30.08.2013 Views

Handboek debietmeten in open waterlopen - Wageningen UR E-depot

Handboek debietmeten in open waterlopen - Wageningen UR E-depot

Handboek debietmeten in open waterlopen - Wageningen UR E-depot

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

xxxxxxx<br />

F<strong>in</strong>al F <strong>in</strong>a report l re p ort<br />

<strong>Handboek</strong><br />

<strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong><br />

<strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

rapport<br />

2009<br />

41


STOWA<br />

stowa@stowa.nl www.stowa.nl<br />

TEL 030 232 11 99 FAX 030 231 79 80<br />

Arthur van Schendelstraat 816<br />

POSTBUS 8090 3503 RB UTRECHT<br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

2009<br />

41<br />

iSbn 978.90.5773.450.2<br />

Publicaties van de STOWA kunt u bestellen op www.stowa.nl


coloFon<br />

begeleid<strong>in</strong>gScommiSSie<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Utrecht, oktober 2009<br />

gert van den Houten (voorzitter, waterschap rijn en iJssel)<br />

pieter Filius (waterschap Velt en Vecht)<br />

anton bartelds (waterschap Hunze en aa’s)<br />

wubbo boiten (mede-auteur vorige handboek)<br />

michelle talsma (Stowa).<br />

aUteUrS Hans Hartong (HkV lijn <strong>in</strong> water)<br />

paul termes (HkV lijn <strong>in</strong> water)<br />

wiJ danken de Volgende perSonen Voor HUn biJdrage aan Het <strong>Handboek</strong><br />

rutger van ouwerkerk (waterschap brabantse delta)<br />

dirk Fleerakkers (waterschap de dommel)<br />

rené van der Zwan (Hoogheemraadschap van rijnland)<br />

ans elffr<strong>in</strong>k (waterschap Veluwe)<br />

allian mulder (waterschap noorderzijlvest)<br />

gerrit Velten (waterschap regge en d<strong>in</strong>kel)<br />

toon basten (waterschap peel en maasvallei)<br />

marijke Visser (waterschap Zuiderzeeland)<br />

peter Hulst (waterschap roer en overmaas)<br />

rolf van der Veen (rijkswaterstaat)<br />

Jan tekstra (rijkswaterstaat)<br />

Herman peters (rijkswaterstaat)<br />

bart Spelt (rijkswaterstaat)<br />

piet lievense (rijkswaterstaat)<br />

peter beuse (rijkswaterstaat)<br />

arjen ponger (rijkswaterstaat)<br />

bert go (rijkswaterstaat)<br />

peter He<strong>in</strong>en (rijkswaterstaat)<br />

anton dommerholt (wagen<strong>in</strong>gen Universiteit)<br />

Hans ten kate (ten kate-kool)<br />

peter meijer (aquavision)<br />

Sicco kamm<strong>in</strong>ga (nortek)<br />

bas blok (deltares)<br />

kobus van der mooren (elster-<strong>in</strong>stromet)<br />

drUk kruyt grafisch adviesbureau<br />

Stowa rapportnummer 2009-41<br />

iSbn 978.90.5773.450.2


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

ten geleide<br />

In 1994 is het “<strong>Handboek</strong> Debietmeten <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong>” verschenen bij de STOWA.<br />

Het Platform Monitor<strong>in</strong>g Waterkwantiteit heeft namens de waterschappen de wens geuit om<br />

het handboek te herzien en van het handboek een actuele, praktische en laagdrempelige<br />

kennisbron te maken voor alle ontwerpers en beheerders van debietmeetstations <strong>in</strong> ons land.<br />

Hierdoor kunnen debietmeetstations uniformer en kwalitatief beter worden ontworpen en<br />

gebouwd.<br />

Het Platform Monitor<strong>in</strong>g Waterkwantiteit is een gezamenlijk <strong>in</strong>itiatief van de waterschappen<br />

met als doel de <strong>in</strong>formatie-uitwissel<strong>in</strong>g rond de monitor<strong>in</strong>g van waterkwantitatieve meetgegevens<br />

te bevorderen. Rijkswaterstaat heeft zich bij dit <strong>in</strong>itiatief aangesloten.<br />

Het thans voorliggende handboek behandelt alle voor ons land gangbare <strong>in</strong>cidentele en<br />

cont<strong>in</strong>ue debietmeetmethoden, zowel <strong>in</strong> theorie als <strong>in</strong> de praktijk. Speciale aandacht wordt<br />

gegeven aan criteria waarmee voor specifieke situaties de meest geschikte debietmeetmethode<br />

kan worden gekozen. Daarnaast geeft het handboek de randvoorwaarden die horen bij<br />

een succesvolle <strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g en beheer van debietmet<strong>in</strong>gen en gaat <strong>in</strong> het bijzonder <strong>in</strong> op de<br />

organisatorische aspecten van het proces van <strong>in</strong>w<strong>in</strong>n<strong>in</strong>g en beheer.<br />

Wij h<strong>open</strong> dat dit handboek voorziet <strong>in</strong> de behoefte om te komen tot kwalitatief goede debietmet<strong>in</strong>gen<br />

die bijdragen aan een goed functioneren van onze watersystemen.<br />

oktober 2009<br />

De directeur van de STOWA<br />

Ir J.M.J. Leenen


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

de Stowa <strong>in</strong> Het kort<br />

De Sticht<strong>in</strong>g Toegepast Onderzoek Waterbeheer, kortweg STOWA, is het onderzoeks plat form<br />

van Nederlandse waterbeheerders. Deelnemers zijn alle beheerders van grondwater en opper-<br />

vlaktewater <strong>in</strong> landelijk en stedelijk gebied, beheerders van <strong>in</strong>stallaties voor de zuive r<strong>in</strong>g<br />

van huishoudelijk afvalwater en beheerders van waterker<strong>in</strong>gen. Dat zijn alle water schappen,<br />

hoogheemraadschappen en zuiver<strong>in</strong>gsschappen en de prov<strong>in</strong>cies.<br />

De waterbeheerders gebruiken de STOWA voor het realiseren van toegepast technisch,<br />

natuur wetenschappelijk, bestuurlijk juridisch en sociaal-wetenschappelijk onderzoek dat<br />

voor hen van gemeenschappelijk belang is. Onderzoeksprogramma’s komen tot stand op<br />

basis van <strong>in</strong>ventarisaties van de behoefte bij de deelnemers. Onderzoekssuggesties van<br />

der den, zoals ken nis <strong>in</strong>stituten en adviesbureaus, zijn van harte welkom. Deze suggesties<br />

toetst de STOWA aan de behoeften van de deelnemers.<br />

De STOWA verricht zelf geen onderzoek, maar laat dit uitvoeren door gespecialiseerde<br />

<strong>in</strong> stanties. De onderzoeken worden begeleid door begeleid<strong>in</strong>gscommissies. Deze zijn samen-<br />

gesteld uit medewerkers van de deelnemers, zonodig aangevuld met andere deskundigen.<br />

Het geld voor onderzoek, ontwikkel<strong>in</strong>g, <strong>in</strong>formatie en diensten brengen de deelnemers<br />

sa men bijeen. Momenteel bedraagt het jaarlijkse budget zo’n 6,5 miljoen euro.<br />

U kunt de STOWA bereiken op telefoonnummer: 030 -2321199.<br />

Ons adres luidt: STOWA, Postbus 8090, 3503 RB Utrecht.<br />

Email: stowa@stowa.nl.<br />

Website: www.stowa.nl


<strong>in</strong>HoUd<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong><br />

<strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

ten geleide<br />

Stowa <strong>in</strong> Het kort<br />

deel a: algemeen 1<br />

1 <strong>in</strong>leid<strong>in</strong>g 3<br />

1.1 weten alvorens te meten 3<br />

1.2 doel en scope van het handboek 4<br />

1.3 ten geleide 5<br />

2 begrippen 6<br />

2.1 basisbegrippen 6<br />

2.2 onnauwkeurigheid 8<br />

2.3 betrouwbaarheid 9<br />

2.4 beschikbaarheid 10<br />

2.5 iSo-standaarden 11<br />

2.6 referentiemethoden 11<br />

3 ontwikkel<strong>in</strong>g Van Het <strong>debietmeten</strong> 14<br />

3.1 Historie tot nu toe 14<br />

3.2 de meetmethoden op een rij 17


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

deel b: tHeorie <strong>debietmeten</strong> 21<br />

4 meetlocatie <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong> 23<br />

4.1 randvoorwaarden meetopstell<strong>in</strong>g 25<br />

4.2 Verstorende effecten 27<br />

5 <strong>in</strong>cidentele debietmeetmetHoden 28<br />

5.1 Standaard velocity-area methode 29<br />

5.1.1 doorstroomoppervlak <strong>in</strong> meetraai 29<br />

5.1.2 Snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> verticaal 29<br />

5.1.3 Snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> meetraai 31<br />

5.1.4 bepalen debiet door meetraai 33<br />

5.1.5 onnauwkeurigheid debiet 35<br />

5.1.6 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 36<br />

5.1.7 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 37<br />

5.1.8 Voorbeelden 38<br />

5.1.9 iSo-standaarden 38<br />

5.2 aangepaste velocity-area methoden 39<br />

5.2.1 mov<strong>in</strong>g-boat methode 39<br />

5.2.2 deflectie methode 41<br />

5.2.3 drijvermet<strong>in</strong>gen 41<br />

5.2.4 onnauwkeurigheid debiet 43<br />

5.2.5 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 43<br />

5.2.6 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 43<br />

5.2.7 Voorbeelden 43<br />

5.2.8 iSo-standaarden 44<br />

5.3 Verhangmethode 45<br />

5.3.1 meetpr<strong>in</strong>cipe 45<br />

5.3.2 bepal<strong>in</strong>g debiet 47<br />

5.3.3 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 47<br />

5.3.4 onnauwkeurigheid debiet 48<br />

5.3.5 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 48<br />

5.3.6 Voorbeelden 48<br />

5.3.7 iSo-standaarden 48<br />

5.4 Verdunn<strong>in</strong>gsmethode 49<br />

5.4.1 pr<strong>in</strong>cipe verdunn<strong>in</strong>gsmethode en bepal<strong>in</strong>g debiet 49<br />

5.4.2 toepassen verdunn<strong>in</strong>gsmethode 51<br />

5.4.3 geschikte tracers 53<br />

5.4.4 geschikt meettraject 53<br />

5.4.5 onnauwkeurigheid debiet 54<br />

5.4.6 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 55<br />

5.4.7 Voorbeelden 55<br />

5.4.8 iSo-standaarden 55<br />

5.5 Veldcalibratie van afvoerkunstwerken 56<br />

5.5.1 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 57<br />

5.5.2 onnauwkeurigheid 57<br />

5.5.3 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 57<br />

5.5.4 Voorbeelden 58<br />

5.5.5 iSo-standaarden 58


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6 cont<strong>in</strong>Ue debietmeetmetHoden 59<br />

6.1 meetstuwen 60<br />

6.1.1 <strong>in</strong>del<strong>in</strong>g van stuwen 61<br />

6.1.2 classificatie van meetstuwen 62<br />

6.1.3 afvoer en waterstand 63<br />

6.1.4 typen meetstuwen 65<br />

6.1.5 nulpuntsbepal<strong>in</strong>g meetstuwen 66<br />

6.1.6 klepstuwen 66<br />

6.1.7 onnauwkeurigheid 71<br />

6.1.8 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 71<br />

6.1.9 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 71<br />

6.1.10 Voorbeelden 71<br />

6.1.11 iSo-standaarden 74<br />

6.2 meetgoten 75<br />

6.2.1 <strong>in</strong>leid<strong>in</strong>g 75<br />

6.2.2 typen meetgoten 75<br />

6.2.3 onnauwkeurigheid 76<br />

6.2.4 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 77<br />

6.2.5 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 77<br />

6.2.6 Voorbeelden 77<br />

6.2.7 iSo-standaarden 78<br />

6.3 looptijdverschilmet<strong>in</strong>g 79<br />

6.3.1 <strong>in</strong>leid<strong>in</strong>g 79<br />

6.3.2 bepalen stroomsnelheid en debiet 80<br />

6.3.3 onnauwkeurigheid 81<br />

6.3.4 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 82<br />

6.3.5 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 82<br />

6.3.6 Voorbeelden 84<br />

6.3.7 iSo-standaarden 87<br />

6.4 Snelheidsmet<strong>in</strong>g/dopplermet<strong>in</strong>g 88<br />

6.4.1 <strong>in</strong>leid<strong>in</strong>g 88<br />

6.4.2 bepalen stroomsnelheid en debiet 88<br />

6.4.3 onnauwkeurigheid 89<br />

6.4.4 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 89<br />

6.4.5 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 89<br />

6.4.6 Voorbeelden 92<br />

6.4.7 iSo-standaarden 93<br />

6.5.8 dopplerradarsnelheidsmet<strong>in</strong>g 94<br />

6.5 relatie debiet en waterstand 95<br />

6.5.1 <strong>in</strong>leid<strong>in</strong>g 95<br />

6.5.2 pr<strong>in</strong>cipe en locatie 95<br />

6.5.3 eenduidige Qh-relatie 97<br />

6.5.4 extrapolatie van afvoerrelaties 99<br />

6.5.5 niet-éénduidige afvoerrelaties 100<br />

6.5.6 grote rivieren: Qf-relaties 101<br />

6.5.7 onnauwkeurigheid 102<br />

6.5.8 geschikte meet<strong>in</strong>strumenten 103<br />

6.5.9 mogelijkheden en beperk<strong>in</strong>gen 103<br />

6.5.10 Voorbeelden grote rivieren 104


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.5.11 Voorbeelden kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong> 106<br />

6.5.12 iSo-standaarden 108<br />

6.6 relatie debiet en verval 109<br />

6.6.1 <strong>in</strong>leid<strong>in</strong>g 109<br />

6.6.2 pompgemalen 110<br />

6.6.3 Vijzels 113<br />

6.6.4 <strong>in</strong>laat- en spuiconstructies: verticale schuiven met onderstort 117<br />

6.6.5 duikers 124<br />

6.6.6 afsluiters 127<br />

6.6.7 Hevels en sifons 130<br />

7 meet<strong>in</strong>StrUmenten 131<br />

7.1 Vervalmet<strong>in</strong>gen meetstuwen 131<br />

7.1.1 meetpr<strong>in</strong>cipe 131<br />

7.1.2 ongestuwde en gestuwd afvoer 132<br />

7.1.3 de horizontale lange overlaat 133<br />

7.1.4 de V-vormige lange overlaat 135<br />

7.1.5 de rehbock overlaat en thomson overlaat 136<br />

7.1.6 klepstuwen 137<br />

7.1.7 betondrempels met vell<strong>in</strong>gkant 140<br />

7.1.8 de rossum-stuw 143<br />

7.2 meetgoten/venturi’s 146<br />

7.2.1 meetgoten 146<br />

7.2.2 khafagi venturi’s 148<br />

7.3 Stroomsnelheidsmeters 150<br />

7.3.1 meetpr<strong>in</strong>cipe 150<br />

7.3.2 akoestische snelheidsmeters (looptijdverschilpr<strong>in</strong>cipe) 150<br />

7.3.3 akoestische snelheidsmeters (dopplerverschuiv<strong>in</strong>g) 154<br />

7.3.4 radar snelheidsmeters 160<br />

7.3.5 elektromagnetische snelheidsmeters 161<br />

7.3.6 mechanische snelheidsmeters 162<br />

7.4 waterstandsmet<strong>in</strong>gen 163<br />

7.4.1 peilbuis (Still<strong>in</strong>g well) 164<br />

7.4.2 overzicht waterstandsmeters 165<br />

7.4.3 iSo-standaarden 168<br />

7.5 diepte- en positiemet<strong>in</strong>gen 169<br />

7.5.1 echolod<strong>in</strong>g (s<strong>in</strong>gle-beam) 169<br />

7.5.2 dgpS 170<br />

7.5.3 bottom-track 171<br />

7.5.4 iSo-standaarden 171<br />

8 meetonnaUwkeUrigHeid 172<br />

8.1 Soorten onnauwkeurigheid 172<br />

8.2 onnauwkeurigheid meet<strong>in</strong>strumenten 174<br />

8.3 onnauwkeurigheid meetmethode 175<br />

8.4 onnauwkeurigheid verwerk<strong>in</strong>gsmethode 176<br />

8.5 bepalen onnauwkeurigheid debiet 177<br />

8.6 onnauwkeurigheid bij gebruik k-factormethode 180<br />

8.7 meetopzet bij gewenste onnauwkeurigheid debiet 182


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

deel c: praktiJk 185<br />

9 keUZe 186<br />

9.1 Selectieproces 187<br />

9.2 meetdoel en meetonnauwkeurigheid 189<br />

9.3 keuze meetmethode <strong>in</strong> relatie tot meetlocatie 190<br />

9.4 toepass<strong>in</strong>gsoverzicht per meetmethode 191<br />

9.5 toets<strong>in</strong>g en uitwerk<strong>in</strong>g meetopstell<strong>in</strong>g 192<br />

10 praktiJkaSpecten 204<br />

10.1 <strong>in</strong>cidentele met<strong>in</strong>g 205<br />

10.1.1 ontwerpaspecten tijdelijke meetopstell<strong>in</strong>g 205<br />

10.1.2 Voorbereid<strong>in</strong>g meten <strong>in</strong> een tijdelijke meetopstell<strong>in</strong>g 207<br />

10.1.3 Het meten <strong>in</strong> een tijdelijke meetopstell<strong>in</strong>g 209<br />

10.1.4 Uitvoer<strong>in</strong>g van een tijdelijke met<strong>in</strong>g 212<br />

10.1.5 onderhoud tijdens de tijdelijke met<strong>in</strong>g 214<br />

10.1.6 Verwerk<strong>in</strong>g meetgegevens 214<br />

10.2 cont<strong>in</strong>ue met<strong>in</strong>g 215<br />

10.2.1 ontwerpaspecten vaste meetopstell<strong>in</strong>g 215<br />

10.2.2 Voorbereid<strong>in</strong>g en realisatie van een vaste meetopstell<strong>in</strong>g 218<br />

10.2.3 Het meten met een vaste meetopstell<strong>in</strong>g 220<br />

10.2.4 onderhoud van een vaste meetopstell<strong>in</strong>g 222<br />

10.3 Vispasseerbaarheid 223<br />

10.3.1 Fishcounter 225<br />

11 koStenSoorten 227<br />

11.1 <strong>in</strong>richt<strong>in</strong>gskosten cont<strong>in</strong>u debietmeetstation 227<br />

11.1.1 bijzondere bijkomende kosten 229<br />

11.2 exploitatiekosten cont<strong>in</strong>u debietmeetstation 229<br />

11.3 kosten van <strong>in</strong>cidentele met<strong>in</strong>gen 229<br />

11.3.1 <strong>in</strong>-situ met<strong>in</strong>gen 229<br />

11.3.2 capaciteitsmet<strong>in</strong>g grotere kunstwerken 230<br />

12 organiSatie 231<br />

12.1 werkprocessen 231<br />

12.2 organisatorische aspecten 231<br />

12.2.1 plann<strong>in</strong>g en realisatie 231<br />

12.2.2 onderhoud en beheer 233<br />

12.2.3 personele aspecten 234<br />

12.3 Veiligheid 234<br />

literatUUr 235<br />

SymbolenliJSt 237<br />

Verklarende woordenliJSt 240<br />

biJlagen 243<br />

a nen/iSo Standaarden 244<br />

b weerStandScoëFFiciënten waterl<strong>open</strong> 245<br />

c Voorbeelden meetmetHoden 248


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong>


STOWA STOWA 2009-41 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

waterl<strong>open</strong><br />

deel a: algemeen<br />

1


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

2


1<br />

<strong>in</strong>leid<strong>in</strong>g<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

1.1 WeTen AlvOrenS Te meTen<br />

Figuur 1-1 KeuzeprOceS<br />

“Meten is weten” is een veelgebruikte zegswijze om het belang van het meten te onderstrepen.<br />

Maar wie werkelijk gaat meten moet de volgorde van de zegswijze omdraaien en zich eerst<br />

een paar vragen stellen: waarom wil ik “weten”, wat wil ik “weten”, hoe goed wil ik “weten”<br />

en tenslotte de praktische vraag: waar en hoe moet ik “meten”? De antwoorden op deze vragen<br />

v<strong>in</strong>den we doorgaans terug <strong>in</strong> het meetplan; het meetplan beschrijft onder andere de<br />

<strong>in</strong>formatiebehoefte en de monitor<strong>in</strong>g cyclus.<br />

Als we het realiseren van een debietmet<strong>in</strong>g zien als een proces, dan is het meetdoel de <strong>in</strong>voer<br />

daarvoor. Inzicht krijgen <strong>in</strong> het dagelijks waterbeheer, het opstellen en sluitend krijgen van<br />

een waterbalans, de implementatie van een waterakkoord, de calibratie van een waterbeweg<strong>in</strong>gsmodel<br />

of de Kaderrichtlijn Water zijn voorbeelden van zaken die het meetdoel bepalen.<br />

Daarnaast geldt als <strong>in</strong>voer de gewenste nauwkeurigheid van de met<strong>in</strong>g, <strong>in</strong> het navolgende uitgedrukt<br />

als de maximaal toelaatbare meetonnauwkeurigheid. Meetdoel en meet-onnauwkeurigheid<br />

hangen met elkaar samen en het heeft geen enkele z<strong>in</strong> een debietmet<strong>in</strong>g te realiseren<br />

als er geen duidelijk beeld is over de toelaatbare meetonnauwkeurigheid.<br />

Meetdoel en meetonnauwkeurigheid leiden samen tot de opeenvolgende keuze van de meetlocatie,<br />

de meetmethode, het meet<strong>in</strong>strument en de meetopzet. Voorwaarde voor de uite<strong>in</strong>delijke<br />

realisatie van de met<strong>in</strong>g is een goede organisatorische <strong>in</strong>bedd<strong>in</strong>g, niet alleen van de<br />

totstandkom<strong>in</strong>g van het meetpunt, maar vooral ook van het onderhoud en beheer van het<br />

meetpunt. Zijn tenslotte de f<strong>in</strong>anciële middelen voor zowel de realisatie als het onderhoud en<br />

beheer beschikbaar, dan kan het meetpunt worden <strong>in</strong>gericht, de met<strong>in</strong>g worden uitgevoerd<br />

en de <strong>in</strong>w<strong>in</strong>n<strong>in</strong>g en verwerk<strong>in</strong>g van meetgegevens tot de gewenste <strong>in</strong>formatie plaatsv<strong>in</strong>den.<br />

meetdoel meetonnauwkeurigheid<br />

nee<br />

meetlocatie<br />

meetmethode<br />

meet<strong>in</strong>strument<br />

Organisatie?<br />

ok<br />

Geld?<br />

nee<br />

stop <strong>in</strong>stallatie + beheer + verwerk<strong>in</strong>g<br />

ok<br />

3


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

1.2 DOel en ScOpe vAn heT hAnDbOeK<br />

Het handboek dient te worden gebruikt als praktische en laagdrempelige kennisbron voor<br />

alle ontwerpers en beheerders van debietmeetnetten <strong>in</strong> Nederland. De basis voor het handboek<br />

vormt het <strong>in</strong> 1994 door de STOWA uitgebrachte “<strong>Handboek</strong> Debietmeten <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong>”.<br />

Dat handboek is met deze uitgave herzien, geactualiseerd en aangepast aan de gebruikswensen<br />

anno 2009.<br />

De <strong>in</strong>houd betreft het <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong>, <strong>in</strong>clusief alle bijkomende directe<br />

met<strong>in</strong>gen van waterstanden, stuwstanden, schuifstanden en stroomsnelheden. Debietmet<strong>in</strong>gen<br />

bij gemalen behoren ook tot de <strong>in</strong>houd van dit handboek.<br />

Uitgangspunt is de Nederlandse zoetwaterhydrologie, zowel die van het regionale watersysteem<br />

als het rivierensysteem. Het meten <strong>in</strong> estuariene of brakwatersystemen is geen onderdeel<br />

van dit handboek. De debietmeetmethoden en hun <strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g en <strong>in</strong>stallatie zijn gebaseerd<br />

op de <strong>in</strong> Nederland gangbare praktijk en gericht op de daar<strong>in</strong> voorkomende waterhuishoudkundige<br />

objecten.<br />

Niet tot het handboek behoren debietmet<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> gesloten leid<strong>in</strong>gen, het meten van grondwaterstanden<br />

en het meten van neerslaghoeveelheden. Waterstandsmet<strong>in</strong>gen worden alleen<br />

behandeld voor zover deze onderdeel zijn van de meet<strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g.<br />

FOTO 1-1 meeTSTuW leer<strong>in</strong>KbeeK/hupSelSe beeK (FOTO: WS rijn en ijSSel)<br />

4


1.3 Ten geleiDe<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

In dit handboek zijn achtergrond <strong>in</strong>formatie en praktische <strong>in</strong>formatie gescheiden. Het handboek<br />

bestaat daarom uit drie delen:<br />

Deel A: Algemeen 1<br />

Deel b: TheOrie 21<br />

Deel c: prAKTijK 185<br />

De waterbeheerder die precies weet wat hij of zij wil meten, maar die met allerlei praktische<br />

vragen wordt geconfronteerd, v<strong>in</strong>dt zijn of haar weg vooral <strong>in</strong> het tweede deel van het handboek.<br />

Daarnaast is er de waterbeheerder, voor wie een meetlocatie niet per sé een vaststaand punt<br />

is, maar meer een idee van “ik wil ergens meten”. Deze lezer zal beg<strong>in</strong>nen <strong>in</strong> hoofdstuk 9 van<br />

deel C en vervolgens zijn kennis verzamelen <strong>in</strong> zowel het theoretische als het praktische deel.<br />

Er is een samenhang tussen meetlocatie, meetmethode, <strong>in</strong>strumentkeuze en meet-onnauwkeurigheid.<br />

De lezer wordt deze samenhang aangeboden van grof naar fijn, dat wil zeggen<br />

van meetpunt als geheel <strong>in</strong>zoomend op uite<strong>in</strong>delijk de methode, het <strong>in</strong>strument en de nauwkeurigheid.<br />

In de hoofdstuk<strong>in</strong>del<strong>in</strong>g staan deze hoofdstukken na elkaar. Als lezer mag je best<br />

een bladzijde terugslaan.<br />

Voorbeelden en toelicht<strong>in</strong>gen bij de tekst zijn weergegeven <strong>in</strong> een tekstbox:<br />

Voorbeeld/toelicht<strong>in</strong>g<br />

Achtergrond<strong>in</strong>formatie en theoretische basiskennis wordt alleen aangeboden voor zover dit<br />

noodzakelijk is voor een goed begrip. Voor wie het allemaal echt wil weten en/of zaken zoekt<br />

die <strong>in</strong> het onderhavige boek niet aan de orde komen, wordt verwezen naar [Lit. 24]:<br />

Hydrometry<br />

3rd edition<br />

A comprehensive <strong>in</strong>troduction<br />

to the measurement<br />

of flow <strong>in</strong> <strong>open</strong> channels<br />

W. Boiten<br />

W<strong>UR</strong>/UNESCO-IHE<br />

Uitgegeven <strong>in</strong> 2008 door:<br />

CRC Press/Balkema, Leiden<br />

ISBN: 978-0-415-46763-6<br />

5


2<br />

begrippen<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Dit hoofdstuk geeft uitleg over een aantal basisbegrippen. Meetnet, meetpunt, meetlocatie,<br />

meet<strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g, meetopstell<strong>in</strong>g, met<strong>in</strong>g: met deze termen wordt soms hetzelfde bedoeld,<br />

maar meestal juist niet. Hieronder de def<strong>in</strong>itie van deze begrippen, zoals deze <strong>in</strong> dit handboek<br />

worden gehanteerd.<br />

Verder wordt <strong>in</strong>gegaan op het onderscheid tussen nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en<br />

beschikbaarheid <strong>in</strong> relatie tot meten. Ook wordt de betekenis en het belang van referentiemethoden<br />

en ISO-standaarden aangegeven.<br />

2.1 bASiSbegrippen<br />

Hieronder de uitleg over de belangrijkste basisbegrippen uit dit handboek. Achter<strong>in</strong> bev<strong>in</strong>dt<br />

zich een verklarende woordenlijst van alle technische begrippen uit dit handboek.<br />

meTen/meT<strong>in</strong>g<br />

Het geheel van handel<strong>in</strong>gen en processen om een fysisch verschijnsel of een aspect daarvan<br />

te bepalen <strong>in</strong> de vorm van een representatief getal en dit vast te leggen, tene<strong>in</strong>de kennis over<br />

het verschijnsel te verkrijgen.<br />

Een debietmet<strong>in</strong>g bestaat <strong>in</strong> die z<strong>in</strong> niet. Immers het debiet wordt niet gemeten, maar een<br />

fysisch verschijnsel dat met het debiet <strong>in</strong> verband kan worden gebracht, bijvoorbeeld de<br />

stroomsnelheid.<br />

6<br />

Het aflezen van een peilschaal en het opschrijven van de waarde.<br />

Meetwaarde<br />

Het representatief getal van het gemeten fysisch verschijnsel.<br />

De gemeten waterstand bedraagt NAP –0,93 m<br />

meeTneT<br />

Het geheel van meetpunten.<br />

Het hydrologisch meetnet is een samenhangend geheel van meetpunten of meetstations<br />

voor de neerslag, waterstanden en debieten. In veel gevallen worden ook grondwaterstanden,<br />

bodemvocht en waterkwaliteitsparameters gemeten.<br />

meeTpunT<br />

Strikt genomen: het punt waar de met<strong>in</strong>g verricht wordt, maar dan tegenwoordig meestal<br />

<strong>in</strong> abstracte z<strong>in</strong> als onderdeel van een <strong>in</strong>formatica-omgev<strong>in</strong>g. Een meetpunt wordt beschreven<br />

met een meetpuntcode, RD-coörd<strong>in</strong>aten, de meetgrootheid, de meetfrequentie enz.


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Bijvoorbeeld volgens het Aquo-gegevensmodel, daar<strong>in</strong> is overigens een meetpunt synoniem<br />

met een monsterpunt.<br />

Aquo gegevensmodel, entiteit meetpunt<br />

• Afstandsaanduid<strong>in</strong>g meetpunt<br />

• Archiefnummer dossier meetpunt<br />

• Datum e<strong>in</strong>de geldigheid<br />

• Datum <strong>in</strong>gebruikname meetpunt<br />

• Identificatie meetpunt<br />

• Indicatie aanwezige debietmet<strong>in</strong>g<br />

• Indicatie geautomatiseerd ja/nee<br />

• Meetfrequentie<br />

• Meetpunt soort<br />

• Meetrelatie voor meetpunt<br />

• Meetsysteem<br />

• Naam meetpunt<br />

• Omschrijv<strong>in</strong>g meetpunt<br />

• Opmerk<strong>in</strong>g omtrent meetpunt<br />

• Relatieve ligg<strong>in</strong>g meetpunt<br />

• Soort registratie<br />

• Status meetpunt<br />

• X-coord<strong>in</strong>aat<br />

• Y-coord<strong>in</strong>aat<br />

• Z-coord<strong>in</strong>aat<br />

meeTlOcATie<br />

Lijn, vlak of punt waar de meetwaarde wordt opgenomen. Voor een debietmet<strong>in</strong>g is dat altijd<br />

de plaats van de meetopstell<strong>in</strong>g eventueel <strong>in</strong> samenhang met een kunstwerk.<br />

Meetlocatie = meetopstell<strong>in</strong>g + kunstwerk + watergang + geografische ligg<strong>in</strong>g<br />

meeTmeThODe<br />

De wijze van meten en berekenen van de te bepalen grootheid. Voor het meten van debieten<br />

omvat de methode het geheel van het meten van de fysische grootheid (meestal waterstand<br />

en/of stroomsnelheid) en de verwerk<strong>in</strong>g van de met<strong>in</strong>gen tot een debietwaarde.<br />

In dit handboek wordt onderscheid gemaakt tussen <strong>in</strong>cidentele en cont<strong>in</strong>ue debietmeetmethoden.<br />

Incidentele debietmeetmethoden Cont<strong>in</strong>ue debietmeetmethoden<br />

• gestandaardiseerde meetstuwen<br />

• Standaard velocity-area methode<br />

•<br />

•<br />

•<br />

•<br />

niet-gestandaardiseerde meetstuwen<br />

meetgoten<br />

de looptijdverschilmethode<br />

de Dopplermethode<br />

•<br />

•<br />

•<br />

Aangepaste velocity-area methode,<br />

zoals de mov<strong>in</strong>g-boat methode<br />

Verhangmethode<br />

Verdunn<strong>in</strong>gsmethode<br />

• de methode op basis van de relatie<br />

debiet en waterstand<br />

• de methode op basis van de relatie<br />

debiet en verval<br />

Meetopstell<strong>in</strong>g<br />

Het geheel van de meetconstructie, de meet<strong>in</strong>strumenten, de bevestig<strong>in</strong>gsmiddelen en de<br />

bijbehorende energievoorzien<strong>in</strong>g. Meetopstell<strong>in</strong>gen zijn er <strong>in</strong> vaste en <strong>in</strong> varende vorm.<br />

Meetopstell<strong>in</strong>g = meetconstructie + meet<strong>in</strong>strumenten + energievoorzien<strong>in</strong>g<br />

7


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

meeT<strong>in</strong>STrumenT<br />

Instrument/apparaat dat het te meten fysische verschijnsel opneemt met een sensor en het<br />

waargenomen <strong>in</strong> een elektrisch of digitaal signaal omzet.<br />

8<br />

Meet<strong>in</strong>strument = houder + sensor + signaalgever<br />

DATA-AcquiSiTie<br />

Onder data-acquisitie wordt <strong>in</strong> dit handboek verstaan het geheel van processen met als doel<br />

het kenbaar maken van de met<strong>in</strong>g aan de directe gebruiker.<br />

Data-acquisitie = met<strong>in</strong>g + signaler<strong>in</strong>g +filter<strong>in</strong>g + registratie + datacommunicatie<br />

+ telemetrie + centrale opslag + presentatie<br />

DATAverWerK<strong>in</strong>g<br />

Dataverwerk<strong>in</strong>g is het geheel van processen en handel<strong>in</strong>gen met als doel de <strong>in</strong>gewonnen en<br />

centraal opgeslagen gegevens te exporteren en vervolgens te controleren, te valideren en op<br />

te slaan <strong>in</strong> een centraal bestand van reeksen van meetdata.<br />

Dataverwerk<strong>in</strong>g = export + controle + validatie + centrale opslag als meetreeks<br />

Figuur 2-1 DebieTmeT<strong>in</strong>g zOuTKAmp Op WAbiS- preSenTATieScherm lAuWerSmeer (WS nOOrDerzijlveST)<br />

2.2 OnnAuWKeurigheiD<br />

Hoewel we gewend zijn te spreken van de “nauwkeurigheid” van een met<strong>in</strong>g houden we <strong>in</strong><br />

dit handboek toch liever het formeel correcte begrip “onnauwkeurigheid” aan. De onnauwkeurigheid<br />

hangt samen met de onzekerheidsmarge, waarmee de waarde van de grootheid<br />

is of kan worden bepaald. Daarnaast kennen we het begrip “onderscheidend vermogen” of<br />

resolutie: dat is de kle<strong>in</strong>ste variatie van de te meten grootheid die nog wordt weergegeven.<br />

De onnauwkeurigheid kan als absolute waarden worden weergegeven (bijvoorbeeld 0,05 m/s)<br />

of als relatieve waarde (bijvoorbeeld 0,2% van de gemeten snelheid).


