verbruik beneden 5 mg/l); bij water met hoger KMn0,-verbruik vindt men hoofdzakelijk Leptothrix en Crenothrix. Groei van ijzerbacteriën kan aanleiding geven tot troebel en bruin gekleurd water in het distributienet, vorming van vlokkige massa's aan wanden van reservoirs en onaangename reuk en smaak door ontledingsproducten van de afgestorven organismen en bij sterke groei ook incrustatie van de buizen met belangrijke vermindering
van het lumen, daar deze bacteriën zich vasthechten aan de buiswand en vandaar uit verder gaan groeien. Zoals steeds is ook bij de bestrijding van de ijzerbacteriën voorkomen beter dan genezen. Wanneer zorg wordt gedragen voor volledige ontijzering en ontmanganing van het water en goede bescherming van stalen en gietijzeren buizen, zodat in het net geen ijzer in oplossing kan gaan, zullen geen moeilijkheden worden ondervonden. Ook is toepassing van asbest cement-buizen uit den hoofde aan te bevelen. Ten slotte kan men door toevoeging van kalk aan het water of verwijdering van al het koolzuur op andere wijze de pH zodanig opvoeren, dat deze organismen volledig in hun ontwikkeling worden geremd. Wanneer in het net eenmaal een woekering van ijzerbacteriën heeft plaats gevonden kan men de organismen doden door herhaalde chlorering met een dosis van 10 à 20 mg/l werkzaam chloor en daarna telkens krachtig afspuien van de leiding. In zeer ernstige gevallen zal moeten worden overgegaan tot mechanisch reinigen van de buizen. Tenslotte wil ik nog een enkele opmerking maken over groei van algen en hogere organismen in leidingen van koelsystemen, al heeft dit niet direct met de waterleiding zelf te maken, maar herhaaldelijk wordt hierover advies bij het waterleidingbedrijf gevraagd. Vele industrieën, die grote hoeveelheden koelwater nodig hebben, onttrekken dit aan open water, kanalen, rivieren e.d. en ondervinden dan last van sterke aangroeiingen in het buizennet, die af en toe tot verstoppingen leiden, waardoor het bedrijf ernstig dreigt te worden gestoord. Door de verhoging van de temperatuur van het water tot 25 à 35" C wordt de ontwikkeling van allerlei organismen, als slijmvormende bacteriën, algen, Bryozoen, mosselen, slakjes e.d. sterk bevorderd en in zulke afzetten op koelleidingen vindt men een uiterst gevarieerde flora en f auna. Voor de bestrijding van de afzettingen in koelsystemen worden goede resultaten bereikt door een discontinue chlorering met een dosis van ca. 5-10 mg/l. Hiermede wordt 2 à 3 maal per etmaal gedurende 15 tot 30 minuten een stoot gegeven; het effect kan nog worden versterkt door een combinatie van chloor en kopersulfaat te gebruiken. Ook andere stoffen, die echter voor de mens giftig zijn, kunnen bij de behandeling van koelwater worden toegepast, o.a. organische kwikverbindingen als phenylmercurinitraat en natriurnpentachloorphenolaat. Deze bezitten
een grote toxiciteit voor lagere organismen en het phenolaat heeft nog het voordeel, dat het ook in alkalisch mileu bestendig is en het water zonder bezwaar in een circulatiesysteem kan worden belucht. Bovendien is het betrekkelijk goedkoop. Hiermede is dan een beknopt overzicht gegeven van een aantal mogelijke oorzaken van de vermindering van de kwaliteit van het water bij transport en distributie en de maatregelen, die hiertegen kunnen worden getroffen. Het zal U, hoop ik, duidelijk zijn geworden, dat bij een oordeelkundige opzet van de zuivering en verdere behandeling van het water veel moeilijkheden kunnen worden voorkomen, die later slechts met veel kosten en ongerief voor de verbruikers kunnen worden opgeheven. Het is ook van veel belang voor elk bedrijf - ook wanneer het enkel een distributiebedrijf is - een periodiek contrôleonderzoek van het water te doen uitvoeren, zowel chemisch als bacteriologisch en biologisch en dat niet alleen van het water dat het pompstation verlaat, maar ook in het distributienet. Bij bedrijven met uitgestrekte netten dienen vooral uitlopers met weinig verbruik geregeld te worden gecontroleerd. Men wordt dan tijdig gewaarschuwd, indien op enige wijze ingrijpen noodzakelijk is.
Literatuur H. J. Boorsma: Ontijzering enz. door droogfiltratie. Wa1i.r 36, 1291 1952. L. H. Louwe Kooijmans: Ontzuring. Water 36, 169 (1952) R. Meulenhoff: Kunstmatige verhoging van het zuurstofgehalte in een hoofdleidingnet. Water 31, 55 (1947) H. Mohlei u. J. Hartnagel: Neuere Ansichten uber die Agressivitat des Wassers mit praktischen Beispielen. Mon. Bull. Schweiz. Ver. v. Gas- u. Wasserfachmannern 19, 121, 147 (1939). O. Rice and G. H. Hatch: Treshold treatment of municipal water supplies. J. Am. Water Works Ass. 31, 1171 (1939). O. Rice: Corrosion control with calgon. J. Am. Water Works Ass. 39, 552 (1947). C. P. Hoover: Stabilization of lime softened water. J. Am. Water Works Ass. 34, 1425 (1942). Ph. S. Davy: Red water and its prevention. J. Am. Water Works Ass. 45, 10 (1953). M. Bury: Résultats des experiences faites à grande échelle sur l'emploi des polyphosphates en distributions d'eau. Technique de l'eau Mei 1953. J. E. Carrière en L. H. Louwe Kooijmans: Het loodoplossend vermogen van enige soorten leidingwater. Water 21, 1 (1940). M. Fuchs, H. Bruns u. H. Haupt: Die Bleivergiftungsgefahr durch Leitungswasser 1938. J. R. G. ten Berg: Onderzoek naar verschijnselen van loodvergiftiging als gevolg van loodhoudend drinkwater. Diss. Utrecht 1941.
G. Gad u. K. Naumann: Vermeidung von Bleivergiftungen durch neu verlegte Bleiröhre. Ges. h g . 84, 85 (1953). Rapport van de Koperen Buizen omm missie 1934. Poole: Recent experiments in sterilisation of distribution systems. J. Am. Water ~ o r k Ass. s 30. 1471 (1938). Med. I1 van de Biologische ~tudiecommissie:Het desinfecteren van leidingnetten en maatregelen ter bestrijding: - van infecties van biologisch aard. Water 2?, 143 (1943). The desinfection of water mains after laying and carrying out repairs. Proceeding Actes Int. Water Supply Ass. Congress 1949. J. R. Baylis: Bacterial aftergrowths in distributions systems. W. W. Sew. 85, 720 (1928). G. Muller: Bakteriologische Probleme der Zentralen Trinkwasserchlorung. Stadtehyg. 9, 197 (1950). L. H.Louwe Kooijmans: De betekenis van het biologisch onderzoek in het Waterleidingbedrijf. Water 25, 137 (1941). P. Leentvaar: Biologie en mogelijke bestrijdingswijze van enkele wormachtige organismen, voorkomende in waterleidingnetten. Water 30, 89, 106 (1942). P. L. Boucher: Microstraining, a new development in water purification. Engineer 173, 420, 445, (1942). G. P. H.van Heusden: Rotarv Strainers. Water 34. 254 11950) H. Kemper: Versuche uber" die ~ i r k u n gvon ~ ~ r e t h r u m b l u t e n pulver auf Tiere verschiedener Klassen mit besondere Berucksichtigung der Wasser bewohnenden Arten. Z.f.Ges. Techn. u. Stadtehyg. 25, 149, 681 (1933). G. P.H. van Heusden: Aselius aquaticus in het Amsterdamse leidingnet. Water 32, 108 (1943). L. H. Louwe Kooijmans: Groei in het leidingnet, in het bijzonder in verband met het voorkomen van ijzerbacteriën. Water 21, 76 (1937). H. K. Nason: Chemica1 methods in slime and a1,gae control. J. Am. Water Works Ass. 30, 437 (1938). F. C. Amsbary: Copper-sulfate for control of bacteriological aftergrowth. W. Works Eng. 99, 182, 194 (1946).
