Uit de praktijk

Drinkwaterbedrijven worden met enige regelmaat geconfronteerd met lekkages en breuken in het drinkwaterleidingnet. Veelal ligt de oorzaak bij graafwerkzaamheden of grondzettingsproblemen. Maar ook onderhouds- of reparatiewerkzaamheden aan het leidingnetwerk kunnen weer tot nieuwe lekkages leiden. Waterleidingmaatschappij Limburg (WML) herkent de oorzaken maar legde ook een link tussen blusactiviteiten en lekkages in bepaalde gebieden. In dit artikel duiden we de relaties tussen blusactiviteiten en lekkages in het drinkwaternet.

Blusactiviteiten

Bij het uitvoeren van onderhoud wil iemand nog wel eens te snel met afsluiters manipuleren. Daardoor ontstaan drukgolven. Een fenomeen dat we waterslag noemen. Bij een brandmelding rukt de brandweer uit met minimaal een tankautospuit. Dit blusvoertuig beschikt naast een voorraadtank met water ook over een pompinstallatie. Daarmee kunnen ze ter plekke direct de brand bestrijden.

 

Sluittijd afsluiter

Echter, de voorraadtank volstaat alleen voor het beginnen met blussen! Intussen brengen collega’s een slangverbinding tot stand via de brandhydrant met het waterleidingnet en de voorraadtank op de tankautospuit om deze continue bij te vullen. De niveaumeting op de voorraadtank stuurt een afsluiter aan en sluit die automatisch bij hoog niveau. Dan stopt de watertoevoer. Als het niveau in de voorraadtank vervolgens daalt, gaat bij een bepaald niveau de afsluiter automatisch weer open en wordt de tank weer bijgevuld

Brandweer Limburg-Noord hanteert een door leverancier Kenbri ingestelde tijd van drie seconden voor zowel het sluiten als openen van de afsluiter. Met inachtneming van de afsluiterkarakteristiek kan dit betekenen dat de effectieve sluittijd binnen een seconde plaatsvindt. Debietafname verloopt niet lineair in de tijd. Het snelle sluiten genereert een positieve drukgolf die het leidingnetwerk inloopt. De grootte van de drukgolf hangt af van het oorspronkelijke blusdebiet en het materiaal van het waterleidingnet (gietijzer, PVC, etc). Maar ook de lokale geometrie van het drinkwaternet speelt een rol. Denk aan een sterk vermaasd netwerk in stedelijk gebied of lange leidingen zonder veel aftakkingen in landelijk gebied.

Door reflecties kunnen deze positieve drukgolven terugkeren als negatieve drukgolven. Hierdoor kan lokaal onderdruk in de leiding ontstaan. Iets dat in een drinkwaternet niet mag voorkomen omdat bij onderdruk het gevaar ontstaat van verontreiniging dat van buitenaf het leidingnet inkomt door bijvoorbeeld niet optimaal aansluitende leidingdelen.

Relatie waterleidingbreuken en blusactiviteiten
Hoogfrequente druklogger aangesloten op brandhydrant.

 

Experiment

WML deed samen met Brandweer Limburg-Noord een experiment naar de effecten van het sluitgedrag van de vulklep op het drinkwaternet. Allereerst stelden de partijen een aantal praktische criteria op. Zoals een goede meetlocatie waarbij met zekerheid waterslag op gaat treden zonder maatschappelijke overlast. Daaruit kwam een meetlocatie aan de Schoorweg in Weert naar voren waar een woning ligt aan het einde van een tak van het hoofdleidingnet en waarbij in de buurt diverse hydrantaansluitingen aanwezig zijn. Daar konden meerdere dataloggers worden geplaatst om de ontwikkeling van de drukken te monitoren. De bewoners verleenden vooraf toestemming om aan de proef mee te werken. De druk werd gemeten op de brandkraan met de aangesloten brandslang en op twee verder weg gelegen brandkranen met een onderlinge afstand van 1000 tot 1500 meter. Met hoogfrequente dataloggers konden de onderzoekers vaststellen hoe snel de energie van de drukgolf afneemt. Hoogfrequente frequente dataloggers zijn essentieel omdat de drukgolf zich met snelheden tussen de 200 en 1300 m/s voortbeweegt. Ook hier speelt het leidingmateriaal, Hdpe, PVC  of staal/gietijzer een rol. WML gebruikte loggers met een bemonsteringsfrequentie van 128 samples per seconde en het leidingmateriaal op de testlocatie bestaat uit asbestcement.

Resultaten

Het experiment vond plaats met vulklepsluittijden van drie en tien seconden. Beginnend met de langste sluittijd. De stationaire druk in het leidingnet voordat de brandkraan opengaat, bedroeg circa drie bar. Door het sluiten van de vulklep traden kortstondig drukken op variërend tussen 1,5 en 10 bar. In de woning leidde dit tot een waterballet op de keukenvloer. De ontlastklep van de boiler werd meerdere malen opengeduwd door de optredende drukpieken.

Bij het experiment met de sluittijd van drie seconden draaiden de onderzoekers uit voorzorg de hoofkraan van de woning dicht. Zo konden de drukgolven de boiler niet bereiken en voorkwamen ze eventueel verdere waterschade aan apparatuur of woning. De grootste druk die nu optrad was ongeveer 12 bar.

Dit soort grote drukpieken kunnen leidingbreuk veroorzaken. Zeker waar de leiding al verzwakt is ten gevolge van zettingen.

De hypothese van WML dat door blusactiviteiten schade kan ontstaan aan het drinkwaterleidingnet, is met dit experiment onderbouwd. De waterslagspecialisten van Deltares gaan het experiment met simulatiesoftware Wanda nabootsen om te kijken wat de effecten zijn bij andere leidingconfiguraties.

Op basis van het experiment stelde Veiligheidsregio Limburg al de vulkleppen af op een sluittijd van 10 seconden.

 

Waterslag

Waterslag blijft voor veel leidingnetbeheerders een lastig fenomeen. Aan de ene kant omdat het van de buitenkant niet zichtbaar is en zich alleen met hoogfrequente meetapparatuur laat vastleggen. Maar daarnaast is, in tegenstelling tot de naam suggereert waterslag in principe niet hoorbaar.

Soms kun je bij waterslag wel de leidingen horen trillen maar dat komt door niet-goed verankerde leidingen.

Om het natuurkundig fenomeen te begrijpen, moet je in ieder geval kennis verzamelen van eventuele waterslagoorzaken. Denk bijvoorbeeld aan een pomp en afsluitermanipulaties. Deltares biedt een reeks van cursussen aan onder de titel ‘Hydrodynamica van persleidingsystemen’.