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De niveaumet<strong>in</strong>g heeft een onnauwkeurigheid van +/- 0,5% met een onderscheidend<br />

vermogen van 1 mm.<br />

De onnauwkeurigheid van een met<strong>in</strong>g wordt beïnvloed door systematische fouten en toevallige<br />

fouten. Bij systematische fouten is er sprake van een regelmatige afwijk<strong>in</strong>g van de werkelijke<br />

waarde. Dit soort fouten zijn typisch voor meet<strong>in</strong>strumenten, meetopstell<strong>in</strong>gen en de<br />

verwerk<strong>in</strong>g van meetresultaten. Toevallige fouten zijn onvoorspelbaar en hebben meestal een<br />

fysische oorzaak zoals; turbulente strom<strong>in</strong>g, (lucht)drukvariaties, w<strong>in</strong>d, enz.<br />

De onnauwkeurigheid van een debietmet<strong>in</strong>g, dat wil zeggen: de meetonnauwkeurigheid, is<br />

de verzamel<strong>in</strong>g van verschillende foutenbronnen:<br />

Foutenbronnen meetonnauwkeurigheid debietmet<strong>in</strong>g:<br />

• Onnauwkeurigheid van meet<strong>in</strong>strumenten, een eigenschap van het apparaat.<br />

• Onnauwkeurigheid van de meetmethode, als gevolg van de uitvoer<strong>in</strong>g van<br />

de meetopstell<strong>in</strong>g.<br />

• Onnauwkeurigheid van de meetmethode, als gevolg van onvoldoende onderhoud aan<br />

de meetopstell<strong>in</strong>g of <strong>in</strong>stabiliteit van de meetsectie.<br />

• Onnauwkeurigheid van de verwerk<strong>in</strong>gsmethode, als gevolg van de wijze waarop<br />

gemeten grootheden worden verwerkt tot een debiet (o.a. getalconversies).<br />

Als het om de debietmet<strong>in</strong>g gaat dan zijn dit de belangrijkste foutenbronnen, maar als het<br />

om de volum<strong>in</strong>a gaat, dan gaat ook het aspect tijd meespelen en komen er nog een paar bij:<br />

Foutenbronnen onnauwkeurigheid hoeveelheidsbepal<strong>in</strong>g uit debietmet<strong>in</strong>gen:<br />

• Onnauwkeurigheid als gevolg van de meetfrequentie van de debietmet<strong>in</strong>g<br />

• Onvolledige debietmet<strong>in</strong>g (te laat beg<strong>in</strong>nen/ te vroeg ophouden)<br />

• Afwijk<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> de tijdsynchronisatie van verschillende dataverwerkende systemen<br />

• Verlies van datanauwkeurigheid als gevolg van onvoldoende precisie bij de opslag en<br />

communicatie van grote getallen<br />

• Onnauwkeurigheid als gevolg van filter<strong>in</strong>g van meetwaarden.<br />

Zoals al eerder gezegd: meetdoel en meetonnauwkeurigheid hangen met elkaar samen. Het<br />

heeft geen enkele z<strong>in</strong> een nauwkeurige debietmet<strong>in</strong>g te realiseren als daarna de daarvan afgeleide<br />

hoeveelhettden met grote fouten tot stand komen. De volgende begrippen zijn gerelateerd<br />

aan onnauwkeurigheid: reproduceerbaarheid en betrouwbaarheid.<br />

2.3 beTrOuWbAArheiD<br />

De betrouwbaarheid van een meet<strong>in</strong>strument kan op verschillende wijzen worden aangegeven.<br />

Een def<strong>in</strong>itie luidt: betrouwbaarheid geeft de mate aan waar<strong>in</strong> meetresultaten een afspiegel<strong>in</strong>g zijn<br />

van de te meten variabele. Een andere def<strong>in</strong>itie luidt: betrouwbaarheid geeft de mate aan waar<strong>in</strong><br />

met<strong>in</strong>gen vrij zijn van de <strong>in</strong>vloed van toevallige factoren. Beide def<strong>in</strong>ities komen op hetzelfde neer.<br />

In dit handboek gebruiken we de volgende begrippen:<br />

reprODuceerbAArheiD<br />

Dit begrip wordt gebruikt bij herhaalde met<strong>in</strong>gen met dezelfde meetopstell<strong>in</strong>g. Als met een<br />

meetmethode onder dezelfde strom<strong>in</strong>gsomstandigheden <strong>in</strong> een later stadium een vergelijkbaar<br />

resultaat wordt verkregen, spreekt men van een goede reproduceerbaarheid. De grootte<br />

9


2.4 beSchiKbAArheiD<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

van het toegestane verschil <strong>in</strong> uitkomst moet van tevoren worden gedef<strong>in</strong>ieerd om te weten of<br />

het resultaat van een met<strong>in</strong>g goed of niet goed wordt gereproduceerd.<br />

10<br />

De duikers hadden de <strong>in</strong> de fabriek geijkte meters zorgvuldig uitgepakt. Na de lunchpauze,<br />

lekker buiten <strong>in</strong> het zonnige zomerse weer <strong>in</strong> de schaduwloze omgev<strong>in</strong>g, werden<br />

ze nauwkeurig onder water aangebracht. Het heeft nog weken geduurd voordat de<br />

oorzaak van de geconstateerde meetafwijk<strong>in</strong>gen konden worden opgespoord. De meters<br />

reproduceerden niet juist; de fabrieks<strong>in</strong>stell<strong>in</strong>gen waren door de zon verl<strong>open</strong>.<br />

beTrOuWbAArheiD<br />

Dit begrip wordt gebruikt bij herhaalde met<strong>in</strong>gen met verschillende meetopstell<strong>in</strong>gen. Als<br />

met een andere meetmethode onder dezelfde strom<strong>in</strong>gsomstandigheden <strong>in</strong> een later stadium<br />

een vergelijkbaar resultaat wordt verkregen, spreekt men van een goede betrouwbaarheid.<br />

De grootte van het toegestane verschil <strong>in</strong> uitkomst moet van tevoren worden gedef<strong>in</strong>ieerd<br />

om te weten of het resultaat van een met<strong>in</strong>g wel of niet betrouwbaar is.<br />

Bovengenoemde begrippen “reproduceerbaarheid” en “betrouwbaarheid” worden ook wel<br />

samengebracht onder het begrip “statistische betrouwbaarheid”: dit betekent dat wanneer<br />

een met<strong>in</strong>g meerdere malen gedaan wordt, er we<strong>in</strong>ig verschil is tussen de gemeten waarden.<br />

Daarnaast is er het begrip “technische betrouwbaarheid”. Technische betrouwbaarheid<br />

houdt <strong>in</strong> dat een product lange tijd blijft voldoen aan de gebruikseisen. Hiervoor gebruiken<br />

we liever de term “beschikbaarheid”.<br />

Een goede betrouwbaarheid is geen garantie voor de validiteit van de met<strong>in</strong>g!<br />

De beschikbaarheid van een met<strong>in</strong>g geeft aan hoelang deze gemiddeld voldoet aan de<br />

gebruiks eisen, de MTBF (Mean Time Between Failure). Hiermee komen we op een aantal daaraan<br />

gerelateerde begrippen:<br />

• MTTF (gemiddelde tijd tussen falen of Mean Time Till Failure)<br />

• MTTR (gemiddelde reparatietijd of Mean Time Till Repair)<br />

• MTTD(gemiddelde diagnosetijd of Mean Time Till Diagnose)<br />

Waarbij geldt dat: MTBF = MTTF + MTTD + MTTR.<br />

MTBF<br />

MTTF MTTD MTTR MTTF<br />

correcte werk<strong>in</strong>g diagnose reparatie correcte werk<strong>in</strong>g tijd<br />

0 eerste falen start herstel e<strong>in</strong>de herstel tweede falen<br />

De gebruikseisen liggen op het niveau van de data-acquisitie, namelijk de beschikbaarheid<br />

van de met<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de centrale opslag van de telemetrie. Deze beschikbaarheid kan positief<br />

worden beïnvloed door:


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De MTTD te verkle<strong>in</strong>en door:<br />

• Ingebouwde kwaliteitscontrole van het meet<strong>in</strong>strument<br />

• Het meet<strong>in</strong>strument zelfmeldend te doen zijn bij een stor<strong>in</strong>g<br />

• De stor<strong>in</strong>g te doen volgen met een alarmmeld<strong>in</strong>g<br />

• Op het niveau van de telemetrie te controleren en melden op de validiteit van de met<strong>in</strong>g:<br />

geen waarde, waarde buiten bereik of te grote verander<strong>in</strong>g<br />

De MTTR te verkle<strong>in</strong>en door:<br />

• Het beschikbaar hebben van reservecomponenten<br />

• Een onderhoudscontract met adequate responstijd voor de diverse componenten van het<br />

gehele traject van de data-acquisitie<br />

De MTTF te vergroten door:<br />

• De aanschaf van <strong>in</strong> de fabriek op kwaliteit voorgeselecteerde meet<strong>in</strong>strumenten<br />

• Regelmatig preventief onderhoud<br />

2.5 iSO-STAnDAArDen<br />

Wanneer een bepaalde methode <strong>in</strong> meerdere landen gangbaar is, bestaat de mogelijkheid deze<br />

methode vast te leggen <strong>in</strong> een <strong>in</strong>ternationale standaard. Eén van de <strong>in</strong>ternationale organisaties<br />

die zich bezig houden met standaardisatie is de “International Organization for Standard i-<br />

zation” (ISO), waarvan het hoofdkantoor <strong>in</strong> Genève is gevestigd. De ISO kent tal van “Technical<br />

Committees” (TC’s). Het technisch comité ISO/TC 113 “Hydrometry” houdt zich bezig met de standaardiser<strong>in</strong>g<br />

van methoden en opstell<strong>in</strong>gen voor het meten van afvoeren en sediment transport<br />

<strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong>. Bij de besprek<strong>in</strong>g van de verschillende debietmeetmethoden zal, <strong>in</strong>dien van<br />

toepass<strong>in</strong>g, steeds naar de bestaande ISO-standaarden worden verwezen. Tal van ISO-standaarden<br />

zijn door de CEN (Comité Européen de Normalisation) overgenomen als CEN-standaard.<br />

De ISO-standaarden worden <strong>in</strong> Nederland uitgegeven door de NEN. De NEN heeft een Commissie<br />

Hydrometrie, waar<strong>in</strong> ook het Platform Monitor<strong>in</strong>g Waterkwantiteit is vertegenwoordigd. In Bijlage<br />

A zijn de belangrijkste NEN/ISO standaarden weergegeven voor het onderwerp <strong>debietmeten</strong>.<br />

2.6 reFerenTiemeThODen<br />

Als een meetopstell<strong>in</strong>g voldoet aan de opstell<strong>in</strong>gsvoorwaarden van de ISO-standaard, dan<br />

kunnen de onnauwkeurigheidspercentages voor het gewenste meetbereik worden berekend.<br />

Als er echter voor de gekozen meetmethode geen ISO-standaard is of de meetopstell<strong>in</strong>g voldoet<br />

niet (volledig) aan de voorwaarden van de Standaard, dan zal de gebruiker wensen dat<br />

de opstell<strong>in</strong>g wordt geijkt. Maar ook als de gekozen meetopstell<strong>in</strong>g wel geheel voldoet, kunnen<br />

gebruiker en leverancier/<strong>in</strong>stallateur overeenkomen dat de meetopstell<strong>in</strong>g wordt geijkt.<br />

Als een meetopstell<strong>in</strong>g wordt geijkt, dan wordt er geijkt aan een zogenaamde referentiemethode.<br />

Dat is een meetmethode, waarvan zeker is dat de onnauwkeurigheid laag is. Er<br />

is b<strong>in</strong>nen de ISO/TC113 (Hydrometry) overeenstemm<strong>in</strong>g over het toepassen van de volgende<br />

twee referentiemethodes: laboratorium ijk<strong>in</strong>g en veldcalibratie met de velocity-area methode.<br />

Referentiemethode = ijkmethode voor de gekozen meetmethode<br />

11


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

lAbOrATOrium ijK<strong>in</strong>g<br />

Voor het meten van debieten is dat het volumetrisch vaststellen van een debiet met behulp<br />

van een zogenaamde ijktank. Een goed geoutilleerd hydraulica laboratorium heeft zo’n<br />

voorzien<strong>in</strong>g. Meetstuwen worden doorgaans geijkt met behulp van een schaalmodel <strong>in</strong> een<br />

hydraulica laboratorium. Met het schaalmodel wordt het eenduidige verband tussen waterstand<br />

en debiet bepaald. De waterstand en de tijd laten zich nauwkeurig meten. Het debiet<br />

wordt bepaald door het water uit het model gedurende enkele m<strong>in</strong>uten <strong>in</strong> de ijktank te laten<br />

stromen via een omslagmechanisme <strong>in</strong> de afvoergoot. De oppervlakte van de ijktank (doorsnede<br />

<strong>in</strong> het horizontale vlak) is zeer nauwkeurig bekend, de vull<strong>in</strong>g en de tijdsduur worden<br />

eveneens met hoge nauwkeurigheid gemeten, waaruit dan het debiet wordt berekend. Op<br />

deze wijze is de onnauwkeurigheid <strong>in</strong> het bepalen van het debiet circa 0,5 %. Een mogelijk<br />

alternatief voor het bepalen van het gepasseerde watervolume is het meten van het gewicht.<br />

Het kan zijn dat ijk<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een schaalmodel m<strong>in</strong>der voor de hand liggend, moeilijk uitvoer-<br />

baar (bijv. het ijken van een gemaal), of erg kostbaar is; <strong>in</strong> dat geval zal de calibratie <strong>in</strong>-situ<br />

plaats v<strong>in</strong>den. In die omstandigheden wordt als referentiemethode de velocity-area methode<br />

aanbevolen (hierover is eenstemmigheid <strong>in</strong> kr<strong>in</strong>gen van ISO/TC113, Hydrometry). Wel is het<br />

dan nodig het aantal meetpunten <strong>in</strong> de doorsnede, zowel het aantal verticalen, als het aantal<br />

punten <strong>in</strong> een verticaal, circa twee maal groter te nemen dan voorgeschreven bij normale toepass<strong>in</strong>g<br />

van de methode. Als de velocity-area methode is gebruikt als referentiemethode, dan<br />

wordt de onnauwkeurigheid <strong>in</strong> het bepalen van het debiet circa 5 %.<br />

FOTO 2-1 lAbOrATOrium ijK<strong>in</strong>g OngeSTuWDe en geSTuWDe AFvOer viA een OnDerSTOrT<br />

(FOTO: WAgen<strong>in</strong>gen univerSiTeiT)<br />

Andere modernere methodes kunnen eveneens bruikbaar zijn als referentiemethode, mits<br />

deze duidelijk nauwkeuriger zijn dan de voor de praktijk gekozen meetmethode en de nauwkeurigheid<br />

van de referentiemethode goed bepaald is.<br />

12


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Met het beschikbaar komen van draagbare digitale akoestische en elektromagnetische<br />

stroomsnelheidsmeters is veldcalibratie van gewone peilregulerende kunstwerken, zoals stuwen,<br />

gemalen en <strong>in</strong>laten, mogelijk. De gebruikte standaard afvoerformules worden dan vervangen<br />

door <strong>in</strong> het veld gemeten afvoerrelaties van het kunstwerk en kan <strong>in</strong> sommige gevallen<br />

de locatie de nevenfunctie van meetlocatie krijgen.<br />

FOTO 2-2 SnelheiDSprOFielmeT<strong>in</strong>g meT De mOv<strong>in</strong>g-bOAT meThODe (vArenDe DOppler meThODe)<br />

(FOTO: qmeTrix)<br />

13


3<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

ontwikkel<strong>in</strong>g Van Het <strong>debietmeten</strong><br />

3.1 hiSTOrie TOT nu TOe<br />

Het meten van debieten, of eigenlijk stroomsnelheden, heeft zich lange tijd vooral geconcentreerd<br />

op de grotere rivieren van ons land. De vele overstrom<strong>in</strong>gen en de rivierwerken ter<br />

beteugel<strong>in</strong>g daarvan vereisten <strong>in</strong>zicht <strong>in</strong> de verdel<strong>in</strong>g van de afvoeren over riviertakken. Vanaf<br />

de 17e eeuw is er veel gemeten door waterstaats<strong>in</strong>genieurs/landmeters als Melchior Bolstra,<br />

Goudriaan en Christiaan Brun<strong>in</strong>gs. Vanaf de start van de riviernormalisatie <strong>in</strong> het midden<br />

van de 19e eeuw zijn tot op de dag van vandaag zeer uitgebreid en veelvuldig afvoerbepal<strong>in</strong>gen<br />

gedaan op de Nederlandse rivieren. De methode die daarbij steevast werd en wordt toegepast,<br />

is de velocity-area methode, waarbij er twee discussiepunten waren: de vorm van de snelheids-verdel<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> de verticaal en het <strong>in</strong>strument om de stroomsnelheid te kunnen bepalen.<br />

Toricelli leidde <strong>in</strong> 1643 af dat de snelheid van waterdeeltjes, die door een <strong>open</strong><strong>in</strong>g <strong>in</strong> een<br />

dunne wand vloeien, evenredig is met de wortel uit de drukhoogte. Waarnem<strong>in</strong>gen gedaan<br />

door Pitot en later Chézy, Brun<strong>in</strong>gs en Woltmann gaven aan dat de snelheid aan het wateroppervlak<br />

groter was dan dieper <strong>in</strong> het water en zij gaven daar hun eigen snelheidsverdel<strong>in</strong>g<br />

bij. In het beg<strong>in</strong> verrichtte men onderzoek met <strong>in</strong>strumenten als de Nadische fles. Deze fles<br />

bestond uit een gesloten vat, dat, aan een stok bevestigd, onder water werd gebracht en door<br />

een klep kon worden ge<strong>open</strong>d en gesloten. De tijd tussen de <strong>open</strong><strong>in</strong>g en de sluit<strong>in</strong>g van de<br />

klep werd waargenomen; de <strong>in</strong>gestroomde hoeveelheid water werd gemeten en hieruit de<br />

snelheid van de waterdeeltjes bepaald. Later gebruikte men echte hydrometrische <strong>in</strong>strumenten,<br />

zoals de buis van Pitot en het molentje van Woltmann. Hij vond overigens <strong>in</strong> 1790 dat de<br />

snelheidsverdel<strong>in</strong>g de vorm van een parabool had, maar de discussie hierover duurde tot <strong>in</strong><br />

de 20e eeuw.<br />

Figuur 3-1 iSO-SnelheiDSlijnen OpgeTeKenD DOOr DArcy en bAz<strong>in</strong> (brOn: liT. 31)<br />

14


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Een van de grootste wetenschappers op het gebied van de praktijk van het <strong>debietmeten</strong> was<br />

Henry Darcy. Hij deed veel schaalmodel- en praktijkonderzoek naar de strom<strong>in</strong>g van water.<br />

Voor de met<strong>in</strong>g van de snelheid van het water maakte hij rond 1850 een verbeterde versie van<br />

de buis die Pitot <strong>in</strong> 1732 had uitgevonden: de “tube jaugeur Darcy-Pitot” (Figuur 3-2). De “tube<br />

jaugeur” meet met behulp van twee buizen de snelheidshoogte. Darcy construeerde hiervoor<br />

een <strong>in</strong>genieuze <strong>in</strong>laat<strong>open</strong><strong>in</strong>g. Tot op de dag van vandaag wordt deze methode gebruikt voor<br />

het meten van de stroomsnelheid van lucht. Darcy en zijn assistent en opvolger Baz<strong>in</strong> publiceerden<br />

de resultaten van hun hydraulische onderzoek<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> twee standaardwerken van<br />

het waterloopkundig onderzoek: de Recherches hydrauliques entreprises par M. Henry Darcy<br />

cont<strong>in</strong>uées par M. Henri Baz<strong>in</strong> uit 1865.<br />

Figuur 3-2 meTen meT De jAugeur DArcy-piTOT en DWArSDOOrSneDe vAn een OpSTell<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een geSlOTen leiD<strong>in</strong>g (brOn: liT. 31)<br />

Het meten van stroomsnelheden <strong>in</strong> rivieren gebeurde met drijvers of met hydrometrische<br />

<strong>in</strong>strumenten. Een bekende drijver is de boldrijver. De boldrijver is een houten bol voorzien<br />

van een hals, met daar<strong>in</strong> een vlaggetje. De bol is hol en van zoveel ballast voorzien, dat alleen<br />

de hals boven water uitsteekt, waardoor de w<strong>in</strong>dvang ger<strong>in</strong>g is. Met deze oppervlaktedrijver<br />

mat men de snelheid aan de oppervlakte, waarna de gemiddelde snelheid werd bepaald met<br />

de formule van Baz<strong>in</strong>.<br />

Betere resultaten waren te verkrijgen met stokdrijvers, ook wel Cabeose staven of Krayenhoffse<br />

drijvers genoemd. Deze hadden een toepass<strong>in</strong>g tot een waterdiepte van circa 3,50 m. Zo’n drijver<br />

is een ronde houten staaf van 5-10 cm diameter en van onderen verzwaard om de staaf<br />

zo goed mogelijk <strong>in</strong> de verticale stand te houden. Het ondere<strong>in</strong>de van de staaf bev<strong>in</strong>dt zich<br />

circa 50 cm boven de rivierboden; het bovene<strong>in</strong>de steekt circa 15 cm boven water uit. Door het<br />

verschil <strong>in</strong> stroomsnelheid over de verticaal neemt de staaf een scheve stand <strong>in</strong>, hetgeen een<br />

maat is voor de stroomsnelheid. Bij met<strong>in</strong>gen van de stroomsnelheid, uitgevoerd <strong>in</strong> 1939 op<br />

de Brielse Maas, werden stokdrijvers gebruikt, die konden worden verlengd. Dit heeft geleid<br />

tot de veel toegepast kett<strong>in</strong>gdrijvers en koppelstokdrijvers, die een aanpasbare lengte hadden.<br />

15


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 3-3 AFbeelD<strong>in</strong>g bOlDrijver, STOKDrijverS, KeTT<strong>in</strong>gDrijverS (brOn: liT 33)<br />

Van de hydrometrische <strong>in</strong>strumenten is veruit het meest populair het molentje van Woltmann.<br />

De constructie van het molentje (1790) berust op het beg<strong>in</strong>sel, dat een asje met wiekjes<br />

door de stroom <strong>in</strong> een ronddraaiende beweg<strong>in</strong>g wordt gebracht. Het aantal omwentel<strong>in</strong>gen<br />

werd overgebracht naar een mechanisch telwerk. Moderne varianten hadden een pennetje<br />

met een elektrisch contact, waardoor boven <strong>in</strong> de boot een bel overg<strong>in</strong>g. Tussen twee belsignalen<br />

maakten de wiekjes telkens eenzelfde aantal omwentel<strong>in</strong>gen. Om nu de stroomsnelheid<br />

te bepalen, moest het <strong>in</strong>strument eerst getareerd worden, d.w.z. met welke tijd tussen twee<br />

signalen een bekende snelheid overeenkomt. De positie van het molentje kon langs een stang<br />

worden gewijzigd.<br />

FOTO 3-1 heT mOlenTje vAn WOlTmAnn (l<strong>in</strong>KS FOTO: liT 34) en zijn mODerne OpvOlger (rechTS FOTO: A.mulDer)<br />

Modernere versie van het molentje van Woltmann hebben een stevige as met schoepen. Dergelijke<br />

molentjes zijn ontwikkeld <strong>in</strong> het Mathematisch Institut Anton Ott <strong>in</strong> Kempten-Allgau<br />

(D), de eerste vanaf 1875.<br />

Tussen de toepass<strong>in</strong>g van het eerste Woltmann molentje en de vervang<strong>in</strong>g van de propellermet<strong>in</strong>g<br />

door een Dopplermet<strong>in</strong>g zit 200 jaar. In deze 200 jaar zit de gehele ontwikkel<strong>in</strong>g van<br />

de fijnmechanica, de fijn<strong>in</strong>strumentatie, het gebruik van elektrische stroom en magnetisme<br />

voor meetdoele<strong>in</strong>den, de ontwikkel<strong>in</strong>gen b<strong>in</strong>nen de sensortechnologie en de overgang van<br />

analoog naar digitaal meten. Deze hele ontwikkel<strong>in</strong>g is sterk gestimuleerd door enerzijds<br />

de <strong>in</strong>voer<strong>in</strong>g van het CGS-basiseenhedenstelsel (centimeter-gram-seconde) en anderzijds het<br />

(na de oorlog) ontstaan van gespecialiseerde bedrijven <strong>in</strong> Duitsland en de VS, die zich toeleg-<br />

16


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

den op de ontwikkel<strong>in</strong>g van de meettechniek. De eerste magnetisch-<strong>in</strong>ductieve debietmeter<br />

verscheen <strong>in</strong> 1952, de eerste ultrageluid debietmeter <strong>in</strong> 1978. Met de looptijd verschilmeter<br />

(ADM) zijn de eerste cont<strong>in</strong>ue debietmeetstations zonder obstructie van de waterloop met<br />

een hoge betrouwbaarheid gerealiseerd. Met de komst van de varende Dopplermet<strong>in</strong>g e<strong>in</strong>d<br />

jaren negentig is de basis gelegd voor een techniek die met <strong>in</strong>achtnem<strong>in</strong>g van de beperk<strong>in</strong>gen<br />

mogelijk een grote toepass<strong>in</strong>gspotentie heeft voor het Nederlandse waterbeheer.<br />

3.2 De meeTmeThODen Op een rij<br />

Debietmeetmethoden worden <strong>in</strong> dit handboek onderscheiden <strong>in</strong>:<br />

• Incidentele met<strong>in</strong>gen waaronder wordt verstaan het meten van het debiet op een locatie<br />

gedurende een beperkte periode en met een frequentie van enkele keren per maand of<br />

per jaar;<br />

• Cont<strong>in</strong>ue met<strong>in</strong>gen waaronder wordt verstaan het meten van het debiet op een locatie<br />

gedurende een langere periode en waarbij de <strong>in</strong>formatie over het debiet semi-cont<strong>in</strong>u,<br />

bijvoorbeeld met een frequentie van eenmaal per kwartier of per dag wordt <strong>in</strong>gewonnen.<br />

NB: De aanduid<strong>in</strong>gen ADM en ADCP worden <strong>in</strong> dit handboek gebruikt als een verzamelnaam voor technieken<br />

die gebruik maken van het akoestische looptijdverschilpr<strong>in</strong>cipe respectievelijk het pr<strong>in</strong>cipe van de<br />

met<strong>in</strong>g van het akoestische Dopplereffect. Beide technieken worden <strong>in</strong> Nederland door diverse leveranciers<br />

en van verschillende fabrikanten aangeboden.<br />

<strong>in</strong>ciDenTele DebieTmeT<strong>in</strong>gen<br />

• de standaard velocity-area methode (par. 5.1), een methode die <strong>in</strong> vrijwel alle waterl<strong>open</strong> kan<br />

worden uitgevoerd met een redelijke mate van nauwkeurigheid.<br />

• de aangepaste velocity-area methoden (par. 5.2), waar de standaard methode niet kan worden<br />

toegepast <strong>in</strong> verband met de grote breedte van de rivier, drukke scheepvaart, rivier met<br />

een steil verhang en getijderivieren.<br />

Bekende aangepaste velocity-area methoden zijn:<br />

• mov<strong>in</strong>g-boat methode (varende Doppler methode/ varende ADCP)<br />

• deflectiemethode<br />

• drijvermethode<br />

• de verhangmethode (par. 5.3), een methode gebaseerd op de snelheidsformules van Chézy of<br />

Mann<strong>in</strong>g die tamelijk onnauwkeurig is en gebruikt kan worden om redelijk snel en eenvoudig<br />

een <strong>in</strong>druk van het debiet te verkrijgen.<br />

• de verdunn<strong>in</strong>gsmethode (par. 5.4), een methode die werkt met een merkstof en veelal toegepast<br />

wordt <strong>in</strong> snelstromende beken om een <strong>in</strong>druk van het debiet te verkrijgen.<br />

• veldcalibratie (par. 5.5) van afvoerende kunstwerken zoals gemalen en stuwen, een<br />

methode die dient om <strong>in</strong>-situ een betere <strong>in</strong>druk te verkrijgen van de afvoercapaciteit van<br />

de kunstwerken dan met de standaard debietformules. Veldcalibratie dient veelal om de<br />

coëfficiënten <strong>in</strong> de debietformules te calibreren. Een veldcalibratie is strikt beschouwd<br />

geen afzonderlijke debietmeetmethode, maar is een toepass<strong>in</strong>g van de velocity-area<br />

methoden.<br />

17


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

cOnT<strong>in</strong>ue DebieTmeT<strong>in</strong>gen<br />

• meetstuwen (par. 6.1). Bij meetstuwen is er <strong>in</strong> de meeste gevallen een vaste relatie tussen<br />

de bovenwaterstand of het verval en het debiet. Uit het cont<strong>in</strong>u meten van de waterstand<br />

volgt derhalve cont<strong>in</strong>ue <strong>in</strong>formatie over het debiet. Meetstuwen worden <strong>in</strong> dit<br />

handboek onderscheiden <strong>in</strong> gestandaar diseerde en niet-gestandaardiseerde meetstuwen.<br />

18<br />

Voor gestandaardiseerde meetstuwen (par. 6.1.1) is de geometrie en de afvoerrelatie vastgelegd<br />

<strong>in</strong> een ISO-standaard.<br />

Gestandaardiseerde meetstuwen zijn: de Hobrad overlaat, de V-vormige lange overlaat,<br />

de horizontale en de V-vormige scherpe overlaat, verticale schuiven met onderstort<br />

Niet-gestandaardiseerde meetstuwen zijn: klepstuwen, betondrempels met vell<strong>in</strong>gkant,<br />

de Rossum stuw, Khafagi venturi’s, duikers en afsluiters<br />

• Bij niet-gestandaardiseerde stuwen (par. 6.1.2) bestaat er eveneens <strong>in</strong>formatie over de vorm-<br />

gev<strong>in</strong>g en de afvoerrelatie die echter niet algemeen erkend is <strong>in</strong> een ISO-standaard.<br />

Meetgoten zijn: Khafagi venturi’s, goten met een rechthoekig keelprofiel,<br />

goten met een trapeziumvormig keelprofiel<br />

• meetgoten (par. 6.2). Ook bij meetgoten is er een vaste relatie tussen de bovenwaterstand of<br />

het verval en het debiet. Deze relatie wordt afgedwongen door de ISO-gestandaardiseerde<br />

<strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g van de constructie van de goot. Evenals bij meetstuwen zijn sommige meetgoten<br />

gestandaardiseerd en andere niet-gestandaardiseerd. Het cont<strong>in</strong>ue meten van de<br />

waterstand levert het debiet.<br />

ADM (Akoestische DebietMeter) = looptijdverschilmethode<br />

• de looptijdverschilmethode (par. 6.3). De debieten worden berekend uit met<strong>in</strong>gen van de<br />

stroomsnelheid en de water stand. De opper vlakte van het dwars profiel is een functie van<br />

de waterstand. De stroomsnel heid wordt berekend uit het verschil <strong>in</strong> looptijd van een<br />

geluidsgolf die onder water diagonaal op de stroomricht<strong>in</strong>g <strong>in</strong> stroomopwaartse richt<strong>in</strong>g<br />

wordt uitgezonden, en langs dezelfde weg <strong>in</strong> stroomafwaartse richt<strong>in</strong>g wordt teruggezonden.<br />

• de Dopplermethode (par. 6.4). De debieten worden berekend uit met<strong>in</strong>gen van de stroomsnelheid<br />

en de water stand. De opper vlakte van het dwars profiel is een functie van de<br />

waterstand. De stroomsnel heid wordt berekend door geluidsgolven uit te zenden en het<br />

- door de snelheid van <strong>in</strong> het water zwevende deeltjes ontstane - Dopplereffect te meten.<br />

De meetsensoren hebben een vaste opstell<strong>in</strong>g: horizontaal langs de oevers of verticaal<br />

vanaf de bodem.<br />

ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) = Dopplermethode<br />

• de methode op basis van de relatie debiet en waterstand (par. 6.5). In vrij afstromende waterl<strong>open</strong><br />

bestaat een m<strong>in</strong> of meer eenduidige relatie tussen water stand en debiet (Qh-relatie), die<br />

meestal is opgesteld met behulp van de velocity-area metho de. Door de waterstand con-<br />

t<strong>in</strong>u te meten, kan daaruit het debiet worden herleid.