Systeem en uitrusting van transportleidingen en distributienetten door Ir M . Boelhouwer. Het systeem van leidingen voor het transport en de distributie van water is zeer afhankelijk van de plaatselijke omstandigheden. Belangrijke hoogteverschillen, de situatie van de winplaats of de winplaatsen in het voorzieningsgebied en de spreiding van de waterbehoefte zijn factoren die van plaats tot plaats verschillen en voor een groot deel het leidingensysteem bepalen. Genoemde omstandigheden kunnen aanleiding zijn het voorzieningsgebied te gaan splitsen in twee of meer onderdelen, z.g. voorzieningszônes waarin het water afzonderlijk wordt gedistribueerd. Voorzieningsgebieden met belangrijke hoogteverschillen kunnen in verticale zin worden gesplitst zodat er zônes op ongelijk niveau ontstaan (verticale splitsing). Voorzieningsgebieden met geringe hoogteverschillen worden in horizontale zin gesplitst, in zônes op nagenoeg gelijk niveau (horizontale splitsing). Aan de hand van enkele voorbeelden zal het splitsen van voorzieningsgebieden worden toegelicht. Indien in een voorzieningsgebied met hoogteverschillen de winplaats zich in het lager gelegen deel van het voorzieningsgebied bevindt, zodat' voor het transport en de distributie het water kunstmatig onder druk moet worden gebracht, is het dikwijls niet verantwoord ter wille van een goede watervoorziening in de hoger gelegen delen van het voorzieningsgebied de druk in de lagere delen onnodig hoog op te voeren. Veelal kan een belangrijke besparing op de pompkosten worden verkregen door het voorzieningsgebied te gaan splitsen. Bij dit voorbeeld behoeft men niet alleen aan voorzieningen in bergstreken te denken, want ook bij betrekkelijk geringe hoogteverschillen in het voorzieningsgebied kan verticale splitsing in zônes gewenst zijn. Van belang is hierbij de spreiding van de waterbehoefte. Naarmate de waterbehoefte in de lager gelegen gedeelten van het voorzieningsgebied groter is dan in de hoger gelegen gedeelten, des te eerder zal splitsing in voorzieningszônes nodig zijn, ook bij betrekkelijk geringe hoogteverschillen. Een voorbeeld hiervan is het voorzienings-
gebied van de gemeente Den Haag. De Haagse Duinwaterleiding onderhoudt voor het hoger gelegen Scheveningen een hogere druk dan voor de rest van de gemeente Den Haag. Is de winplaats in een voorzieningsgebied met belangrijke hoogteverschillen in de hoger gelegen gedeelten van de landstreek gelegen, zodat de mogelijkheid bestaat de toevoer van water onder natuurlijk verval te doen plaats hebben, dan spelen de pompkosten geen rol meer. In dit geval kan om technische redenen tot verticale splitsing van het voorzieningsgebied moeten worden overgegaan. Zou nl. bij belangrijke hoogteverschillen geen splitsing worden toegepast, dan kan de druk in het leidingnet in de lager gelegen delen zo hoog worden dat dit tot grote bezwaren-voor het waterbedrijf en de afnemer aanleiding kan geven. Indien de minimale druk in het leidingnet op 20 meter wk wordt gesteld en de maximale druk op 100 meter wk, dan moet bij hoogteverschillen van meer dan 80 meter tot splitsing van het voorzieningsgebied worden overgegaan. Wordt de maimale werkdruk in het leidingnet lager dan 100 meter wk gesteld, dan moet vanzelfsprekend al bij geringere hoogteverschillen het voorzieningsgebied worden gesplitst. In de gebieden met hoogteverschillen moet voor een rationele watervoorziening soms tot vele splitsingen worden overgegaan. Het voorzieningsgebied van Kassel in Duitsland is in niet minder dan 21 zônes verdeeld. De horizontale splitsing - dus de splitsing in zônes op nagenoeg gelijk niveau - ontstaat als vanzelf indien het voorzieningsgebied uit verschillende winplaatsen van water moet worden voorzien. Deze wijze van voorziening vindt men zowel bij de voorziening van steden als bij streekwaterbedrijven. Bij stedelijke voorzieningen is meestal de begrenzing in capaciteit van de eerst aangelegde winplaats oorzaak dat een tweede of nog meer winplaatsen bij de toeneming van het waterverbruik in exploitatie moeten worden genomen. Bij streekvoorzieningen zijn het in de meeste gevallen economische redenen die leiden tot de voorziening uit meer dan een winplaats. Bij de voorziening uit verschillende winplaatsen kan bij streekwaterbedrijven zo'n grote besparing op de leidingkosten worden verkregen, dat de hogere productiekosten daarbij praktisch geen rol meer spelen. Bij de voorziening uit verschillende winplaatsen heeft elke winplaats zijn eigen voorzieningszône. Indien de aard van het water uit de verschillende winplaatsen en de druk in elke zône dit toelaten, kunnen de zônes in verbinding met elkaar staan, zodat de grenzen van elke
zône niet precies zijn af te bakenen. Aan de peripherie van elke voorzieningszône is een strook waarin de afnemers water uit de ene of uit de andere winplaats kunnen ontvangen. Horizontale splitsing komt echter ook voor in gevallen waarbij het gebied uit één winplaats van water wordt voorzien. Als voorbeeld hiervan zij genoemd de watervoorziening in Noord-Friesland. De watervoorziening in Noord-Friesland moet om geo-hydrologische redenen plaats vinden uit het pompstation te Noordbergum, ca 14 km ten oosten van Leeuwarden. Rondom het pompstation Noordbergum zullen in de naaste toekomst verschillende voorzieningszônes tot stand komen (afb. 1).Elke zône zal apart van het pompstation uit worden voorzien. De druk aan het bzgin van elke transportleiding zal afhankelijk van de waterbehoefte variëren van 35 tot 70 meter wk. Bij klein verbruik zal deze druk laag zijn en afhankelijk van de toeneming van het waterverbruik zal de druk groter worden tot maximum 70 meter wk. De spreiding van het verbruik over het etmaal welke bepaald wordt door de aard van de verbruikers (industrie e.d.) is in de verschillende zônes niet gelijk, zodat de toeneming of de afneming van de druk aan het begin van de transportleidingen niet op dezelfde wijze zal verlopen. De ene zône zal eerder op de dag met de maximale druk moeten worden voorzien dan de andere zône. Hier komt nog bij dat de reserve-capaciteit in de transportleidingen naar de verschillende zônes verschillend is. Immers leidingen worden gelegd voor een periode van 25 à 30 jaar. De capaciteit van deze leidingen is berekend op de geschatte behoefte over 25 à 30 jaren. Dit betekent dat in de eerste bedrijfsjaren van de betrokken leiding over een ruime reserve-capaciteit wordt beschikt, welke reserve-capaciteit geleidelijk zal afnemen. De verschillende transportleidingen zijn op ongelijke tijden tot stand gekomen, zodat de reserve-capaciteiten van de verschillende leidingen uiteen lopen. Dit verschil in reserve-capaciteit zal steeds blijven bestaan, omdat op ongelijke tijden uitbreiding van transportcapaciteit naar de voorzieningszônes zal moeten plaats hebben. De leidingen met de grootste reserve-capaciteit kunnen bij lagere drukken de benodigde hoeveelheid water vervoeren. Het verschil in reserve-capaciteit brengt dus eveneens verschil mede in de drukken aan het begin van de transportleidingen. Door splitsing van het voorzieningsgebied rondom het pompstation Noordbergum zal het mogelijk zijn, elke
e
POIIPSTATION
R TOEKOHSTIG POMPSTATION
ca
AANJAAGSTATION MET LMGRESERWIR TOEKOMSTIG AANJAAGSTATION MET LMGRESERMIR. AANJMCSTATION TOEKOMSTIG AANJAAGSTATION
1
WATERTOREN.
fl
TOEKOMSTIGE WATERTOREN.
i
o o
A f b . 1 Drukgebieden Noord-Friesland
zône onder de juiste druk te voorzien en zal het niet nodig zijn, ter wille van een voldoende voorziening in één der zônes de andere zônes onder onnodige hoge druk te plaatsen. Niet alleen de spreiding van de waterbehoefte over het etmaal, doch ook de spreiding van de waterbehoefte over het voorzieningsgebied kan een reden zijn tot horizontale splitsing. Van het water dat van het pompstation Noordbergurn uit de zone IV (afb. 1) naar het Westen wordt gepompt wordt ongeveer de helft in Leeuwarden verbruikt. De andere helft is bestemd voor de gebieden
ten noorden, ten westen en ten zuiden van Leeuwarden. Het zou bij deze waterverdeling niet economisch zijn zône V1 ongesplitst te laten en de druk in Noordbergum zo hoog op te voeren dat in de verst afgelegen delen nog met voldoende druk het water kan worden geleverd. Zône V1 is daarom nog gesplitst. Rondom Leeuwarden zijn drie aanjaagstations gesticht welke het water in noordelijke, westelijke en zuidelijke richting aanjagen. De druk in Noordbergum behoeft nu niet hoger te zijn dan voor een goede watervoorziening in Leeuwarden nodig is. Ten slotte nog een voorbeeld van horizontale splitsing, waarbij de watervoorziening uit één winplaats plaats vindt en waarbij de begindruk in de leiding naar de verschillende zônes gelijk en praktisch constant is. Voor de watervoorziening van Rotterdam is de stad in verschillende delen gesplitst. Elk stadsdeel heeft een aparte leiding voor de aanvoer van water. Het systeem in Rotterdam heeft het voordeel dat de verbruiksontwikkeling in elk stadsdeel gemakkelijker kan worden gevolgd. Ernstige storingen worden gemakkelijker opgemerkt op het pompstation en de gevolgen daarvan blijven beter gelocaliseerd. Ook kan bij het systeem Rotterdam een ernstige verontreiniging van het leidingnet zich niet over het gehele voorzieningsgebied verspreiden. Als bezwaar van het systeem in Rotterdam zou men kunnen noemen dat de verschillende transportleidingen niet ten volle worden benut. Immers in een deel van het voorzieningsgebied kan de aanvoer op tijden van groot verbruik in verband met de capaciteit van de transportleiding aan de kleine kant zijn, terwijl in de transportleiding van een ander stadsdeel nog reserve-capaciteit aanwezig is. Bij gemeenschappelijke voorziening van het voorzieningsgebied door alle transportleidingen, wordt deze reserve-capaciteit benut. Het is echter bij het systeem Rotterdam in het genoemde geval mogelijk tijdelijk, zolang nog geen uitbreiding is gegeven aan de transportcapaciteit naar het stadsdeel hetwelk daaraan behoefte heeft, de stadsdelen met elkaar te verbinden en dus een deel van het water voor het ene deel via het andere deel aan te voeren. Het is niet strikt noodzakelijk bij splitsing van het voorzieningsgebied in zônes elke zône een aparte aanvoerleiding te geven. In bepaalde situaties is het soms belangrijk voordeliger de ene zône uit de andere te voeden. Op de scheiding van twee zônes komt dan een pompinrichting of bij voorziening onder natuurlijk verval een
drukverminderingstoestel of overstroomkelder. Deze laatste inrichtingen vindt men eveneens toegepast als bij voorziening onder natuurlijk verval naar elke voorzieningszône een aparte transportleiding wordt gelegd. De meest bedrijfszekere toestand wordt evenwel verkregen als elke zône een aparte voeding krijgt. De bedrijfszekerheid wordt nog vergroot door de transportleidingen waar mogelijk te koppelen en in de koppelleidingen een afsluiter te bouwen, welke normaal gesloten is. Bij storingen in enig deel van het leidingsysteem kan dan via de koppelleidingen de watervoorziening zo veel mogelijk in stand worden gehouden, zij het dan dikwijls met een lagere druk in het net. Soms wordt in de koppelleidlngen als afsluitorgaan een keerklep geplaatst. Dit toestel sluit de waterstroom in één richting af en kan daar worden toegepast waar de druk in de ene zône normaal hoger is dan in de naastgelegen zône. Als de druk in de hogedruk-zône door bijzondere omstandigheden wordt verlaagd, wordt deze automatisch gesuppleerd uit de lagedruk-zône. Wat de structuur van leidingnetfen betreft onderscheidt men nog twee hoofdsystemen, t.w. het systeem met vertakkingen en het systeem met ringleidingen. Bij het eerste systeem worden van één of meer hoofdaders secundaire leidingen afgetakt welke doodlopen. Het water wordt in het leidingnet volgens dit systeem altijd van één kant aangevoerd. Bij het systeem van ringleidingen worden alle leidingen, zowel primaire .als secundaire, zoveel mogelijk met elkaar verbonden. Hierdoor kan bij onttrekking op een bepaald punt het water altijd van twee kanten toestromen. De gemiddelde druk in een leidingnet volgens het systeem van ringleidingen ligt hoger. Onverwacht grote afnemingen kunnen door een ringleiding-systeem gemakkelijker verwerkt worden. Bij storingen kan een klein gedeelte leidingnet uitgeschakeld worden, terwijl de watervoorziening in het overige deel van het voorzieningsgebied voortgang heeft. Wel zullen bij een storing in een hoofdader plaatselijk lagere drukken' optreden omdat de secundaire leidingen de taak van de hoofdader moeten overnemen. Storingen in een leidingnet volgens het systeem van vertakkingen betekenen, dat gedurende een storing de waterlevering in het gebied dat achter de plaats van de storing is gelegen, is gestaakt. Als voordeel van het ringleidingsysteem wordt wel genoemd dat het water in de leidingen meer in beweging
is en dat slibafzettingen daardoor minder optreden. Opgemerkt zij echter dat ook bij het systeem met ringleidingen in gedeelten van het net weinig stroming optreedt, zodat er ook afzettingen plaats vinden. Indien er dan door welke oorzaak ook krachtiger stroming in het betrokken gedeelte leiding komt wordt het afgezette slib meegenomen en kunnen in een vrij groot gebied moeilijkheden komen omdat de troebelheid van het water plotseling toeneemt. Een bezwaar van het ringleidingnet is dat bij een optredende verontreiniging van het leidingnet de verontreiniging zich op moeilijk controleerbare wijze in het voorzieningsgebied kan verspreiden. Het systeem van ringleidingen brengt hogere aanlegkosten mede, doch gezien de veel grotere bedrijfszekerheid welke wordt verkregen, wordt dit systeem tegenwoordig bij voorkeur gebruikt. In de steden is het ringsysteem vrijwel altijd toe te passen. Bij streekvoorzieningen moet men veelal met doodlopende leidingen genoegen nemen omdat het niet altijd mogelijk is alle plaatsen in een ringsysteem op te nemen. De leidingnetten worden als regel als ondergrondse netten uitgevoerd. De diepte waarop de leidingen onder maaiveld of straatniveau worden gelegd, wordt zodanig gekozen dat de invloed van de buitentemperatuur op de temperatuur van het water gering is. In ons land betekent dit dat de leidingen zoveel gronddekking moeten krijgen, dat bij temperaturen beneden het vriespunt geen bevriezing kan optreden. Deze gronddekking wordt bepaald door de indringingsdiepte van de vorst in de grond, welke weer afhankelijk is van de aard van de grond en de stand van het grondwater. Verder zijn van belang de temperatuur van het leidingwater, de stroomsnelheid van het water en de aard van het buismateriaal. Van invloed is verder of de plaats waar de leidingen moeten worden gelegd, beschut ligt of niet. In bebouwde kommen met aaneengesloten bebouwing is de indringingsdiepte van de vorst meestal geringer dan buiten de bebouwde kommen. De maximale indringingsdiepte in ons land varieert globaal van 80-130 cm. De gronddekking is hiermede in overeenstemming en varieert van ca. 80 cm tot 130 cm. Voor grote transportleidingen neemt men soms wel genoegen met een dekking van ca. 60 cm. Leidingnetten worden uitgerust met verschillende toestellen en inrichtingen. Genoemd werden reeds de over-
stroomkelders, de drukverminderingstoestellen en de keerkleppen. Voor de levering van water voor het blussen van brand worden brandkranen aangebracht. Men onderscheidt bovengrondse en ondergrondse brandkranen. Beide typen brandkranen hebben hun voordelen en hun nadelen, Enkele hiervan zullen worden genoemd. De bovengrondse brandkraan is gemakkelijk te vinden en is direct bedrijfsklaar. Van de ondergrondse brandkraan daarentegen is alleen de straatpot zichtbaar. Deze mwt worden geopend en eerst nadat een opzetstuk is geplaatst is de ondergrondse brandkraan bedrijfsklaar. Het gebruik van ondergrondse brandkranen gaat voor de brandweer niet meer tijdverlies gepaard. De bovengrondse brandkraan moet buiten het rij- en voetgangersverkeer worden geplaatst. Dit betekent dat de bovengrondse brandkraan vrijwel altijd via een zijspruit op de hoofdleiding moet worden aangesloten. Indien de kraan niet frequent wordt gebruikt zal het water in de zijspruit spoedig in anaerobe toestand geraken, hetgeen een hygiënisch bezwaar is. De ondergrondse brandkraan kan overal worden geplaatst zelfs in de rijweg. Dit maakt het mogelijk de kraan direct op de hoofdleiding te plaatsen waarbij genwmd hygiënisch bezwaar niet bestaat. Bij de ondergrondse brandkraan is de kans dat vuil van de straat in het kraanhuis geraakt heel groot. Het vuil bevindt zich weliswaar aan de uitstroomzijde van de klep van de ondergrondse brandkraan, doch het is lang niet denkbeeldig dat dit vuil in de hoofdleiding terecht komt. Brandkranen worden door verschillende diensten gebruikt voor het tappen van water. Hiertoe worden veelal opzetstukken gebruikt voorzien van een kraan of kranenstel. Na plaatsing van het opzetstuk wordt de brandkraan geheel opengedraaid, terwijl het tappen van het water geregeld wordt met een kraan van het opzetstuk. Bij deze werkwijze is het zeer goed mogelijk, vooral bij kleine tapsnelheden, dat verontreinigingen in het gedeelte van de brandkraan aan de uitstroomzijde van de klep in de hoofdleiding geraken. Dit grote bezwaar van ondergrondse brandkranen kleeft niet aan de bovengrondse brandkraan, tenzij een leegloopinrichting bij deze kraan wordt toegepast. In de regel is echter een leegloopinrichting aangebracht teneinde bevriezing van de brandkraan te kunnen voorkomen. Via deze leegloopinrichting, welke tijdens het gebruik van de brandkraan is gesloten, maar geopend is bij gesloten brandkraan, kunnen ook weer verontreinigingen in het kraanhuis terecht komen.
Gezien de mogelijkheid van verontreiniging van het hoofdleidingnet inoeten ondergrondse brandkranen met en zonder leegloopinrichting en bovengrondse brandkranen met Ieegloopinrichting hygiënisch als onvoldoende betrouwbaar worden bestempeld. Bovengrondse brandkranen zonder leegloopinrichting zijn in hygiënisch opzicht te verkiezen. Het verwijderen van het water uit deze kraan dat boven de klep aanwezig is, zou, met het oog op vorst, met een pompje moeten geschieden. Toegegeven zij dat deze werkwijze omslachtig is. Bovengrondse brandkranen zijn belangrijk duurder dan ondergrondse brandkranen. I n het buitenland, met name in Amerika, worden zij veel toegepast. I n ons land vinden zij slechts in enkele steden (Amsterdam en Schiedam) op ruimere schaal toepassing. De onderlinge afstand van de brandkranen in de bebouwde kommen bedraagt tegenwoordig 100-150 m. Voorheen was deze afstand kleiner. Nu de brandweer algemeen beschikt over motorbrandspuiten met hogedrukpompen is het geen bezwaar wat meer lengte brandslang te gebruiken. Wat de capaciteiten van de brandkranen betreft lopen de wensen van de brandweer en de mogelijkheden van de waterbedrijven uiteen. Volgens een na-oorlogse Amerikaanse publicatie van de zijde van Brand-assusadeuren moet een brandkraan ten minste 115 m3 water per uur kunnen leveren en moeten afhankelijk van de aard van de bebouwing 1-12 brandkranen van genoemde capaciteit ter beschikking staan. Blijkens een andere publicatie is men van de zijde van de waterleidingbedrijven in Amerika bereid een levering van bluswater van 60-250 m3/h in steden nog als redelijk te beschouwen. In West-Europa liggen laatstgenoemde cijfers lager. In steden acht men het aanvaardbaar dat een hoeveelheid van 30-120 m3/h bluswater, al naar de aard en de belangrijkheid van de bebouwing, aan het waterleidingnet kan worden onttrokken. Volgens het verslag van een voordracht van ir v. d. Zanden, gehouden in 1943 in een vergadering van de Commissie Bestudering van het Waterleidingvak, kan men aannemen op grond van becijferingen en waarnemingen in de praktijk, dat in een stedelijk net met een druk van 20 m wk. een normale brandkraan met 70 mm doorlaat globaal de volgende hoeveelheden water zal leveren :
*
brandkraan op 80 mm leiding 50 m3/h ,, 100 ,, ,, 80 ,, >> ,, 150 ,, ,, 125 ,, ,, 200 ,, 175 ,, Uit deze cijfers blijkt dat een stedelijk net in de regel aan de norm van 30-120 m3 water per uur voor brandblussing zal kunnen voldoen. Van streekwaterbedsijven kan echter niet worden verlangd dat hoeveelheden van 30-120 m3/h op alle punten van het net kunnen worden onttrokken. Het vermogen van het net bij streekwaterbedrijven begrenst in sterke mate de waterlevering van de brandkranen. Over lange afstanden moet het water bij streekbedrijven dikwijls via een enkele leiding worden aangevoerd. De aan te voeren hoeveelheden water voor normaal gebruik zijn dikwijls belangrijk minder dan genoemde hoeveelheden bluswater. Het transport van grote hoeveelheden bluswater boven het transport van water voor normaal gebruik zou voor een streekwaterbedrijf tot onverantwoord hoge investeringen in het leidingnet leiden. Normaal wordt bij de dimensionering van het leidingnet voor een streekvoorziening rekening gehouden met een levering van 18 m3 bluswater bij een minimum druk van 18-20 m wk in het net. Op de ongunstige plaatsen van de leidingnetten van streekwaterbedsijven zullen dan ook niet meer dan genoemde hoeveelheden kunnen worden onttrokken. Deze minimum hoeveelheid bluswater is voor de brandbestrijding toch van grote waarde, want het snel beschikbaar hebben van water onder druk kan voor het verloop van de brand van grote betekenis zijn. In dit verband zij gewezen op de ontwikkeling van de brandbestrijding met de nevelspuit. Hierbij wordt het water onder hoge druk (40-50 atmosfeer) verstoven. De hiervoor benodigde hoeveelheden water zijn zeer gering en kunnen globaal gesteld worden op l/7 van de benodigde hoeveelheden water bij brandbestrijding met volle straal. Voor kleine branden en voor middelgrote branden onder niet al te ongunstige omstandigheden is de nevelspuit reeds met succes toe te passen. Het zal voor de waterbedrijven zeer belangwekkend zijn de verdere ontwikkeling van deze wijze van brandbestrijding te volgen. Teneinde de kwaliteit van het water te handhaven is het nodig het buizennet van tijd tot tijd te spuien. Het spuien kan ten doel hebben het water in de leidingen te verversen, het verwijderen van vuil, zoals ijzerslib, zand e.d. en het verwijderen van organismen. Het ver2,
>P
9,