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

• de methode op basis van de relatie debiet en verval (par. 6.6). Bij pompen, waarvan de gemaal-<br />

karakteristiek bekend is en vast ligt, kan de uitgeslagen hoeveelheid water worden bepaald<br />

uit het gemeten niveauverschil over het gemaal en de registratie van de bedrijfstijden. Is<br />

de gemaalkarakteristiek afhankelijk van het toerental van de pomp dan dient ook die<br />

grootheid te worden gemeten om het debiet te kunnen bepalen. Vijzels hebben een geheel<br />

eigen afvoerformule, die van Muysken.<br />

19


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

20


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

deel b: tHeorie <strong>debietmeten</strong><br />

deel b:<br />

tHeorie <strong>debietmeten</strong><br />

21


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

22


4<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

meetlocatie <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Bij de keuze van een meetlocatie <strong>in</strong> een <strong>open</strong> waterloop moet aan een aantal eisen worden<br />

voldaan gegeven de maximaal toelaatbare onnauwkeurigheid van het te meten debiet. In dit<br />

hoofdstuk zijn de eisen opgesomd voor:<br />

• Vaste meetopstell<strong>in</strong>gen waaronder worden verstaan meetopstell<strong>in</strong>gen voor <strong>in</strong>cidentele of<br />

cont<strong>in</strong>ue debietmet<strong>in</strong>g waarbij de meetopstell<strong>in</strong>g gefixeerd is op één plaats. Bijvoorbeeld<br />

meetstuwen en vast opgestelde meet<strong>in</strong>strumenten maar ook meet<strong>in</strong>strumenten die boven<br />

water langs een gefixeerd traject worden verplaatst.<br />

• Varende meetopstell<strong>in</strong>gen waaronder worden verstaan meetopstell<strong>in</strong>gen voor meestal<br />

<strong>in</strong>cidentele debietmet<strong>in</strong>g waarbij de meet<strong>in</strong>strumenten opgesteld zijn op een drijvend<br />

platform (meetschip of meetvlot). Het drijvend platform wordt tijdens de met<strong>in</strong>g op een<br />

locatie gefixeerd of langs een meetraai verplaatst.<br />

De onnauwkeurigheid van de afvoermet<strong>in</strong>g neemt af als de gekozen meetraai zoveel mogelijk<br />

voldoet aan de volgende voorwaarden:<br />

• de stroomricht<strong>in</strong>g is <strong>in</strong> alle punten hetzelfde en staat loodrecht op de meetraai,<br />

• de snelheidsverdel<strong>in</strong>g is regelmatig <strong>in</strong> het verticale en horizontale vlak,<br />

• de meetraai ligt zo mogelijk <strong>in</strong> een recht traject van de waterloop met een uniform<br />

dwarsprofiel en uniforme hell<strong>in</strong>g. Dit geldt voor rechte trajecten tussen circa 5 maal de<br />

breedte bovenstrooms en circa 2 maal de breedte benedenstrooms van de meetraai, zie<br />

Figuur 4-1,<br />

• de m<strong>in</strong>imale waterdiepte bedraagt bij voorkeur 0,30 m,<br />

• de m<strong>in</strong>imale stroomsnelheid bedraagt 0,10 m/s,<br />

• het meettraject is vrij van bomen en andere obstakels <strong>in</strong> het stroomprofiel.<br />

Figuur 4-1 geSchiKTe lOcATie vAn een meeTrAAi <strong>in</strong> een WATerlOOp<br />

23


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Daarnaast spelen de volgende overweg<strong>in</strong>gen een rol bij de keuze van het meettraject:<br />

• de meetraai moet goed bereikbaar zijn en de energievoorzien<strong>in</strong>g moet zijn gegarandeerd,<br />

• de bodem en oevers van de waterloop <strong>in</strong> het meettraject moeten stabiel zijn,<br />

• de meetraai dient voldoende ver verwijderd te zijn van samenvloei<strong>in</strong>gen met andere<br />

24<br />

waterl<strong>open</strong> en beweegbare stuwen benedenstrooms (ter voorkom<strong>in</strong>g van opstuw<strong>in</strong>g),<br />

• ook <strong>in</strong> het geval van piekafvoeren moet het water b<strong>in</strong>nen een bemeetbaar dwarsprofiel<br />

blijven.<br />

Nadat de locatie van het meettraject is bepaald, wordt de positie van de meetraai (loodrecht<br />

op de stroomricht<strong>in</strong>g) op beide oevers duidelijk gemarkeerd. Daarnaast wordt een peilschaal<br />

of waterstandsrecorder geïnstalleerd, zodat de waterstand tijdens de duur van de met<strong>in</strong>g<br />

regelmatig kan worden gecontroleerd, gerelateerd aan een standaard vergelijk<strong>in</strong>gsvlak,<br />

bijvoorbeeld N.A.P.<br />

Voor vaste en varende meetopstell<strong>in</strong>gen geldt dat <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong> wordt gemeten en <strong>in</strong><br />

turbulente strom<strong>in</strong>g. Door het karakter van turbulente strom<strong>in</strong>g moet de stroomsnelheid<br />

over enige tijd worden gemeten om een representatief tijdsgemiddelde te verkrijgen. Enkele<br />

kengetallen:<br />

• hoge stroomsnelheden meetduur 30 tot 50 s.<br />

• lage stroomsnelheden meetduur 60 tot 100 s.<br />

De meetduur mag langer worden gekozen. In getijdegebieden verandert de stroomsnelheid<br />

<strong>in</strong> de tijd als gevolg van de getijdewerk<strong>in</strong>g. B<strong>in</strong>nen een periode van ongeveer zes uur kan de<br />

maximum stroomsnelheid van richt<strong>in</strong>g wisselen bij een dubbeldaagsgetij. In drie uur verandert<br />

de stroomsnelheid van nul naar een maximum. In een getijdegebied zou een debietmet<strong>in</strong>g<br />

niet langer dan circa 15 m<strong>in</strong>uten moge duren om een representatief debiet te meten.<br />

De verdel<strong>in</strong>g van de stroomsnelheid <strong>in</strong> het dwarsprofiel van een waterloop varieert zowel van<br />

oever tot oever als tussen bodem en wateroppervlak. Om de snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> het dwarsprofiel<br />

goed te bepalen, zijn met<strong>in</strong>gen nodig <strong>in</strong> meerdere verticalen en per verticaal <strong>in</strong> één of<br />

meerdere meetpunten. Om de onnauwkeurigheid te beperken bij het bepalen van de stroomsnelheidsverdel<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> een verticaal zijn de volgende kengetallen nuttig,<br />

• twee meetpunten <strong>in</strong> een verticaal resulteert <strong>in</strong> een relatieve fout van 5-10% <strong>in</strong> de gemiddelde<br />

stroomsnelheid,<br />

• vijf meetpunten <strong>in</strong> een verticaal resulteert <strong>in</strong> een relatieve fout van circa 3% <strong>in</strong> de gemiddelde<br />

stroomsnelheid.<br />

De onnauwkeurigheid <strong>in</strong> het debiet wordt verder beperkt door het aantal meetverticalen,<br />

• tien meetverticalen <strong>in</strong> een meetraai resulteert <strong>in</strong> een relatieve fout van circa 5% <strong>in</strong> het<br />

debiet,<br />

• vijftien meetverticalen <strong>in</strong> een meetraai resulteert <strong>in</strong> een relatieve fout van circa 3% <strong>in</strong> het<br />

debiet.<br />

In Bijlage C wordt een voorbeeld gegeven van de velocity-area methode met <strong>in</strong>begrip van de<br />

bepal<strong>in</strong>g van de totale toevallige fout.<br />

Achtergronden van de onnauwkeurigheid van gemeten stroomsnelheden en debieten zijn<br />

opgenomen <strong>in</strong> hoofdstuk 8. In Boiten [Lit. 24] zijn achtergronden opgenomen over stroomsnelheidsverdel<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> een dwarsprofiel en de keuze van een meetlocatie.


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

4.1 rAnDvOOrWAArDen meeTOpSTell<strong>in</strong>g<br />

Bij de keuze van een goede meetlocatie zijn de volgende randvoorwaarden te noemen waar-<br />

aan m<strong>in</strong>stens voldaan zou moeten worden. De meeste randvoorwaarden gelden zowel voor<br />

een vaste als voor een varende meetopstell<strong>in</strong>g. Daar waar specifieke randvoorwaarden gelden<br />

voor één van beide is dat aangegeven.<br />

1 De stroomlijnen rond een meetlocatie moeten recht zijn. Dat houdt veelal <strong>in</strong> dat het traject<br />

waar<strong>in</strong> de meetlocatie ligt recht is over een voldoende afstand om effecten van bochtstrom<strong>in</strong>g<br />

zoveel mogelijk te voorkomen. Verder mogen er rond de meetlocatie geen stabiele neren<br />

of wervels aanwezig zijn (wel kortstondig) evenals zijtakken, meren en nabij de meetlocatie<br />

lozende gemalen of sluizen.<br />

2 Het waterspiegelverhang <strong>in</strong> het traject rond de meetlocatie moet vrij zijn van stuwkrommeeffecten<br />

en lokale versnell<strong>in</strong>g of vertrag<strong>in</strong>g van de strom<strong>in</strong>g. Meetlocaties bij splits<strong>in</strong>gspunten<br />

of samenvloei<strong>in</strong>gen moeten buiten het <strong>in</strong>vloedsgebied van de stuwkromme liggen (dit<br />

geldt niet voor een vast opgestelde snelheidsmet<strong>in</strong>g met een ADM).<br />

3 De oever- en bodemligg<strong>in</strong>g ter plaatse van de meetlocatie moeten stabiel zijn en bij voorkeur<br />

niet sterk <strong>in</strong> de tijd veranderen (veranderen van doorstroomoppervlak). Langzame verander<strong>in</strong>gen<br />

kunnen door geregelde profielmet<strong>in</strong>gen worden gecorrigeerd.<br />

4 Alle afvoer moet de meetraai passeren, dus geen ongemeten afvoer via de uiterwaard,<br />

zijtakken, geulen of een vistrap.<br />

5 Op de meetlocatie moet voor het gehele afvoerbereik de totale afvoer kunnen worden gemeten.<br />

Eventueel met extra vaste meet<strong>in</strong>strumenten of met een (tijdelijk) varende meetopstell<strong>in</strong>g<br />

tijdens (extreem) hoge afvoeren.<br />

6 Als een met<strong>in</strong>g wordt herhaald, moet de met<strong>in</strong>g <strong>in</strong> nagenoeg dezelfde meetpunten worden<br />

uitgevoerd. Als andere meetpunten worden gebruikt, moet de verwerk<strong>in</strong>g van de snelheidsmet<strong>in</strong>gen<br />

tot debiet worden aangepast. Bij een varende meetopstell<strong>in</strong>g kan hieraan moeilijker<br />

worden voldaan. Daarvoor geldt dat een nauwkeurige plaatsbepal<strong>in</strong>g van het meet<strong>in</strong>strument<br />

van belang is om bij de verwerk<strong>in</strong>g van de opvolgende met<strong>in</strong>gen te kunnen<br />

corrigeren voor verschillen <strong>in</strong> de gevaren meetraai.<br />

FOTO 4-1 vArenDe meeTOpSTell<strong>in</strong>g, meeTvAArTuig bij lObiTh (FOTO: rijKSWATerSTAAT)<br />

25


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

7 Stabiele ophangconstructie voor een vaste opstell<strong>in</strong>g: de meet<strong>in</strong>strumenten mogen over het<br />

gehele stroomsnelheids- en waterstandsbereik niet h<strong>in</strong>derlijk trillen. Trill<strong>in</strong>gen kunnen de<br />

meetresultaten ongewenst beïnvloeden.<br />

Stabiele ophangconstructie voor een varende opstell<strong>in</strong>g: de meet<strong>in</strong>strumenten, gemonteerd<br />

aan of <strong>in</strong> een meetschip of meetvlot, mogen over het gehele stroomsnelheids- en waterstandsbereik<br />

niet h<strong>in</strong>derlijk trillen. Trill<strong>in</strong>gen kunnen de meetresultaten ongewenst beïnvloeden.<br />

8 Energievoorzien<strong>in</strong>g: de energievoorzien<strong>in</strong>g op de meetlocatie, meetschip of meetvlot moet<br />

verzekerd zijn en bedrijfszeker.<br />

9 Het sedimenttransport op de meetlocatie moet laag zijn. Sedimentconcentraties <strong>in</strong> het water<br />

beïnvloeden de nauwkeurigheid en de beschikbaarheid van bepaalde meet<strong>in</strong>strumenten nadelig.<br />

10 Passerende schepen verstoren het snelheidsprofiel tijdelijk en veroorzaken bellenbanen of<br />

reflecteren uitgezonden geluidsgolven (via de romp) die de nauwkeurigheid van bepaalde<br />

typen meet<strong>in</strong>strumenten nadelig beïnvloeden. Voor een varende meetopstell<strong>in</strong>g geldt dat<br />

een meetschip of meetvlot de beroepsvaart kan h<strong>in</strong>deren tijdens de met<strong>in</strong>g, en omgekeerd.<br />

Informeren van de vaarwegbeheerder van voorgenomen met<strong>in</strong>gen is vereist.<br />

11 Temperatuurs- of dichtheidsvariaties: variaties <strong>in</strong> de watertemperatuur of de dichtheid van<br />

het water beïnvloeden de nauwkeurigheid van bepaalde meet<strong>in</strong>strumenten nadelig.<br />

FOTO 4-2 vASTe meeTOpSTell<strong>in</strong>g ADm lebbenbrugge (FOTO: WS rijn en ijSSel)<br />

12 Een vaste meetlocatie moet goed bereikbaar zijn voor een meetploeg. Maar een te een voudige<br />

bereikbaarheid en zichtbaarheid vanaf de <strong>open</strong>bare weg kan verstor<strong>in</strong>g van de (onbemande)<br />

met<strong>in</strong>g of verniel<strong>in</strong>g van de meetopstell<strong>in</strong>g tot gevolg hebben. Bij een varende meetopstell<strong>in</strong>g<br />

moet de meetlocatie goed bereikbaar zijn voor het meetschip tussen de oevers. Als een<br />

onbemand meetvlot wordt gebruikt, vastgelegd of voortbewogen langs een kabel, moet de<br />

meet locatie via de oever goed bereikbaar zijn voor de meetploeg.<br />

26


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

13 Bij een vaste meetopstell<strong>in</strong>g kan schade ontstaan aan het meet<strong>in</strong>strument door schroeven<br />

(passerende schepen), aanvar<strong>in</strong>g door schepen, ijsafzett<strong>in</strong>g en oever- en bodemvegetatie.<br />

Bij een varende meetopstell<strong>in</strong>g kan schade aan het meet<strong>in</strong>strument of meetplatform ontstaan<br />

door schroeven (passerende schepen), oever- en bodemvegetatie, harde oever- en bodem<br />

verdedig<strong>in</strong>g, ondiepte, kabels en lijnen onder water.<br />

14 De meetlocatie (meetraai of vaarweg) moet <strong>in</strong> het landelijke coörd<strong>in</strong>atenstelsel bekend zijn.<br />

4.2 verSTOrenDe eFFecTen<br />

Afwijk<strong>in</strong>g van een aantal van de genoemde eisen <strong>in</strong> de vorige paragrafen heeft <strong>in</strong>vloed op het<br />

meetresultaat en/of de beschikbaarheid van een gebruikt meet<strong>in</strong>strument. Voor de verschillende<br />

typen meet<strong>in</strong>strumenten is <strong>in</strong> onderstaande tabel aangegeven welk effect <strong>in</strong>vloed heeft<br />

op het resultaat.<br />

TAbel 4-1 eFFecT verSTOr<strong>in</strong>g Op reSulTAAT per Type meeT<strong>in</strong>STrumenT<br />

type meet<strong>in</strong>strument (x = effect, - = geen effect)<br />

effect mechanisch elektro-magnetisch akoestisch (looptijdpr<strong>in</strong>cipe) akoestisch (Doppler)<br />

trill<strong>in</strong>gen x x x x<br />

sl<strong>in</strong>geren x x x x<br />

luchtbellen - x x x<br />

temperatuur tijdvariaties x x - x<br />

temperatuur gradiënten x x x x<br />

dichtheid tijdvariaties - x - x<br />

dichtheid gradiënten - x x x<br />

sediment - - x x<br />

kabels/leid<strong>in</strong>gen - 1 x - -<br />

1 verstor<strong>in</strong>g door elektromagnetische velden<br />

27


5<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

<strong>in</strong>cidentele debietmeetmetHoden<br />

Debietmeetmethoden kunnen worden onderscheiden <strong>in</strong>:<br />

• Incidentele met<strong>in</strong>gen waaronder wordt verstaan het meten van het debiet op een locatie<br />

gedurende een beperkte periode en met een frequentie van enkele keren per maand of<br />

per jaar;<br />

• Cont<strong>in</strong>ue met<strong>in</strong>gen waaronder wordt verstaan het meten van het debiet op een locatie<br />

gedurende een langere periode en waarbij de <strong>in</strong>formatie over het debiet semi-cont<strong>in</strong>u,<br />

bijvoorbeeld met een frequentie van eenmaal per kwartier of per dag wordt <strong>in</strong>gewonnen.<br />

Incidentele met<strong>in</strong>gen zijn gericht op de behoefte aan éénmalige <strong>in</strong>formatie over debieten<br />

(bijvoorbeeld capaciteitsmet<strong>in</strong>gen) of slechts zo nu en dan. Incidentele met<strong>in</strong>gen kunnen ook<br />

zijn gericht op de calibratie van een meetopstell<strong>in</strong>g voor cont<strong>in</strong>ue debietmet<strong>in</strong>gen.<br />

Cont<strong>in</strong>ue met<strong>in</strong>gen zijn gericht op de behoefte aan regelmatige en voortdurende <strong>in</strong>formatie<br />

over debieten, bijvoorbeeld iedere 10 m<strong>in</strong>uten, uur, 12 uur of dag.<br />

Voor de <strong>in</strong>cidentele debietmet<strong>in</strong>gen kunnen de volgende meetmethoden worden gebruikt,<br />

die <strong>in</strong> dit hoofdstuk worden behandeld:<br />

• De standaard velocity-area methode (par. 5.1), een methode die <strong>in</strong> vrijwel alle waterl<strong>open</strong> kan<br />

worden uitgevoerd met een redelijke mate van nauwkeurigheid.<br />

• De aangepaste velocity-area methode (par. 5.2), waar de standaard methode niet kan worden<br />

toegepast <strong>in</strong> verband met de grote breedte van de rivier, drukke scheepvaart, rivier met<br />

een steil verhang en getijderivieren. Tot deze methode behoren: de mov<strong>in</strong>g-boat methode<br />

(varende Doppler methode), de deflectiemethode en de drijvermethode.<br />

• De verhangmethode (par. 5.3), een methode gebaseerd op de snelheidsformules van Chézy<br />

of Mann<strong>in</strong>g die tamelijk onnauwkeurig is en gebruikt kan worden om redelijk snel en<br />

eenvoudig een <strong>in</strong>druk van het debiet te verkrijgen.<br />

• De verdunn<strong>in</strong>gsmethode (par. 5.4), een methode die werkt met een merkstof en veelal toegepast<br />

wordt <strong>in</strong> snelstromende beken om een <strong>in</strong>druk van het debiet te verkrijgen.<br />

• Veldcalibratie (par. 5.5) van afvoerende kunstwerken zoals gemalen en stuwen, een methode<br />

die dient om <strong>in</strong>-situ een betere <strong>in</strong>druk te verkrijgen van de afvoercapaciteit van de kunstwerken<br />

dan met de standaard debietformules.<br />

De verhangmethode en verdunn<strong>in</strong>gsmethode worden zelden toegepast <strong>in</strong> Nederland.<br />

28


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.1 STAnDAArD velOciTy-AreA meThODe<br />

Bij de standaard methode wordt de stroomsnelheid <strong>in</strong> één of meer punten <strong>in</strong> een verticaal<br />

gemeten alsmede de waterdiepte ter plaatse van de verticaal. De gemiddelde stroomsnelheid<br />

v per verticaal wordt vermenigvuldigd met het doorstroomoppervlak A behorend bij iedere<br />

i i<br />

verticaal. Gesommeerd geeft dit het totale debiet Q ter plaatse van de meetraai.<br />

Figuur 5-1 pr<strong>in</strong>cipe STAnDAArD velOciTy-AreA meThODe<br />

5.1.1 DOOrSTrOOmOppervlAK <strong>in</strong> meeTrAAi<br />

De oppervlakte van het dwarsprofiel wordt berekend uit de gemeten breedte van de waterloop<br />

en een aantal dieptepeil<strong>in</strong>gen. De breedte wordt gemeten met een meetl<strong>in</strong>t of, bij bredere<br />

waterl<strong>open</strong>, met behulp van optische of elektronische meetapparatuur. De diepte wordt<br />

gemeten <strong>in</strong> een aantal verticalen, bij voorkeur op onderl<strong>in</strong>g gelijke afstanden verdeeld over<br />

de breedte van de waterloop, zie Figuur 5-2. Het aantal dieptemet<strong>in</strong>gen dient zodanig te zijn,<br />

dat de vorm van het dwarsprofiel voldoende nauwkeurig kan worden beschreven [ISO Standaard].<br />

In het algemeen betekent dit, dat het <strong>in</strong>terval tussen twee verticalen maximaal 1/5 van<br />

de breedte is voor regelmatige of smalle dwarsprofielen en maximaal 1/20 van de breedte voor<br />

onregelmatige of brede dwarsprofielen.<br />

Figuur 5-2 vOOrbeelD vAn De verDel<strong>in</strong>g vAn een DWArSprOFiel <strong>in</strong> SegmenTen<br />

Gebruikelijk is om, <strong>in</strong> de stroomricht<strong>in</strong>g gezien, steeds vanuit de l<strong>in</strong>keroever naar de rechteroever<br />

te meten. Dit geldt voor de dieptepeil<strong>in</strong>gen en daarna voor het meten van de stroomsnelheid.<br />

Op de l<strong>in</strong>keroever is dan een referentiepunt aangebracht ten opzichte waarvan alle<br />

afstanden <strong>in</strong> de meetraai worden vastgelegd [Lit. 3].<br />

5.1.2 SnelheiDSverDel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> verTicAAl<br />

Bij de standaard velocity-area methode wordt uitgegaan van stationaire strom<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de waterloop,<br />

hetgeen betekent dat het debiet niet verandert <strong>in</strong> de tijd. Daarnaast wordt aangenomen<br />

dat de strom<strong>in</strong>g turbulent is, wat <strong>in</strong> de praktijk vrijwel altijd het geval is. Tengevolge van wrijv<strong>in</strong>g<br />

is de stroomsnelheid langs de bodem en de oevers van een waterloop lager dan de gemid-<br />

29


Bij de standaard velocity-area methode wordt uitgegaan van stationaire strom<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

waterloop, hetgeen betekent dat het debiet niet verandert <strong>in</strong> de tijd. Daarnaast wordt<br />

aangenomen dat de strom<strong>in</strong>g turbulent is, wat <strong>in</strong> de praktijk vrijwel altijd het geval is.<br />

Tengevolge van wrijv<strong>in</strong>g is de stroomsnelheid langs de bodem en de oevers van een waterloop<br />

lager delde dan snelheid. de gemiddelde De snelheidsverdel<strong>in</strong>g snelheid. De <strong>in</strong> het snelheidsverdel<strong>in</strong>g dwarsprofiel is bovendien <strong>in</strong> het afhankelijk dwarsprofiel van is de bovendien<br />

afhankelijk vorm van van het de dwarsprofiel vorm van en het de aanwezigheid dwarsprofiel van en obstakels de aanwezigheid en bochten van bovenstrooms obstakels van en bochten<br />

bovenstrooms de meetraai, van zie de Figuur meetraai, 5-3 [Lit. zie 3]. Figuur 5-3 [Lit. 3].<br />

Figuur 5-3 vOOrbeelDen AFhAnKelijKheiD SnelheiDSverDel<strong>in</strong>g vAn vOrm DWArSprOFiel<br />

Er zijn twee veel gebruikte benader<strong>in</strong>gen voor het verticale stroomsnelheidsprofiel, namelijk het<br />

Er zijn twee veel gebruikte benader<strong>in</strong>gen voor het verticale stroomsnelheidsprofiel, namelijk<br />

machtsprofiel en logaritmisch profiel.<br />

het machtsprofiel en logaritmisch profiel.<br />

De snelheidsverdel<strong>in</strong>g De snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> <strong>in</strong> de de verticaal volgens het machtsprofiel luidt: luidt:<br />

met: met: vz : stroomsnelheid op afstand z boven de bodem [m/s]<br />

va v : stroomsnelheid referentiestroomsnelheid op afstand z boven op z = de a bodem boven [m/s] de bodem [m/s]<br />

z<br />

a v : referentiestroomsnelheid afstand boven de bodem op z behorend = a boven bij de va bodem [m] [m/s]<br />

a<br />

z a : afstand boven boven de de bodem bodem behorend behorende bij v [m] bij vz [m]<br />

a<br />

h z : afstand locale waterdiepte boven de bodem [m] behorende bij v [m]<br />

z<br />

n h : locale macht waterdiepte afhankelijk [m] van vorm en ruwheid van het profiel [-]<br />

n : macht afhankelijk van vorm en ruwheid van het profiel [-]<br />

De waarde van n varieert van circa 7 voor waterl<strong>open</strong> met een relatief glad en breed profiel, tot<br />

circa De 5 waarde voor waterl<strong>open</strong> van n varieert met van een circa relatief 7 voor waterl<strong>open</strong> ruw en smal met een profiel. relatief De glad gemiddelde en breed profiel, snelheid <strong>in</strong> de<br />

verticaal tot circa bev<strong>in</strong>dt 5 voor zich waterl<strong>open</strong> op een met afstand een relatief van ongeveer ruw en smal 0,4h profiel. vanaf De de gemiddelde bodem [Lit. snelheid 3]. De <strong>in</strong> referentiesnelheid<br />

de verticaal va kan bev<strong>in</strong>dt vrij zich worden op een afstand gekozen. van ongeveer Een praktische 0,4h vanaf de keuze bodem [Lit. is 3]. de De dieptegemiddelde<br />

referen-<br />

stroomsnelheid tie- snelheid vgem v kan op vrij een worden afstand gekozen. van Een a = praktische 0,4h boven keuze de is bodem. de dieptegemiddelde Een andere stroom- praktische keuze<br />

a<br />

is v(h) snelheid de stroomsnelheid v op een afstand aan van het a oppervlak = 0,4h boven z = de h. bodem. De keuze Een andere hangt praktische af van de keuze nauwkeurigheid<br />

is<br />

gem<br />

van de v(h) 'fit' de van stroomsnelheid de kromme aan door het meetpunten.<br />

oppervlak z = h. De keuze hangt af van de nauwkeurigheid<br />

van de ‘fit’ van de kromme door meetpunten.<br />

Figuur 5-4 SnelheiDSverDel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een verTicAAl<br />

h<br />

z<br />

a<br />

30<br />

v<br />

z<br />

Figuur 5-3 Voorbeelden afhankelijkheid snelheidsverdel<strong>in</strong>g van vorm dwarsprofiel<br />

= v<br />

a<br />

⎛<br />

⋅ ⎜<br />

⎝<br />

z<br />

a<br />

vgem<br />

v(z)<br />

va<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎠<br />

1<br />

n<br />

Figuur 5-4 Snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een verticaal<br />

z0<br />

29<br />

w<strong>in</strong>d<strong>in</strong>vloed op<br />

snelheidsprofiel


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>in</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De snelheidsverdel<strong>in</strong>g De snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> <strong>in</strong> de de verticaal volgens het het logaritmisch profiel, profiel, zie Figuur zie Figuur 5-4, luidt, 5-4, luidt,<br />

De snelheidsverdel<strong>in</strong>g u*<br />

⎛ z ⎞<strong>in</strong><br />

<strong>in</strong> <strong>in</strong> de de verticaal volgens het logaritmisch profiel, zie Figuur 5-4, luidt,<br />

v(<br />

z)<br />

= ln<br />

⎜<br />

⎟<br />

κu<br />

u ⎝ z<br />

* u*<br />

* ⎛<br />

0⎛z⎠<br />

zz⎞<br />

⎞ ⎞<br />

v<br />

( v(<br />

z<br />

( ) z)<br />

= ) =<br />

ln<br />

ln<br />

⎜<br />

⎟<br />

κ ⎜<br />

met v(z) : snelheid ⎝ z ⎟<br />

κ ⎜<br />

⎝ z ⎟<br />

κ ⎝ z0<br />

0 ⎠0<br />

⎠op<br />

⎠ een hoogte z boven de bodem [m],<br />

met<br />

u* met : schuifspann<strong>in</strong>gssnelheid (√ghi) [m/s],<br />

v(z) v(z) : snelheid : snelheid : snelheid op een op op hoogte een hoogte z boven z boven z de boven bodem de de [m], bodem [m],<br />

κ : Von Karman constante (0,4) [-].<br />

u u* u* u* : schuifspann<strong>in</strong>gssnelheid : schuifspann<strong>in</strong>gssnelheid : schuifspann<strong>in</strong>gssnelheid (√ghi) (√ghi) [m/s], (√ghi) [m/s],<br />

*<br />

z : afstand boven de bodem of vanaf de wand [m],<br />

k κ κ : Von : Von : Von Karman Von Karman constante constante (0,4) [-]. (0,4) [-].<br />

z0 : referentie-afstand boven de bodem of wand waar u(z0)=0 [m],<br />

z z z : afstand : afstand : afstand boven boven de bodem de de bodem of bodem vanaf of de of vanaf wand vanaf de [m], de wand [m],<br />

z z0 z0 z0 : referentie-afstand : referentie-afstand : referentie-afstand boven boven de boven bodem de de of bodem wand of waar of of wand u(z )=0 waar [m], u(z0)=0 [m],<br />

0 0<br />

De diepte-gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> een verticaal voor beide snelheidsprofielen is:<br />

De De diepte-gemiddelde stroomsnelheid 1 <strong>in</strong> <strong>in</strong> een <strong>in</strong> <strong>in</strong> een verticaal een verticaal voor voor beide voor beide snelheidsprofielen beide snelheidsprofielen is: is:<br />

is:<br />

n ⎛ h ⎞ n<br />

u ⎛ ⎫ ⎞<br />

* ⋅ z0<br />

⎧<br />

machtsprofiel: vgem<br />

= va<br />

⋅ ⋅ ⎜ ⎟ en log-profiel: = ⎜<br />

h<br />

1<br />

1<br />

v ln − ⎟<br />

gem<br />

n + 1 ⎝ a ⎠<br />

⎜ ⎨ ⎬ 1)<br />

n<br />

n h<br />

κ ⋅ h<br />

⎟<br />

⎛<br />

h⎛<br />

h⎞<br />

⎞ n⎞<br />

nn<br />

u<br />

u ⋅⎝<br />

⎩⎛<br />

z0⎧⎭<br />

⎫ ⎠ ⎞<br />

* z ⎛ 0<br />

machtsprofiel:<br />

vgem<br />

= va<br />

⋅ ⋅ ⎜ ⎟ en log-profiel:<br />

log-profiel: = ⎜<br />

h ⎞<br />

* ⋅ z ⎛ 0 ⎧<br />

machtsprofiel: v<br />

v ln − ⎟<br />

gem = va<br />

⋅ ⋅ ⎜ ⎟ en log-profiel:<br />

⎜<br />

h ⎫ ⎞<br />

* ⋅ z0<br />

⎧<br />

machtsprofiel: v<br />

v gem=<br />

ln<br />

n + 1 ⎝ a ⎠<br />

⎜ ⎨ ⎬−<br />

1)<br />

⎟<br />

gem = va<br />

⋅ ⋅ ⎜ ⎟ en log-profiel:<br />

⎜<br />

h ⎫<br />

v gem<br />

n + 1 ⎝ a ⎠<br />

κ ⋅ h ⎜ ⎨ ⎬ 1)<br />

⎟<br />

gem = ln −<br />

n + 1 ⎝ a ⎠<br />

κ ⋅ h ⎜ ⎨ ⎬ 1)<br />

κ ⋅ h z<br />

z ⎟<br />

⎟<br />

0<br />

0<br />

5.1.3 Snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> meetraai<br />

5.1.3 SnelheiDSverDel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> meeTrAAi<br />

In 5.1.3 het 5.1.3 algemeen Snelheidsverdel<strong>in</strong>g is het verloop van de <strong>in</strong> snelheidsverdel<strong>in</strong>g meetraai<br />

<strong>in</strong> de meetraai nabij de oever <strong>in</strong> het<br />

In het algemeen is het verloop van de snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de meetraai nabij de oever <strong>in</strong> het<br />

horizontale<br />

In In<br />

horizontale<br />

het algemeen vlak te benaderen met dezelfde typen snelheidsverdel<strong>in</strong>g als <strong>in</strong> de verticaal, dus een<br />

vlak<br />

is<br />

te<br />

is is het<br />

benaderen<br />

het verloop met<br />

van dezelfde<br />

de de snelheidsverdel<strong>in</strong>g typen snelheidsverdel<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> <strong>in</strong> de de<br />

als<br />

meetraai <strong>in</strong> de verticaal,<br />

nabij dus<br />

de de oever <strong>in</strong> <strong>in</strong> het<br />

machtsprofiel<br />

horizontale of logaritmisch profiel, zie paragraaf 5.1.2.<br />

een machtsprofiel<br />

vlak te te<br />

of<br />

benaderen logaritmisch<br />

met profiel,<br />

dezelfde zie paragraaf<br />

typen snelheidsverdel<strong>in</strong>g 5.1.2.<br />

snelheidsverdel<strong>in</strong>g als <strong>in</strong> <strong>in</strong> de de verticaal, dus een<br />

machtsprofiel of of logaritmisch profiel, zie paragraaf 5.1.2.<br />

Figuur 5-5 pr<strong>in</strong>cipe SnelheiDSverDel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> hOrizOnTAle vlAK <strong>in</strong> meeTrAAi<br />

Figuur 5-5 Pr<strong>in</strong>cipe snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> horizontale vlak <strong>in</strong> meetraai<br />

Figuur 5-5 Pr<strong>in</strong>cipe snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> <strong>in</strong> <strong>in</strong> horizontale vlak <strong>in</strong> <strong>in</strong> <strong>in</strong> meetraai<br />

Nadat Nadat het het dwarsprofiel is is gepeild, wordt vastgesteld <strong>in</strong> welke <strong>in</strong> welke verticalen verticalen de gemiddelde de gemiddelde snel- snelheid<br />

zal<br />

Nadat worden heid het zal het worden dwarsprofiel<br />

gemeten.<br />

dwarsprofiel gemeten. De<br />

is is is<br />

gemiddelde De gepeild, gemiddelde wordt snelheid vastgesteld <strong>in</strong> elke elke<br />

<strong>in</strong> verticaal <strong>in</strong> <strong>in</strong> welke verticaal<br />

welke kan verticalen aan kan de aan hand de de gemiddelde<br />

de<br />

gemiddelde van gemiddelde<br />

hand een van<br />

snelheid<br />

een<br />

aanname<br />

zal aanname worden van van het<br />

gemeten. het snelheidsprofiel De gemiddelde worden bepaald, snelheid<br />

bepaald,<br />

snelheid mede <strong>in</strong><br />

mede<br />

<strong>in</strong> <strong>in</strong> elke afhankelijk elke afhankelijk<br />

verticaal van de van<br />

kan beschikbare kan<br />

de<br />

aan beschikbare<br />

de de tijd, hand tijd,<br />

van de<br />

een<br />

vereiste<br />

aanname de vereiste nauwkeurigheid,<br />

van nauwkeurigheid, het snelheidsprofiel de waterstand, de waterstand, worden enzovoorts. bepaald, mede Gebruikelijke<br />

mede afhankelijk methoden<br />

van de zijn: de de<br />

zijn:<br />

beschikbare tijd, de<br />

de<br />

• vereiste de • n-puntsmethoden, de nauwkeurigheid, n-puntsmethoden, nauwkeurigheid, waarbij de de waterstand, het het snelheidsprofiel<br />

enzovoorts. wordt Gebruikelijke wordt<br />

Gebruikelijke benaderd benaderd met methoden één met of meerdere één<br />

zijn:<br />

of meerdere<br />

• • meetpunten<br />

de de meetpunten n-puntsmethoden, <strong>in</strong> <strong>in</strong> de de verticaal;<br />

waarbij het snelheidsprofiel wordt benaderd met één of of meerdere<br />

• de •meetpunten meetpunten<br />

<strong>in</strong>tegratie<br />

meetpunten de <strong>in</strong>tegratie methode,<br />

<strong>in</strong> methode, <strong>in</strong> de de verticaal;<br />

waarbij de de snelheidsmeter over de over volledige de volledige verticaal verticaal naar beneden naar beneden<br />

• • en<br />

de weer<br />

de en <strong>in</strong>tegratie weer <strong>in</strong>tegratie<br />

omhoog methode, bewogen waarbij met waarbij een<br />

de constante de<br />

constante<br />

snelheidsmeter snelheid. snelheid.<br />

over de de volledige verticaal naar beneden<br />

en en weer omhoog bewogen met een constante snelheid.<br />

n-puntsmethode<br />

n-punTSmeThODe<br />

Bij n-puntsmethode<br />

de Bij n-puntsmethode de n-puntsmethode wordt na na elkaar elkaar <strong>in</strong> <strong>in</strong> een een beperkt beperkt aantal aantal punten punten (n) <strong>in</strong> de (n) verticaal <strong>in</strong> de de verticaal de<br />

snelheid<br />

Bij snelheid de de n-puntsmethode<br />

gemeten.<br />

n-puntsmethode gemeten. Tabel Tabel 5-1 wordt geeft geeft<br />

na een na na<br />

een<br />

elkaar overzicht elkaar overzicht<br />

<strong>in</strong> van <strong>in</strong> een het van<br />

beperkt mogelijke beperkt<br />

het mogelijke<br />

aantal aantal punten aantal<br />

punten en punten<br />

(n) de (n) manier <strong>in</strong> <strong>in</strong> de<br />

en<br />

de de verticaal<br />

de<br />

verticaal manier<br />

de<br />

de<br />

waarop<br />

snelheid waarop de<br />

gemeten. de gemeten.<br />

gemiddelde gemiddelde Tabel snelheid 5-1 geeft voor voor<br />

een verschillende overzicht verschillende<br />

overzicht van n-waarden het n-waarden<br />

mogelijke moet worden aantal<br />

moet<br />

aantal berekend. punten<br />

worden<br />

punten en berekend.<br />

en de de manier<br />

Voorwaarde<br />

waarop de de<br />

voor<br />

gemiddelde toepass<strong>in</strong>g<br />

snelheid van<br />

snelheid<br />

één<br />

voor<br />

der<br />

voor n-puntsmethoden<br />

verschillende n-waarden is, dat de snelheidsverdel<strong>in</strong>g<br />

moet worden berekend.<br />

<strong>in</strong> de<br />

Voorwaarde voor toepass<strong>in</strong>g van één der n-puntsmethoden is, is, dat de de snelheidsverdel<strong>in</strong>g 31<br />

<strong>in</strong> <strong>in</strong> de<br />

de<br />

30<br />

30<br />

30<br />

⎝<br />

⎝ ⎩<br />

⎩ ⎭<br />

⎭<br />

⎠<br />


oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

verticaal volgens een gladde polynoom verloopt. Als de snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de verticaal<br />

Voorwaarde voor toepass<strong>in</strong>g van één der n-puntsmethoden is, dat de snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong><br />

de verticaal volgens een gladde polynoom verloopt. Als de snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de verticaal<br />

onbekend is, kunnen een paar verticalen uitgebreid worden doorgemeten. Een uitgebreide<br />

met<strong>in</strong>g omvat het meten van de snelheid <strong>in</strong> 7 à 10 punten <strong>in</strong> de verticaal: v , v , v , ...,<br />

opp 0.2d 0.3d<br />

v , v en v , waarbij de diepten ten opzichte van de waterspiegel zijn genomen. De<br />

0.8d 0.9d bodem<br />

snelheidsverdel<strong>in</strong>g wordt <strong>in</strong> een grafiek uitgezet, waarna de gemiddelde snelheid grafisch<br />

kan worden bepaald. Uit de vorm van de grafiek blijkt of er een normale (gladde polynoom)<br />

snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de verticaal aanwezig is. In spreadsheet programma’s kan dit eenvoudig<br />

worden gecontroleerd door het trekken van een trendlijn door de meetpunten. Een geschikte<br />

polynoom zal een hoge correlatiecoëfficiënt R2 onbekend is, kunnen een paar verticalen uitgebreid worden doorgemeten. Een uitgebreide<br />

met<strong>in</strong>g omvat het meten van de snelheid <strong>in</strong> 7 à 10 punten <strong>in</strong> de verticaal: vopp, v0.2d, v0.3d, ...,<br />

v0.8d, v0.9d en vbodem, waarbij de diepten ten opzichte van de waterspiegel zijn genomen. De<br />

snelheidsverdel<strong>in</strong>g wordt <strong>in</strong> een grafiek uitgezet, waarna de gemiddelde snelheid grafisch kan<br />

worden bepaald. Uit de vorm van de grafiek blijkt of er een normale (gladde polynoom)<br />

snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de verticaal aanwezig is. In spreadsheet programma's kan dit eenvoudig<br />

worden gecontroleerd door het trekken van een trendlijn door de meetpunten. Een geschikte<br />

polynoom zal een hoge correlatiecoëfficiënt R<br />

laten zien (hoger dan 0,8).<br />

Afhankelijk van de resultaten van de controle en reken<strong>in</strong>g houdend met de beschikbare tijd,<br />

wordt het aantal te meten punten n <strong>in</strong> de verticaal vastgesteld (per verticaal kan dit aantal<br />

verschillen). De driepuntsmethode verdient aanbevel<strong>in</strong>g als een aanvaardbaar compromis<br />

tussen de benodigde meettijd en de te verwachten nauwkeurigheid. Als de waterdiepte d kle<strong>in</strong>er<br />

is dan 0,30 m, kan worden gekozen voor de twee- of éénpuntsmethode. Aangeraden wordt<br />

steeds alle snelheidsmet<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> een verticaal uit te voeren alvorens een volgende verticaal<br />

door te meten. Alleen <strong>in</strong> rechthoekige dwarsprofielen is het handiger <strong>in</strong> alle verticalen op een<br />

bepaalde (zelfde) diepte te meten en daarna de diepte te veranderen.<br />

Bij de vijf- en zespuntsmethode kan de gemiddelde snelheid gemakkelijk <strong>in</strong> een spreadsheet<br />

programma worden bepaald. Het bepalen van de gemiddelde stroomsnelheid door sommatie<br />

van de snelheid maal de lokale doorstroomhoogte, gedeeld door de totale waterdiepte ter<br />

plaatse van de verticaal, kan eenvoudig worden geautomatiseerd.<br />

2 laten zien (hoger dan 0,8).<br />

Afhankelijk van de resultaten van de controle en reken<strong>in</strong>g houdend met de beschikbare tijd,<br />

wordt het aantal te meten punten n <strong>in</strong> de verticaal vastgesteld (per verticaal kan dit aantal<br />

verschillen). De driepuntsmethode verdient aanbevel<strong>in</strong>g als een aanvaardbaar compromis<br />

tussen de benodigde meettijd en de te verwachten nauwkeurigheid. Als de waterdiepte d kle<strong>in</strong>er<br />

is dan 0,30 m, kan worden gekozen voor de twee- of éénpuntsmethode. Aangeraden wordt<br />

steeds alle snelheidsmet<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> een verticaal uit te voeren alvorens een volgende verticaal<br />

door te meten. Alleen <strong>in</strong> rechthoekige dwarsprofielen is het handiger <strong>in</strong> alle verticalen op een<br />

bepaalde (zelfde) diepte te meten en daarna de diepte te veranderen.<br />

Bij de vijf- en zespuntsmethode kan de gemiddelde snelheid gemakkelijk <strong>in</strong> een spreadsheet<br />

programma worden bepaald. Het bepalen van de gemiddelde stroomsnelheid door sommatie<br />

van de snelheid maal de lokale doorstroomhoogte, gedeeld door de totale waterdiepte ter<br />

plaatse van de verticaal, kan eenvoudig worden geautomatiseerd.<br />

meetpunt op afstand onder<br />

methode wateroppervlak bereken<strong>in</strong>g gemiddelde stroomsnelheid<br />

TAbel 5-1 éénpunts OverzichT 0,6 bereKenen d gemiDDelDe STrOOmSnelheiD vOOr n-punTSmeThODen v0,6<br />

tweepunts 0,2 d en 0,8 d (v0,2+v0,8)/2<br />

driepunts 0,2 d, 0,6 d en 0,8 d (v0,2+2v0,6+v0,8)/4<br />

methode meetpunt op afstand onder wateroppervlak bereken<strong>in</strong>g gemiddelde stroomsnelheid<br />

éénpunts 0,6 d v0,6 tweepunts vijfpunts 0,2 d en 0,2d, 0,8 d 0,6d, 0,8d en zo dicht mogelijk (vopp+3v0,2+3v0,6+2v0,8+vbodem)/10<br />

(v +v )/2<br />

0,2 0,8<br />

aan oppervlak en bij de bodem<br />

driepunts 0,2 d, 0,6 d en 0,8 d (v +2v +v )/4<br />

0,2 0,6 0,8<br />

vijfpunts zespunts 0,2d, 0,6d, 0,2d, 0,8d 0,4d, en zo dicht 0,6d, mogelijk 0,8d aan en oppervlak zo dicht en bij de bodem (vopp+2v0,2+2v0,4+2v0,6+2v0,8+vbodem)/10<br />

(v +3v +3v +2v +v )/10<br />

opp 0,2 0,6 0,8 bodem<br />

mogelijk aan oppervlak en bij de bodem<br />

zespunts 0,2d, 0,4d, 0,6d, 0,8d en zo dicht moge lijk aan oppervlak en bij de bodem (v +2v +2v +2v +2v +v )/10<br />

opp 0,2 0,4 0,6 0,8 bodem<br />

d: diepte d: gemeten diepte ten gemeten opzichte van ten de waterspiegel opzichte van de waterspiegel<br />

waterspiegel<br />

De keuze van de methode hangt af van de gewenste nauwkeurigheid. In Tabel 8-1 is de bijbe-<br />

De keuze van de methode hangt af van de gewenste nauwkeurigheid. In Tabel 8-1 is de<br />

horende onnauwkeurigheid weergegeven als variatiecoëfficiënt. Voor een gewenste onnauw-<br />

bijbehorende onnauwkeurigheid weergegeven als variatiecoëfficiënt. Voor een gewenste<br />

keurigheid kle<strong>in</strong>er dan 5% wordt de tweepunts of meerpunts methode aanbevolen.<br />

onnauwkeurigheid kle<strong>in</strong>er dan 5% wordt de tweepunts of meerpunts methode aanbevolen.<br />

Bijlage C geeft als voorbeeld een veldmet<strong>in</strong>g waarbij met een snelheidsmeter van het propel-<br />

Bijlage C geeft als voorbeeld een veldmet<strong>in</strong>g waarbij met een snelheidsmeter van het<br />

lertype volgens de driepunts methode is gemeten en vervolgens de gemiddelde snelheid <strong>in</strong> de<br />

propellertype volgens de driepunts methode is gemeten en vervolgens de gemiddelde snelheid<br />

verticalen is berekend.<br />

<strong>in</strong> de verticalen is berekend.<br />

32<br />

31<br />

d<br />

bodem<br />

Tabel 5-1 Overzicht berekenen gemiddelde stroomsnelheid voor n-puntsmethoden


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

<strong>in</strong>TegrATie meThODe<br />

Integratie Bij deze methode<br />

wordt de snelheidsmeter over de volledige verticaal naar beneden en weer<br />

Bij deze omhoog methode bewogen wordt met de een snelheidsmeter constante snelheid. over Deze de volledige snelheid dient verticaal nooit groter naar beneden te zijn dan en weer<br />

omhoog 5% bewogen van de gemiddelde met een constante stroomsnelheid snelheid. <strong>in</strong> het Deze dwarsprofiel snelheid en bedraagt dient nooit maximaal groter 0,04 te zijn m/s. dan 5%<br />

van de De gemiddelde stroomsnelheid snelheid <strong>in</strong> de verticaal <strong>in</strong> het wordt dwarsprofiel berekend uit en de bedraagt som van stroomsnelheden maximaal 0,04 per m/s. De<br />

gemiddelde tijds<strong>in</strong>terval snelheid (1/meetfrequentie) <strong>in</strong> de verticaal gedeeld wordt door berekend de duur van uit de de snelheidsmet<strong>in</strong>g som van stroomsnelheden tussen bodem per<br />

tijds<strong>in</strong>terval en wateroppervlak. (1/meetfrequentie) Deze methode gedeeld wordt door alleen de gebruikt duur van <strong>in</strong> de waterl<strong>open</strong> snelheidsmet<strong>in</strong>g met een diepte tussen groter bodem en<br />

wateroppervlak. dan 1 meter. Deze methode wordt alleen gebruikt <strong>in</strong> waterl<strong>open</strong> met een diepte groter dan 1<br />

meter.<br />

5.1.4 bepAlen DebieT DOOr meeTrAAi<br />

Nadat <strong>in</strong> het dwarsprofiel van de meetraai <strong>in</strong> de verticalen de diepte is gemeten en de gemid-<br />

5.1.4 Bepalen debiet door meetraai<br />

delde snelheid is bepaald met behulp van één van de eerder genoemde methodes, zijn er ver-<br />

Nadat <strong>in</strong> schillende het dwarsprofiel methoden om van uit de de meetresultaten meetraai <strong>in</strong> de de totale verticalen afvoer te de bepalen. diepte Vroeger is gemeten g<strong>in</strong>g dat en de<br />

gemiddelde grafisch snelheid met behulp is bepaald van millimeterpapier, met behulp van tegenwoordig één van de is het eerder gebruikelijk genoemde om daarvoor methodes, een zijn er<br />

verschillende spreadsheet methoden programma om uit te gebruiken. de meetresultaten Gebruikelijke de methoden totale afvoer zijn: te bepalen. Vroeger g<strong>in</strong>g dat<br />

grafisch •met mean-section behulp van methode millimeterpapier, (gemiddelde sectie) tegenwoordig is het gebruikelijk om daarvoor een<br />

spreadsheet • mid-section programma methode te gebruiken. (midden van Gebruikelijke de sectie) methoden zijn:<br />

• mean-section methode (gemiddelde sectie)<br />

• De mid-section mean-section methode methode (midden beslaat het van gehele de sectie) dwarsprofiel van oever tot oever en kan gebruikt<br />

De mean-section worden als de methode oevers duidelijk beslaat gedef<strong>in</strong>ieerd het gehele zijn dwarsprofiel (vrij van begroei<strong>in</strong>g). van oever De mid-section tot oever en methode kan gebruikt<br />

worden beslaat als de het oevers gehele duidelijk dwarsprofiel gedef<strong>in</strong>ieerd met uitzonder<strong>in</strong>g zijn (vrij van van een begroei<strong>in</strong>g). gedeelte nabij de De oevers. mid-section Bij enigsmethode<br />

beslaat z<strong>in</strong>s het begroeide gehele dwarsprofiel oevers kan deze met methode uitzonder<strong>in</strong>g gebruikt van worden, een gedeelte mits aangenomen nabij de kan oevers. worden Bij dat enigsz<strong>in</strong>s<br />

begroeide het oevers aandeel van kan het deze debiet methode <strong>in</strong> de oevergedeelten gebruikt worden, nihil is (water mits aangenomen staat nagenoeg stil). kan worden dat het<br />

aandeel van het debiet <strong>in</strong> de oevergedeelten nihil is (water staat nagenoeg stil).<br />

meAn-SecTiOn meThODe<br />

Mean-section methode<br />

Het dwarsprofiel wordt opgebouwd gedacht uit een aantal segmenten, elk begrensd door<br />

Het dwarsprofiel wordt opgebouwd gedacht uit een aantal segmenten, elk begrensd door twee<br />

twee opéénvolgende verticalen, zie Figuur 5-6. Voor het segment tussen de verticalen i en i+1<br />

opéénvolgende verticalen, zie Figuur 5-6. Voor het segment tussen de verticalen<br />

(waarbij i<br />

i en i+1<br />

= 1,2,3,...m) geldt:<br />

(waarbij i = 1,2,3,...m) geldt:<br />

Q<br />

i→i+<br />

1<br />

⎛ vi<br />

+ vi+<br />

1 ⎞ ⎛ d i + d i<br />

= ⎜ ⎟ ⋅⎜<br />

⎝ 2 ⎠ ⎝ 2<br />

+ 1<br />

⎞<br />

⎟ ⋅ b<br />

⎠<br />

i→i+<br />

1<br />

met:<br />

b : breedte tussen twee verticalen (m)<br />

x : afstand tot referentiepunt (R.P.) op l<strong>in</strong>ker oever (L.O.) (m)<br />

i : aanduid<strong>in</strong>g nummer verticaal<br />

Q : afvoer per segment (m3 met: b : breedte tussen twee verticalen (m)<br />

x : afstand tot referentiepunt (R.P.) op l<strong>in</strong>ker oever (L.O.) (m)<br />

i : aanduid<strong>in</strong>g nummer verticaal<br />

Q : afvoer per segment (m<br />

/s)<br />

vi d<br />

: gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> verticaal i (m/s)<br />

: waterdiepte <strong>in</strong> een verticaal (m)<br />

De totale afvoer wordt berekend als de som van de afvoeren van de afzonderlijke segmenten.<br />

Voor de segmenten begrensd door de l<strong>in</strong>ker oever (L.O.) en verticaal 1 en door de laatste<br />

verticaal m en de rechter oever (R.O.), kan worden aangenomen, dat de snelheid gelijk is aan<br />

2/3 van de snelheid <strong>in</strong> verticaal 1 respectievelijk m.<br />

3 /s)<br />

vi : gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> verticaal i (m/s)<br />

d : waterdiepte <strong>in</strong> een verticaal (m)<br />

De totale afvoer wordt berekend als de som van de afvoeren van de afzonderlijke segmenten.<br />

Voor de segmenten begrensd door de l<strong>in</strong>ker oever (L.O.) en verticaal 1 en door de laatste<br />

verticaal m en de rechter oever (R.O.), kan worden aangenomen, dat de snelheid gelijk is aan<br />

2/3 van de snelheid <strong>in</strong> verticaal 1 respectievelijk m.<br />

32<br />

33


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 5-6 meAn-SecTiOn meThODe vOOr <strong>in</strong>TegrATie vAn De STrOOmSnelheDen TOT heT DebieT<br />

Ref. punt<br />

L.O. R.O.<br />

Een andere Een andere manier manier voor voor het het bepalen van van de de afvoer <strong>in</strong> de de oeversecties is het is fitten het fitten van een van een<br />

horizontaal<br />

Een andere<br />

horizontaal machtsprofiel<br />

manier<br />

machtsprofiel<br />

voor het<br />

(1)<br />

bepalen<br />

of (1) logaritmisch of logaritmisch<br />

van de<br />

(2)<br />

afvoer<br />

(2) snelheidsprofiel. <strong>in</strong> de oeversecties<br />

De De afvoer afvoer<br />

is<br />

<strong>in</strong><br />

het<br />

het <strong>in</strong> eerste<br />

fitten<br />

het eerste en<br />

van een<br />

en<br />

laatste horizontaal segment laatste<br />

machtsprofiel<br />

segment kan dan kan dan worden (1)<br />

worden<br />

of logaritmisch uitgerekend (2) door door<br />

snelheidsprofiel.<br />

<strong>in</strong>tegratie van van het het De<br />

profiel<br />

afvoer profiel tussen<br />

<strong>in</strong> tussen oever<br />

het<br />

en<br />

eerste oever en<br />

meetraai. laatste segment<br />

meetraai. Voor een Voor<br />

kan machtsprofiel een<br />

dan<br />

machtsprofiel<br />

worden is uitgerekend de is afvoerbijdrage de afvoerbijdrage<br />

door <strong>in</strong>tegratie <strong>in</strong> de oeversecties, van het profiel tussen oever en<br />

meetraai. Voor een machtsprofiel is de afvoerbijdrage <strong>in</strong> de oeversecties,<br />

Hier<strong>in</strong> is een factor opgenomen a en a om te corrigeren voor de bodemligg<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de<br />

LO RO<br />

oeversectie. De factor is 1 als het doorstroomoppervlak <strong>in</strong> de oeversectie rechthoekig is.<br />

Voor een parabolisch verloop is de factor 2/3 en voor een l<strong>in</strong>eair verloop 1/2 (diepte d <strong>in</strong> de 1<br />

eerste verticaal en nul op de oever). De totale afvoer door de meetraai bestaat dus uit een<br />

direct gemeten deel Q en twee onbemeten afvoeren, Q en Q , de afvoer <strong>in</strong> de l<strong>in</strong>ker- en<br />

m LO RO<br />

rechteroeverzone,<br />

met:<br />

a = correctiefactor horizontaal snelheidsprofiel [-]<br />

b = breedte sectie [m]<br />

d = lokale waterdiepte [m]<br />

n = macht snelheidsprofiel [-]<br />

Q = debiet [m3 oeversectie. De factor is 1 als het doorstroomoppervlak <strong>in</strong> de oeversectie rechthoekig is. Voor<br />

een parabolisch verloop is de factor 2/3 en voor een l<strong>in</strong>eair verloop 1/2 (diepte d1 <strong>in</strong> de eerste<br />

verticaal en nul op de oever). De totale afvoer door de meetraai bestaat dus uit een direct<br />

gemeten deel Qm en twee onbemeten afvoeren, QLO en QRO, de afvoer <strong>in</strong> de l<strong>in</strong>ker- en<br />

rechteroeverzone,<br />

Q tot = Qm<br />

+ QLO<br />

+ QRO<br />

met:<br />

α = correctiefactor horizontaal snelheidsprofiel [-]<br />

b = breedte sectie [m]<br />

d = lokale waterdiepte [m]<br />

n = macht snelheidsprofiel [-]<br />

Q = debiet [m<br />

/s]<br />

v = gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> verticaal [m/s]<br />

De afvoer <strong>in</strong> de onbemeten zones nabij het wateroppervlak en nabij de bodem zijn opgenomen<br />

<strong>in</strong> de manier waarop Q wordt bepaald.<br />

m<br />

Bijlage C geeft een voorbeeld van een bereken<strong>in</strong>g van de totale afvoer volgens de mean-section<br />

methode.<br />

miD-SecTiOn meThODe<br />

Ook bij deze methode wordt het dwarsprofiel opgebouwd gedacht uit een aantal segmenten.<br />

Het segment ligt nu aan weerszijden van de meetverticaal. De breedte van een segment is<br />

gelijk aan de som van de halve breedtes tot de naastgelegen verticalen, zie Figuur 5-7. Voor het<br />

segment met daar<strong>in</strong> verticaal i geldt:<br />

3 Hier<strong>in</strong> is een factor opgenomen αLO en αRO om te corrigeren voor de bodemligg<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de<br />

oeversectie. De factor is 1 als het doorstroomoppervlak <strong>in</strong> de oeversectie rechthoekig is. Voor<br />

een parabolisch verloop is de factor 2/3 en voor een l<strong>in</strong>eair verloop 1/2 (diepte d1 <strong>in</strong> de eerste<br />

verticaal en nul op de oever). De totale afvoer door de meetraai bestaat dus uit een direct<br />

gemeten deel Qm en twee onbemeten afvoeren, QLO en QRO, de afvoer <strong>in</strong> de l<strong>in</strong>ker- en<br />

rechteroeverzone,<br />

Q tot = Qm<br />

+ QLO<br />

+ QRO<br />

met:<br />

α = correctiefactor horizontaal snelheidsprofiel [-]<br />

b = breedte sectie [m]<br />

d = lokale waterdiepte [m]<br />

n = macht snelheidsprofiel<br />

/s]<br />

[-]<br />

v Q = debiet gemiddelde [m stroomsnelheid <strong>in</strong> verticaal [m/s]<br />

De afvoer <strong>in</strong> de onbemeten zones nabij het wateroppervlak en nabij de bodem zijn opgenomen<br />

<strong>in</strong> de manier waarop Qm wordt bepaald.<br />

Bijlage C geeft een voorbeeld van een bereken<strong>in</strong>g van de totale afvoer volgens de mean-section<br />

methode.<br />

Mid-section methode<br />

Ook bij deze methode wordt het dwarsprofiel opgebouwd gedacht uit een aantal segmenten.<br />

Het segment ligt nu aan weerszijden van de meetverticaal. De breedte van een segment is<br />

gelijk aan de som van de halve breedtes tot de naastgelegen verticalen, zie Figuur 5-7. Voor het<br />

segment met daar<strong>in</strong> verticaal i geldt:<br />

⎛ i - i-1<br />

⎞ ⎛ i+<br />

1 - i ⎞ ⎛ i+<br />

1 - i-1<br />

⎞<br />

3 /s]<br />

v = gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> verticaal [m/s]<br />

De afvoer <strong>in</strong> de onbemeten zones nabij het wateroppervlak en nabij de bodem zijn opgenomen<br />

<strong>in</strong> de manier waarop Qm wordt bepaald.<br />

Bijlage C geeft een voorbeeld van een bereken<strong>in</strong>g van de totale afvoer volgens de mean-section<br />

methode.<br />

Mid-section methode<br />

Ook bij deze methode wordt het dwarsprofiel opgebouwd gedacht uit een aantal segmenten.<br />

Het segment ligt nu aan weerszijden van de meetverticaal. De breedte van een segment is<br />

gelijk aan de som van de halve breedtes tot de naastgelegen verticalen, zie Figuur 5-7. Voor het<br />

segment met daar<strong>in</strong> verticaal i geldt:<br />

34<br />

1 i<br />

x i<br />

x i+1<br />

d i<br />

bi<br />

i + 1 m<br />

d i+1<br />

Figuur 5-6 Mean-section methode voor <strong>in</strong>tegratie van de stroomsnelheden tot het debiet<br />

Figuur 5-6 Mean-section methode voor <strong>in</strong>tegratie van de stroomsnelheden tot het debiet<br />

n<br />

QLO = α LO ⋅d1 ⋅v1 ⋅b1 ⋅ [m<br />

n + 1<br />

2 n<br />

/s] en QRO = α RO ⋅d m ⋅vm ⋅bm ⋅ [m<br />

n + 1<br />

2 n<br />

/s]<br />

QLO = α LO ⋅d1 ⋅v1 ⋅b1 ⋅ [m<br />

n + 1<br />

2 n<br />

/s] en QRO = α RO ⋅d m ⋅vm ⋅bm ⋅ [m<br />

n + 1<br />

2 /s]<br />

Hier<strong>in</strong> is een factor opgenomen αLO en αRO om te corrigeren voor de bodemligg<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de<br />

x x<br />

bi<br />

= ⎜⎛<br />

xi<br />

-<br />

⎝⎜<br />

2<br />

x<br />

bi<br />

=<br />

⎝ 2<br />

i-1<br />

x<br />

⎟⎞<br />

+ ⎜⎛<br />

x<br />

⎠⎟<br />

+ ⎝⎜<br />

⎠ ⎝<br />

i+<br />

x x<br />

⎟=<br />

⎜<br />

1 -<br />

2<br />

xi<br />

⎞ ⎛ x<br />

⎠⎟<br />

= ⎝⎜<br />

2 ⎠ ⎝<br />

i+<br />

1<br />

x<br />

-<br />

2<br />

x<br />

2<br />

i-1<br />

33<br />

33<br />

⎟⎞ ⎠⎟<br />


Ook bij deze methode wordt het dwarsprofiel opgebouwd gedacht uit een aantal segmenten.<br />

Het segment STOWA ligt 2009-41 nu <strong>Handboek</strong> aan <strong>debietmeten</strong> weerszijden <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong> van de meetverticaal. De breedte van een segment is<br />

gelijk aan de som van de halve breedtes tot de naastgelegen verticalen, zie Figuur 5-7. Voor het<br />

segment oktober met 2009 daar<strong>in</strong> verticaal i geldt:<br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

⎛ x - x<br />

=<br />

⎞ ⎛ x<br />

+<br />

- x ⎞ ⎛ x<br />

=<br />

- x<br />

⎞<br />

i i-1<br />

i+<br />

1 i i+<br />

1 i-1<br />

bi<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

De totale afvoer ⎝ 2wordt,<br />

⎠ ⎝evenals<br />

2 ⎠bij<br />

⎝de<br />

mean-section 2 ⎠ methode, berekend als de som van de<br />

afvoeren De totale van afvoer de wordt, afzonderlijke evenals segmenten. bij de mean-section Voor de halve methode, segmenten berekend bij als de de oevers som van wordt de<br />

aangenomen afvoeren De van totale dat de afvoer er afzonderlijke geen wordt, afvoer evenals segmenten. is. Als bij de het mean-section dwarsprofiel Voor de methode, halve rechthoekig segmenten berekend is, als wordt bij de som de voor oevers van de de snelheid wordt<br />

<strong>in</strong> aangenomen de halve afvoeren segmenten dat van er de geen afzonderlijke langs afvoer de wand is. segmenten. Als een het percentage dwarsprofiel<br />

33 Voor de halve (bijvoorbeeld segmenten rechthoekig bij 85%) de is, oevers wordt aangehouden wordt voor aange- de snelheid van de<br />

snelheid <strong>in</strong> de halve nomen <strong>in</strong> de segmenten eerste dat er geen respectievelijk langs afvoer de is. wand Als het laatste een dwarsprofiel percentage verticaal. rechthoekig Ook (bijvoorbeeld hier is, kan wordt voor 85%) voor het de aangehouden halve snelheid segment <strong>in</strong> de van nabij de<br />

de snelheid oevers halve <strong>in</strong> het de segmenten eerste debiet respectievelijk worden langs de bepaald wand een laatste met percentage verticaal. de aanname (bijvoorbeeld Ook van hier 85%) een kan aangehouden machtsprofiel voor het halve van of segment de logaritmisch<br />

snel- nabij<br />

snelheidsprofiel de oevers heid het <strong>in</strong> de debiet zoals eerste beschreven worden respectievelijk bepaald bij laatste de met mean-section verticaal. de aanname Ook methode. hier van kan een voor machtsprofiel het halve segment of logaritmisch<br />

nabij<br />

snelheidsprofiel de oevers zoals het debiet beschreven worden bepaald bij de mean-section met de aanname methode. van een machtsprofiel of logaritmisch<br />

snelheidsprofiel zoals beschreven bij de mean-section methode.<br />

Figuur 5-7 miD-SecTiOn meThODe vOOr <strong>in</strong>TegrATie vAn De STrOOmSnelheDen TOT heT DebieT<br />

Ref. punt<br />

L.O. R.O.<br />

1 i<br />

d i<br />

i + 1 m<br />

d i+1<br />

x i<br />

bi<br />

Figuur 5-7 Mid-section methode voor <strong>in</strong>tegratie van de stroomsnelheden tot het debiet<br />

x i+1<br />

Bijlage C geeft een voorbeeld van de totale afvoer van een waterloop, berekend volgens de midsection<br />

methode.<br />

5.1.5 Onnauwkeurigheid debiet<br />

Het debiet bepaald met de 'velocity-area' methode <strong>in</strong> een meetraai wordt berekend als,<br />

(formule aangepast)<br />

r.<br />

o.<br />

h(<br />

y)<br />

Q = ∫ ∫ b(<br />

y)<br />

⋅ v(<br />

z)<br />

⋅ dy ⋅ dz = A ⋅ v met gem gem<br />

l.<br />

o z0<br />

( y)<br />

d b A ⋅ =<br />

Figuur 5-7 Mid-section methode voor <strong>in</strong>tegratie van de stroomsnelheden tot het debiet<br />

Bijlage C geeft een voorbeeld van de totale afvoer van een waterloop, berekend volgens de midsection<br />

methode.<br />

5.1.5 Onnauwkeurigheid debiet<br />

Het debiet bepaald met de 'velocity-area' methode <strong>in</strong> een meetraai wordt berekend als,<br />

(formule aangepast)<br />

r.<br />

o.<br />

h(<br />

y)<br />

Q = ∫ ∫ b(<br />

y)<br />

⋅ v(<br />

z)<br />

⋅ dy ⋅ dz = A ⋅ v met gem gem<br />

l o z ( y)<br />

d b A ⋅ =<br />

Bijlage C geeft een voorbeeld van de totale afvoer van een waterloop, berekend volgens de<br />

mid-section methode.<br />

5.1.5 OnnAuWKeurigheiD DebieT<br />

Het debiet bepaald met de ‘velocity-area’ methode <strong>in</strong> een meetraai wordt berekend als,<br />

en v = gemiddelde snelheid<br />

. 0<br />

met bgem = gemiddelde breedte en dgem = gemiddelde waterdiepte. De totale willekeurige fout rQ<br />

met b = gemiddelde breedte en d = gemiddelde waterdiepte. De totale willekeurige fout<br />

van met een bgem 'velocity-area' = gemiddelde gem<br />

debietmet<strong>in</strong>g breedte en dgem<br />

gem<br />

<strong>in</strong> een = gemiddelde meetraai is, waterdiepte. De totale willekeurige fout rQ<br />

r van een ‘velocity-area’ debietmet<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een meetraai is,<br />

van een 'velocity-area' Q debietmet<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een meetraai is,<br />

2 2 2 2<br />

r Q = rd<br />

+ rb<br />

+ rv<br />

+ r<br />

2 2 2<br />

i<br />

2<br />

r Q = rd<br />

+ rb<br />

+ rv<br />

+ ri<br />

waar<strong>in</strong>, (stochastisch weggehaald)<br />

rQ<br />

waar<strong>in</strong>, = (stochastisch de totale meetfout weggehaald)<br />

waar<strong>in</strong>, (stochastisch weggehaald) <strong>in</strong> het debiet,<br />

rd<br />

rQ = de fout totale <strong>in</strong> meetfout de waterdiepte, <strong>in</strong> het debiet,<br />

r = de totale meetfout <strong>in</strong> het debiet,<br />

Q<br />

rb<br />

rd = de fout <strong>in</strong> <strong>in</strong> de breedte, waterdiepte,<br />

r = de fout <strong>in</strong> de waterdiepte,<br />

d<br />

rv<br />

rb = de fout <strong>in</strong> <strong>in</strong> het de breedte,<br />

r = de fout <strong>in</strong> de snelheidsprofiel,<br />

breedte,<br />

b<br />

ri<br />

rv = de totale fout <strong>in</strong> fout het door snelheidsprofiel,<br />

r = de fout <strong>in</strong> het snelheidsprofiel,<br />

beperkte meetduur en aantal punten (snelheid, breedte, diepte).<br />

v<br />

ri = de totale fout door beperkte meetduur en aantal punten (snelheid, breedte, diepte).<br />

r = de totale fout door beperkte meetduur en aantal punten (snelheid, breedte, diepte).<br />

i<br />

Uitgangspunt voor deze formule is dat de fouten onderl<strong>in</strong>g niet zijn gecorreleerd.<br />

Uitgangspunt Uitgangspunt voor deze voor formule deze formule is dat is de dat fouten de fouten onderl<strong>in</strong>g onderl<strong>in</strong>g niet niet zijn zijn gecorreleerd.<br />