versen van het water in een leiding, bijv. als het zuurstofgehalte van het water door lang verblijf in het net te laag is geworden, kan met betrekkelijk geringe spuicapaciteit geschieden. Afhankelijk van de inhoud van het leidinggedeelte dat moet worden ververst, kan vastgesteld worden met welke capaciteit moet worden gespuid om het leidinggedeelte in een bepaalde tijd geheel te verversen. Deze tijd wordt soms wel op 24 uur en langer gesteld indien het spuiwater op gemakkelijke wijze kan worden afgevoerd bijv. in vaart of gracht. Het spuien voor het verwijderen van vuil en organismen moet afhankelijk van de aard van het vuil en de organismen vrij krachtig geschieden. Waarnemingen in Friesland hebben de indruk gevestigd dat bij snelheden in de leiding van ca. 1m/sec. en beter nog bij snelheden van ca. 1%m/sec. zand en organismen (assellus! ) meekomen. Voor het bereiken van genoemde snelheden moet met de volgende capaciteiten ten minste worden gespuid (v = 1 m/sec.): diameter leiding 80 100 150 200 300 400 500 mm capaciteit spui 18 28 64 112 254 452 707 m3/h Uit deze cijfers volgt dat bij de grotere diameters met zeer grote hoeveelheden water per uur moet worden gespuid wil men bereiken dat ook het zwaardere vuil en de organismen worden verwijderd. Voor het spuien van leidingnetten worden meestal de brandkranen gebruikt. Voor grote spuicapaciteiten moet zo nodig meer dan één brandkraan worden opengezet. Het spuien door middel van brandkranen kan bezwaarlijk zijn met het oog op de afvoer van het spuiwater, vooral als het spuien met grote capaciteit moet geschieden. Daarom worden ook wel speciale spui-inrichtingen gemaakt. Deze bestaan uit een aftakking van de hoofdleiding naar een gelegenheid, bijv. vaart of gracht, waarin het spuiwater kan worden geloosd. De diameter van de aftakking wordt bepaald door de gewenste capaciteit van de spui. In de aftakking is een afsluiter geplaatst. De uitloop van de spuileiding moet zodanig zijn aangebracht of uitgevoerd dat bij het optreden van onderdruk in de hoofdleiding als gevolg van een storing, vervuiling van het hoofdleidingnet van buiten af via de spuileiding niet mogelijk is. Behalve vuil en organismen moet door spuien ook lucht uit het leidingnet worden verwijderd. Door verschillende oorzaken kan lucht in het buizennet aanwezig zijn. Bij het vullen van de leiding kan de lucht niet volledig zijn ontweken. Door de pakkingbussen van de pompen kan regelmatig lucht worden aangezogen. Op-
HOOGRESERVOIR
Afb. 2
geloste lucht kan bij vermindering van druk en bij verhoging van temperatuur uit het water ontwijken. De lucht in de hoofdleidingen zal voor een groot deel via de dienstleidingen kunnen verdwijnen indien de dienstkranen aan de bovenzijde van de hoofdleiding zijn aangebracht. Als niet alle lucht op deze wijze wordt afgevoerd of als de dienstleidingen aan de zijkant van de hoofdleidingen zijn aangesloten dan zal zich op de hogere punten van het leidingnet lucht verzamelen en daar extra weerstand in de leidingen veroorzaken. Wordt verondersteld dat het voorzieningsgebied bij C (zie afb. 2) uit het hoogreservoir wordt voorzien dan is de hydrostatische druk bij C gelijk aan H. Indien zich lucht verzamelt in het hoger gelegen gedeelte van àe transportleiding dan zal bij toeneming van de hoeveelheid lucht zich een luchtkolom gaan vormen in de leiding strocmafwaarts gelegen van het hoge punt bijv. tussen A en B. Aan weerszijden van deze luchtkolom is de hydrostatische druk gelijk en heeft een grootte h,. Dit betekent dat de hydrostatische druk bij B, welke bij afwezigheid van lucht h, -t h, bedraagt door de aanwezigheir? van lucht met h, gereduceerd is tot h,. De hydrostatische druk in C zal als gevolg van de h, h, maar lucht iil de leiding niet meer H = h, h, h; bedragen. De hydrostatische druk in het voorzieningsgebied is dus verlaagd. Daar komt nog bij dat door de lucht het doorstromingsprofiel van de leiding wordt verkleind, zodat er bij stroming extra weerstanden zullen optreden. In de situatie volgens afb. 3 is, indien geen lucht in de leiding is, de hydrostatische druk welke door de pompen bij P moet worden overwonnen, gelijk aan H. Heeft zich lucht in de leiding verzameld tussen A en B, dan is de
+
+ +
T
HOOGRESERVOIR
POMPEN
Afb. 3
,
hydrostatische druk bij A en B weer gelijk en bedraagt h, meter. Door de lucht in de leiding moet door de pompen nu een hydrostatische druk worden overwonnen van h, h, h, = H %. De hydrostatische druk tegen de pompen is dus toegenomen. Zijn de pompen als centrifugaalpompen uitgevoerd dan zullen zij door de hogere druk aan de perszijde minder water gaan leveren. Het is noodzakelijk eventueel opgehoopte lucht in het leidingnet te verwijderen. Dit kan door met de hand bediende ontluchtingskranen geschieden of met automatische ontluchtingskranen, welke kranen uiteraard op de hoogste punten moeten worden aangebracht. Als met de hand bediende ontluchtingskranen kunnen brandkranen voor de wijdere leidingen of dienstkranen voor de kleinere leidingen worden gebruikt. De ervaringen met automatische ontluchtingskranen zijn over het algemeen niet gunstig. De luchtkraan volgens afb. 4 is in Groot-Brittannië in gebruik en volgens een verslag uitgebracht voor het 2e internationale waterleidingcongres met zeer bevredigende resultaten. Luchtkranen van het automatische type dienen in een deugdelijke schacht te worden ondergebracht, zodat verontreiniging van het buizennet via de luchtkraan uitgesloten is. In een leidingnet worden nog verschillende toestellen aangebracht welke vooral of uitsluitend bij storingen
+
+
+
Afb. 4 Automatische luchtkraan
van waarde zijn of de gevolgen van storingen tot een minimum beperken. Tot deze categorie toestellen behoort in de eerste plaats de afsluiter. De afsluiters in een leidingnet moeten zodanig in het leidingnet worden gegroepeerd dat bij het afsluiten van een gedeelte leidingnet slechts een beperkt aantal afsluiters behoeft te worden gesloten. De afstanden van de afsluiters in de leidingen van distributienetten moeten niet te groot zijn omdat anders bij afsluiting van een leiding te veel afnemers van water worden verstoken. De afstanden moeten bij voorkeur niet groter zijn dan 500 m, doch worden overigens bepaald door de plaatselijke omstandigheden, zoals de aanwezigheid van aftakkingen, de aarde van de bebouwing enz. In transportleidingen zijn de afstanden tussen de afsluiters meestal groter en variëren van 1-5 km. Soms worden evenwel, weer afhankelijk van de plaatselijke omstandigheden, grotere of kleinere afstanden toegepast. Het type afsluiter dat het meest wordt gebruikt, is de schuifafsluiter. Deze afsluiter voldoet voor de leidingen van kleinere diameter over het algemeen goed. In leidingen met grote diameter (>500 mm) schenkt de schuif-
afsluiter minder bevrediging. Enkele eigenschappen van de schuifafsluiter zullen hier worden genoemd. Een zeer goeae eigenscnap van de schuifafsluiter is dat zij weinig drukverlies geeft. Het drukverlies van geheel geopende .schuifafsluiters kan worden gesteld op: 0.1 à 0.2 v2 . Dit komt overeen bij een stroomsnelheid 2g van 1 m/sec.-met drukverliezen van ?h tot 1 cm waterkolom. De drukverliezen in schuifafsluiters worden in hoofdzaak veroorzaakt door de verwijding van het doorstromingsprofiel ter plaatse van de sponning voor de schuif, zodat vertragingsverliezen ontstaan. Voor afsluiters van grote diameter is de verhouding van de breedte en ue diepte van de sponning ten opzichte van de diameter van de doorlaat gunstiger, zodat het drukverlies voor grote afsluiters relatief geringer is dan in afsluiters met kleine doorlaat. Voor het openen en sluiten van schuifafsluiters bij een groot drukverschil moeten dikwijls grote krachten worden ontwikkeld. Dit vraagt dan, omdat de afsluiters als regel met de hand moeten worden bediend bovendien nog veel tijd. Vooral gelden deze bezwaren voor de afsluiters met grotere diameter. Om aan dit bezwaar tegemoet te komen worden schuifafsluiters met een grotere doorlaat dan 500 mm wel van een omloopleiding met hulpafsluiter voorzien. Door het openen van de hulpafsluiter wordt het drukverschil voor en achter de schuif verkleind, zodat de schuif gemakkelijker is te bewegen. De diameter van de hulpleiding varieert van */i-l/ti van de diameter van de hoofdleiding. Opgemerkt zij dat de omloopleiding geen effect sorteert indien de afsluiter in de nabijheid van een buisbreuk moet worden gesloten. De druk aan de uitstroomzijde van de afsluiter is dan laag en blijft laag ondanks het openen van de omloopleiding. Het bezwaar van de grote krachten welke nodig zijn voor de bediening van schuifafsluiters onder bepaalde omstandigheden en de lange tijden die daarvoor nodig zijn wordt ook wel ondervangen door de diameter van de afsluiter kleiner te nemen dan die van de leiding. De afsluiter wordt dan met verloopstukken in de leiding geplaatst. Met deze plaatselijke vernauwing gaat men wel tot l / 3 van de doorsnede van de leiding (-+ 55% van de diameter). Dit vernauwen vari Ue leiding geeft uiteraard meer drukverlies. Van veel belang is hierbij of de verloopstukken, vooral die aan de benedenstroomse zijde van de afsluiter, zo zijn gevormd dat at: waterstroom niet van ~
-
de buiswand loslaat. Daartoe moet de helling van de buiswand niet groter zijn dan 1 op 7 (hoek beschrijvende lijn met buisas kleiner dan 8 graden!). Door het plaatsen van kleinere afsluiters ontstaan ongeveer de volgende totale drukverliezen bij een snelheid van het water in de buis van 1m/sec. Vernauwing tot 0.7 van de diameter van de buis (doorlaat afsluiter ca. 50% van die van de buis) : bij plotselinge vernauwing + 8 cm bij geleidelijke vernauwing + 4 cm Voor een vernauwing tot ruim de helft van de buisdiameter (doorlaat afsluiter circa 30% van de doorsnede van de buis) worden genoemde drukverliezen resp. 14 en 36 cm. Een ander bezwaar van de schuifafsluiter is dat zich vuil in de sponning van de afsluiter ophoopt. De schuif is dan niet voldoende diep in de sponning te drukken, zodat geen volledige afsluiting wordt verkregen. Het is geen zeldzaamheid dat een schuifafsluiter om genoemde reden niet afsluit en dat voor voldoende afsluiting bovenstrooms nog één of meer afsluiters moeten worden gesloten. Als laatste bezwaar van de schuifafsluiter i s nog te noemen de grote hoogte van het toestel gemeten ten opzichte van het hart van de doorlaat. Bij 80 cm gronddekking kan een 300 mm afsluiter nog juist in een rechte doorgaande leiding worden geplaatst. Bij grotere diameters moet de afsluiter verdiept worden geplaatst en met opgaande einden op de leiding aansluiten. Dit is geen fraaie wijze van plaatsen. Ter plaatse van de afsluiter ontstaat een zak in de leiding waarin zich vuil kan verzamelen. Het is niet verwonderlijk dat vooral voor de afsluiters met grotere diameter naar andere constructies is gezocht. De Drinkwaterleiding van de gemeente Rotterdam is om aan enkele bezwaren van de normale schuifafsluiter te ontkomen voor de grotere leidingen de omgekeerde afsluiter gaan toepassen. Voor het openen van deze afsluiter wordt de schuif neergelaten in plaats van opgetrokken. De draadstang blijft dan in het doorstromingsprofiel aanwezig. Met deze afsluiter zijn twee bezwaren van de normale schuifafsluiter weggenomen. De afsluiter kan in omgekeerde stand in de rechte doorgaande leiding worden aangebracht, terwijl tevens geen moeilijkheden meer aanwezig zijn van volgeslibde sponningen. Andere constructies van afsluiters zijn de afsluiter met ringvormige doorlaat (afb. 5) en de afsluiters met
Afb. 5
Afb. 7
Afb. 6
Afb. 8