De nauwkeurigheid van de gebruikte meetapparatuur is afhankelijk van type en onderhoud van<br />

de De nauwkeurigheid <strong>in</strong>strumenten. van De de systematische gebruikte meetapparatuur fout van een is afhankelijk <strong>in</strong>strument van is type gerelateerd en onderhoud aan van de<br />

karakteristieke de <strong>in</strong>strumenten. eigenschappen De systematische hiervan. De fout grootte van van een een <strong>in</strong>strument systematische is gerelateerd fout is moeilijk aan de te<br />

schatten, karakteristieke als deze eigenschappen niet bekend is. hiervan. Zodra deze De grootte wel bekend van een is, kan systematische hiervoor worden fout gecorrigeerd.<br />

is moeilijk te<br />

schatten, als deze niet bekend is. Zodra deze wel bekend is, kan hiervoor worden gecorrigeerd. 35<br />

34<br />

34


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De nauwkeurigheid van de gebruikte meetapparatuur is afhankelijk van type en onderhoud<br />

van de <strong>in</strong>strumenten. De systematische fout van een <strong>in</strong>strument is gerelateerd aan de karakteristieke<br />

eigenschappen hiervan. De grootte van een systematische fout is moeilijk te schatten,<br />

als deze niet bekend is. Zodra deze wel bekend is, kan hiervoor worden gecorrigeerd. Voor de<br />

toevallige <strong>in</strong>strumentele fout zijn de volgende waarden te v<strong>in</strong>den <strong>in</strong> de ISO-standaard 1088.<br />

Belangrijk is het geregeld calibreren van de meet<strong>in</strong>strumenten als systematische fouten worden<br />

vermoed:<br />

• Meten van de breedte: De <strong>in</strong>strumentele fout bedraagt <strong>in</strong> het algemeen m<strong>in</strong>der dan 1 % en<br />

voor lengten tot circa 250 m maximaal 0,5 %.<br />

• Meten van de diepte: De <strong>in</strong>strumentele fout is sterk afhankelijk van de samenstell<strong>in</strong>g van<br />

de rivierbedd<strong>in</strong>g. Een fout van 1 % lijkt een redelijke benader<strong>in</strong>g.<br />

• Meten van de stroomsnelheid: De standaardafwijk<strong>in</strong>g van calibratiefouten voor meters<br />

van het cuptype is m<strong>in</strong>der dan 1 %. Voor het propellertype bleek uit onderzoek bij een<br />

stroomsnelheid van 0,2 m/s een standaardafwijk<strong>in</strong>g op te treden van 5 %, afnemend tot<br />

0,5 % voor een stroomsnelheid van 2,5 m/s.<br />

Naast de <strong>in</strong>strumentele fouten bestaan er fouten <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de gemiddelde stroomsnelheid<br />

uit drie onafhankelijke verwerk<strong>in</strong>gscomponenten:<br />

• fout ten gevolge van beperkte meetduur van de stroomsnelheid <strong>in</strong> een punt van de verticaal.<br />

Bij een meetduur van 30 seconden voor hoge en 60 seconden voor lage stroomsnelheden<br />

bereikt deze fout een acceptabele waarde. Daarnaast is deze fout enigsz<strong>in</strong>s afhankelijk<br />

van het aantal punten <strong>in</strong> een verticaal;<br />

• fout veroorzaakt door het meten van een beperkt aantal punten <strong>in</strong> een verticaal;<br />

• fout ten gevolge van het meten van een beperkt aantal verticalen <strong>in</strong> een dwarsprofiel.<br />

In ISO-standaard 1088 wordt een methode beschreven - opgesteld voor brede dwarsprofielen,<br />

breedte groter dan 30 meter - voor het bepalen van de relatieve standaardafwijk<strong>in</strong>g bij<br />

gebruik van diverse aantallen punten <strong>in</strong> een verticaal en een verschillend aantal verticalen<br />

<strong>in</strong> een dwarsprofiel. Een bereken<strong>in</strong>g van de gecomb<strong>in</strong>eerde toevallige fout is gegeven <strong>in</strong><br />

Bijlage C.<br />

Bij een zorgvuldig uitgevoerde met<strong>in</strong>g zal de fout als volgt variëren:<br />

• wad<strong>in</strong>g methode r = 3 à 6 %<br />

Q<br />

• vanaf een brug of boot r = 3 à 8 %<br />

Q<br />

5.1.6 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

Voor de standaard velocity-area methode hangt de keuze van het <strong>in</strong>strumenttype af van:<br />

• de gewenste meetnauwkeurigheid,<br />

• de beschikbaarheid van het meet<strong>in</strong>strument,<br />

• breedte en diepte van de waterloop op de meetlocatie (breed/smal, diep/doorwaadbaar)<br />

• ervar<strong>in</strong>g van de meetploeg,<br />

• de verwachte duur van m<strong>in</strong> of meer stationaire strom<strong>in</strong>gsomstandigheden,<br />

• de verwerk<strong>in</strong>gsmethode van de meetgegevens (digitaal/analoog),<br />

36


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Geschikte stroomsnelheidsmeet<strong>in</strong>strumenten zijn:<br />

• akoestische stroomsnelheidsmeter (ADCP) (par. 7.3.3)<br />

• elektromagnetische sensoren (EMS) (par. 7.3.5)<br />

• propeller- of schroefstroomsnelheidsmeter, draait om een horizontale as (par. 7.3.6)<br />

• cuptype stroomsnelheidsmeter, draait om een verticale as (par. 7.3.6)<br />

Een belangrijk aspect van de methode is de positioner<strong>in</strong>g van de stroomsnelheidsmeter. Daar-<br />

toe bestaan verschillende “klassieke” methoden: waden, vanaf een brug, met een kabelloop<br />

of vanaf een boot (zie par. 7.3.6). De keuze van het type <strong>in</strong>strument voor de met<strong>in</strong>g van de<br />

stroomsnelheid en de wijze van positioner<strong>in</strong>g bepalen de behoefte aan extra meet<strong>in</strong>strumenten,<br />

zoals:<br />

• afstandmeters (meetl<strong>in</strong>t/digitaal)<br />

• positiebepal<strong>in</strong>g (theodoliet/GPS)<br />

• waterstandsmeters (peilschaal/digitaal)<br />

• waterdieptemeters (meetstok/digitaal)<br />

• watertemperatuurmeters (thermometer/digitaal)<br />

• sal<strong>in</strong>iteitsmeters (monsters/digitaal)<br />

5.1.7 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

De standaard velocity-area methode wordt veel toegepast, waarbij het debiet door een doorstroomoppervlak<br />

wordt bepaald, variërend van het gebruik van een ADCP tot het gebruik<br />

van een propeller <strong>in</strong>strument. Indien de standaard velocity area methode niet toegepast kan<br />

worden wordt doorgaans gebruik gemaakt van de mov<strong>in</strong>g-boat methode (par. 5.2).<br />

De velocity-area methode is <strong>in</strong> zijn algemeenheid m<strong>in</strong>der geschikt bij niet-stationaire omstandigheden,<br />

snel veranderende afvoersituatie en bij met<strong>in</strong>g ten behoeve een stuwkromme.<br />

Bij stationaire strom<strong>in</strong>g is de methode wel geschikt.<br />

Daarnaast is de wijze van positioner<strong>in</strong>g van de stroomsnelheidsmeter medebepalend voor<br />

de toepass<strong>in</strong>gsmogelijkheden. Bij grotere waterl<strong>open</strong> wordt de “klassieke” positioner<strong>in</strong>gsmethode<br />

al gauw tijdrovend en kostbaar.<br />

37


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.1.8 vOOrbeelDen<br />

FOTO 5-1 meT<strong>in</strong>g DrenTSche STuW, cOevOerDen (FOTO: Ten KATe-KOOl)<br />

FOTO 5-2 WADen en meT<strong>in</strong>g vAnAF een brug (FOTO’S: WS nOOrDerzijlveST)<br />

5.1.9 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaarden die betrekk<strong>in</strong>g hebben op de standaard velocity-area methode zijn de<br />

volgende:<br />

• ISO 1088: Velocity-area methods, determ<strong>in</strong>ation of errors<br />

• ISO 9823: Velocity-area method us<strong>in</strong>g a restricted number of verticals<br />

en voor de stroomsnelheidsmeet<strong>in</strong>strumenten:<br />

• ISO 748: Measurement of discharge us<strong>in</strong>g currentmeters or floats<br />

• ISO 2537: Rotat<strong>in</strong>g element current meters<br />

• ISO 4366: Echosounders for water depth measurements<br />

• ISO 4373: Waterlevel measur<strong>in</strong>g devices<br />

• ISO 4375: Cableway systems for stream gaug<strong>in</strong>g<br />

• ISO 24154: Measur<strong>in</strong>g velocity and discharge with acoustic Doppler profilers<br />

• ISO 24578: Application of acoustic Doppler current profilers<br />

38


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.2 AAngepASTe velOciTy-AreA meThODen<br />

Er kunnen allerlei redenen zijn waarom het meetprogramma, beschreven voor de standaard<br />

velocity-area methode, moet worden aangepast. Voorbeelden hiervan zijn met<strong>in</strong>gen onder<br />

niet-stationaire omstandigheden en met<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> grotere waterl<strong>open</strong>, waar de standaard<br />

methode tijdrovend en kostbaar kan zijn. Bekende aangepaste velocity-area meetmethoden<br />

zijn:<br />

• mov<strong>in</strong>g-boat methode<br />

• deflectiemethode<br />

• drijvermet<strong>in</strong>gen<br />

In Nederland wordt de mov<strong>in</strong>g-boat methode toegepast, bijvoorbeeld voor debietmet<strong>in</strong>gen<br />

met een ADCP. De deflectiemethode en drijvermet<strong>in</strong>gen worden tegenwoordig zelden toegepast<br />

<strong>in</strong> Nederland. Om een eerste <strong>in</strong>druk te verkrijgen van de grootte van het debiet kunnen<br />

deze methoden worden toegepast of als er geen moderne meet<strong>in</strong>strumenten voor handen<br />

zijn.<br />

5.2.1 mOv<strong>in</strong>g-bOAT meThODe<br />

Rivieren <strong>in</strong> het getijdegebied of bovenrivieren tijdens een passerende hoogwatergolf vertonen<br />

een niet-stationaire strom<strong>in</strong>g, zodat ernaar wordt gestreefd de meettijd kort te houden.<br />

Onder dergelijke omstandigheden kan de “mov<strong>in</strong>g-boat” methode worden toegepast. Gezien<br />

de korte tijd waar<strong>in</strong> de met<strong>in</strong>gen worden verricht, kan de mov<strong>in</strong>g-boat methode <strong>in</strong> de praktijk<br />

alleen worden uitgevoerd met ervaren waarnemers.<br />

De klassieke mov<strong>in</strong>g-boat methode werkt als volgt. Een meetboot vaart met een constante<br />

snelheid van oever tot oever, langs een vooraf vastgestelde lijn (vaarlijn). Tijdens de oversteek<br />

wordt <strong>in</strong> een groot aantal punten de diepte gemeten met behulp van een “echosounder”<br />

bevestigd aan een frame op de meetboot. Tegelijkertijd worden de stroomsnelheden gemeten<br />

met een, eveneens aan dit frame bevestigde, stroomsnelheidsmeter die zich op een constante<br />

diepte bev<strong>in</strong>dt, zie Figuur 5-8.<br />

Figuur 5-8 pr<strong>in</strong>cipe mOv<strong>in</strong>g-bOAT meThODe<br />

De gemeten snelheid v representeert de resultante van de vaarsnelheid van de boot v en de<br />

r b<br />

stroomsnelheid van het water v . Op de volgende manieren kan hieruit de stroomsnelheid<br />

w<br />

v worden bepaald:<br />

w<br />

• Tijdens de periode dat de snelheid v wordt gemeten, worden de positie van de boot en de<br />

r<br />

hoek a tussen de vaarlijn en de as van de snelheidsmeter waargenomen met behulp van<br />

een hoek<strong>in</strong>dicator. De stroomsnelheid is nu: v = v × s<strong>in</strong> a .<br />

w r<br />

• de bootsnelheid v <strong>in</strong> elk “meetpunt” volgt uit opeenvolgende positiebepal<strong>in</strong>gen. De boot<br />

b<br />

volgt de voorgeschreven vaarlijn zo goed mogelijk, zodat de stroomricht<strong>in</strong>g ongeveer<br />

2 2 1/2<br />

loodrecht staat op de vaarricht<strong>in</strong>g. De snelheid wordt nu berekend als v = (v -vb ) .<br />

w r<br />

39


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

• De stroomsnelheid moet worden vermenigvuldigd met een factor K om de gemiddelde<br />

40<br />

snelheid <strong>in</strong> de verticaal te berekenen. In veel gevallen is K = 0,9 een goede benader<strong>in</strong>g. De<br />

totale afvoer kan dan worden bepaald aan de hand van de <strong>in</strong> par. 5.1.4 beschreven midsection<br />

methode.<br />

Tegenwoordig wordt veelal een ADCP gebruikt bij de mov<strong>in</strong>g-boat methode en noemt men de<br />

methode ook wel de varende ADCP-met<strong>in</strong>g. Bij varende ADCP-met<strong>in</strong>gen is feitelijk geen sprake<br />

van een velocity-area methode om het debiet te bepalen. In de bemeten zone wordt het debiet<br />

al varende geïntegreerd en het debiet <strong>in</strong> de onbemeten zones wordt berekend. Belangrijk is<br />

dat de absolute stroomsnelheid nauwkeurig bekend is. Daarbij kan bottom-track of een DGPS<br />

worden gebruikt. Er is nog onderscheid te maken <strong>in</strong> een varende ADCP die van oever tot oever<br />

vaart of een varende ADCP die van verticaal naar verticaal gaat.<br />

In het laatste geval meet de ADCP 1-3 m<strong>in</strong>uten <strong>in</strong> de verticaal en wordt het debiet met de<br />

velocity-area methode bepaald.<br />

In het eerste geval vaart een meetboot met een constante snelheid van oever tot oever, langs<br />

een vooraf vastgestelde lijn (vaarlijn). Tijdens de oversteek wordt <strong>in</strong> een groot aantal punten<br />

de stroomsnelheid gemeten met de ADCP en tevens de lokale diepte. De ADCP is bevestigd aan<br />

een frame op de meetboot of <strong>in</strong>gebouwd <strong>in</strong> de kiel zoals bij veel meetvaartuigen van Rijkswaterstaat.<br />

Een ADCP bepaalt <strong>in</strong> verticale secties het snelheidsprofiel over de verticaal, dat vervolgens<br />

moet worden omgerekend naar een debiet. De Meetdienst van Rijkswaterstaat Limburg streeft<br />

er naar om m<strong>in</strong>stens circa 70% van het snelheidsprofiel <strong>in</strong> een meetraai te bemeten met een<br />

ADCP, zie Figuur 5-10, om een betrouwbare debietmet<strong>in</strong>g te verkrijgen. De overige gebieden<br />

<strong>in</strong> de meetraai nabij het wateroppervlak, de bodem en de oevers (circa 30%) worden met<br />

de software van de ADCP berekend. De bereken<strong>in</strong>g wordt uitgevoerd met behulp van gefitte<br />

theoretische snelheidsprofielen en correctiefactoren. Voor de fit worden veelal machtsprofielen<br />

gebruikt. Het apparaat geeft aan het e<strong>in</strong>d van de met<strong>in</strong>g de totale afvoer.<br />

Figuur 5-9 pr<strong>in</strong>cipe WerK<strong>in</strong>g ADcp STrOOmSnelheiDSmeTer


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 5-10 vOOrbeelD, gebieDen <strong>in</strong> een meeTrAAi WAAr een ADcp Wel meeT en De zOneS zOnDer meeT<strong>in</strong>FOrmATie<br />

Diepte (m)<br />

0<br />

1<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5<br />

Oever Zone 0: geen data Oever<br />

Kernzone M:<br />

gedetailleerde met<strong>in</strong>g van de<br />

stroomsnelheid en -richt<strong>in</strong>g<br />

Zone S: geen data<br />

0 50 100 150 200 250 300<br />

Afstand (m)<br />

Bij hogere rivierafvoeren zal bodemtransport optreden waardoor de gemeten stroomsnelheden<br />

door de ADCP niet meer absoluut gerelateerd kunnen worden aan een nulreferentie. Met<br />

een DGPS systeem aan boord van het meetschip kan de absolute nulreferentie wel worden<br />

bepaald, hoewel een DGPS ook een onnauwkeurigheid heeft (afhankelijk van het type tussen<br />

de 0,01 m en 1 m). Een veelgebruikte methode om de nulreferentie te bepalen, zonder aparte<br />

DGPS, is het varen tijdens de met<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een ‘lus’. Het meetschip vaart het punt A op de ene<br />

oever naar punt B op de andere oever. Vervolgens vaart het meetschip terug van B naar A’.<br />

De coörd<strong>in</strong>aten van punt A en A’ moeten identiek zijn. Veelal geeft de ADCP na verwerk<strong>in</strong>g<br />

van de resultaten aan dat er een verschil is <strong>in</strong> locatie tussen punt A en punt A’, de sluitfout.<br />

Het verschil <strong>in</strong> locatie dat de ADCP tussen vertrek van punt A en aankomst bij punt A’, is<br />

een maat voor de beweg<strong>in</strong>g van de rivierbodem. De fout <strong>in</strong> de afvoer die gemaakt wordt als<br />

niet voldoende gecorrigeerd wordt voor de bottom-track kan enkele procenten zijn. Ook zonder<br />

bodemtransport, dus met een stilstaande bodem, kan de fout <strong>in</strong> de afvoer 1% bedragen<br />

[Lit. 29]. Rijkswaterstaat Oost-Nederland gebruikt een DGPS en Rijkswaterstaat Limburg past<br />

bottom-track toe varende <strong>in</strong> een lus.<br />

5.2.2 DeFlecTie meThODe<br />

Vanaf een meetboot of brug wordt een voorwerp van licht gewicht en speciale vorm via een<br />

dunne draad <strong>in</strong> het water neergelaten. Door de kracht van het stromende water vertoont de<br />

draad een ger<strong>in</strong>ge uitwijk<strong>in</strong>g ten opzichte van de verticaal. Deze hoek is een maat voor de<br />

snelheid. De deflectiemethode met behulp van de pendulummeter kan bijvoorbeeld worden<br />

toegepast <strong>in</strong> getijdegebieden als ook de stroomricht<strong>in</strong>g moet worden bepaald [Lit. 3]. Deze<br />

methode wordt tegenwoordig zelden <strong>in</strong> Nederland gebruikt.<br />

5.2.3 DrijvermeT<strong>in</strong>gen<br />

Drijvers vormen de eenvoudigste gereedschappen om stroomsnelheden te meten. Aan het<br />

beg<strong>in</strong>, halverwege en aan het e<strong>in</strong>d van een meettraject worden drie meetraaien gekozen (loodrecht<br />

op de stroomricht<strong>in</strong>g). In de meetraai halverwege het traject wordt de afvoer bepaald.<br />

De drijver moet voldoende ver stroomopwaarts worden losgelaten, om bij de eerste meetraai<br />

de stroomsnelheid van het water te hebben aangenomen. De tijdsduur, die verloopt tussen<br />

het passeren van de drijver van de eerste en de derde meetraai, wordt vervolgens waargenomen.<br />

Deze procedure wordt enkele malen herhaald waarbij de drijver zich op verschillende<br />

afstanden vanaf de oever bev<strong>in</strong>dt. De afstand van de drijver tot de oever wordt bij het passeren<br />

van de middelste meetraai gemeten, bijvoorbeeld met een meetl<strong>in</strong>t, rangef<strong>in</strong>der of theodoliet.<br />

Op de plaats van deze passeerpunten <strong>in</strong> de middelste raai wordt vervolgens de diepte<br />

gemeten, zie Figuur 5-11.<br />

41


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 5-11 pr<strong>in</strong>cipe DrijvermeT<strong>in</strong>gen<br />

De snelheid van de drijver wordt berekend als het quotiënt van de onderl<strong>in</strong>ge afstand tussen<br />

de eerste en derde meetraai en de tijdsduur die verstreken is tussen het passeren van deze<br />

raaien. Deze drijversnelheid moet worden vermenigvuldigd met een correctiefactor k voor<br />

het berekenen van de gemiddelde snelheid <strong>in</strong> de verticaal. Er zijn verschillende typen drijvers<br />

waarmee snelheden kunnen worden bepaald (Figuur 5-10):<br />

• Oppervlaktedrijvers<br />

De snelheid direct onder de waterspiegel wordt gemeten met behulp van een verzwaarde<br />

plastic bal of ander voorwerp (waarvan niet meer dan 5 à 10% boven water uitsteekt ter voorkom<strong>in</strong>g<br />

van w<strong>in</strong>deffecten). De correctiefactor K hangt af van de bodemruwheid, aangegeven<br />

met de weerstandscoëfficiënt n = 1/k van Mann<strong>in</strong>g (Tabel 5-2).<br />

M<br />

• Dieptedrijvers<br />

Een plastic pijp of houten stok wordt zodanig verzwaard, dat slechts 5 à 10 cm boven water<br />

uitsteekt. Hoe dieper de drijver <strong>in</strong> het water steekt, des te beter wordt de gemiddelde snelheid<br />

benaderd. Er moet echter worden vermeden, dat de onderkant van de drijver <strong>in</strong> contact komt<br />

met de bodem. De correctiefactor K hangt nu af van de relatieve onderdompel<strong>in</strong>gsdiepte y/d,<br />

met y = onderdompel<strong>in</strong>gsdiepte en d = waterdiepte (Tabel 5-2).<br />

Figuur 5-12 enKele Typen DrijverS<br />

Voor het bepalen van de afvoer wordt het dwarsprofiel <strong>in</strong> de middelste meetraai getekend en<br />

verdeeld <strong>in</strong> een aantal segmenten, gemarkeerd door de passeerpunten van de drijvers <strong>in</strong> de<br />

middelste meetraai. In deze passeerpunten en aan beide oevers is ook de diepte van de waterloop<br />

gemeten (Figuur 5-11). Het debiet kan vervolgens worden bepaald met de mid- of meansection<br />

methode.<br />

42<br />

loslaten drijvers<br />

stroomlijnen drijvers<br />

bovenaanzicht<br />

dwarsprofiel<br />

meetraai 1 2 3<br />

paseerpunten drijvers


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

TAbel 5-2 cOrrecTieFAcTOr K vOOr DrijverS [liT. 3]<br />

oppervlaktedrijvers dieptedrijvers<br />

n [s/m 1/3 ] *) K y/d K<br />

0,029 - 0,037 0,78 0,10 0,86<br />

0,021 - 0,028 0,84 0,25 0,88<br />

0,017 - 0,022 0,87 0,50 0,90<br />

0,014 - 0,019 0,89 0,75 0,94<br />

0,012 - 0,016 0,90 0,95 0,98<br />

*) voor 0,50 m < hydraulische straal (R) < 2,50 m<br />

5.2.4 OnnAuWKeurigheiD DebieT<br />

Bij een zorgvuldig uitgevoerde met<strong>in</strong>g kunnen de fouten als volgt variëren:<br />

• mov<strong>in</strong>g-boat methode : r Q = 5 à 10 %<br />

• deflectie methode : r Q = 10 à 15 %<br />

• drijvermet<strong>in</strong>g : r Q = 5 à 10 %<br />

De onnauwkeurigheid bij een varende met<strong>in</strong>g wordt vooral bepaald door:<br />

• de bepal<strong>in</strong>g van de absolute referentie voor de gemeten snelheden (bottom-track),<br />

• variatie <strong>in</strong> de vaarsnelheid.<br />

5.2.5 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

Geschikte stroomsnelheidsmeet<strong>in</strong>strumenten zijn:<br />

• propeller- of schroefstroomsnelheidsmeter, draait om een horizontale as<br />

• cuptype stroomsnelheidsmeter, draait om een verticale as<br />

• elektromagnetische sensoren (EMS)<br />

• akoestische stroomsnelheidsmeter (ADCP)<br />

Aanvullende meet<strong>in</strong>strumenten:<br />

• afstandmeters (meetl<strong>in</strong>t/digitaal)<br />

• positiebepal<strong>in</strong>g (theodoliet/GPS)<br />

• waterstandsmeters (peilschaal/digitaal)<br />

• waterdieptemeters (meetstok/digitaal)<br />

• watertemperatuurmeters (thermometer/digitaal)<br />

• sal<strong>in</strong>iteitsmeters (monsters/digitaal)<br />

5.2.6 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

De mov<strong>in</strong>g-boat methode wordt langs de rivieren voornamelijk toegepast daar waar de meer<br />

“klassieke” standaard velocity area methode op praktische en/of f<strong>in</strong>anciële bezwaren stuit<br />

(te brede watergang, h<strong>in</strong>der van scheepvaart, geen faciliteiten op de oever mogelijk of overstroomd)<br />

of waar niet-stationaire omstandigheden een snelle met<strong>in</strong>g vereist [Lit. 24].<br />

Als er niet kan worden gevaren kan men met een kle<strong>in</strong> systeem (ADCP op een catamaran of<br />

trimaran) vanaf een brug worden gemeten of vanaf de oevers met kabels.<br />

5.2.7 vOOrbeelDen<br />

Langs de rivieren worden <strong>in</strong> de huidige meetpraktijk van Rijkswaterstaat afvoermet<strong>in</strong>gen volgens<br />

de mov<strong>in</strong>g-boat methode verricht met:<br />

• Propellerstroomsnelheidsmeters: met behulp van een meetvaartuig worden op gezette<br />

afstanden langs een van tevoren vastgestelde meetraai dwars op de rivierloop stroom-<br />

43


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

met<strong>in</strong>gen uitgevoerd langs de verticaal op onderl<strong>in</strong>ge afstanden van 50 cm ter bepal<strong>in</strong>g<br />

van het stroomsnelheidsprofiel. Het bodemprofiel – ter bepal<strong>in</strong>g van het totale doorstroomde<br />

dwarsprofiel – wordt gemeten met een s<strong>in</strong>gle-beam echolood, waarbij de bodemligg<strong>in</strong>g<br />

(c.q. –diepte) ter plaatse van elke verticaal wordt afgelezen voor de bereken<strong>in</strong>g van<br />

de afvoer. Met deze gegevens wordt de totale afvoer door het doorstroomde dwarsprofiel<br />

berekend met de zogenaamde semi-<strong>in</strong>tegratiemethode. Gewerkt wordt volgens de <strong>in</strong> de<br />

ISO-normen vastgelegde voorschriften. Een enkele afvoermet<strong>in</strong>g neemt 2-4 uur <strong>in</strong> beslag,<br />

al naar gelang de locale (afvoer)omstandigheden [Lit. 23].<br />

• ADCP’s ter vervang<strong>in</strong>g van de propellerstroommet<strong>in</strong>gen: hierbij is er geen sprake meer<br />

van afzonderlijke verticalen, maar worden de stroomsnelheden gemeten <strong>in</strong> een groot<br />

aantal cellen door een verticaal metende ADCP. De <strong>in</strong>tegratie tot een totale afvoer komt<br />

tot stand aan de hand van de zogenaamde bottom-track, waarmee de bodemligg<strong>in</strong>g<br />

(c.q.-diepte) wordt gemeten. Een enkele afvoermet<strong>in</strong>g neemt slechts enkele m<strong>in</strong>uten <strong>in</strong><br />

beslag, net zo lang als nodig is om de rivier <strong>in</strong> dwarsricht<strong>in</strong>g over te varen. Vanwege de<br />

korte tijdsduur wordt standaard 5 maal heen en weer gevaren, zodat <strong>in</strong> feite 10 met<strong>in</strong>gen<br />

worden verricht [Lit. 23].<br />

FOTO 5-3 meeTvAArTuigen rijKSWATerSTAAT bij lObiTh (l<strong>in</strong>KS) en <strong>in</strong> limburg (FOTO’S: rijKSWATerSTAAT)<br />

5.2.8 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaard die betrekk<strong>in</strong>g heeft op de mov<strong>in</strong>g-boat methode is de volgende:<br />

• ISO 4369: Mov<strong>in</strong>g-boat method<br />

En voor de stroomsnelheidsmeet<strong>in</strong>strumenten:<br />

• ISO 748: Measurement of discharge us<strong>in</strong>g currentmeters or floats<br />

• ISO 2537: Rotat<strong>in</strong>g element current meters<br />

• ISO 14028: Propeller-type currentmeters and their calibration<br />

• ISO 24154: Measur<strong>in</strong>g velocity and discharge with acoustic Doppler profilers<br />

• ISO 24578: Application of acoustic Doppler current profilers<br />

44


• ISO<br />

ISO<br />

24154:<br />

14028:<br />

Measur<strong>in</strong>g<br />

Propeller-type<br />

velocity<br />

currentmeters<br />

and discharge<br />

and<br />

with<br />

their<br />

acoustic<br />

calibration<br />

Doppler profilers<br />

• ISO<br />

ISO<br />

24578:<br />

24154:<br />

Application<br />

Measur<strong>in</strong>g velocity<br />

of acoustic<br />

and<br />

Doppler<br />

discharge<br />

current<br />

with acoustic<br />

profilers<br />

Doppler profilers<br />

•<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

ISO 24578: Application of acoustic Doppler current profilers<br />

5.3 Verhangmethode<br />

5.3 Verhangmethode<br />

5.3 verhAngmeThODe<br />

Deze afvoermethode is gebaseerd op het meten van het energieverhang en een gemiddeld<br />

dwarsprofiel. Deze afvoermethode De ruwheid van is gebaseerd de waterloop op het meten moet van worden het energieverhang geschat, waarna en een de gemid- gemiddelde<br />

stroomsnelheid deld dwarsprofiel. aan de hand De ruwheid van bekende van de empirische waterloop moet formules worden kan geschat, worden waarna berekend de gemid- [Lit. 4]. De<br />

verhangmethode delde stroomsnelheid wordt algemeen aan de hand als van bekende een "ad empirische hoc" formules methode kan gezien, worden berekend vanwege de<br />

onbetrouwbaarheid [Lit. 4]. De verhangmethode <strong>in</strong> het meten wordt van algemeen het verhang als een en “ad het hoc” schatten methode van gezien, de ruwheid vanwege de en wordt<br />

alleen gebruikt onbetrouwbaarheid wanneer meer <strong>in</strong> het meten nauwkeurige van het verhang methoden, en het zoals schatten de van velocity-area de ruwheid en methode, wordt niet<br />

toepasbaar alleen zijn. gebruikt Deze wanneer methode meer wordt nauwkeurige <strong>in</strong> Nederland methoden, zelden zoals toegepast. de velocity-area methode, niet<br />

toepasbaar zijn. Deze methode wordt <strong>in</strong> Nederland zelden toegepast.<br />

5.3.1 Meetpr<strong>in</strong>cipe<br />

5.3.1 meeTpr<strong>in</strong>cipe<br />

De waterstand De waterstand wordt wordt gemeten gemeten <strong>in</strong> twee <strong>in</strong> twee meetraaien aan aan beg<strong>in</strong> en e<strong>in</strong>d e<strong>in</strong>d van het meettraject. Het<br />

energieverhang Het energieverhang (S) wordt (S) nu wordt bepaald nu bepaald uit uit de de energiehoogtes (H1,H3) <strong>in</strong> beide <strong>in</strong> beide meetraaien meetraaien<br />

(Figuur 5-13): (Figuur 5-13):<br />

2<br />

v<br />

S = ( H 1 - H 3 ) / L waarbij H = h +<br />

2g<br />

met:<br />

met: S : energieverhang [-]<br />

S : energieverhang [-]<br />

H : energiehoogte <strong>in</strong> de meetraai [m]<br />

H : energiehoogte <strong>in</strong> de meetraai [m]<br />

L : lengte meettraject [m]<br />

L : lengte meettraject [m]<br />

h : waterstand <strong>in</strong> de meetraai [m]<br />

h : waterstand <strong>in</strong> de meetraai [m]<br />

v : gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> de meetraai [m/s]<br />

v : gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> de meetraai [m/s]<br />

g : versnell<strong>in</strong>g van de zwaartekracht [= 9,81 m/s 2 Deze afvoermethode is gebaseerd op het meten van het energieverhang en een gemiddeld<br />

dwarsprofiel. De ruwheid van de waterloop moet worden geschat, waarna de gemiddelde<br />

stroomsnelheid aan de hand van bekende empirische formules kan worden berekend [Lit. 4]. De<br />

verhangmethode wordt algemeen als een "ad hoc" methode gezien, vanwege de<br />

onbetrouwbaarheid <strong>in</strong> het meten van het verhang en het schatten van de ruwheid en wordt<br />

alleen gebruikt wanneer meer nauwkeurige methoden, zoals de velocity-area methode, niet<br />

toepasbaar zijn. Deze methode wordt <strong>in</strong> Nederland zelden toegepast.<br />

5.3.1 Meetpr<strong>in</strong>cipe<br />

De waterstand wordt gemeten <strong>in</strong> twee meetraaien aan beg<strong>in</strong> en e<strong>in</strong>d van het meettraject. Het<br />

energieverhang (S) wordt nu bepaald uit de energiehoogtes (H1,H3) <strong>in</strong> beide meetraaien<br />

(Figuur 5-13):<br />

2<br />

v<br />

S = ( H 1 - H 3 ) / L waarbij H = h +<br />

2g<br />

met: S : energieverhang [-]<br />

H : energiehoogte <strong>in</strong> de meetraai [m]<br />

L : lengte meettraject [m]<br />

h : waterstand <strong>in</strong> de meetraai [m]<br />

v : gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> de meetraai [m/s]<br />

]<br />

g : versnell<strong>in</strong>g van de zwaartekracht [= 9,81 m/s2 ]<br />

g : versnell<strong>in</strong>g van de zwaartekracht [= 9,81 m/s 2 ]<br />

Als het traject redelijk uniform is en geen significante verschillen optreden tussen de gemeten<br />

Als het traject redelijk uniform is en geen significante verschillen optreden tussen de geme-<br />

dwarsprofielen,<br />

Als het traject redelijk<br />

dan kan<br />

uniform<br />

het verhang<br />

is en geen<br />

worden<br />

significante<br />

berekend<br />

verschillen<br />

uit de<br />

optreden<br />

waterstand<br />

tussen (h1,h3) de gemeten<br />

<strong>in</strong> de<br />

ten dwarsprofielen, dan kan het verhang worden berekend uit de waterstand (h ,h ) <strong>in</strong> de<br />

meetraaien:<br />

1 3<br />

dwarsprofielen,<br />

meetraaien:<br />

dan kan het verhang worden berekend uit de waterstand (h1,h3) <strong>in</strong> de<br />

meetraaien: S = ( h1<br />

- h3<br />

) / L<br />

S = (<br />

De oppervlakte h1<br />

(A1, - h3<br />

) A2, / LA3)<br />

en de lengte van de natte omtrek (P1, P2, P3) van de dwarsprofielen<br />

worden<br />

De oppervlakte<br />

bepaald<br />

De oppervlakte (A1, uit de A2, opgemeten<br />

(AA3) , A , en A de ) en lengte<br />

dwarsprofielen,<br />

de lengte van van de de natte<br />

zie<br />

natte omtrek<br />

Figuur 5-14.<br />

(P(P1, , PP2, De<br />

, PP3) gemiddelde<br />

) van van<br />

oppervlakte<br />

de dwarsprofie-<br />

de dwarsprofielen<br />

1 2 3 1 2 3<br />

(A)<br />

worden<br />

en natte omtrek (P) over het meettraject worden berekend uit de waarden voor de<br />

len bepaald worden uit bepaald de opgemeten uit de opgemeten dwarsprofielen, dwarsprofielen, zie Figuur zie Figuur 5-14. 5-14. De De gemiddelde opper- oppervlakte<br />

meetraaien<br />

(A) en<br />

1 en 3 aan beg<strong>in</strong> en e<strong>in</strong>d van het meettraject en een meetraai 2 halverwege, zie<br />

vlakte natte (A) omtrek en natte (P) omtrek over (P) het over meettraject het meettraject worden berekend uit uit de waarden de waarden voor de voor de<br />

Figuur<br />

meetraaien<br />

5-13, volgens:<br />

meetraaien 1 en 3 1 aan en 3 beg<strong>in</strong> aan beg<strong>in</strong> en en e<strong>in</strong>d e<strong>in</strong>d van van het het meettraject en en een een meetraai meetraai 2 halverwege, 2 halverwege, zie zie<br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 5-13, Figuur volgens: 5-13, volgens:<br />

A=<br />

A1+<br />

2 A2<br />

+ A<br />

4<br />

3<br />

en<br />

P=<br />

P1+<br />

2 P2<br />

+ 45 P<br />

4<br />

45<br />

3<br />

45


oktober 2009<br />

oktober 2009<br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong><br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong><br />

<strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

<strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

3<br />

A1+<br />

2 A2<br />

+ A3<br />

P1+<br />

2 P2<br />

+ P<br />

STOWA A=<br />

2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> en <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong> P=<br />

4<br />

4<br />

A1+<br />

2 A2A<br />

+ 1+<br />

A2<br />

3 A2<br />

+ A3<br />

P1+<br />

2 PP2<br />

+ 1+<br />

P2<br />

3 P2<br />

+ P3<br />

A=<br />

A=<br />

en P=<br />

en P=<br />

4 4<br />

4 4<br />

Figuur 5-13 lengTeprOFiel meeTTrAjecT verhAngmeThODe<br />

H1<br />

De gemiddelde De gemiddelde snelheid snelheid kan worden kan worden berekend berekend volgens volgens de de Mann<strong>in</strong>g formule [Lit. [Lit. 3]: 3]:<br />

Figuur 5-13 Figuur Lengteprofiel 5-13 Lengteprofiel meettraject meettraject verhangmethode verhangmethode<br />

1 2/3 1/2<br />

1<br />

De gemiddelde De gemiddelde snelheid v = ⋅ Rsnelheid<br />

kan ⋅ Sworden<br />

kan waar<strong>in</strong> berekend worden berekend = volgens k M de volgens Mann<strong>in</strong>g de Mann<strong>in</strong>g formule formule [Lit. 3]: [Lit. 3]:<br />

n<br />

n<br />

1 1<br />

v met: = 2/3 R met:<br />

= hydraulische 1/2 2/3 1/2 1 1<br />

⋅ R<br />

v = ⋅ S ⋅ R waar<strong>in</strong> ⋅ S straal waar<strong>in</strong> = kA/P<br />

M [m] = k M<br />

n R n = hydraulische straal n A/P n[m]<br />

Figuur 5-14 DeF<strong>in</strong>iTie OppervlAK en nATTe OmTreK DWArSprOFiel<br />

n = weerstandscoëfficiënt van Mann<strong>in</strong>g [s/m1/3 n = weerstandscoëfficiënt van Mann<strong>in</strong>g [s/m<br />

]<br />

1/3 n = weerstandscoëfficiënt van Mann<strong>in</strong>g ] [s/m 1/3 ]<br />

Een andere mogelijke formule is het gebruik van de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g [Lit. 4]:<br />

Een v= Candere<br />

R ⋅ mogelijke S formule is het gebruik van de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g [Lit. 4]:<br />

met C = Chézy-coëfficiënt [m 1/2 Figuur 5-14 Figuur Def<strong>in</strong>itie 5-14 oppervlak Def<strong>in</strong>itie oppervlak en natte omtrek en natte dwarsprofiel<br />

omtrek dwarsprofiel<br />

Een andere Een mogelijke andere mogelijke formule formule is het gebruik is het van gebruik de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g van de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g [Lit. 4]: [Lit. 4]:<br />

/s], C = 18 log (12 R/kN), kN = Nikuradse ruwheidshoogte [m].<br />

v= C Rv<br />

= ⋅ SC<br />

R ⋅ S<br />

met C = Chézy-coëfficiënt [m1/2 In de praktijk wordt de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g /s], C = 18 hoofdzakelijk log (12 R/k ), ktoegepast = Nikuradse voor ruwheidshoogte grote rivieren [m]. (breder<br />

N N<br />

dan circa 30 m) en de Mann<strong>in</strong>g-formule voor de kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong>. In dit handboek zullen,<br />

gezien de In de doelgroep, praktijk wordt verder de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g alleen Mann<strong>in</strong>g-waarden hoofdzakelijk worden toegepast vermeld. voor grote De rivieren relatie (breder tussen de<br />

Mann<strong>in</strong>g dan n en circa de 30 Nikuradse m) en de Mann<strong>in</strong>g-formule kN is te bepalen voor met de , kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong>. In dit handboek zullen,<br />

gezien de doelgroep, 1 verder alleen Mann<strong>in</strong>g-waarden worden vermeld. De relatie tussen de<br />

1/<br />

6<br />

12R<br />

Mann<strong>in</strong>g<br />

CMann<strong>in</strong>gn =<br />

en de<br />

⋅ R<br />

n Nikuradse<br />

en C<br />

kChezy is te<br />

=<br />

bepalen<br />

18log<br />

met,<br />

, voor Mann<strong>in</strong>g Chezy<br />

N k N<br />

C<br />

met C = Chézy-coëfficiënt [m<br />

C = geldt dan,<br />

1/2 /s], C = 18 log (12 R/kN), kN = Nikuradse ruwheidshoogte [m].<br />

In de praktijk wordt de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g hoofdzakelijk toegepast voor grote rivieren (breder<br />

dan circa 30 m) en de Mann<strong>in</strong>g-formule voor de kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong>. In dit handboek zullen,<br />

gezien de doelgroep, verder alleen Mann<strong>in</strong>g-waarden worden vermeld. De relatie tussen de<br />

Mann<strong>in</strong>g n en de Nikuradse kN is te bepalen met ,<br />

1 1/<br />

6<br />

12R<br />

CMann<strong>in</strong>g = ⋅ R en CChezy<br />

= 18log<br />

, voor Mann<strong>in</strong>g Chezy<br />

n<br />

k<br />

C<br />

met C = Chézy-coëfficiënt [m<br />

C = geldt dan,<br />

1/2 /s], C = 18 log (12 R/kN), kN = Nikuradse ruwheidshoogte [m].<br />

In de praktijk wordt de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g hoofdzakelijk toegepast voor grote rivieren (breder<br />

dan circa 30 m) en de Mann<strong>in</strong>g-formule voor de kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong>. In dit handboek zullen,<br />

gezien de doelgroep, verder alleen Mann<strong>in</strong>g-waarden worden vermeld. De relatie tussen de<br />

Mann<strong>in</strong>g n en de Nikuradse kN is te bepalen met ,<br />

1 1/<br />

6<br />

12R<br />

CMann<strong>in</strong>g = ⋅ R en CChezy<br />

= 18log<br />

, voor Mann<strong>in</strong>g Chezy<br />

n<br />

k N<br />

C<br />

C = geldt dan,<br />

46<br />

h1<br />

v1 2 /2g<br />

ref. niveau<br />

v3 2 /2g<br />

meetraai 1 meetraai<br />

2<br />

meetraai<br />

3<br />

met: R met: = hydraulische R = hydraulische straal A/P straal [m] A/P [m]<br />

L<br />

Figuur 5-13 Lengteprofiel meettraject verhangmethode<br />

n = weerstandscoëfficiënt van Mann<strong>in</strong>g [s/m 1/3 ]<br />

Figuur 5-14 Def<strong>in</strong>itie oppervlak en natte omtrek dwarsprofiel<br />

N<br />

46<br />

46<br />

46<br />

h3<br />

H1 - H3<br />

H3


In de praktijk wordt de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g hoofdzakelijk toegepast voor grote rivieren (breder<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

dan circa 30 m) en de Mann<strong>in</strong>g-formule voor de kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong>. In dit handboek zullen,<br />

gezien de doelgroep, verder alleen Mann<strong>in</strong>g-waarden worden vermeld. De relatie tussen de<br />

Mann<strong>in</strong>g n en de Nikuradse kN is te bepalen met ,<br />

oktober 2009 1 1/<br />

6<br />

12R<br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

CMann<strong>in</strong>g = ⋅ R en CChezy<br />

= 18log<br />

, voor Mann<strong>in</strong>g Chezy geldt dan,<br />

n<br />

k N<br />

C<br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 C <strong>Handboek</strong> = <strong>debietmeten</strong> geldt dan, <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

⎛ 1/<br />

6 ⎞<br />

⎛ 1/<br />

6<br />

1/<br />

6<br />

⎜<br />

R<br />

− ⎞⎛<br />

1/<br />

6 ⎞<br />

1/<br />

6<br />

⎜<br />

R ⎟<br />

R<br />

−⎜⎛<br />

1/<br />

6<br />

⎟<br />

1/<br />

6<br />

⎜<br />

R<br />

− ⎟<br />

n = R R of<br />

⎝⎜<br />

18⋅n<br />

⎞<br />

1/<br />

6<br />

⎜<br />

R<br />

k<br />

⎟⎜<br />

⎟<br />

n = n = of<br />

⎝ 18⋅n<br />

⎠<br />

kN<br />

= 12 R ⋅10<br />

− ⎟<br />

R<br />

⎜<br />

⎛ 1/<br />

6<br />

⎟<br />

⎞<br />

1/<br />

6<br />

⎠<br />

of<br />

⎝ 18⋅n<br />

⎠<br />

n = ⎛<br />

k N = 12 R ⋅1046<br />

⎛<br />

12R<br />

⎞ of N = 12 R ⋅10<br />

⎝<br />

⎜<br />

R<br />

− 18⋅n<br />

⎠<br />

⎟<br />

R<br />

k<br />

12R⎛⎞<br />

18log<br />

12R<br />

⎞<br />

18 ⎜<br />

⎜ log<br />

⎜ ⎟ N = 12 R ⋅10<br />

⎜ ⎟<br />

n = 18log⎛<br />

12R<br />

⎞ of<br />

⎝ 18⋅n<br />

⎟<br />

k<br />

⎠<br />

N = 12 R ⋅10<br />

18log⎝<br />

k<br />

⎟<br />

⎜<br />

⎜⎛<br />

12<br />

⎝ kNR⎠<br />

N ⎟<br />

⎟⎞<br />

18log<br />

⎝ ⎜ k N ⎝⎠<br />

⎠ ⎟<br />

⎟k<br />

N ⎠<br />

Waarden voor Mann<strong>in</strong>g ⎝ k N ⎠coëfficiënten,<br />

zoals die worden vermeld <strong>in</strong> de ISO-standaard 1070 [11],<br />

Waarden Waarden voor voor Mann<strong>in</strong>g<br />

voor Mann<strong>in</strong>g coëfficiënten, coëfficiënten, zoals<br />

zoals die worden<br />

die die worden vermeld<br />

vermeld <strong>in</strong><br />

<strong>in</strong><br />

de<br />

de <strong>in</strong> ISO-standaard<br />

ISO-standaard de ISO-standaard 1070<br />

1070 1070 [11], [11],<br />

zijn<br />

Waarden<br />

gegeven<br />

voor<br />

<strong>in</strong><br />

Mann<strong>in</strong>g<br />

Bijlage<br />

coëfficiënten,<br />

B. Deze waarden<br />

zoals<br />

vormen<br />

die worden<br />

slechts<br />

vermeld<br />

een<br />

<strong>in</strong><br />

<strong>in</strong>dicatie:<br />

de ISO-standaard<br />

als R kle<strong>in</strong><br />

1070<br />

is en<br />

[11],<br />

zijn Waarden gegeven voor<br />

zijn [11], gegeven zijn<br />

<strong>in</strong> Mann<strong>in</strong>g<br />

gegeven<br />

Bijlage coëfficiënten,<br />

<strong>in</strong> Bijlage <strong>in</strong><br />

B.<br />

Bijlage<br />

Deze B. B. Deze waarden zoals<br />

waarden vormen die worden<br />

vormen slechts vermeld<br />

slechts slechts een<br />

een <strong>in</strong><br />

<strong>in</strong>dicatie:<br />

<strong>in</strong>dicatie: de ISO-standaard<br />

een <strong>in</strong>dicatie: als R als<br />

kle<strong>in</strong> R als kle<strong>in</strong> 1070<br />

is en R het kle<strong>in</strong> is en [11], het<br />

is het en het<br />

bedd<strong>in</strong>gmateriaal<br />

zijn gegeven <strong>in</strong> Bijlage<br />

erg grof,<br />

B.<br />

kunnen<br />

Deze waarden<br />

aanzienlijke<br />

vormen<br />

fouten<br />

slechts<br />

optreden.<br />

een <strong>in</strong>dicatie:<br />

Daarnaast<br />

als<br />

is<br />

R<br />

kM ook<br />

kle<strong>in</strong><br />

afhankelijk<br />

is en het<br />

bedd<strong>in</strong>gmateriaal zijn gegeven <strong>in</strong> Bijlage<br />

bedd<strong>in</strong>gmateriaal erg grof, B.<br />

erg grof, kunnen Deze waarden<br />

kunnen aanzienlijke vormen<br />

aanzienlijke fouten slechts<br />

fouten optreden. een <strong>in</strong>dicatie:<br />

optreden. Daarnaast als<br />

Daarnaast Daarnaast is is kM<br />

R<br />

k ook is ook kle<strong>in</strong><br />

kM afhan- afhankelijk is en het<br />

ook afhankelijk<br />

van<br />

bedd<strong>in</strong>gmateriaal<br />

de diepte en<br />

erg<br />

de<br />

grof,<br />

mate<br />

kunnen<br />

van begroei<strong>in</strong>g<br />

aanzienlijke<br />

van<br />

fouten<br />

een waterloop.<br />

optreden. Daarnaast<br />

In Bijlage<br />

is kM B M is<br />

ook<br />

eveneens<br />

afhankelijk<br />

van bedd<strong>in</strong>gmateriaal de van kelijk<br />

diepte de van diepte en erg<br />

de<br />

de grof,<br />

diepte en mate kunnen<br />

de en mate de<br />

van<br />

mate<br />

begroei<strong>in</strong>g aanzienlijke<br />

van begroei<strong>in</strong>g van fouten<br />

van<br />

een van een<br />

waterloop. optreden. Daarnaast<br />

een waterloop. In<br />

In<br />

Bijlage<br />

Bijlage is<br />

In B Bijlage is<br />

B kM<br />

eveneens<br />

is ook<br />

B eveneens afhankelijk een<br />

is een eveneens een een<br />

gecomb<strong>in</strong>eerd<br />

van de diepte<br />

strom<strong>in</strong>gsmodel<br />

en de mate van<br />

beschreven,<br />

begroei<strong>in</strong>g<br />

waar<strong>in</strong><br />

van een<br />

de<br />

waterloop.<br />

mate van begroei<strong>in</strong>g<br />

In Bijlage B<br />

is<br />

is<br />

opgenomen<br />

eveneens<br />

[Lit.<br />

een<br />

gecomb<strong>in</strong>eerd van de diepte<br />

gecomb<strong>in</strong>eerd strom<strong>in</strong>gsmodel en de mate van<br />

strom<strong>in</strong>gsmodel beschreven, begroei<strong>in</strong>g<br />

beschreven, waar<strong>in</strong> van een<br />

waar<strong>in</strong> waar<strong>in</strong> de waterloop.<br />

de<br />

mate<br />

mate de mate van<br />

van<br />

begroei<strong>in</strong>g In Bijlage B<br />

begroei<strong>in</strong>g van begroei<strong>in</strong>g is<br />

is is<br />

opgenomen<br />

opgenomen eveneens<br />

is opgenomen [Lit. een<br />

[Lit.<br />

6].<br />

gecomb<strong>in</strong>eerd<br />

Voor niet al<br />

strom<strong>in</strong>gsmodel<br />

te sterk begroeide<br />

beschreven,<br />

waterl<strong>open</strong><br />

waar<strong>in</strong><br />

kan<br />

de<br />

op<br />

mate<br />

deze<br />

van<br />

wijze<br />

begroei<strong>in</strong>g<br />

kM redelijk<br />

is opgenomen<br />

goed worden<br />

[Lit.<br />

6]. gecomb<strong>in</strong>eerd Voor 6]. [Lit. Voor niet<br />

6]. Voor<br />

al strom<strong>in</strong>gsmodel<br />

niet te<br />

niet al sterk<br />

al te te sterk begroeide beschreven,<br />

begroeide begroeide waterl<strong>open</strong> waar<strong>in</strong><br />

waterl<strong>open</strong> kan de<br />

kan<br />

op mate<br />

op kan deze<br />

deze van<br />

op wijze deze wijze begroei<strong>in</strong>g<br />

k wijze kM redelijk redelijk is opgenomen<br />

kM goed redelijk worden goed goed worden [Lit.<br />

worden<br />

benaderd<br />

6]. Voor niet<br />

met de<br />

al te<br />

formule:<br />

sterk begroeide<br />

kM = 0,3 ×<br />

waterl<strong>open</strong><br />

V0, waar<strong>in</strong><br />

kan<br />

V0 het<br />

op<br />

percentage<br />

deze wijze kM M <strong>open</strong>water<br />

redelijk<br />

(niet<br />

goed<br />

begroeide<br />

worden<br />

benaderd 6]. Voor niet<br />

benaderd met de al te<br />

met formule: sterk begroeide<br />

de formule: kM formule:<br />

= kkM 0,3<br />

= 0,3 = × waterl<strong>open</strong><br />

0,3 x<br />

V0, V × , waar<strong>in</strong><br />

waar<strong>in</strong> kan<br />

V0, waar<strong>in</strong> V0 V het<br />

het op<br />

percentage V0<br />

percentage deze wijze<br />

het percentage <strong>open</strong>water<br />

<strong>open</strong>water kM redelijk<br />

<strong>open</strong>water (niet begroeide<br />

(niet goed<br />

(niet begroeide worden<br />

begroeide<br />

deel)<br />

benaderd<br />

van het<br />

met<br />

totale<br />

de formule: kM dwarsprofiel<br />

= M is.<br />

0,3 × V0, waar<strong>in</strong> V0 het percentage <strong>open</strong>water (niet begroeide<br />

0 0<br />

deel) benaderd<br />

deel) van<br />

deel)<br />

het met<br />

van van<br />

totale de formule:<br />

het totale dwarsprofiel kM =<br />

dwarsprofiel is. 0,3 × V0, waar<strong>in</strong> V0 het percentage <strong>open</strong>water (niet begroeide<br />

deel) van het totale dwarsprofiel is. is. is.<br />

deel) van het totale dwarsprofiel is.<br />

De voorwaarde voor het gebruik van de Mann<strong>in</strong>gformule is dat de strom<strong>in</strong>g volledig turbulent is<br />

De voorwaarde De De voorwaarde voor voor het<br />

voor<br />

gebruik het gebruik van<br />

van<br />

de van de<br />

Mann<strong>in</strong>gformule de Mann<strong>in</strong>gformule is<br />

is<br />

dat<br />

dat is de<br />

de dat strom<strong>in</strong>g<br />

strom<strong>in</strong>g de strom<strong>in</strong>g volledig<br />

volledig volledig turbu-<br />

turbulent turbulent is is<br />

en<br />

De<br />

de<br />

voorwaarde<br />

grens voor<br />

voor<br />

toepass<strong>in</strong>g<br />

het gebruik<br />

(<strong>in</strong> de<br />

van<br />

VS)<br />

de<br />

luidt:<br />

Mann<strong>in</strong>gformule 6 is dat −13<br />

de<br />

n<br />

en de en grens<br />

lent de grens is<br />

voor<br />

en de voor toepass<strong>in</strong>g<br />

grens toepass<strong>in</strong>g voor toepass<strong>in</strong>g<br />

(<strong>in</strong> de (<strong>in</strong> VS) de (<strong>in</strong><br />

luidt: 6 R S ≥ 1,<br />

9 10<br />

VS) de VS) luidt: 6<br />

−13<br />

[Lit.<br />

strom<strong>in</strong>g<br />

28].<br />

volledig turbulent is<br />

De voorwaarde voor het gebruik van de Mann<strong>in</strong>gformule −13<br />

en de grens voor toepass<strong>in</strong>g (<strong>in</strong> de VS) luidt: luidt: n 6 Rn<br />

S ≥ R1<br />

,<br />

is<br />

9S<br />

10<br />

dat de −13<br />

≥ 1,<br />

9 10<br />

[Lit. strom<strong>in</strong>g 28]. volledig turbulent is<br />

n R S ≥ 1,<br />

9 10 [Lit. 28]. [Lit. 28].<br />

en de grens voor toepass<strong>in</strong>g (<strong>in</strong> de VS) luidt: 6<br />

−13<br />

n R S ≥ 1,<br />

9 10 [Lit. 28].<br />

5.3.2 Bepal<strong>in</strong>g debiet<br />

Nadat de gemiddelde snelheid is berekend, kan uit de gemiddelde oppervlakte van het<br />

dwarsprofiel en de gemiddelde snelheid de afvoer Q worden berekend:<br />

Q = v ⋅ A<br />

Of als de gemeten grootheden worden gebruikt,<br />

1<br />

(1) Q = ⋅ 2/3 1/2<br />

R ⋅ S ⋅ A of (2) Q = C ⋅ 1/<br />

2 1/2<br />

R ⋅ S ⋅ A<br />

n<br />

De formule van Riggs geeft een vereenvoudig<strong>in</strong>g van de verhangmethode voor steile beken,<br />

waarbij het niet nodig is de ruwheid van de waterloop te schatten. De afvoer wordt gerelateerd<br />

aan de oppervlakte van het dwarsprofiel en het verhang van de waterspiegel [Lit. 7]:<br />

( ) 2<br />

5.3.2 bepAl<strong>in</strong>g DebieT<br />

5.3.2 Nadat Bepal<strong>in</strong>g de gemiddelde debiet snelheid is berekend, kan uit de gemiddelde oppervlakte van het dwars-<br />

Nadat de profiel gemiddelde en de gemiddelde snelheid snelheid is berekend, de afvoer Q kan worden uit berekend: de gemiddelde oppervlakte van het<br />

dwarsprofiel en de gemiddelde snelheid de afvoer Q worden berekend:<br />

Q = v ⋅ A<br />

Of als de<br />

Of<br />

gemeten<br />

als de gemeten<br />

grootheden<br />

grootheden<br />

worden<br />

worden<br />

gebruikt,<br />

gebruikt,<br />

1<br />

(1) Q = ⋅ 2/3<br />

R ⋅ 1/2<br />

S ⋅ A of (2) Q = C ⋅ 1/<br />

2<br />

R ⋅ 1/2<br />

S ⋅ A<br />

n<br />

De formule De formule van Riggs van Riggs geeft geeft een een vereenvoudig<strong>in</strong>g van de de verhangmethode voor steile voor beken, steile beken,<br />

waarbij waarbij het niet het nodig niet nodig is de ruwheid is de ruwheid van van de waterloop de waterloop te te schatten. De afvoer wordt gerela- gerelateerd<br />

aan de oppervlakte teerd aan de oppervlakte van het dwarsprofiel van het dwarsprofiel en het verhang en het verhang van de van waterspiegel de waterspiegel [Lit. [Lit. 7]:<br />

log Q=<br />

0,191+<br />

1,33 log A+<br />

0,05 log S - 0,056 ( log ) S<br />

Bereken<strong>in</strong>gen van de afvoer Q volgens deze vereenvoudigde verhangmethode blijken redelijk<br />

overeen Bereken<strong>in</strong>gen te komen van de met afvoer waarden Q volgens die deze worden vereenvoudigde gevonden verhangmethode als wel gebruik blijken wordt redelijk gemaakt van een<br />

goed overeen geschatte te komen ruwheidscoëfficiënt.<br />

met waarden die worden gevonden als wel gebruik wordt gemaakt van een<br />

goed geschatte ruwheidscoëfficiënt.<br />

5.3.3 Geschikte meet<strong>in</strong>strumenten<br />

5.3.3 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

Voor Voor de de verhangmethode geschikte meet<strong>in</strong>strumenten zijn: zijn:<br />

• afstandmeters (meetl<strong>in</strong>t/digitaal)<br />

• positiebepal<strong>in</strong>g afstandmeters (theodoliet/DGPS)<br />

(meetl<strong>in</strong>t/digitaal)<br />

• waterstandsmeters positiebepal<strong>in</strong>g (peilschaal/digitaal)<br />

(theodoliet/DGPS)<br />

• waterdieptemeters waterstandsmeters (meetstok/digitaal)<br />

(peilschaal/digitaal)<br />

waterdieptemeters (meetstok/digitaal)<br />

2<br />

5.3.2 Bepal<strong>in</strong>g debiet<br />

Nadat de gemiddelde snelheid is berekend, kan uit de gemiddelde oppervlakte van het<br />

dwarsprofiel en de gemiddelde snelheid de afvoer Q worden berekend:<br />

Q = v ⋅ A<br />

Of als de gemeten grootheden worden gebruikt,<br />

1<br />

(1) Q = ⋅ 2/3<br />

R ⋅ 1/2<br />

S ⋅ A of (2) Q = C ⋅ 1/<br />

2<br />

R ⋅ 1/2<br />

S ⋅ A<br />

n<br />

De formule van Riggs geeft een vereenvoudig<strong>in</strong>g van de verhangmethode voor steile beken,<br />

waarbij het niet nodig is de ruwheid van de waterloop te schatten. De afvoer wordt gerelateerd<br />

aan de oppervlakte van het dwarsprofiel en het verhang van de waterspiegel [Lit. 7]:<br />

( )<br />

log Q=<br />

0,191+<br />

1,33 log A+<br />

0,05 log S - 0,056 log S<br />

Bereken<strong>in</strong>gen van de afvoer Q volgens deze vereenvoudigde verhangmethode blijken redelijk<br />

overeen te komen met waarden die worden gevonden als wel gebruik wordt gemaakt van een<br />

goed geschatte ruwheidscoëfficiënt.<br />

5.3.3 Geschikte meet<strong>in</strong>strumenten<br />

Voor de verhangmethode geschikte meet<strong>in</strong>strumenten zijn:<br />

afstandmeters (meetl<strong>in</strong>t/digitaal)<br />

positiebepal<strong>in</strong>g (theodoliet/DGPS)<br />

waterstandsmeters (peilschaal/digitaal)<br />

waterdieptemeters (meetstok/digitaal)<br />

2<br />

5.3.2 Bepal<strong>in</strong>g debiet<br />

Nadat de gemiddelde snelheid is berekend, kan uit de gemiddelde oppervlakte van het<br />

dwarsprofiel en de gemiddelde snelheid de afvoer Q worden berekend:<br />

Q = v ⋅ A<br />

Of als de gemeten grootheden worden gebruikt,<br />

1<br />

(1) Q = ⋅ 2/3<br />

R ⋅ 1/2<br />

S ⋅ A of (2) Q = C ⋅ 1/<br />

2<br />

R ⋅ 1/2<br />

S ⋅ A<br />

n<br />

De formule van Riggs geeft een vereenvoudig<strong>in</strong>g van de verhangmethode voor steile beken,<br />

waarbij het niet nodig is de ruwheid van de waterloop te schatten. De afvoer wordt gerelateerd<br />

aan de oppervlakte van het dwarsprofiel en het verhang van de waterspiegel [Lit. 7]:<br />

log Q=<br />

0,191+<br />

1,33 log A+<br />

0,05 log S - 0,056 log S<br />

( )<br />

Bereken<strong>in</strong>gen van de afvoer Q volgens deze vereenvoudigde verhangmethode blijken redelijk<br />

overeen te komen met waarden die worden gevonden als wel gebruik wordt gemaakt van een<br />

goed geschatte ruwheidscoëfficiënt.<br />

5.3.3 Geschikte meet<strong>in</strong>strumenten<br />

Voor de verhangmethode geschikte meet<strong>in</strong>strumenten zijn:<br />

afstandmeters (meetl<strong>in</strong>t/digitaal)<br />

positiebepal<strong>in</strong>g (theodoliet/DGPS)<br />

waterstandsmeters (peilschaal/digitaal)<br />

waterdieptemeters (meetstok/digitaal)<br />

2<br />

5.3.2 Bepal<strong>in</strong>g debiet<br />

Nadat de gemiddelde snelheid is berekend, kan uit de gemiddelde oppervlakte van het<br />

dwarsprofiel en de gemiddelde snelheid de afvoer Q worden berekend:<br />

Q = v ⋅ A<br />

Of als de gemeten grootheden worden gebruikt,<br />

1<br />

(1) Q = ⋅ 2/3<br />

R ⋅ 1/2<br />

S ⋅ A of (2) Q = C ⋅ 1/<br />

2<br />

R ⋅ 1/2<br />

S ⋅ A<br />

n<br />

De formule van Riggs geeft een vereenvoudig<strong>in</strong>g van de verhangmethode voor steile beken,<br />

waarbij het niet nodig is de ruwheid van de waterloop te schatten. De afvoer wordt gerelateerd<br />

aan de oppervlakte van het dwarsprofiel en het verhang van de waterspiegel [Lit. 7]:<br />

log Q=<br />

0,191+<br />

1,33 log A+<br />

0,05 log S - 0,056 log S<br />

( )<br />

Bereken<strong>in</strong>gen van de afvoer Q volgens deze vereenvoudigde verhangmethode blijken redelijk<br />

overeen te komen met waarden die worden gevonden als wel gebruik wordt gemaakt van een<br />

goed geschatte ruwheidscoëfficiënt.<br />

5.3.3 Geschikte meet<strong>in</strong>strumenten<br />

Voor de verhangmethode geschikte meet<strong>in</strong>strumenten zijn:<br />

afstandmeters (meetl<strong>in</strong>t/digitaal)<br />

positiebepal<strong>in</strong>g (theodoliet/DGPS)<br />

waterstandsmeters (peilschaal/digitaal)<br />

waterdieptemeters (meetstok/digitaal)<br />

2<br />

log Q=<br />

0,191+<br />

1,33 log A+<br />

0,05 log S - 0,056 log S<br />

Bereken<strong>in</strong>gen van de afvoer Q volgens deze vereenvoudigde verhangmethode blijken redelijk<br />

overeen te komen met waarden die worden gevonden als wel gebruik wordt gemaakt van een<br />

goed geschatte ruwheidscoëfficiënt.<br />

5.3.3 Geschikte meet<strong>in</strong>strumenten<br />

Voor de verhangmethode geschikte meet<strong>in</strong>strumenten zijn:<br />

afstandmeters (meetl<strong>in</strong>t/digitaal)<br />

positiebepal<strong>in</strong>g (theodoliet/DGPS)<br />

waterstandsmeters (peilschaal/digitaal)<br />

waterdieptemeters (meetstok/digitaal)<br />

47<br />

47


oktober 2009 STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.3.4<br />

5.3.4<br />

5.3.4 OnnAuWKeurigheiD Onnauwkeurigheid<br />

Onnauwkeurigheid<br />

DebieT debiet<br />

debiet<br />

De nauwkeurigheid De nauwkeurigheid van de van afvoerbepal<strong>in</strong>g de afvoerbepal<strong>in</strong>g volgens volgens de verhangmethode de verhangmethode neemt toe, als de oevers<br />

De nauwkeurigheid van de afvoerbepal<strong>in</strong>g volgens de verhangmethode neemt toe, als de oevers<br />

en bedd<strong>in</strong>g oevers <strong>in</strong> en het bedd<strong>in</strong>g meettraject <strong>in</strong> het meettraject stabiel zijn, stabiel het meettraject zijn, het meettraject recht is recht met is een met uniform een uniform dwarsprofiel<br />

en bedd<strong>in</strong>g <strong>in</strong> het meettraject stabiel zijn, het meettraject recht is met een uniform dwarsprofiel<br />

en vrij is dwarsprofiel van obstakels en vrij en is andere van obstakels verstor<strong>in</strong>gen. en andere De verstor<strong>in</strong>gen. lengte van De het<br />

en vrij is van obstakels en andere verstor<strong>in</strong>gen. De lengte van het lengte traject<br />

traject van moet<br />

moet het traject aan<br />

aan moet de volgende<br />

de volgende<br />

voorwaarden<br />

voorwaarden aan de voldoen<br />

voldoen volgende [Lit.<br />

[Lit. voorwaarden 3]:<br />

3]: voldoen [Lit. 3]:<br />

- ≥ 75<br />

- ≥ 75 • maal<br />

maal ≥ 75 de<br />

de maal waterdiepte,<br />

waterdiepte,<br />

de waterdiepte,<br />

- ≥ 5<br />

- ≥ 5 •maal maal ≥ 5 de<br />

de maal breedte<br />

breedte de breedte op de<br />

op de op waterspiegel,<br />

waterspiegel,<br />

de waterspiegel,<br />

- ≥ 300<br />

- ≥ 300 • meter<br />

meter ≥ 300 meter (bij voorkeur),<br />

(bij voorkeur), (bij voorkeur),<br />

- het<br />

- het •te meten<br />

te meten het te meten verval<br />

verval verval moet<br />

moet moet m<strong>in</strong>imaal<br />

m<strong>in</strong>imaal m<strong>in</strong>imaal 0,15<br />

0,15 0,15 m bedragen.<br />

bedragen.<br />

Voor de Voor bepal<strong>in</strong>g de bepal<strong>in</strong>g van van het debiet met met de verhangmethode de verhangmethode<br />