draaiende klep (afb. 6), waarbij de klep horizontaal of verticaal taatsend kan zijn. Laatstgenoemd type af sluiter wordt-van Duitse zijde de laatste tijd gepropageerd. Nog andere constructies zijn de bolafsluiter en de grote ,,plug9' afsluiter (afb. 7 en 8). De grote ,,plugn afsluiter is de laatste jaren in Amerika tot ontwikkeling gekomen en wordt al gemaakt met een doorlaat van meer dan 1000 mm. Voor het openen of sluiten van deze afsluiter wordt de plug eerst iets gelicht, vervolgens 90" gedraaid en daarna weer aangedrukt. Het drukverlies van de afsluiters met ringvormige doorlaat en van die met draaiende klep is groter dan dat van de gewone schuifafsluiter, terwijl de bolafsluiter en de ,,plug2'afsluiter uiteraard nog gunstiger drukverliescijfers zullen opleveren dan de schuifafsluiter, omdat in deze afsluiters het doorstromingsprofiel van de leiding onveranderd blijft bij geheel geopende stand van de afsluiter. Als gevolg van abnormale omstandigheden kunnen in een leidingnet onderdrukken ontstaan, indien daartegen geen maatregelen worden genomen. Bij onderdrukken in het leidingnet kunnen via ondichtheden in de leiding of via de binnenleiding van een afnemer en via de dienstleiding verontreinigingen in de hoofdleiding dringen. Het optreden van onderdrukken kan ook tot gevolg hebben dat dunwandige stalen leidingen in elkaar worden
r
gedrukt. Het is dus van belang dat maatregelen tegen onderdruk worden genomen. Onderdrukken kunnen ontstaan als de watertoevoer aan een leiding plotseling wordt gestaakt, bv. als de pompen aan het begin van een persleiding uitvallen. Door de levende kracht van het water zal de stroming in de leiding nog even voortgang hebben met de mogelijkheid dat aan het begin van de persleiding een onderdruk optreedt. Deze onderdrukken kunnen worden voorkomen door aan het begin van de persleiding een drukketel of een standpijp, beide van voldoende inhoud, op te stellen. Bij het uitvallen van de pompen moet uit genoemde inrichtingen zoveel water aan de persleiding worden toegevoerd dat de dreigende onderdruk niet ontstaat. Onderdrukken kunnen eveneens gemakkelijk ontstaan in leidinggedeelten welke het water over hoge punten in het voorzieningsgebied heenvoeren. Indien de watertoevoer bovenstrooms van clit leidinggedeelte wordt gestaakt en benedenstrooms gaat de wateronttrekking door, dan zal in het hooggelegen leidinggedeelte de druk beneden de atmosferische druk kunnen dalen. Hetzelfde kan gebeuren als benedenstrooms het hoge leidinggedeelte een abnormale grote wateronttrekking plaats vindt, bv. als gevolg van een buisbreuk. Deze onderdrukken kunnen worden voorkomen door op de bedreigde leidinggedeelten beluchtingstoestellen te plaatsen waardoor lucht in de leiding kan stromen indien de overdruk in de leiding in onderdruk zou willen overgaan. Als beluchter kan het rechter ventiel van het ontluchtingstoestel volgens afb. 4 dienen. Ten slotte zij nog gewezen op de maatregelen welke soms moeten worden genomen om de gevolgen van buisbreuken te beperken. De gevolgen van buisbreuken kunnen zijn ernstige ontgrondingen, ondermijning van bouwwerken, wegspoelen van wegen of dijken, waterschade enz. Afhankelijk van het tracé van de leidingen en de grootte van de watertransporten zal tot het treffen van voorzieningen tegen de gevolgen van buisbreuk moeten worden besloten. Deze voorzieningen bestaan hierin dat bij het optreden van buisbreuk de watertoevoer wordt gestaakt. Het stoppen van de watertoevoer kan automatisch geschieden of kan plaats vinden door menselijk ingrijpen nadat de buisbreuk automatisch is gesignaleerd. De apparatuur welke de automatische afsluiting of signalering moet bewerkstelligen kan op verschillende manieren worden bestuurd.
Bij een transportleiding welke onderweg geen water aflevert kan de hoeveelheid doorstromend water aan het begin en aan het einde van de leiding worden gemeten. Indien de metingen onderling teveel gaan verschillen door verlies onderweg kan de apparatuur voor afsluiting of signalering in werking treden. Het waterverlies bij buisbreuk veroorzaakt toeneming van de watersnelheid in de transportleiding bovenstrooms van de breuk. De z.g. snelheidshoogte neemt toe maar tegelijkertijd neemt de drukhoogte af. Zowel de verandering van de snelheidshoogte als van de drukhoogte kan eveneens als uitgangspunt worden gebruikt voor het besturen van de apparatuur voor het automatisch afsluiten van de watertoevoer of het geven van een signaal. Literatuur: A. C. Hutson, Flow Requirements for Fire Protection, Journal A.W.W.A. Sept. 1948. S. F. Newkirk Jr., The Water Works and Fire Protection, Journa1 A.W.W.A. Sept. 1948. P. J. v. d. Zanden, Openbare Brandkranen, Water no. 8, 1944. J. H. Scheltema de Heere, Brandbestrijding voor Bevelvoerenden bij de Brandweer. P. L. Boucher, Some aspects of valve engineering in water supply, Journal I.W.E. October 1952. L. E. Goit en L. M. Leedom, The Use of Cone Valves in Distribution Systems, Journal A.W.W.A. Januari 1949. G. Eggers, Rohrbruchsicherungen, G.u.W. Heft 31 - 1931.
-
-
door Ir C. van RooQen
$
t
:Y
IS -
5
F.
C iC L
Historisch overzicht Tegenwoordig is het nauwelijks denkbaar, dat iemand in waterleidingkringen zou betwijfelen of het nuttig is, contrôle te oefenen op de verhouding tussen geproduceerde en verbruikte hoeveelheden drinkwater. Het voornemen echter om het verbruik te controleren stamt niet van het tijdstip, waarop de eerste m3 water door een centrale drinkwaterleiding werd afgeleverd. Reeds de oude waterleiding ten tijde van het Romeinse keizerrijk had te kampen met het euvel van waterverspilling. De Romeinse magistraat Frontinus, die onder Keizer Nero beheerder was van deze waterleiding, trachtte dit euvel tegen te gaan door alle dienstleidingen door middel van een nauwkeurig gekalibreerde meetkoker aan de hoog gelegen voorraadreservoirs aan te sluiten. Hij beoogde d'aarmede zichzelf zekerheid te verschaffen omtrent de hoeveelheid water, die naar de woningen van de aangeslotenen zou afvloeien; in beginsel dus een zij het primitieve - contrôle op de aflevering. Van een contrôle van het verbruik was daarbij nog geen sprake, want de nagenoeg constante, maar voor elke meetkoker afwijkende aanvoer naar de woningen kon niet worden beinvloed en het teveel aangevoerde water werd eenvoudig via een overstort afgevoerd. Het is bekend, dat de watervoorziening van Parijs in de 17e eeuw nog plaats vond overeenkomstig het door Frontinus gehuldigde beginsel, zij het ook verbeterd door tussenschakeling van verdeelbakken voor iedere dienstleidingaansluiting. In afb. 1 is een schema van deze watervoorziening weergegeven. Ook in die tijd bestond er nog weinig behoefte aan een op nauwkeurige studie gegronde beheersing van het verbruik omdat het aantal verbruikers gering was en het beschikbaar stellen van drinkwater weinig kosten meebracht. Eerst de ontwikkeling van de steden en de toepassing van de stoommachine voor het oppompen en onder druk brengen van drinkwater in het begin van de vorige eeuw luidden een sterke toeneming van het waterverbruik in, doch noopten tevens tot het zoeken naar middelen om tot een werkelijke verbruikscontrôle te komen. 109
,
N
.
'
,
.
Afb. 1 Schema van een watervoorziening in Pariis in de 17e eeuw
Omdat een oude regel is, dat de ene technische vinding aanleiding is tot het ontstaan van de andere, is het begrijpelijk, dat in de loop van de vorige eeuw, omstreeks 1850, de eerste pogingen werden gedaan tot het ccanstrueren van een instrument voor het meten van afgeleverd water. Aanvankelijk waren de meters onnauwkeurig en duur. De na 1870 op de markt gekomen verbeterde gereedschapswerktuigen schiepen de mogelijkheid tot het vervaardigen van nauwkeuriger instrumenten en van die tijd stamt de snelle ontwikkeling tot het huidige instrument met een hoge graad van technische bruikbaarheid. Opmerkelijk is, dat op het vaste land van Europa hoofdzakelijk aandacht werd geschonken aan de ontwikkeling van de schoepenmeter, terwijl de Engelse en Amerikaanse constructeurs hun hart verpandden aan de cilindermeter. Na de eerste wereldoorlog trad in dit opzicht verandering in en werd ook op het vaste land een
toenemende belangstelling voor de cilindermeter merkbaar. Toch heeft de schoepenmeter tot heden toe een belangrijke voorsprong. Aanvankelijk stelde men zich uitsluitend ten doel een meter in te voeren ter contrôle van het verbruik door de aangeslotenen. De groei der bedrijven en de gestadig hoger wordende eisen, die aan het af te leveren drinkwater werden gesteld, maakten dit water meer en meer tot een kostbaar goed, dat waard was zowel de productie als de distributie tot een nauwkeurig controleerbaar onderdeel van het bedrijfsbeheer te maken. Daarom ontstond behoefte aan meetinstrumenten voor grote capaciteiten. De schoepenmeter gaf in verband met de grote drukverliezen bij grote capaciteiten slechts matige resultaten en moest reeds omstreeks 1900 plaats maken voor de Woltmanmeter. Deze meter werd zo snel ontwikkeld, dat hij vóór de eerste wereldoorlog reeds ongeveer het huidige peil had bereikt. De bedrijven groeiden echter nog sneller dan de bedrijfsmeter en vroegen om meters met capaciteiten, die voor de Woltmanmeter te groot waren. Dit gaf de stoot tot de ontwikkeling van de drukverschilmeters, waarvan een venturibuis het kenmerkende element is. De op dit beginsel berustende meters kunnen voor elke gewenste capaciteit worden gebouwd. Betekenis van de centrale contrôle
Elk bedrijf dat een handelsartikel vervaardigt, zal er prijs op stellen te weten welke wegen haar product n a het verlaten van de fabriek volgt. Immers wordt daardoor inzicht verkregen of het artikel in voldoende hoeveelheden wordt vervoerd naar plaatsen waar grote behoefte bestaat en kan worden beoordeeld of het transport de prijs van het artikel onder bepaalde omstandigheden ongunstig beinvloedt. Soortgelijke overwegingen gelden ook voor een waterleidingbedrijf. De wijze van werken moet gericht zijn op het aanvoeren van voldoende water op de juiste tijden en naar de juiste plaatsen. Het vaststellen van tijden en plaatsen is geen vraagstuk, dat langs wiskundige weg kan worden opgelost, omdat de verbruiker zijn behoeftebevrediging in dit opzicht niet aan wiskundige formules wenst te binden. Het bedrijf zal dus altijd enigszins achter de feiten aanlopen en daarom is het van belang, dat een zo volledig mogelijk inzicht bestaat in de weg die het drinkwater, gedreven door de zuigkracht van de verbruiker, na het verlaten van het pompstation volgt. En omdat die weg, zelfs bij het eenvoudigste bedrijf, niet is de verbindingslijn tussen twee
punten, doch veeleer het karakter van een doolhof heeft, moeten op strategische punten wachters worden geposteerd, die de voorbijtrekkende ma water tellen. Zoals de Spoorwegen hebben ingezien, dat het van belang is van een centraal punt uit de loop van alle treinen te kunnen volgen, is het voor een waterleidingbedrijf noodzakelijk op elk uur van de dag de loop van het water te kunnen volgen, temeer omdat drinkwater niet volgens een dienstregeling wordt verbruikt. Het bedoelde inzicht is onafwendbare eis voor het beantwoorden van de vraag of het water zo goedkoop mogelijk wordt getransporteerd en afgeleverd. Transportmiddelen, bufferreservoirs, opjaagstations enz. zijn nu eenmaal kostbare onderdelen van het bedrijf; zij moeten daarom een zo groot mogelijk aantal uren per etmaal werkelijk werkzaam zijn. Overbelasting en onderbelasting kosten beide geld en knagen dus aan de bedrijfswinst. Meting van de geproduceerde hoeveelheid Een pleidooi voor een doelmatige contrôle van wat er met het water gebeurt tussen producent en consument zou een wonderlijke indruk maken, indien daarbij de meting van de geproduceerde hoeveelheden aan het pompstation buiten beschouwing werd gelaten. De eenvoudigst denkbare vorm van meting is het dagelijks noteren van het aantal bedrijfsuren van het wateropvoerwerktuig aan het pompstation. Voorwaarde daarbij is natuurlijk, dat de capaciteit van het werktuig bekend is. Bij de vroeger algemeen gebruikte en thans nog wel voorkomende plungerpompen is de capaciteit het product van de opbrengst per omwenteling (die door een beproeving vrij nauwkeurig kan worden b,epaald) en het aantal omwentelingen per uur. Dit toerental kan door allerlei oorzaken in de loop van een etmaal vrij sterk variëren, zodat het bepalen van de productie als product van het aantal bedrijfsuren, het aantal omwentelingen per uur en de levering per omwenteling slechts een vrij grove benadering van de werkelijke aflevering is. Een belangrijke verbetering kon worden bereikt door op de machine een telwerk te monteren, dat het aantal omwentelingen sommeert. De productie kon dan worden bepaald door vermenigvuldiging van twee factoren, die ieder voor zich een vrij hoge graad van nauwkeurigheid hadden. Deze wijze van meting van de productie is in het verleden vrij veel toegepast. Bij centrifugaalpompen, die in het begin van deze eeuw