Voor de bepal<strong>in</strong>g van het debiet met de verhangmethode met de Mann<strong>in</strong>gformule met de Mann<strong>in</strong>gformule<br />

met de Mann<strong>in</strong>gformule (1) respec- (1)<br />

(1)<br />

respectievelijk<br />

respectievelijk tievelijk de<br />

de Chézy<br />

Chézy formule<br />

formule (2) (2)<br />

(2) geldt: geldt:<br />

geldt:<br />

1<br />

(1) Q<br />

(1) =<br />

⋅ 2/3<br />

R2/3<br />

⋅ 1/2<br />

S1/2<br />

⋅<br />

A of (2)<br />

of (2) Q<br />

=<br />

C<br />

⋅ 1/<br />

2 1/2<br />

R1/<br />

2 ⋅ S1/2<br />

⋅<br />

A<br />

De toevallige De toevallige fout is fout dan<br />

De toevallige fout is dan<br />

is als<br />

als<br />

dan volgt<br />

volgt<br />

als volgt gedef<strong>in</strong>ieerd:<br />

gedef<strong>in</strong>ieerd:<br />

gedef<strong>in</strong>ieerd:<br />

met: met: rQ = totale fout <strong>in</strong> het debiet (%)<br />

met: rQ = totale fout <strong>in</strong> het debiet (%)<br />

rn = r = totale fout <strong>in</strong> het debiet (%)<br />

Q fout <strong>in</strong> het schatten van de coëfficiënt van Mann<strong>in</strong>g (%)<br />

rn = fout <strong>in</strong> het schatten van de coëfficiënt van Mann<strong>in</strong>g (%)<br />

rR = r = fout <strong>in</strong> het schatten van de coëfficiënt van Mann<strong>in</strong>g (%)<br />

n fout <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de gemiddelde hydraulische straal (%)<br />

rR = fout <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de gemiddelde hydraulische straal (%)<br />

rS = r = fout <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de gemiddelde hydraulische straal (%)<br />

R fout <strong>in</strong> het meten van het energieverhang (%)<br />

rS = fout <strong>in</strong> het meten van het energieverhang (%)<br />

rA = r = fout <strong>in</strong> het meten van het energieverhang (%)<br />

S fout <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de gemiddelde natte doorsnede (%)<br />

rA = fout <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de gemiddelde natte doorsnede (%)<br />

r = fout <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de gemiddelde natte doorsnede (%)<br />

A<br />

Hoewel ieder van de fouten rR, rS en rA al gauw 5 à 7,5 % zullen bedragen, is de kans op het<br />

Hoewel ieder van de fouten rR, rS en rA al gauw 5 à 7,5 % zullen bedragen, is de kans op het<br />

verkeerd Hoewel <strong>in</strong>schatten ieder van van de de fouten Mann<strong>in</strong>g r , r en r al gauw 5 à 7,5 % zullen bedragen, is de kans op het<br />

R S coëfficiënt A (n) meestal veel groter. Bij een aangenomen<br />

verkeerd <strong>in</strong>schatten van de Mann<strong>in</strong>g coëfficiënt (n) meestal veel groter. Bij een aangenomen<br />

fout rn = verkeerd 15 à 35 <strong>in</strong>schatten %, wordt van de de fout Mann<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de coëfficiënt debietbepal<strong>in</strong>g (n) meestal rQ = veel 20 groter. à 40 %. Bij een aangenomen<br />

fout rn = 15 à 35 %, wordt de fout <strong>in</strong> de debietbepal<strong>in</strong>g rQ = 20 à 40 %.<br />

fout r = 15 à 35 %, wordt de fout <strong>in</strong> de debietbepal<strong>in</strong>g r = 20 à 40 %.<br />

n Q<br />

5.3.5<br />

5.3.5<br />

5.3.5 mOgelijKheDen Mogelijkheden<br />

Mogelijkheden<br />

en beperK<strong>in</strong>gen en<br />

en<br />

beperk<strong>in</strong>gen<br />

beperk<strong>in</strong>gen<br />

De verhangmethode De verhangmethode wordt wordt algemeen als een een “ad hoc” "ad methode hoc" methode gezien, vanwege gezien, de vanwege onbe- de<br />

De verhangmethode wordt algemeen als een "ad hoc" methode gezien, vanwege de<br />

onbetrouwbaarheid trouwbaarheid <strong>in</strong> <strong>in</strong> het meten van van het het verhang verhang en het en schatten het schatten van de ruwheid van de en wordt ruwheid alleen en wordt<br />

onbetrouwbaarheid <strong>in</strong> het meten van het verhang en het schatten van de ruwheid en wordt<br />

alleen gebruikt wanneer meer meer nauwkeurige methoden, methoden, zoals de zoals velocity-area de velocity-area methode, niet methode, toepas- niet<br />

alleen gebruikt wanneer meer nauwkeurige methoden, zoals de velocity-area methode, niet<br />

toepasbaar baar zijn. De De methode kan worden kan worden gebruikt gebruikt om zowel om piekafvoeren zowel piekafvoeren als wat m<strong>in</strong>der als hogere wat m<strong>in</strong>der<br />

toepasbaar zijn. De methode kan worden gebruikt om zowel piekafvoeren als wat m<strong>in</strong>der<br />

hogere afvoeren te te bepalen voor voor uniforme uniforme en m<strong>in</strong>der en m<strong>in</strong>der uniforme uniforme trajecten. trajecten.<br />

hogere afvoeren te bepalen voor uniforme en m<strong>in</strong>der uniforme trajecten.<br />

5.3.6 vOOrbeelDen<br />

5.3.6<br />

5.3.6<br />

De Voorbeelden<br />

Voorbeelden<br />

verhangmethode wordt wereldwijd toegepast om piekafvoeren te berekenen na passage<br />

De verhangmethode van een hoogwatergolf. wordt wereldwijd De ideale toepass<strong>in</strong>g toegepast is om een situatie piekafvoeren waarbij te op berekenen beide oevers na van passage een van<br />

De verhangmethode wordt wereldwijd toegepast om piekafvoeren te berekenen na passage van<br />

een hoogwatergolf. uniforme waterloop De ideale het profiel toepass<strong>in</strong>g behorende is bij een de hoogwatergolf situatie waarbij is vastgelegd op beide met hoogwater- oevers van een<br />

een hoogwatergolf. De ideale toepass<strong>in</strong>g is een situatie waarbij op beide oevers van een<br />

uniforme merken. waterloop Met de formule het profiel van Mann<strong>in</strong>g behorende of Chézy bij is dan de eenvoudig hoogwatergolf de afvoer te is berekenen vastgelegd<br />

uniforme waterloop het profiel behorende bij de hoogwatergolf is vastgelegd op met<br />

met<br />

hoogwatermerken.<br />

hoogwatermerken. basis van de hell<strong>in</strong>g, Met de<br />

Met de de dwarsdoorsnede formule van Mann<strong>in</strong>g<br />

formule van Mann<strong>in</strong>g en de hydraulische of Chézy<br />

of Chézy straal is<br />

is [Lit. dan<br />

dan 24]. eenvoudig de afvoer te<br />

eenvoudig de afvoer te<br />

berekenen<br />

berekenen In Nederland op basis<br />

op basis wordt van de<br />

van de de hell<strong>in</strong>g,<br />

hell<strong>in</strong>g, methode de<br />

de zelden dwarsdoorsnede<br />

dwarsdoorsnede toegepast. en de hydraulische straal [Lit. 24].<br />

en de hydraulische straal [Lit. 24].<br />

In Nederland wordt de methode zelden toegepast.<br />

In Nederland wordt de methode zelden toegepast.<br />

5.3.7 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaard die betrekk<strong>in</strong>g heeft op de verhangmethode (slope-area-method) is de<br />

5.3.7<br />

5.3.7<br />

ISO-standaarden<br />

ISO-standaarden<br />

volgende:<br />

De ISO-standaard die betrekk<strong>in</strong>g heeft op de verhangmethode (slope-area-method) is de<br />

De ISO-standaard • ISO 1070: die Slope-area betrekk<strong>in</strong>g method heeft op de verhangmethode (slope-area-method) is de<br />

volgende: ISO 1070: Slope-area method<br />

volgende: ISO 1070: Slope-area method<br />

48<br />

Q<br />

n<br />

R<br />

2<br />

3<br />

S<br />

1<br />

2<br />

2 2 2 2<br />

(1) 2 2 2 2<br />

(1) r Q<br />

=<br />

r<br />

rn<br />

n +<br />

r<br />

rR<br />

R +<br />

r<br />

rS<br />

S +<br />

r<br />

rA<br />

of (2)<br />

A of (2)<br />

r<br />

R<br />

Q<br />

48<br />

48<br />

=<br />

S<br />

2<br />

C2<br />

C<br />

r<br />

1<br />

+<br />

r<br />

2<br />

2<br />

R2<br />

R<br />

1<br />

+<br />

r<br />

2<br />

2<br />

S2<br />

S<br />

+<br />

r<br />

2<br />

A2<br />

A


oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.4 Verdunn<strong>in</strong>gsmethode<br />

5.4 Verdunn<strong>in</strong>gsmethode<br />

5.4 verDunn<strong>in</strong>gSmeThODe<br />

In waterl<strong>open</strong> waar het dwarsprofiel moeilijk meetbaar is, of waar de stroomsnelheden te hoog<br />

In waterl<strong>open</strong> waar het dwarsprofiel moeilijk meetbaar is, of waar de stroomsnelheden te<br />

zijn om met normale snelheidsmeters te kunnen meten, kan de verdunn<strong>in</strong>gsmethode worden<br />

In waterl<strong>open</strong> hoog zijn waar om het met dwarsprofiel normale snelheidsmeters moeilijk meetbaar te kunnen is, meten, of waar kan de verdunn<strong>in</strong>gsmethode<br />

stroomsnelheden te hoog<br />

toegepast. Deze methode is gebaseerd op het pr<strong>in</strong>cipe van cont<strong>in</strong>uïteit: de hoeveelheid water<br />

zijn om worden met normale toegepast. snelheidsmeters Deze methode is te gebaseerd kunnen op meten, het pr<strong>in</strong>cipe kan de van verdunn<strong>in</strong>gsmethode cont<strong>in</strong>uïteit: de hoeveel- worden<br />

en tracermateriaal die een sectie passeert, moet ook de volgende sectie passeren. De strom<strong>in</strong>g<br />

toegepast. heid Deze water methode en tracermateriaal is gebaseerd die een op sectie het passeert, pr<strong>in</strong>cipe moet van ook cont<strong>in</strong>uïteit: de volgende de sectie hoeveelheid passeren. water<br />

wordt stationair verondersteld gedurende de met<strong>in</strong>g. Er zijn verschillende<br />

en tracermateriaal De strom<strong>in</strong>g die wordt een stationair sectie passeert, verondersteld moet gedurende ook de de volgende met<strong>in</strong>g. sectie Er zijn passeren. verschillende De ver- strom<strong>in</strong>g<br />

verdunn<strong>in</strong>gsmethoden, waarvan de meest gangbare is behandeld <strong>in</strong> dit hoofdstuk. Overigens<br />

wordt dunn<strong>in</strong>gsmethoden, stationair verondersteld waarvan de meest gedurende gangbare is de behandeld met<strong>in</strong>g. <strong>in</strong> dit hoofdstuk. Er zijn Overigens verschillende<br />

wordt de verdunn<strong>in</strong>gsmethode we<strong>in</strong>ig toegepast <strong>in</strong> Nederland. De methode is zeer geschikt voor<br />

verdunn<strong>in</strong>gsmethoden, wordt de verdunn<strong>in</strong>gsmethode waarvan de we<strong>in</strong>ig meest toegepast gangbare <strong>in</strong> Nederland. is behandeld De methode <strong>in</strong> dit hoofdstuk. is zeer geschikt Overigens<br />

bergbeken en snelstromende ondiepe beken die moeilijk bereikbaar zijn en waterl<strong>open</strong> die <strong>in</strong> de<br />

wordt de voor verdunn<strong>in</strong>gsmethode bergbeken en snelstromende we<strong>in</strong>ig toegepast ondiepe beken <strong>in</strong> Nederland. die moeilijk bereikbaar De methode zijn is en zeer waterl<strong>open</strong> geschikt voor<br />

stroomricht<strong>in</strong>g een sterk wisselend dwarsprofiel hebben.<br />

bergbeken die en <strong>in</strong> de snelstromende stroomricht<strong>in</strong>g ondiepe een sterk beken wisselend die dwarsprofiel moeilijk bereikbaar hebben. zijn en waterl<strong>open</strong> die <strong>in</strong> de<br />

stroomricht<strong>in</strong>g een sterk wisselend dwarsprofiel hebben.<br />

5.4.1 pr<strong>in</strong>cipe Pr<strong>in</strong>cipe verDunn<strong>in</strong>gSmeThODe verdunn<strong>in</strong>gsmethode en bepAl<strong>in</strong>g en DebieT bepal<strong>in</strong>g debiet<br />

Cont<strong>in</strong>ue cOnT<strong>in</strong>ue toevoeg<strong>in</strong>g TOevOeg<strong>in</strong>g tracer TrAcer<br />

Voor de<br />

Voor<br />

tracer<br />

de<br />

geldt<br />

tracer<br />

de<br />

geldt<br />

volgende<br />

de volgende<br />

massabalans<br />

massabalans<br />

gedurende<br />

gedurende de<br />

de<br />

met<strong>in</strong>g:<br />

met<strong>in</strong>g:<br />

Q ⋅ C0<br />

+ Qt<br />

⋅ C A = (Q + Qt<br />

) ⋅ C B<br />

Hieruit kan de afvoer van de waterloop worden berekend, <strong>in</strong>dien C0, CA, CB en Qt bekend zijn:<br />

Hieruit kan de afvoer van de waterloop worden berekend, <strong>in</strong>dien C , C , C en Q bekend<br />

0 A B t<br />

zijn: C A - C B<br />

Q=<br />

Qt<br />

CB<br />

- C0<br />

⋅<br />

5.4.1 Pr<strong>in</strong>cipe verdunn<strong>in</strong>gsmethode en bepal<strong>in</strong>g debiet<br />

Cont<strong>in</strong>ue toevoeg<strong>in</strong>g tracer<br />

Voor de tracer geldt de volgende massabalans gedurende de met<strong>in</strong>g:<br />

Q ⋅ C0<br />

+ Qt<br />

⋅ C A = (Q + Qt<br />

) ⋅ C B<br />

Hieruit kan de afvoer van de waterloop worden berekend, <strong>in</strong>dien C0, CA, CB en Qt bekend zijn:<br />

C A - C B<br />

Q=<br />

Qt<br />

met: Q : Cdebiet<br />

B - C0<br />

waterloop (m3/s)<br />

⋅<br />

Qt : debiet toegevoegde traceroploss<strong>in</strong>g [m 3 /s]<br />

met:<br />

Q : debiet waterloop (m3/s)<br />

Q : debiet toegevoegde traceroploss<strong>in</strong>g [m<br />

t 3 met: Q : debiet waterloop (m3/s)<br />

C0 : natuurlijke concentratie rivierwater [mg/l]<br />

Qt : debiet toegevoegde traceroploss<strong>in</strong>g [m<br />

CA : concentratie traceroploss<strong>in</strong>g bij punt /s] A [mg/l]<br />

CB C : concentratie : natuurlijke rivierwater concentratie bij rivierwater punt B na [mg/l] volledige meng<strong>in</strong>g [mg/l]<br />

0<br />

C : concentratie traceroploss<strong>in</strong>g bij punt A [mg/l]<br />

A<br />

C : concentratie rivierwater bij punt B na volledige meng<strong>in</strong>g [mg/l]<br />

B 3 /s]<br />

C0 : natuurlijke concentratie rivierwater [mg/l]<br />

CA : concentratie traceroploss<strong>in</strong>g bij punt A [mg/l]<br />

CB : concentratie rivierwater bij punt B na volledige meng<strong>in</strong>g [mg/l]<br />

Figuur 5-15 pr<strong>in</strong>cipe cOnT<strong>in</strong>ue TOevOeg<strong>in</strong>g verDunn<strong>in</strong>gSmeThODe<br />

Figuur 5-15 Pr<strong>in</strong>cipe cont<strong>in</strong>ue toevoeg<strong>in</strong>g verdunn<strong>in</strong>gsmethode<br />

Een voorwaarde voor Figuur de 5-15 uitvoer<strong>in</strong>g Pr<strong>in</strong>cipe van cont<strong>in</strong>ue een betrouwbare toevoeg<strong>in</strong>g verdunn<strong>in</strong>gsmethode<br />

met<strong>in</strong>g volgens deze methode is, dat<br />

de natuurlijke zoutconcentratie van het rivierwater C0 niet buitensporig hoog is en dat het<br />

Een voorwaarde Een voorwaarde voor de voor uitvoer<strong>in</strong>g de uitvoer<strong>in</strong>g van van een betrouwbare met<strong>in</strong>g volgens deze deze methode methode is, dat is, dat<br />

debiet van de tracertoevoeg<strong>in</strong>g m<strong>in</strong>stens 0,02% bedraagt van de geschatte afvoer.<br />

de natuurlijke de natuurlijke zoutconcentratie van van het het rivierwater C0 C niet buitensporig hoog hoog is en is dat en het dat het<br />

0<br />

Vereenvoudigde<br />

debiet van debiet de van tracertoevoeg<strong>in</strong>g de<br />

cont<strong>in</strong>ue<br />

tracertoevoeg<strong>in</strong>g<br />

toevoeg<strong>in</strong>g<br />

m<strong>in</strong>stens 0,02% bedraagt van de de geschatte afvoer. afvoer.<br />

De<br />

Vereenvoudigde<br />

afvoer van de waterloop<br />

cont<strong>in</strong>ue<br />

wordt<br />

toevoeg<strong>in</strong>g<br />

nu berekend volgens:<br />

De afvoer van de waterloop wordt nu berekend volgens:<br />

49<br />

49<br />

49


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009<br />

vereenvOuDigDe cOnT<strong>in</strong>ue TOevOeg<strong>in</strong>g<br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009<br />

De afvoer van de waterloop wordt nu berekend volgens:<br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Q=<br />

Q<br />

Q=<br />

Q<br />

met:<br />

t ⋅<br />

t ⋅<br />

V<br />

V<br />

V<br />

t<br />

t<br />

Q : debiet waterloop (m3 /s)<br />

Q : debiet toegevoegde traceroploss<strong>in</strong>g [m<br />

t 3 /s]<br />

V : volume rivierwater [m3 ]<br />

V : volume tracer oploss<strong>in</strong>g [m<br />

t 3 met: Q : debiet waterloop (m<br />

]<br />

3 /s)<br />

Qt : debiet toegevoegde traceroploss<strong>in</strong>g [m 3 /s]<br />

V : volume rivierwater [m 3 ]<br />

Vt : volume tracer oploss<strong>in</strong>g [m 3 met: Q : debiet waterloop (m<br />

]<br />

3 /s)<br />

Qt : debiet toegevoegde traceroploss<strong>in</strong>g [m 3 /s]<br />

V : volume rivierwater [m 3 ]<br />

Vt : volume tracer oploss<strong>in</strong>g [m 3 ]<br />

Lit. 24 beschrijft de praktische uitvoer<strong>in</strong>g van deze vereenvoudigde methode.<br />

Lit. 24 beschrijft de praktische uitvoer<strong>in</strong>g van deze vereenvoudigde methode.<br />

Puntloz<strong>in</strong>g tracer<br />

De zoutverdunn<strong>in</strong>gsmethode punTlOz<strong>in</strong>g TrAcer is een methode waarbij een bekende massa van een substantie<br />

(normaalgesproken De zoutverdunn<strong>in</strong>gsmethode keukenzout) op is een één methode punt <strong>in</strong> waarbij het water een bekende wordt massa geloosd. van Benedenstrooms, een substantie op<br />

de locatie (normaalgesproken waar de substantie keukenzout) over op het één gehele punt <strong>in</strong> doorstroomoppervlak het water wordt geloosd. is Benedenstrooms,<br />

verspreid, wordt het<br />

verloop op van de locatie de concentratie waar de substantie van over deze het substantie gehele doorstroomoppervlak over de meettijd is verspreid, T bepaald. wordt het Door de<br />

toegevoegde verloop massa van de M concentratie te delen door van deze de <strong>in</strong>tegraal substantie van over het de meettijd concentratieverloop T bepaald. Door <strong>in</strong> de de toege- tijd C(t) ten<br />

opzichte voegde van de massa beg<strong>in</strong>concentratie M te delen door C0, de <strong>in</strong>tegraal kan het debiet van het worden concentratieverloop bepaald: <strong>in</strong> de tijd C(t) ten<br />

opzichte van de beg<strong>in</strong>concentratie C , kan het debiet worden bepaald:<br />

0 M<br />

Q =<br />

T<br />

∫ C t − C0<br />

⋅ dt<br />

0<br />

Bij het toepassen van deze meetmethode is de voorwaarde dat de achtergrondconcentratie<br />

C


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De afstand Figuur van 5-16 het punt Voorbeeld waar de van tracer concentratieverloop wordt ‘losgelaten’ <strong>in</strong> moet de tijd ver van genoeg een puntloz<strong>in</strong>g benedenstrooms<br />

liggen om zeker te zijn van volledige meng<strong>in</strong>g van de tracer <strong>in</strong> het water. Met de onderstaande<br />

De afstand<br />

formule<br />

van<br />

van<br />

het<br />

Rimmer<br />

punt waar<br />

kan de<br />

de<br />

m<strong>in</strong>imale<br />

tracer wordt<br />

afstand<br />

'losgelaten'<br />

tussen loz<strong>in</strong>gspunt<br />

moet ver<br />

en<br />

genoeg<br />

meetpunt<br />

benedenstrooms<br />

worden<br />

liggen om<br />

bepaald:<br />

zeker te zijn van volledige meng<strong>in</strong>g van de tracer <strong>in</strong> het water. Met de onderstaande<br />

formule van Rimmer kan de m<strong>in</strong>imale afstand tussen loz<strong>in</strong>gspunt en meetpunt worden bepaald:<br />

0,<br />

13 ⋅ B<br />

L ≥<br />

waar<strong>in</strong> B = waterloopbreedte, C = Chézy-coëffiënt, d = waterdiepte en g = zwaartekrachtsversnell<strong>in</strong>g.<br />

De formule is gebaseerd op een loz<strong>in</strong>g 50 vanaf de oever, als de tracer midden<strong>in</strong> de<br />

waterloop wordt geloosd moet de halve waterloopbreedte (1/2B) worden gebruikt.<br />

5.4.2 TOepASSen verDunn<strong>in</strong>gSmeThODe<br />

cOnT<strong>in</strong>ue TOevOeg<strong>in</strong>g TrAcer<br />

Bovenstrooms <strong>in</strong> het meettraject wordt bij punt A, gedurende een aantal m<strong>in</strong>uten (afhankelijk<br />

van de snelheid van meng<strong>in</strong>g) vanaf tijdstip t = 0, een cont<strong>in</strong>ue en constante hoeveelheid<br />

traceroploss<strong>in</strong>g met concentratie C aan het stromende water toegevoegd (Figuur 5-15).<br />

A<br />

In punt B, voldoende ver benedenstrooms van het <strong>in</strong>jectiepunt waar volledige meng<strong>in</strong>g van<br />

rivierwater en traceroploss<strong>in</strong>g kan worden verondersteld, worden met vaste tijds<strong>in</strong>tervallen<br />

monsters genomen. Na een bepaalde tijd bereikt de concentratie benedenstrooms een maximale,<br />

constante waarde C , hetgeen er op duidt, dat de meng<strong>in</strong>g <strong>in</strong> B volledig is en dat de<br />

B<br />

met<strong>in</strong>g kan worden beë<strong>in</strong>digd, zie Figuur 5-15.<br />

De toedien<strong>in</strong>g van de traceroploss<strong>in</strong>g v<strong>in</strong>dt plaats door middel van een Mariotte fles, zie<br />

Figuur 5-17, waarmee een constant debiet van de oploss<strong>in</strong>g kan worden <strong>in</strong>gesteld. De met traceroploss<strong>in</strong>g<br />

gevulde Mariotte fles wordt <strong>in</strong> de gewenste positie geplaatst bij het <strong>in</strong>jectiepunt<br />

(A). Daarna wordt het kraantje ge<strong>open</strong>d en zal de oploss<strong>in</strong>g onder een constante druk h uit<br />

1<br />

de fles stromen. Deze uitstrom<strong>in</strong>g Q wordt bij het starten van de met<strong>in</strong>g bepaald (met maat-<br />

t<br />

cyl<strong>in</strong>der en stopwatch) en zo mogelijk nogmaals aan het e<strong>in</strong>d van de met<strong>in</strong>g herhaald.<br />

Figuur 5-17 WerK<strong>in</strong>g mAriOTTe FleS<br />

2<br />

⋅ C ⋅ ( 0,<br />

7 ⋅ C + 2<br />

g ⋅ d<br />

g )<br />

C<br />

<<br />

g<br />

als 4 , 8 < 16<br />

51


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De duur van de toedien<strong>in</strong>g hangt af van de tijd die nodig is om <strong>in</strong> het bemonster<strong>in</strong>gspunt volledige<br />

meng<strong>in</strong>g te bereiken. De capaciteit van de Mariotte fles wordt bepaald door het volume<br />

van de fles (boven de <strong>open</strong><strong>in</strong>g van de luchtpijp) en het uitstromende debiet. Dit debiet wordt<br />

bepaald door de druk h en de grootte van de uitstroom<strong>open</strong><strong>in</strong>g. De maximale afvoer van<br />

1<br />

een waterloop die kan worden gemeten met een Mariotte fles, <strong>in</strong>houd 25 liter, bedraagt circa<br />

0,5 m3 /s. Grotere afvoeren kunnen worden gemeten met behulp van een tank, waar<strong>in</strong> een<br />

constant niveau wordt gehandhaafd, of met een pomp.<br />

vereenvOuDigDe cOnT<strong>in</strong>ue TOevOeg<strong>in</strong>g<br />

In de waterloop zal de afvoer Q de uitstrom<strong>in</strong>g van de Mariotte fles Q , met concentratie C t A<br />

en geleidendheid E , verdunnen tot een oploss<strong>in</strong>g met geleidendheid E . In een emmer<br />

CA CA<br />

wordt dit verdunn<strong>in</strong>gsproces nagebootst: een kle<strong>in</strong>e hoeveelheid traceroploss<strong>in</strong>g V (1 tot 10<br />

t<br />

ml) wordt nauwkeurig afgemeten met een pipet. Vervolgens wordt zoveel rivierwater V toegevoegd,<br />

totdat de geleidendheid van het mengsel gelijk is aan de gemeten E . De verhoud<strong>in</strong>g<br />

CB<br />

V/V is de verdunn<strong>in</strong>gsratio.<br />

t<br />

benODigD mATeriAAl:<br />

• 1 Mariotte fles + frame voor <strong>in</strong>stallatie boven de waterloop<br />

• 1 trechter<br />

• 2 tanks/emmers (10 tot 12 liter)<br />

• 1 roerstok<br />

• 2 maatcyl<strong>in</strong>ders (500 ml)<br />

• 2 pipetten (2 ml en 5 ml)<br />

• 1 stopwatch<br />

• 1 geleidendheidsmeter (bereik 0 tot 5000 μS/cm)<br />

• kleurstof (uran<strong>in</strong>e)<br />

• zout (ongeveer 8 kg per met<strong>in</strong>g bij een Mariotte fles van 25 liter). In verband met de gewenste<br />

nauwkeurigheid streven naar maximale concentratie, d.w.z.: zo veel zout gebruiken<br />

dat net niet alles oplost. De maximale oplosbaarheid van zout is 350 kg/m3 bij 15o C.<br />

meeTprOceDure bij vereenvOuDigDe cOnT<strong>in</strong>ue TOevOeg<strong>in</strong>g<br />

1 Selecteer een locatie volgens de criteria genoemd <strong>in</strong> par. 5.4.4.<br />

2 Voeg tracer toe <strong>in</strong> het <strong>in</strong>jectiepunt, tene<strong>in</strong>de de plaats van het bemonster<strong>in</strong>gspunt te bepalen.<br />

3 Maak de Mariotte fles, trechter, emmers, roerstok, maatcyl<strong>in</strong>ders en pipetten schoon.<br />

4 Bereid de traceroploss<strong>in</strong>g <strong>in</strong> één van de emmers door bijvoorbeeld circa 8 kg NaCl goed te<br />

mengen met circa 25 liter rivierwater en giet het <strong>in</strong> de Mariotte fles.<br />

5 Giet rivierwater <strong>in</strong> een tweede emmer en meet de geleidendheid E (normale waarde tussen<br />

C0<br />

100 en 500 μS/cm).<br />

6 Plaats de Mariotte fles <strong>in</strong> de goede positie waar de zoutoploss<strong>in</strong>g aan het rivierwater wordt<br />

toegevoegd (<strong>in</strong>jectiepunt).<br />

7 Open het kraantje en meet de uitstrom<strong>in</strong>g met een maatcyl<strong>in</strong>der en stopwatch. Herhaal deze<br />

met<strong>in</strong>g, het gemiddelde is de waarde voor de uitstrom<strong>in</strong>g Q . Bewaar de cyl<strong>in</strong>der met de zout-<br />

t<br />

oploss<strong>in</strong>g.<br />

8 Meet <strong>in</strong> het bemonster<strong>in</strong>gspunt de geleidendheid met een tijds<strong>in</strong>terval van 15 seconden<br />

(nodig: geleidendheidsmeter en stopwatch). Noteer de gemeten waarden.<br />

9 Stop de met<strong>in</strong>g (en de tracertoedien<strong>in</strong>g) als de geleidendheid een constante waarde heeft<br />

bereikt. Dit is de maximale waarde E .<br />

CB<br />

10 Pipetteer een exacte hoeveelheid V van de bij 7. bewaarde zoutoploss<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een schone<br />

t<br />

emmer.<br />

52


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

11 Meet met een maatcyl<strong>in</strong>der bekende hoeveelheden orig<strong>in</strong>eel rivierwater af en meng deze met<br />

de afgemeten zoutoploss<strong>in</strong>g, totdat de geleidendheid van dit mengsel gelijk is aan de bij 9.<br />

gemeten E . Noteer de toegevoegde hoeveelheden, de totale hoeveelheid rivierwater V die<br />

CB<br />

uite<strong>in</strong>delijk is toegevoegd.<br />

12 Bereken de afvoer van de waterloop, zie paragraaf 5.4.1.<br />

5.4.3 geSchiKTe TrAcerS<br />

oktober 2009 Het meten van de concentraties kan op verschillende manieren, <strong>Handboek</strong> afhankelijk <strong>debietmeten</strong> van de gebruikte <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

tracer:<br />

• kleurstoffen, bijvoorbeeld uran<strong>in</strong>e: concentraties worden gemeten met een fluorimeter,<br />

- kleurstoffen, bijvoorbeeld uran<strong>in</strong>e: concentraties worden gemeten met een fluorimeter,<br />

• zouten, bijvoorbeeld keukenzout (NaCl): concentraties worden bepaald door middel van<br />

- zouten, bijvoorbeeld keukenzout (NaCl): concentraties worden bepaald door middel van<br />

titratie of via met<strong>in</strong>g van geleidendheid en temperatuur,<br />

titratie of via met<strong>in</strong>g van geleidendheid en temperatuur,<br />

• radioactieve tracers: concentraties worden bepaald met een deeltjesteller.<br />

- radioactieve tracers: concentraties worden bepaald met een deeltjesteller.<br />

Een tracer dient te voldoen aan de volgende voorwaarden:<br />

Een tracer dient te voldoen aan de volgende voorwaarden:<br />

• goed oplosbaar,<br />

- goed oplosbaar,<br />

• geen adsorptie aan andere <strong>in</strong> het rivierwater aanwezige materialen, bodemsedimenten<br />

- geen adsorptie aan andere <strong>in</strong> het rivierwater aanwezige materialen, bodemsedimenten of<br />

of vegetatie,<br />

vegetatie,<br />

• niet milieu-verontre<strong>in</strong>igend (snel afbreekbaar),<br />

- niet milieu-verontre<strong>in</strong>igend (snel afbreekbaar),<br />

• lage kosten.<br />

- lage kosten.<br />

In veel gevallen kan bijvoorbeeld landbouwzout worden gebruikt, waarbij de concentraties<br />

In veel gevallen kan bijvoorbeeld landbouwzout worden gebruikt, waarbij de concentraties<br />

worden bepaald met behulp van een geleidendheidsmeter.<br />

worden bepaald met behulp van een geleidendheidsmeter.<br />

Een geschikte gemiddelde NaCl concentratie die met een geleidendheidsmeter wordt geme-<br />

Een geschikte gemiddelde NaCl concentratie die met een geleidendheidsmeter wordt gemeten is<br />

ten is ongeveer 0,1 gr/l. Voorafgaand aan een met<strong>in</strong>g moet het debiet worden geschat om een<br />

ongeveer 0,1 gr/l. Voorafgaand aan een met<strong>in</strong>g moet het debiet worden geschat om een <strong>in</strong>druk<br />

<strong>in</strong>druk te verkrijgen van de hoeveelheid tracer die nodig is. Voor een eenmalige puntloz<strong>in</strong>g<br />

te verkrijgen van de hoeveelheid tracer die nodig is. Voor een eenmalige puntloz<strong>in</strong>g duurt de<br />

duurt de concentratiegolf circa 5 à 10 m<strong>in</strong>uten (300 tot 600 seconden) zodat een tracer massa<br />

concentratiegolf circa 5 à 10 m<strong>in</strong>uten (300 tot 600 seconden) zodat een tracer massa nodig is<br />

nodig is van:<br />

van:<br />

M[ gr]<br />

= Q[<br />

l / s]<br />

⋅ 600[<br />

s]<br />

⋅ 0,<br />

1[<br />

gr / l]<br />

Deze tracermassa<br />

Deze tracermassa<br />

wordt<br />

wordt<br />

gemengd<br />

gemengd<br />

met<br />

met<br />

water<br />

water<br />

alvorens<br />

alvorens<br />

het<br />

het te<br />

te<br />

lozen<br />

lozen<br />

<strong>in</strong><br />

<strong>in</strong><br />

de<br />

de<br />

waterloop.<br />

waterloop.<br />

5.4.4 geSchiKT Geschikt meeTTrAjecT meettraject<br />

In het gekozen meettraject mag geen toe- of afvoer van water via bijvoorbeeld zijrivieren<br />

In het gekozen meettraject mag geen toe- of afvoer van water via bijvoorbeeld zijrivieren<br />

plaatsv<strong>in</strong>den en moet de strom<strong>in</strong>g turbulent zijn. De lengte van het meettraject moet vol-<br />

plaatsv<strong>in</strong>den en moet de strom<strong>in</strong>g turbulent zijn. De lengte van het meettraject moet voldoende<br />

doende zijn voor een volledige meng<strong>in</strong>g van het rivierwater met de traceroploss<strong>in</strong>g over het<br />

zijn voor een volledige meng<strong>in</strong>g van het rivierwater met de traceroploss<strong>in</strong>g over het hele<br />

hele dwarsprofiel.<br />

dwarsprofiel.<br />

Voor een punttoedien<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een smalle rivier (breedte kle<strong>in</strong>er dan 10 meter) kan een <strong>in</strong>dicatie<br />