dank zij de ontwikkeling van de snellopende electromotor in gebruik kwamen, ligt de zaak minder eenvoudig. Het aantal omwentelingen kan, bv. door het niet constant zijn van de spanning en de frequentie van het net, variëren en het leent zich door de grote snelheid niet voor sommering door middel van een telwerk. Doch zelfs de opbrengst per omwenteling kan sterk wisselen omdat bij dit pomptype het door de karakteristiek bepaalde verband bestaat tussen capaciteit en tegendruk. Het bepalen van de productie door vermenigvuldiging van een aantal meetbare factoren is daarom bij centrifugaalpompen een onmogelijkheid, zodat in dit geval een speciaal geconstrueerd instrument, dat de m3 water die het pompstation verlaten sommeert, moet worden toegepast. Tegenwoordig staan voor dit doel, zoalq reeds werd opgemerkt twee metertypen ter beschikking, nl. de Woltmanmeter en de Venturimeter. Toepassingsmogelijkheden van de Woltmanen de Venturimeter
De Woltmanmeter met horizontaal gemonteerd schoe-e penrad wordt door de meeste fabrieken tot 300 mm in serie vervaardigd. Deze meter wordt gekenmerkt door een gering drukverlies, ook bij hoge belastingen en een voor een bedrijfswatermeter - ruim voldoende gevoeligheid. De constructie van dit metertype blijkt uit afb. 2. , Het gedrag van de meter 7 wordt gekarakteriseerd door de miswijzingskromme en ' door de capaciteit bij 1 m drukverlies, die beide voor een 300 mm Woltmanmeter in afb. 3 zijn weergegeven. In het desbetreffende Duitse ontwerp - norrnblad --wordt als eis gesteld, dat deze meter bij 1 m drukver[A, lies tenminste 1250 m3/h moet doorlaten. Het profiel, Afb van een waar de miswijzingskromme Woztmanmeter met horizontaal binnen moet blijven, verschoepenrad toont de bekende sprong, waar de toelaatbare miswijzing van of - 5 % overgaat in of - 2 % . Deze overgang is voor elke metercapaciteit in het normblad vastgelegd; zij ligt voor een 300 i
k -
w -
+
+
N
2
l
I
!
0 1.
I
4. -S.-
i!
5 :.
11
MEETGEBIED WWTMbNMETER 1 3 0 0
..
.
HOEVEELHEID
2.
g 3 O
1.5
.
l.
as..
500
1000 1250 HOEVEELHEID
I500
2000 h /:
Afb. 3 Miswijzing en drukverlies voor een Woltmanmeter
0
300
mm meter bij een doorstroming van 150 m31h. Het meetgebied ligt volgens het normblad tussen 35 en 1500 m3/h. De onderste waarde wordt bepaald door de maximaal toelaatbare miswijzing van -5%. De bovenste waarde zal in de praktijk weinig voorkomen omdat zij de belasting weergeeft, die sIechts kortstondig mag worden toegelaten. De toelaatbare langdurige belasting wordt soms tweeledig opgegeven, nl. voor 10 of voor 24 bedrijfsuren per etmaal. Een continubelasting voor een 300 mm meter van 625 m3/h (15000 m31etmaal) kan als een veilige waarde worden beschouwd. Indien nu deze waarde overeenstemt met de maximale pompcapaciteit in een pompstation en in dit station pompen met uiteenlopende capaciteiten zijn opgesteld, bv. een pomp voor nachtbedrijf van 100 m3/h, dan zal het water, dat deze pomp door de meter stuurt niet zo nauwkeurig worden gemeten; de miswijzing kan in de buurt van 5% liggen. De gunstigste meetresultaten worden bereikt, als de kleinste pomp een capaciteit heeft van tenminste 200 m3Jh.
+
Afb. 5 Doorsnede v a n een genormaliseerde Duitse meetflens
Afb. 4 Registreerinstrument op een Woltmanmeter
Een JVoltmanmeter sommeert de doorstromende hoeveelheden, doch hij geeft geen directe indicatie omtrent de capaciteit op een willekeurig ogenblik. Tegenwoordig zijn ook voor Woltmanm?ters registreerinstrumenten verkrijgbaar, die op het huis van het telwerk kunnen worden gemonteerd. Afb. 4 geeft daarvan een indruk. De schrijfpen beweegt zich langs de papierrol heen en weer en wordt na doorstroming van 1 m3 water verschoven. Bij een 300 mm meter is de totale breedte van de papierrol doorlopen, als de meter 500 m3 heeft doorgelaten. De papierrol wordt met een snelheid van 20 mm/h in verticale richting bewogen door middel van een uurwerk. Hieruit volgt, dat de helling van de door de pen beschreven lijn een maat is voor de per tijdseenheid doorstromende hoeveelheid. Indien ,bv. de papierrol 16 mm is afgewikkeld in de tijd, dat de -pen zich van rechts naar links heeft bewogen, dan houdt dit in, dat in uur 500 m3 is doorgestroomd, zodat de aflevering 6% m3Jh bedroeg. Toch is deze aflezing in wezen slechts nuttig voor het achteraf beoordelen van het verloop van de aflevering gedurende een etmaal.
g
Afb. 6a
Afb. 6b ~oorbeel&énvan venturibuizen
,
a
Indien men zich bij de keuze van een watermeter beperkt tot het in serie gemaakte type, zal de Woltmanmeter in aanmerking komen, indien de voortdurende belasting beperkt blijft tot 625 B 750 msqh. Daarboven zal men zijn toevlucht moeten nemen tot een drukverschilmeter. Als geen prijs wordt gesteld op een zo gering mogelijk blijvend drukverlies, kan de eenvoudige en goedkope meetflens worden toegepast, waarvan de in Duitsland genormaliseerde uitvoering in afb. 5 wordt weergegeven. De waterleidingbedrijven geven algemeen de voorkeur aan de venturibuis waarvan afb. 6 a en b twee uitvoeringsvormen weergeven. Aa.n deze instrumenten ligt het beginsel ten grondslag, dat in een plaatselijke vernauwing van een buis een deel van de potentiële energie wordt veranderd in kinetische energie, waardoor een daling van de druk in de vernauwing optreedt. Het verband tussen de doorstromende hoeveelheid en het drukverschil vóór en in de vernauwing wordt weergegeven door de formule Q2' = ch. Het drukverschil h, dat met elke willekeurige differentiaalmanometer kan worden gemeten, is derhalve een maat voor de op een bepaald ogenblik doorstromende hoeveelheid. De kwadratische verhouding is een minder prettige omstandigheid, want als het drukverschil in de differentiaalmanometer door een overbrengingsmechanisme in een draaiende beweging wordt veranderd, waardoor een wijzer kan worden bewogen, moet de wijzerplaat een kwpdratische schaalindeling hebben, hetgeen de nauwkeurige aflezing bemoeilijkt. Daarom zijn speciale differentiaalmanometers tot ontwikkeling gekomen, waarin het kwadratisch verlopende drukverschil wordt veranderd in een lineaire beweging van een wijzer. Dit is in het algemeen op twee i
Afb. 7 Differentiaalmanometer met kwadratische vlotterbeweging
manieren mogelijk. Afb. 7 geeft de z.g. mechanische methode weer, waarbij de vlotterbeweging nog niet lineair is, doch de wijzerbeweging in verband met de tussenvoeging van de speciaal gevormde hefboom wel. Bij de z.g. hydraulische methode wordt door een parabolisch verloop van de doorsneden van het met kwik gevulde vat reeds de beweging van de vlotter lineair. Van deze laatste methode geeft afb. 8 twee uitvoeringsvormen weer. Een venturibuis veroorzaakt altijd wervelingen met als gevolg een blijvend drukverlies. Door een goed doordachte vormgeving kan dit verlies worden beperkt tot 10 a 15% van het drukverschil bij maximale doorstroming, dat in moderne instrumenten slechts 2 m behoeft te bedragen. Het blijvende drukverlies kan derhalve worden beperkt tot 20 a 30 cm waterkolom. Het plaatsen van venturimeters in zuigleidingen wordt zoveel mogelijk vermeden. Omdat men het echter niet altijd kan ontgaan, zijn door de fabrieken meters ontwikkeld voor een maximaal drukverschil van 80 cm. In bijzondere gevallen kan door toepassing van de - uit de gasindustrie bekende - ringbalans met differentiaalmeters met nog geringere drukverschillen worden gewerkt. Het meetgebied is bij de venturimeter afhankelijk van de constructie. Bij de eenvoudige constructies met betrek-
Afb. 8a Afb. 8b Differentiaalmanometers met lineaire vlotterbeweging
kelijk geringe verstelkrachten bedraagt het doorgaans 1 : 8. Bij de duurdere uitvoeringen overeenkomstig afb. 8 bedraagt het maximaal 1 : 20. Een miswijzing van ten hoogste of - 2% wordt in het algemeen slechts gegarandeerd voor doorstromende hoeveelheden, die binnen het meetgebied liggen. Indien bv. een venturimeter met een meetgebied van 1 : 8 wordt gemonteerd in een uitgaande leiding, waardogr maximaal 800 m3vh stroomt, dan moet bij een doorstroming van minder dan 100 m3/h
+
(bv. van een kleine pomp voor nachtbedrijf) met grotere miswijzingen genoegen worden genomen. De ongunstige stromingstoestand in een bocht van een leiding of in een leidinggedeelte met half geopende afsluiter, waarvan de afb. 9 en 10 een indruk geven, maakt het verklaarbaar, dat de miswijzing bij venturimeterinstallaties vrij sterk wordt beïnvloed door de lengte van het rechte buisgedeelte vóór en achter de venturibuis. Uit afb. 11 kan worden afgeleid, welke lengte het rechte buisgedeelte vóór de venturibuis moet hebben. Indien een dergelijke buis voor een maximaal drukverschil van 2 m wordt gekocht en de maximale snelheid van het water in de vernauwing volgens opgave van de leverancier 2,5 m bedraagt, dan moet het rechte buisgedeelte A tenminste 15,5 maal de buismiddellijn zijn. Indien A door plaatselijke omstandigheden slechts 10 maal de buismiddellijn kan bedragen, dan moet men Òf een miswijzing van 2,5 à 37% accepteren Òf van het beschikbare rechte gedeelte opgave aan de leverancier doen en een venturibuis met een andere waarde voor het maximale drukverschil doen ontwerpen. Het rechte buisgedeelte achter de venturibuis dient tenminste 4 à 5 maal de buismiddellijn te bedragen. Met de hiervoor omschreven instrumenten is het per, soneel op het pompstation in staat nauwkeurig te controk leren, hoeveel water het pompstation verlaat. Het kan echter zonder nadere aanwijzingen niet beoordelen of op elk ogenblik de juiste hoeveelheid water wordt verzonden en derhalve de productie niet regelen. Daarvoor is nodig een inzicht in de wegen, die het water volgt in het voorzieningsgebied. Deze wegen kunnen, afhankelijk van de opbouw van het hoofdleidingnet meer of minder nauwkeurig, worden afgeleid uit het verloop van de waterstanden in de bufferreservoirs voorzover deze zijn gelegen buiten het pompstation; uit de druk die op verschillende punten in het hoofdleidingnet heerst en uit de in bedrijf iijnde pompen in eventueël aanwezige opjaagstations. De ver doorgevoerde verfijning van de stuurstroomtechniek heeft de mogelijkheid geschapen om al deze gegevens door middel van aanwijs- en registreerinstrumenten op het pompstation te melden. Uiteraard is het een zaak voor de Directie van het bedrijf, uit te maken, welke gegevens langs mechanische of electrische weg naar het pompstation moeten worden doorgegeven. De te plaatsen apparatuur is dan voor de machinist het hulpmiddel om de hoeveelheid af te leveren rein water
e
Afb. 9 Stromingstoestand in bochten
A f b . 10
Stromingstoestand i n een buis m e t half geopende afsluiter
M A X . DRUKVERSCHIL
MAX.
SNELHEID
I N DE
VERNAUWING
Afb. 11 Bepaling v a n het rechte buisgedeelte vóór een venturibuis
.> .
7.
.
. :
.
FTF F.=
-
AIO.
-
--
-
12b
Waterstandsaanwijzer met vlotter
I
Afb. i3a Afb. 13b Vormen van aanwijs- en registreerjnstrumenten
gedurende een etmaal zo te regelen, dat in de verschillende delen van het voorzieningsgebied juist voldoende water wordt ontvangen. Het is ondoenlijk van de vele con----structies op dit geAfb. 14 Electrisch schema voor aanwijbied een overzicht zing op afstand te geven. Het in afb. 12 weergegeven apparaat is te beschouwen als een greep uit vele mogelijkheden. Het is een inrichting voor het aanwijzen, ter plaatse en op afstand, van de waterstand in reservoirs. Afb. 13 geeft een voorbeeld-van Afb. 15 Inbouw van schakelcontacten in een aanwijsinstrument een aanwijs- en van een registreerinstrument, die beide langs electrische weg worden bestuurd, terwijl afb. 14 het electrische schema weergeeft. Het apparaat volgens afb. 12 biedt de mogelijkheid contacten te bevestigen voor het in- en uitschakelen van pompen, zodat bv. waterstanden in watertorens automatisch op peil kunnen worden gehouden. Zoals afb. 15 aangeeft, kunnen er 8 kwikcontacten voor het schakelen van verschillende pompen in worden ondergebracht. p -
Contrôle in het voorzieningsgebied
De voorzieningsgebieden van kleinere stedelijke bedrijven zijn in vele gevallen wel zo compact, dat weinig behoefte bestaat aan indeling in districten met het doel de waterbeweging in elk district te kunnen beoordelen. In grote steden en bij streekwaterleidingen met vaak grillig gevormde hoofdleidingnetten is indeling in districten en het inbouwen van geëigende watermeters voor elk district f eitelijk onmisbaar. De oorspronkelijke berekening
Afb. 16 Doorsnede van een Woltmanmeter met vertikaal schoepenrad
I
van een hoofdleidingnet kan door onvoorziene omvangrijke woningbouw, door vestiging van waterverbruikende bedrijven of door andere oorzaken geheel op losse schroeven komen te staan, zodat op een veel vroeger tijdstip dan was geraamd onvoldoende druk of zelfs watergebrek kan ontstaan. In zulk een geval betekent een tijdige waarschuwing het voorkomen van veel ongenoegen en deze waarschuwing kan worden gegeven door het inbouwen van districtswatermeters. Door de zeer vele onzekere factoren met betrekking tot het verbruik in een district is de keuze van het juiste metertype vaak geen eenvoudige opgave. Men kan zich het geval denken, dat een district zonder tussenkomst van een bufferreservoir moet worden gevoed, zodat rekening moet worden gehouden met een verhouding tussen minimale en maximale doorstroming van 1 op 15. Een Woltmanmeter met horizontaal schoepenrad is daarvoor minder geschikt, omdat de gevoeligheid bij kleine doorstromingen ontoereikend is. Deze omstandigheid heeft geleid tot de in afb. 16 weergegeven constructie met verticaal geplaatst schoepenrad, dat een geringe wrijving in de taats heeft en daardoor gevoeliger is. Een indruk van de verschillen tussen beide typen geeft afb. 17, waaruit blijkt, dat de onderste nauwkeurigheidsgrens voor een meter van 100 mm met horizontaal schoepenrad ligt bij 4,5 m3/h en voor die met verticaal schoepenrad bij 0,75 m3jh. Door de vorm van het huis en de doorstromingskanalen is de meter met verticaal schoepenrad hydraulisch in het nadeel, hetgeen blijkt uit de veel steiler verlopende drukverlieskromme. Indien nu in het hiervoor bedoelde district enkele bedrijven worden gevestigd, die veel water verbruiken en sterke toppen veroorzaken, dan is het denkbaar, dat de verhouding tussen de minimale en de maximale doorstroming tot boven 1 op 100 stijgt. Het is dan voor het nauwkeurig aanwijzen van geringe verbruiken, bv. gedurende de nacht, noodzakelijk een combinatiemeter toe te
%
MEETGEBIED j 100 H
n
HOEVEELHEIO
3
25 L0
9
2
WOLTMAt4METER j 1 0 0 HORIZONTAAL
E5
5
g
l.5 WOCTMANMETER / 100 VE2TICAAL I
05
100
200 HOEVEELHEID
300
4 0 0 "?h
Afb. 17 Vergelijking v a n de miswijzingskrommen v a n een horizontale e n een vertikale Woltmanmeter
passen. Met een dergelijke meter, waarvan afb. 18 een uitvoering weergeeft, kan binnen de grenzen van en - 5 % een verhouding 1 op 1000 worden overbrugd. Het zwakke punt bij deze meetinstrumenten is de overgangszone tussen de hoofd- en de shuntmeter, waarin bedenkelijke miswijzingen kunnen optreden. De eigenaardige constructie met de bewegelijke kogel heeft ten doel het openen of sluiten van de klep in de hoofdleiding en het gelijktijdig sluiten of openen van de shuntleiding snel te doen verlopen en daardoor de overgangszone te beperken. Het is duidelijk, dat de hierboven vermelde overwegingen ook kunnen gelden indien er sprake is van levering aan een industrie, die grote hoeveelheden water zeer onregelmatig afneemt of indien een waterleidingbedrijf water engros levert aan een naburig bedrijf. Omdat het tegenwoordig, technisch gezien, eenvoudig is om de telling van een districtswatermeter langs elec-
+
trische weg naar elk willekeurig te kiezen punt over te brengen en ter plaatse zelfs te registreren, is het verklaarbaar, dat de neiging bestaat deze tellingen naar het pompstation over te brengen. Dit is alleen nuttig, indien de machinist door maatregelen op het pompstation de doorstroming door de districtswatermeter kan beïnvloeden en dit laatste is doorgaans niet het geval. De aanwijzingen en eventuele registraties van deze soort meters horen thuis op het hoofdkantoor. Contrôle bij de verbruiker In ons land is in een zeer groot aantal woningen geen watermeter aanwezig, omdat het water per abonnement wordt geleverd. Contrôle van het verbruik is in deze woningen derhalve niet mogelijk. Een beschouwing over de contrdle bij de verbruiker kan derhalve kort zijn en wordt alleen volledigheidshalve gegeven. De huiswatermeter is in de loop van tientallen jaren zo intensief door tal van fabrieken bestudeerd, dat hij een hoge graad van technische bruikbaarheid heeft gekregen. De karakteristieke gegevens lopen bij de verschillende fabrikaten weinig uiteen; de voorkeur voor een bepaald fabrikaat berust dan ook doorgaans niet op deze gegevens maar meer op de gebruikte materialen, die vaak maatgevend zijn voor levensduur en onderhoudskosten. Dit metertype wordt in twee karakteristieke uitvoeringen vervaardigd, nl. als natloper volgens afb. 19 en als droogloper volgens afb. 20. Een nadere beschrijving kan achterwege blijven omdat de catalogie van alle meterfabrieken daarover uitvoerige gegevens bevatten. De aan huiswatermeters te stellen eisen zijn vastge-
Af b. 19 Huiswatermeter aatloper
Afb. 20 Huiswatermeter droogloper
legd in normblad N 367. Deze eisen hebben betrekking op de drukverlies- en de miswijzingskiomme, die in afb. 21 zijn weergegeven. De eisen volgens het normblad zijn te beschouwen als minimumeisen, want de fabrieken bereiken met hun producten vaak gunstiger resultaten, in het bijzonder met betrekking tot het werkelijke drukverlies bij de nominale doorlaat, de werkelijke miswijzing in de i- of - 2% zone en de doorlaat bij een miswijzing van - 5%.
81
126
.-
--
HOEVEELHEID
KORTSTONDIG
HOEVEELHEID
Afb. 21 Miswijzingskromme voor een 3 m3 huiswatermeter
Statistische bewerking van meetgegevens
In het voorgaande zijn verschillende mogelijkheden aangestipt van contrôle van de waterproductie, van de waterbeweging in het hoofdleidingnet en van het waterverbruik. Nu zal niemand ergens een watermeter of een ander contrôle-instrument inbouwen en er nooit naar kijken. Het kijken zal zelfs worden gevolgd door het noteren van de aanwijzingen. Al naar de omvang van het bedrijf zullen dus regelmatig een aantal tabellen en registreerstroken op het hoofdkantoor binnenkomen. En nu zal ook niemand deze gegevens in het archief opbergen zonder er een blik op te werpen. Toch is van belang, welke gegevens worden verzameld en hoe deze worden bekeken. Men kan van mening verschillen over de objecten, die aan meting behoren te worden onderworpen. De praktijk heeft echter bewezen, dat slechts een goede meting praktische zin heeft; d.w.z. het gebruiken van zo nauwkeurig mogelijke instrumenten en daarnaast het beperken tot die metingen, die bijdragen tot verdieping van het inzicht in de gang van het bedrijf. Dit inzicht is in de eerste plaats nodig om op geregelde tijden de vraag te kunnen beantwoorden of de mogelijkheid tot het leveren van voldoende water op de juiste tijden en de juiste plaatsen nog is gewaarborgd. Het cri-
tisch beschouwen van de geproduceerde hoeveelheden op het pompstation volgens de dagelijks opgenomen stand van de hoofdwatermeter geeft daaromtrent nuttige aanwijzingen, omdat er uit kan worden afgeleid, of het geraamde verbruik over een bepaalde periode nog kan worden gedekt. Voldoende is dit cijfer echter niet, omdat het geen aanwijzingen geeft over het verloop van het verbruik gedurende een etmaal of gedurende een bepaalde periode. Het moet daarom worden aangevuld met gegevens over het verloop van de waterstanden in de bufferreservoirs. Het aanwìjxen van deze standen is nuttig voor de machinist op het pompstation omdat het hem in staat stelt in de reservoirs het vereiste minimale peil te handhaven. Het regktreren van deze standen is van belang voor de Directie, omdat deze daaruit kan afleiden of het reservoir zelf dan wel de hoofdleidingen of de installaties op het pompstation uitbreiding behoeven. Indien uit de registratie van de waterstanden in de reservoirs blijkt, dat deze herhaaldelijk tot in de buurt van de minimale waterstanden worden leeggetrokken, dan is er aanleiding om - op grond van het daaruit af te leiden hoge verbruik - de druksituatie in het achter de reservoirs gelegen gebied met behulp van registrerende manometers te controleren. Permanente registratie van de druk in verschillende punten van het voorzieningsgebied heeft over het algemeen weinig zin. In de tweede plaats is een nauwkeurige bestudering van de aanwijzing van de verschillende meetinstrumenten nodig, omdat daaraan gegevens kunnen worden ontleend omtrent de doelmatigheid van de wijze van werken. Zij kunnen de kleine fouten aan het licht brengen, die niet direct in het oog vallen en daarom licht aan de aandacht ontsnappen, doch niettemin tot belangrijke kosten leiden. Een belangrijk hulpmiddel ter beoordeling van de al of niet juiste wijze van werken, voorzover deze althans aan het personeel is toevertrouwd, is de registratie van de bedrijfsuren der verschillende machines. Dit geldt zowel voor de hoofd~omwstationsals voor de opjaägstations. Een machinist; di6 op het pompstation verschillende reinwater~omgenter beschikking. heeft met oplopende capaciteiten, zal>zolang in de totale pompcapaciteit een zekere reserve zit, niet zelden de neiging hebben om de accumulatieruimten (watertorens of bodemreservoirs) zoveel mogelijk gevuld te houden. Dit zal tot gevolg hebben, dat hij gedurende een aantal uren per etmaal een grotere pomp in bedrijf houdt dan strikt noodzakelijk is. Het verschil in energieverbruik tussen de in bedrijf zijnde (te grote) pomp en de juiste pomp
neemt toe naarmate de transportleiding tussen het pompstation en het reservoir langer is, hetgeen vooral Pij hoge stroomkosten tot niet onbelangrijke onnodige kosten kan leiden. In dit verband is het ook nuttig de bedrijfsuren van aanwezige noodstroomaggregaten te registreren, omdat er belangrijke verschillen bestaan in de stroomkosten in en buiten de speruren. Het op het pompstation opstellen van registrerende instrumenten voor de afgeleverde hoeveelheden water naast die voor de bedrijfsuren van de verschillende machines heeft weinig praktische zin. De combinatie van geregistreerde bedrijfsuren en aanwijzing van de hoofdwatermeter geeft voldoende nauwkeurig inzicht, waaraan de registratie van het afgeleverde water geen nieuw element kan toevoegen.
p *
.
Relatie tussen productie en verbruik In het historisch overzicht werd iets opgemerkt over de centrale waterleiding in het begin van onze jaartelling. Deze waterleiding werd o.m. gekenmerkt door de afwezigheid van enige verbruiksmeting. Kennis van het verbruik is echter onontbeerlijk voor het juiste inzicht in de economische factoren van de waterlevering. Er is geen enkel bedrijf, waar levering en verbruik, in m3 uitgedrukt, gelijk zijn. Het nuttig effect van de levering is nimmer 100% en kan daarvan zelfs sterk afwijken. Bij het beoordelen van de verhouding tussen productie en verbruik moet met een aantal factoren rekening worden gehouden, t.w. : 1. de miswijzingen in de meters op het pompstation en in die bij de verbruikers; 2. de hoeveelheden water, die wel het pompstation verlaten, doch de verbruikers niet bereiken; 3. de hoeveelheden water, die wel tot de verbruikers doordringen, doch die noch voor het bedrijf, noch voor de verbruiker nut afwerpen. Een fout bij de hoofdwatermeter op het pompstation komt, administratief gezien, bij de hoeveelheid water, die onderweg zoek raakt. Deze fout kan dus tot ongerechtvaardigde ongerustheid leiden en oorzaak zijn, dat men zoekt naar water, dat niet zoek is. Een - fout bij dezelfde meter kan oorzaak zijn van een zekere valse gerustheid, omdat deze fout de indruk kan wekken, dat het met het zoekrakende water wel meevalt. Natuurlijk is voor beide onjuiste reacties slechts plaats, indien de meting globaal is en dus met grote miswijzin-
+
gen gepaard gaat. Deze overwegingen pleiten dus voor een zo nauwkeurig mogelijke met ting. Immers geeft een goede meting de garantie, dat men bij het te velde trekken tegen het tweede euvel van een juiste basis uitgaat. Dit tweede euvel is een punt van grote zorg bij de meeste waterleidingbedrijven. Het is nimmer geheel te voorkome, maar neemt gemakkelijk een bedenkelijke omvang aan. Bij Afb. 22 Registreerinstrument voor de bestrijding ervan een venturimeter zijn op de juiste plaatsen opgestelde en nauwkeurig werkende districtsmeters van grote betekenis. Zij fungeren als ideale alarmklokken, indien ze registrerend zijn uitgevoerd. Indien het meetgebied zulks toelaat, voldoet daarbij de registrerende venturimeter, waarvan afb. 22 een uitvoeringsvorm weergeeft, aan hogere eisen dan de registrerend Woltmanmeter, hoewel de laatste voor het gestelde ook bruikbaar is. Er zijn mij twee gevallen uit het verleden bekend, waarin een registrerende venturimeter met groot meetgebied een vermoeden van een hoog nachtverbruik tot ~rrilstrektezekerheid maakte door met niet te miskennen duidelijkheid de verbruikslijn van respectievelijk 25 en 30 m3/h te trekken. Met weinig kostbare middelen KUU het nachtverbruik toen voor een berangrije geaeerce WUIden opgeheven. De besproken instrumenten maken het mogelijk om de strijd tegen de waterverliezen in de districten niet als een sprong in het duister, maar volgens een vooraf op te stellen plan te voeren. Natuurlijk moet aan deze instrumenten de eis worden gesteld, dat ZIJ nauwkeurig aanwijzen, want het werkt verlammend, als men zoekt naar een berekend verlies van 10i% en geen zekerheid heeft of het werkelijke verlies 5 of 15% bedraagt. Al zoekend naar het water, dat niet tot zijn recht komt, zal men tenslotte de huisaansluitingen, de bronnen van veel verspilling, naderen. Men stoot in de ene woning op
,
WATERVERBRUIK IN KEULEN VAN 1873 TOT 1920
WATERVERBRUIK O P GOEREE-OVERFLAKKEE m1
700000
1
VAN
1935 TOT 1952
Afb. 23b
BEDRIJFSJAAR
A f b . 23a
Verloop v a n het waterverbruik (in Keulen en o p GoereelOverflakkee)
een watermeter, in de andere uitsluitend op een stopkraan. Achter beide vinden veel ongerechtigheden plaats, maar de watermeter noteert hen en de stopkraan zwijgt er over. In het eerste geval zal het bedrijf door de ongerechtigheden achter de watermeter geen financiële schade lijden. Doch geen enkele Directie zal n a kennisneming van wantoestanden, onverschillig of zij achter een watermeter of een stopkraan heersen, deze laten voortbestaan. Immers betekent waterverspilling, in welke vorm en om welke oorzaak dan ook, verlies van economisch goed, dat tot de meest effectieve bestrijding dringt. Hoewel niet direct met het onderwerp ter zake verband houdend, past m.i. in het kader van de betekenis van de strijd tegen waterverspilling de vermelding van een paar markante gevallen van beperking van het waterverbruik door plaatsing van watermeters. Afb. 23 geeft het verloop weer van het waterverbruik in Keulen in de periode 18731920 en van het verbruik op het eiland Goeree-Overflakkee in de periode 1935-1952. Het uitsluitend via de watermeter leveren bij het Nederlandse bedrijf werd noodzakelijk door de beperkte zoetwatervoorraad in het duingebied. In het voorgaande zijn enige mogelijkheden aangestipt met betrekking tot de contrôle van de productie, het transport en het verbruik van leidingwater. De techniek is heden ten dage in staat ten behoeve van deze contrôle
de meest uiteenlopende instrumenten te vervaardigen, die dank zij hun grote 'mate van nauwkeurigheid doelmatig kunnen worden ingepast in elke vorm van contrôle. Bij een juist opgezet contrôleprograrnma zijn zij een belangrijk hulpmiddel om een technische en hygiënisch goede drinkwatervoorziening te waarborgen en de verliezen binnen aanvaardbare perken te houden. Literatuur: 1. Das Gas- und Wasserfach 1950 Heft 22. 2. Bau und Betrieb 1952 Heft 2. 3. Der Stadtetag 1953 Heft 6. 4. A. L i o r d ,,Flow measurement and meters". 5. Diverse publicaties van H. Meinecke A.G. Ha~uiwer. 6. (Diverse publicaties van Pollux G,m.b.H. Ludwigshafen a. Rh.
7. Diverse publicaties van Bopp und Reuther G.m.b.H. Mannheim.
INHOUD Blz.
Voorwoord . . . . . . . . . . . . . . Inleiding, dom Prof. W. F. J . M. X m l . . . . . Capaciteit van transportleidingen en reservoirs, door Ir L. Huisman
. . . . . . . . . .
Berekening van transportleidingen en distributienetten, door Ir R. Boone (Gent) . . . . . . Berekening van dienst- en binnenleidingen, door A. L. Lafeber
. . . . . . . . . . . . .
Maatregelen tegen vermindering van de kwaliteit tijdens transport en distributie, door Dr L. H. Louwe Kooijmans
. . . . . . . . . . .
Systeem en uitrusting van transportleidingen en distributienetten, door Ir M. Boelhouwer . . . Centrale contrôle van het verbruik, door Ir C. van Rooijen
. . . . . . . . . . . . .
3 5