Voor een punttoedien<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een smalle rivier (breedte kle<strong>in</strong>er dan 10 meter) kan een <strong>in</strong>dicatie<br />

van de m<strong>in</strong>imale menglengte Y , nodig voor volledige meng<strong>in</strong>g, worden berekend volgens<br />

m<strong>in</strong> van de m<strong>in</strong>imale menglengte Ym<strong>in</strong>, nodig voor volledige meng<strong>in</strong>g, worden berekend volgens de<br />

de vergelijk<strong>in</strong>g van Rimmar, zie Tabel 5-3.<br />

vergelijk<strong>in</strong>g van Rimmar, zie Tabel 5-3.<br />

In het veld kan de benodigde menglengte worden bepaald door toedien<strong>in</strong>g van een kleur-<br />

In het veld kan de benodigde menglengte worden bepaald door toedien<strong>in</strong>g van een kleurstof,<br />

stof, bijvoorbeeld uran<strong>in</strong>e. Op het oog kan worden bepaald op welke afstand vanaf het <strong>in</strong>jec-<br />

bijvoorbeeld uran<strong>in</strong>e. Op het oog kan worden bepaald op welke afstand vanaf het <strong>in</strong>jectiepunt<br />

tiepunt volledige meng<strong>in</strong>g over het dwarsprofiel is verkregen. In het algemeen kan de men-<br />

volledige meng<strong>in</strong>g over het dwarsprofiel is verkregen. In het algemeen kan de menglengte<br />

glengte worden verkort, door de tracer over de volledige breedte van de waterloop verspreid<br />

worden verkort, door de tracer over de volledige breedte van de waterloop verspreid toe te<br />

toe te dienen.<br />

dienen.<br />

breedte b [m] n [s/m 53<br />

1/3 ] diepte d [m] Ym<strong>in</strong> [m] afvoerbereik Q [m 3 /s]<br />

0,50 0,07 0,15 9 circa 0,02 - 0,10<br />

2,00 0,05 0,35 90 circa 0,5 - 1,5<br />

Een praktische benader<strong>in</strong>g is ook wel: Ym<strong>in</strong> = 25 ⋅ B bij grotere breedte


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

TAbel 5-3 m<strong>in</strong>imAle menglengTen bij gebruiK verDunn<strong>in</strong>gSmeThODe<br />

breedte b [m] n [s/m 1/3 ] diepte d [m] Y m<strong>in</strong> [m] afvoerbereik Q [m 3 /s]<br />

0,50 0,07 0,15 9 circa 0,02 - 0,10<br />

oktober 2009 2,00 0,05 0,35 90 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> circa 0,5 - 1,5 <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009<br />

een praktische benader<strong>in</strong>g is ook wel: y = 25 × b bij grotere breedte<br />

m<strong>in</strong><br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.4.5 oktober 5.4.5 2009 OnnAuWKeurigheiD Onnauwkeurigheid DebieT debiet<br />

<strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.4.5 Onnauwkeurigheid debiet<br />

Voor een<br />

Voor<br />

debietmet<strong>in</strong>g<br />

een debietmet<strong>in</strong>g<br />

met<br />

met<br />

de oploss<strong>in</strong>gmethode<br />

de oploss<strong>in</strong>gmethode<br />

of<br />

of<br />

tracermethode<br />

tracermethode is<br />

is<br />

het<br />

het<br />

uitgangspunt<br />

uitgangspunt<br />

voor<br />

voor de<br />

5.4.5 Voor een<br />

foutenbereken<strong>in</strong>g<br />

de Onnauwkeurigheid debietmet<strong>in</strong>g foutenbereken<strong>in</strong>g met de de formule, oploss<strong>in</strong>gmethode<br />

de formule, debiet of tracermethode is het uitgangspunt voor de<br />

foutenbereken<strong>in</strong>g 5.4.5 Onnauwkeurigheid de formule, debiet<br />

Voor een debietmet<strong>in</strong>g f ( C A ) met de oploss<strong>in</strong>gmethode of tracermethode is het uitgangspunt voor de<br />

Voor een Qdebietmet<strong>in</strong>g = Qt<br />

⋅ f ( C ) met waar<strong>in</strong> de Qt<br />

oploss<strong>in</strong>gmethode = het toegevoegde of tracermethode debiet met tracer, is het CA<br />

uitgangspunt = tracerconcentratie voor de<br />

foutenbereken<strong>in</strong>g A<br />

Q = Qt<br />

⋅ f de ( C formule,<br />

foutenbereken<strong>in</strong>g de Bformule,<br />

) waar<strong>in</strong> Qt = het toegevoegde debiet met tracer, CA = tracerconcentratie<br />

f ( CB<br />

)<br />

op locatie A en CB = tracerconcentratie op locatie B. De totale stochastische fout <strong>in</strong> het debiet<br />

waar<strong>in</strong> Q<br />

f ( C<br />

= het A )<br />

toegevoegde debiet met tracer, C = tracerconcentratie op locatie A en C =<br />

is, op locatie Q = A Qen<br />

t ⋅ CB t f ( C=<br />

Atracerconcentratie<br />

) waar<strong>in</strong> Qt = het toegevoegde op locatie A B. debiet De totale met stochastische tracer, CA = tracerconcentratie<br />

fout <strong>in</strong> het B debiet<br />

Q = Q<br />

is, tracerconcentratie t ⋅ f ( CB<br />

) waar<strong>in</strong> Qt = het toegevoegde debiet met tracer, CA = tracerconcentratie<br />

f ( C op locatie B. De totale stochastische fout <strong>in</strong> het debiet is,<br />

B )<br />

op locatie A en CB = tracerconcentratie op locatie B. De totale stochastische fout <strong>in</strong> het debiet<br />

op locatie 2 2 2 2<br />

is, r A<br />

Q = en CB rQ2<br />

+ = r tracerconcentratie<br />

C + rC<br />

+ r op locatie B. De totale stochastische fout <strong>in</strong> het debiet<br />

t 2A<br />

2B<br />

i2<br />

is, rQ<br />

= rQ<br />

+ rC<br />

+ rC<br />

+ ri<br />

t<br />

met: rQ = totale 2 fout 2 <strong>in</strong> het 2 debiet 2 (%)<br />

met: rQ r<br />

met: Q = totale rQ2<br />

+ fout rC2<br />

+ <strong>in</strong> rChet<br />

2 + debiet ri<br />

2<br />

rQt r<br />

(%)<br />

= fout t <strong>in</strong> het A toegevoegd B<br />

Q = rQ<br />

+ rC<br />

+ rC<br />

+ r debiet (%)<br />

t A B i<br />

rQt = r fout<br />

= totale<br />

<strong>in</strong> het<br />

fout<br />

toegevoegd<br />

<strong>in</strong> het debiet (%)<br />

debiet (%)<br />

rCA met:<br />

= Q fout <strong>in</strong> de tracerconcentratie op locatie A(%)<br />

rQ =<br />

rCA r= totale<br />

fout<br />

= fout<br />

<strong>in</strong><br />

fout<br />

<strong>in</strong><br />

de<br />

<strong>in</strong><br />

het<br />

tracerconcentratie<br />

het debiet (%)<br />

met: rQ =<br />

rCB =<br />

totale toegevoegd debiet (%)<br />

Qt fout <strong>in</strong><br />

fout<br />

de<br />

<strong>in</strong><br />

gemeten<br />

het debiet<br />

tracerconcentratie<br />

(%) op locatie A(%)<br />

op locatie B (%)<br />

rQt = fout <strong>in</strong> het toegevoegd debiet (%)<br />

rCB rQt ri =<br />

= r= = fout <strong>in</strong> de tracerconcentratie op locatie A(%)<br />

CA totale<br />

fout <strong>in</strong> <strong>in</strong>strumentele<br />

het de gemeten toegevoegd tracerconcentratie<br />

fout<br />

debiet<br />

(%)<br />

(%) op locatie B (%)<br />

rCA = fout <strong>in</strong> de tracerconcentratie op locatie A(%)<br />

ri rCA = r= totale fout = fout <strong>in</strong> <strong>in</strong>strumentele<br />

<strong>in</strong> de de tracerconcentratie gemeten tracerconcentratie<br />

fout (%) op locatie op locatie A(%) B (%)<br />

rCB = CB fout <strong>in</strong> de gemeten tracerconcentratie op locatie B (%)<br />

rCB De ISO-standaard r= = fout totale <strong>in</strong> <strong>in</strong>strumentele fout (%)<br />

i 9555<br />

de gemeten<br />

doet geen<br />

tracerconcentratie<br />

duidelijke uitspraak<br />

op locatie<br />

over<br />

B (%)<br />

de toevallige fout rQ <strong>in</strong> de<br />

ri = totale <strong>in</strong>strumentele fout (%)<br />

De ISO-standaard ri 9555 doet geen duidelijke uitspraak over de toevallige fout rQ <strong>in</strong> de<br />

afvoerbepal<strong>in</strong>g<br />

= totale<br />

met<br />

<strong>in</strong>strumentele<br />

de verdunn<strong>in</strong>gsmethode.<br />

fout (%)<br />

Uit simultaan uitgevoerde debietmet<strong>in</strong>gen met<br />

afvoerbepal<strong>in</strong>g<br />

deze en De andere ISO-standaard<br />

met de<br />

methoden 9555<br />

verdunn<strong>in</strong>gsmethode.<br />

doet (velocity-area geen duidelijke methode uitspraak<br />

Uit simultaan<br />

en over met de meetstuwen) toevallige<br />

uitgevoerde<br />

fout rdebietmet<strong>in</strong>gen kan <strong>in</strong> de afvoer-<br />

met<br />

De Q globaal worden<br />

deze<br />

ISO-standaard<br />

en<br />

geconcludeerd, bepal<strong>in</strong>g<br />

andere<br />

met<br />

methoden<br />

9555 doet<br />

dat de de verdunn<strong>in</strong>gsmethode.<br />

(velocity-area<br />

geen duidelijke<br />

toevallige fout, Uit<br />

methode<br />

uitspraak<br />

mits simultaan<br />

en<br />

de uitgevoerde<br />

met<br />

over<br />

meetstuwen)<br />

de toevallige<br />

verdunn<strong>in</strong>gsmethode debietmet<strong>in</strong>gen<br />

kan<br />

zorgvuldig met<br />

globaal<br />

fout rQ<br />

deze<br />

worden<br />

<strong>in</strong> de<br />

De ISO-standaard 9555 doet geen duidelijke uitspraak over de toevallige fout rQ <strong>in</strong><br />

wordt<br />

de<br />

afvoerbepal<strong>in</strong>g met de verdunn<strong>in</strong>gsmethode. Uit simultaan uitgevoerde debietmet<strong>in</strong>gen met<br />

geconcludeerd,<br />

uitgevoerd,<br />

afvoerbepal<strong>in</strong>g en andere<br />

dat<br />

rQ =<br />

met methoden<br />

de toevallige<br />

3 à 6<br />

de<br />

%<br />

verdunn<strong>in</strong>gsmethode.<br />

bedraagt. (velocity-area<br />

fout,<br />

methode<br />

mits<br />

en Uit met<br />

de simultaan meetstuwen)<br />

verdunn<strong>in</strong>gsmethode uitgevoerde kan globaal debietmet<strong>in</strong>gen worden<br />

zorgvuldig<br />

gecon-<br />

wordt met<br />

deze en andere methoden (velocity-area methode en met meetstuwen) kan globaal worden<br />

uitgevoerd, deze en rQ cludeerd, andere =<br />

dat<br />

3 methoden à<br />

de<br />

6<br />

toevallige<br />

% bedraagt. (velocity-area fout, mits de methode verdunn<strong>in</strong>gsmethode en met meetstuwen) zorgvuldig wordt kan uitgevoerd, globaal worden<br />

geconcludeerd, dat de toevallige fout, mits de verdunn<strong>in</strong>gsmethode zorgvuldig wordt<br />

geconcludeerd,<br />

Voor een r = 3 à 6 % bedraagt.<br />

uitgevoerd, Q puntloz<strong>in</strong>g<br />

dat<br />

is<br />

de<br />

het<br />

toevallige<br />

uitgangspunt<br />

fout,<br />

voor de<br />

mits<br />

foutenbereken<strong>in</strong>g<br />

de verdunn<strong>in</strong>gsmethode<br />

de formule:<br />

zorgvuldig wordt<br />

rQ = 3 à 6 % bedraagt.<br />

uitgevoerd, Voor een puntloz<strong>in</strong>g rQ = 3 à is 6 % het bedraagt. uitgangspunt voor de foutenbereken<strong>in</strong>g de formule:<br />

M M<br />

Q =<br />

=<br />

T M M<br />

⋅<br />

A<br />

B<br />

Voor een puntloz<strong>in</strong>g is het uitgangspunt waar<strong>in</strong> voor M = de de foutenbereken<strong>in</strong>g toegevoegde massa de formule: van de tracer, C = de<br />

Voor een Qpuntloz<strong>in</strong>g = is het uitgangspunt = C T waar<strong>in</strong> voor M de = foutenbereken<strong>in</strong>g de toegevoegde massa de formule:<br />

Voor een puntloz<strong>in</strong>g T is het uitgangspunt voor de foutenbereken<strong>in</strong>g de formule: van de tracer, C = de<br />

∫[<br />

C(<br />

t)<br />

− C0<br />

] ⋅ dt C ⋅T<br />

0∫<br />

[ C(<br />

t)<br />

M−<br />

C0<br />

] ⋅ dt M<br />

Q = M<br />

0<br />

= M waar<strong>in</strong> M = de toegevoegde massa van de tracer, C = de<br />

gesommeerde Q = T tracerconcentratie = C ⋅Tover<br />

waar<strong>in</strong> de meettijd M = de T. toegevoegde De totale stochastische massa van de fout tracer, <strong>in</strong> het C debiet = de<br />

T<br />

gesommeerde is, ∫[<br />

Ctracerconcentratie<br />

( t)<br />

− C0<br />

] ⋅ dt C ⋅Tover<br />

de meettijd T. De totale stochastische fout <strong>in</strong> het debiet<br />

is,<br />

0∫<br />

[ C(<br />

t)<br />

− C0<br />

] ⋅ dt<br />

0<br />

gesommeerde<br />

waar<strong>in</strong> M tracerconcentratie<br />

2=<br />

de toegevoegde 2 2 2massa<br />

over<br />

van<br />

de<br />

de<br />

meettijd<br />

tracer, C T.<br />

= de<br />

De<br />

gesommeerde<br />

totale stochastische<br />

tracerconcentratie<br />

fout <strong>in</strong><br />

over<br />

het debiet<br />

gesommeerde<br />

is, r Q = rtracerconcentratie<br />

M2<br />

+ rC2<br />

+ rT2<br />

+ r over de meettijd T. De totale stochastische fout <strong>in</strong> het debiet<br />

i2<br />

is, de r Qmeettijd<br />

= rM<br />

+ T. rDe<br />

C + totale rT<br />

+ stochastische ri<br />

fout <strong>in</strong> het debiet is,<br />

Uit ervar<strong>in</strong>gen met deze methode wordt gemeld dat voor debieten tot 2000 m<br />

54<br />

3 Uit ervar<strong>in</strong>gen met deze methode wordt gemeld dat voor debieten tot 2000 m<br />

/s de relatieve<br />

fout beperkt kan worden tot 1%.<br />

De geleidendheidsmeter moet vooraf worden gecalibreerd. Dat kan <strong>in</strong> het veld worden gedaan<br />

<strong>in</strong> een emmer met bekende tracerconcentratie, bijvoorbeeld 8 gram NaCl oplossen <strong>in</strong> 1 liter<br />

water. Na meten het watervolume halveren en bijvullen tot 1 l en weer meten; weer halveren<br />

en bijvullen en meten. Deze procedure zeven maal herhalen. De geleidendheid is afhankelijk<br />

3 /s de relatieve<br />

Uit ervar<strong>in</strong>gen met deze methode wordt gemeld dat voor debieten tot 2000 m<br />

fout beperkt kan worden tot 1%.<br />

De geleidendheidsmeter moet vooraf worden gecalibreerd. Dat kan <strong>in</strong> het veld worden gedaan<br />

<strong>in</strong> een emmer met bekende tracerconcentratie, bijvoorbeeld 8 gram NaCl oplossen <strong>in</strong> 1 liter<br />

water. Na meten het watervolume halveren en bijvullen tot 1 l en weer meten; weer halveren<br />

en bijvullen en meten. Deze procedure zeven maal herhalen. De geleidendheid is afhankelijk<br />

van de temperatuur, daarom is het aan te bevelen een geleidendheidsmeter te gebruiken met<br />

temperatuursensor zodat voor de temperatuur automatisch wordt gecorrigeerd.<br />

Wel waarschuwt de ISO-standaard terecht voor de volgende bronnen van systematische fouten:<br />

- Een deel van de tracer-oploss<strong>in</strong>g kan reacties aangaan met andere <strong>in</strong> het water opgeloste<br />

stoffen, of concentreert zich rondom aanwezige vegetatie of aan sediment, resulterend <strong>in</strong><br />

een overschatt<strong>in</strong>g van het debiet.<br />

- Bij onregelmatige profielen zullen die profielgedeelten, waar de stroomsnelheid laag is,<br />

(korte verbred<strong>in</strong>g/verdiep<strong>in</strong>g) een langere mengtijd vragen dan bij regelmatige profielen.<br />

3 2 2 2 2<br />

r Q = rM<br />

+ rC<br />

+ rT<br />

+ ri<br />

/s de relatieve<br />

fout beperkt kan worden tot 1%.<br />

Uit ervar<strong>in</strong>gen met deze methode wordt gemeld dat voor debieten tot 2000 m<br />

De geleidendheidsmeter moet vooraf worden gecalibreerd. Dat kan <strong>in</strong> het veld worden gedaan<br />

<strong>in</strong> een emmer met bekende tracerconcentratie, bijvoorbeeld 8 gram NaCl oplossen <strong>in</strong> 1 liter<br />

water. Na meten het watervolume halveren en bijvullen tot 1 l en weer meten; weer halveren<br />

en bijvullen en meten. Deze procedure zeven maal herhalen. De geleidendheid is afhankelijk<br />

van de temperatuur, daarom is het aan te bevelen een geleidendheidsmeter te gebruiken met<br />

temperatuursensor zodat voor de temperatuur automatisch wordt gecorrigeerd.<br />

Wel waarschuwt de ISO-standaard terecht voor de volgende bronnen van systematische fouten:<br />

- Een deel van de tracer-oploss<strong>in</strong>g kan reacties aangaan met andere <strong>in</strong> het water opgeloste<br />

stoffen, of concentreert zich rondom aanwezige vegetatie of aan sediment, resulterend <strong>in</strong><br />

een overschatt<strong>in</strong>g van het debiet.<br />

- Bij onregelmatige profielen zullen die profielgedeelten, waar de stroomsnelheid laag is,<br />

(korte verbred<strong>in</strong>g/verdiep<strong>in</strong>g) een langere mengtijd vragen dan bij regelmatige profielen.<br />

3 2 2 2 2<br />

r Q = rM<br />

+ rC<br />

+ rT<br />

+ ri<br />

/s de relatieve<br />

Uit ervar<strong>in</strong>gen met deze methode wordt gemeld dat voor debieten tot 2000 m<br />

fout beperkt kan worden tot 1%.<br />

De geleidendheidsmeter moet vooraf worden gecalibreerd. Dat kan <strong>in</strong> het veld worden gedaan<br />

<strong>in</strong> een emmer met bekende tracerconcentratie, bijvoorbeeld 8 gram NaCl oplossen <strong>in</strong> 1 liter<br />

water. Na meten het watervolume halveren en bijvullen tot 1 l en weer meten; weer halveren<br />

en bijvullen en meten. Deze procedure zeven maal herhalen. De geleidendheid is afhankelijk<br />

van de temperatuur, daarom is het aan te bevelen een geleidendheidsmeter te gebruiken met<br />

temperatuursensor zodat voor de temperatuur automatisch wordt gecorrigeerd.<br />

Wel waarschuwt de ISO-standaard terecht voor de volgende bronnen van systematische fouten:<br />

- Een deel van de tracer-oploss<strong>in</strong>g kan reacties aangaan met andere <strong>in</strong> het water opgeloste<br />

stoffen, of concentreert zich rondom aanwezige vegetatie of aan sediment, resulterend <strong>in</strong><br />

een overschatt<strong>in</strong>g van het debiet.<br />

3 /s de relatieve<br />

fout beperkt kan worden tot 1%.<br />

De geleidendheidsmeter moet vooraf worden gecalibreerd. Dat kan <strong>in</strong> het veld worden gedaan<br />

<strong>in</strong> een emmer met bekende tracerconcentratie, bijvoorbeeld 8 gram NaCl oplossen <strong>in</strong> 1 liter<br />

water. Na meten het watervolume halveren en bijvullen tot 1 l en weer meten; weer halveren<br />

en bijvullen en meten. Deze procedure zeven maal herhalen. De geleidendheid is afhankelijk<br />

van de temperatuur, daarom is het aan te bevelen een geleidendheidsmeter te gebruiken met<br />

temperatuursensor zodat voor de temperatuur automatisch wordt gecorrigeerd.<br />

Wel waarschuwt de ISO-standaard terecht voor de volgende bronnen van systematische fouten:<br />

- Een deel van de tracer-oploss<strong>in</strong>g kan reacties aangaan met andere <strong>in</strong> het water opgeloste<br />

stoffen, of concentreert zich rondom aanwezige vegetatie of aan sediment, resulterend <strong>in</strong><br />

een overschatt<strong>in</strong>g van het debiet.


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

van de temperatuur, daarom is het aan te bevelen een geleidendheidsmeter te gebruiken met<br />

temperatuursensor zodat voor de temperatuur automatisch wordt gecorrigeerd.<br />

Wel waarschuwt de ISO-standaard terecht voor de volgende bronnen van systematische<br />

fouten:<br />

• Een deel van de tracer-oploss<strong>in</strong>g kan reacties aangaan met andere <strong>in</strong> het water opgeloste<br />

stoffen, of concentreert zich rondom aanwezige vegetatie of aan sediment, resulterend <strong>in</strong><br />

een overschatt<strong>in</strong>g van het debiet.<br />

• Bij onregelmatige profielen zullen die profielgedeelten, waar de stroomsnelheid laag is,<br />

(korte verbred<strong>in</strong>g/verdiep<strong>in</strong>g) een langere mengtijd vragen dan bij regelmatige profielen.<br />

Onderschatt<strong>in</strong>g hiervan leidt tot een te snel beë<strong>in</strong>digen van de met<strong>in</strong>g, hetgeen eveneens<br />

resulteert <strong>in</strong> een overschatt<strong>in</strong>g van het debiet.<br />

Aangezien deze systematische fouten <strong>in</strong> de Nederlandse situatie vrijwel niet te vermijden zijn,<br />

zal de fout <strong>in</strong> de debietbepal<strong>in</strong>g <strong>in</strong> Nederland eerder <strong>in</strong> de orde van grootte van r = 5 à 10 %.<br />

Q<br />

5.4.6 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

De mogelijkheden voor toepass<strong>in</strong>g liggen bij moeilijk toegankelijke rivier- of beektrajecten en<br />

waterl<strong>open</strong> die een (sterk) turbulente strom<strong>in</strong>g hebben. Voor grote waterl<strong>open</strong> is de hoeveelheid<br />

tracer wellicht te groot om benedenstrooms te kunnen meten. Een belangrijke beperk<strong>in</strong>g<br />

is het verbod op gebruik van tracers. Niet alle tracers kunnen worden gebruikt en een<br />

vergunn<strong>in</strong>g van de beheerder is veelal nodig.<br />

5.4.7 vOOrbeelDen<br />

In Nederland wordt de methode zelden toegepast,<br />

FOTO 5-4 cOnTrASTSTOFmeT<strong>in</strong>g: meeTAppArAAT (l<strong>in</strong>KS) en TOevOegen zOuTOplOSS<strong>in</strong>g (rechTS)<br />

(FOTO’S: FlOW-TrOnic)<br />

5.4.8 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaarden die betrekk<strong>in</strong>g hebben op de tracermethode zijn de volgende:<br />

• ISO 9555-1: Tracer dilution methods, part 1: general<br />

• ISO 9555-4: Tracer dilution methods, part 4: fluorescent tracers<br />

• ISO 11656: Mix<strong>in</strong>g length of a tracer<br />

55


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.5 velDcAlibrATie vAn AFvOerKunSTWerKen<br />

Afvoerkunstwerken zoals gemalen en stuwen hebben een afvoerrelatie die doorgaans bij de<br />

bouw van het kunstwerk is vastgesteld met ijkmet<strong>in</strong>gen of garantiemet<strong>in</strong>gen. Soms wordt ook<br />

een theoretisch bepaalde afvoerrelatie aangehouden. In de praktijk blijkt echter dat de werkelijke<br />

afvoerrelatie afwijkt van de gebruikte:<br />

• Voor stuwen en <strong>in</strong>laten geldt meestal dat de gebruikte standaard afvoerformules niet<br />

geheel overeenkomen met de <strong>in</strong> het veld gemeten afvoerrelatie. Dit komt onder andere<br />

doordat de vorm van de stuwen of <strong>in</strong>laten en de toestroom afwijken van de vorm waar de<br />

standaard formule voor geldt.<br />

• Voor gemalen geldt dat de werkelijke bedrijfsomstandigheden kunnen afwijken van de<br />

omstandigheden van de garantiemet<strong>in</strong>g of dat de ijkmet<strong>in</strong>g heeft plaatsgevonden <strong>in</strong> de<br />

fabriek. Slijtage en dergelijke zorgen voor verdere afwijk<strong>in</strong>gen.<br />

FOTO 5-5 DebieTmeT<strong>in</strong>g mArKneSSerSluiS, WS zuiDerzeelAnD (FOTO: hKv lijn <strong>in</strong> WATer)<br />

Met het beschikbaar komen van draagbare digitale akoestische en elektromagnetische<br />

stroomsnelheidsmeters is veldcalibratie van gewone peilregulerende kunstwerken, zoals stuwen,<br />

gemalen en <strong>in</strong>laten, goed mogelijk. De gebruikte standaard afvoerformules worden dan<br />

vervangen door <strong>in</strong> het veld gemeten afvoerrelaties van het kunstwerk en <strong>in</strong> sommige gevallen<br />

kan de locatie de nevenfunctie van meetlocatie krijgen.<br />

Belangrijk is dat een veldcalibratie onder alle mogelijke omstandigheden kan plaatsv<strong>in</strong>den,<br />

dus naast de normale afvoer ook bij hogere en extreme afvoer dan wel maximale en m<strong>in</strong>imale<br />

maaldebieten en opvoerhoogten. Een bijkomend voordeel van de veldcalibratie van stuwen<br />

over een groot afvoerbereik is dat bij hoogwater de <strong>in</strong>vloed van verdr<strong>in</strong>k<strong>in</strong>g van de stuwen<br />

direct meegenomen wordt <strong>in</strong> de nieuwe afvoerrelatie.<br />

Bij de <strong>in</strong>-situ calibratie van kunstwerken wordt hoofdzakelijk gewerkt volgens de standaard<br />

‘velocity-area’-methode, waarbij gebruikt gemaakt wordt van een eenvoudig handelbare<br />

akoestische stroomsnelheidsmeter (ADC) of een elektromagnetische stroomsnelheidsmeter<br />

(EMS) of de zogeheten varende ADCP-met<strong>in</strong>g.<br />

56


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.5.1 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

Voor het uitvoeren van <strong>in</strong>-situ calibratiemet<strong>in</strong>gen is, afhankelijk van de afmet<strong>in</strong>g van de<br />

waterloop, nodig: een strom<strong>in</strong>gsmeter, een stabiele boot of constructie (brug), een PDA, een<br />

radioverb<strong>in</strong>d<strong>in</strong>g en bijbehorende software.<br />

• Propeller- of schroefstroomsnelheidsmeter<br />

• elektromagnetische sensor (EMS)<br />

• akoestische stroomsnelheidsmeter (ADC)<br />

• akoestische Dopplermeter (ADCP)<br />

Kle<strong>in</strong>ere ondiepe waterl<strong>open</strong> zijn het beste te meten met een elektromagnetische snelheidsmeter<br />

(EMS). Akoestische <strong>in</strong>strumenten werken slecht benedenstrooms van stuwen, vanwege<br />

de vele lucht<strong>in</strong>sluit<strong>in</strong>gen.<br />

ADCP’s vragen ook om ruimte om te meten; een comb<strong>in</strong>atie van meet<strong>in</strong>strumenten tijdens<br />

een <strong>in</strong>-situ calibratie kan dan gewenst zijn. Horizontale ADCP’s zijn m<strong>in</strong>der geschikt voor<br />

<strong>in</strong>-situ calibratie i.v.m. de onnauwkeurigheid van een dergelijke met<strong>in</strong>g voor dat doel.<br />

5.5.2 OnnAuWKeurigheiD<br />

Zie over de onnauwkeurigheid wat hierover geschreven is bij de betreffende methode par. 5.1<br />

(velocity area methode) of par. 5.2 (mov<strong>in</strong>g-boat methode) of bij het betreffende <strong>in</strong>strument<br />

par. 7.3.3 (ADCP) of par. 7.3.5 (EMS).<br />

5.5.3 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

vOOrDelen vAn <strong>in</strong>-SiTu cAlibrATie [liT. 18]<br />

• Het kunstwerk wordt bemeten zoals het <strong>in</strong> de praktijk functioneert. Alle plaatsspecifieke<br />

eigenaardigheden worden meegenomen, bijvoorbeeld bij de onjuiste plaats<strong>in</strong>g van<br />

een waterstandsmet<strong>in</strong>g (staan vaak te dicht op het kunstwerk) of bij afwijk<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> de gebruikte<br />

constanten voor de aan- en afvoerleid<strong>in</strong>g, alsook het door lokale omstandigheden<br />

anders functioneren van het kunstwerk;<br />

• Het geschikt maken van een bestaande stuw door veldcalibratie is veel goedkoper dan<br />

het <strong>in</strong>richten van een nieuw permanent meetpunt. Invester<strong>in</strong>gen zijn niet nodig en extra<br />

beheer en onderhoud evenm<strong>in</strong>;<br />

• Grote afwijk<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het functioneren van kunstwerken worden opgemerkt. Er zijn kunstwerken<br />

die anders gedimensioneerd zijn dan <strong>in</strong> eerste <strong>in</strong>stantie is aangegeven;<br />

• Bij automatiser<strong>in</strong>g van de kunstwerken wordt <strong>in</strong> de telemetrie vaak een standaard<br />

formule <strong>in</strong>gevoerd. Deze komt niet altijd overeen met de wijze waarop het kunstwerk<br />

functioneert;<br />

• Voordeel van de veldijk<strong>in</strong>g met een ADCP of een elektromagnetische stroomsnelheidsmeter<br />

is dat ze redelijk snel uitgevoerd kunnen worden.<br />

nADeel vAn <strong>in</strong>-SiTu cAlibrATie [liT. 18]<br />

• In eerste <strong>in</strong>stantie wordt alleen het onderste deel van de afvoer-waterstandsrelatie<br />

(Qh-relatie), dat onder normale omstandigheden water afvoert, gemeten. Voor de afvoer<br />

onder extreme omstandigheden moeten zich de juiste omstandigheden voordoen.<br />

Extrapolatie van de gegevens is niet altijd even betrouwbaar; extra met<strong>in</strong>gen onder<br />

extreme omstandigheden waarborgen een goede Qh-relatie;<br />

• Met hoogwatergolven en verander<strong>in</strong>g van het profiel door sedimentatie of begroei<strong>in</strong>g<br />

rond het kunstwerk wordt geen reken<strong>in</strong>g gehouden.<br />

57


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

5.5.4 vOOrbeelDen<br />

FOTO 5-6 <strong>in</strong>-SiTu cAlibrATie meT een ADcp (FOTO’S: A. mulDer)<br />

FOTO 5-7 meT<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een rAAi meT KAbellijn en ADcp T.b.v. cApAciTeiTSmeT<strong>in</strong>g OpvOergemAAl leeK<br />

(FOTO: WS nOOrDerzijlveST)<br />

5.5.5 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaarden die betrekk<strong>in</strong>g hebben op de handel<strong>in</strong>gen rond een veldcalibratie voor<br />

wat betreft de methode zijn:<br />

• ISO 1088: Velocity-area methods, determ<strong>in</strong>ation of errors<br />

• ISO 9823: Velocity-area method us<strong>in</strong>g a restricted number of verticals<br />

en voor de stroomsnelheidsmeet<strong>in</strong>strumenten:<br />

• ISO 24154: Measur<strong>in</strong>g velocity and discharge with acoustic Doppler profilers<br />

• ISO 24578: Application of acoustic Doppler current profilers<br />

• ISO 15768 Degisn, selection and use of electromagnetic current meters<br />

• ISO 11974 Electromagnetic current meters<br />

58


6<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

cont<strong>in</strong>Ue debietmeetmetHoden<br />

Debietmeetmethoden kunnen worden onderscheiden <strong>in</strong>:<br />

• Incidentele met<strong>in</strong>gen waaronder wordt verstaan het meten van het debiet op een locatie<br />

gedurende een beperkte periode en met een frequentie van enkele keren per maand of<br />

per jaar;<br />

• Cont<strong>in</strong>ue met<strong>in</strong>gen waaronder wordt verstaan het meten van het debiet op een locatie<br />

gedurende een langere periode en waarbij de <strong>in</strong>formatie over het debiet semi-cont<strong>in</strong>u,<br />

bijvoorbeeld met een frequentie van eenmaal per kwartier of per dag wordt <strong>in</strong>gewonnen.<br />

Cont<strong>in</strong>ue met<strong>in</strong>gen zijn gericht op de behoefte aan regelmatige en voortdurende <strong>in</strong>formatie<br />

over debieten, bijvoorbeeld iedere 10 m<strong>in</strong>uten, uur, 12 uur of dag. Voor cont<strong>in</strong>ue debietmet<strong>in</strong>gen<br />

kunnen de volgende meetmethoden worden gebruikt, die <strong>in</strong> dit hoofdstuk staan<br />

beschreven:<br />

• meetstuwen (par. 6.1). Bij meetstuwen is er <strong>in</strong> de meeste gevallen een vaste relatie tussen de<br />

bovenwaterstand en het debiet. Uit het cont<strong>in</strong>u meten van de waterstand volgt derhalve<br />

cont<strong>in</strong>ue <strong>in</strong>formatie over het debiet. Meetstuwen worden <strong>in</strong> dit hoofdstuk onderscheiden<br />

<strong>in</strong> gestandaar diseerde en niet-gestandaardiseerde meetstuwen.<br />

Voor gestandaardiseerde meetstuwen (par. 6.1.1) is de geometrie en de afvoerrelatie vastgelegd<br />

<strong>in</strong> een ISO-standaard.<br />

Bij niet-gestandaardiseerde stuwen (par. 6.1.2) bestaat er eveneens <strong>in</strong>formatie over de vormgev<strong>in</strong>g<br />

en de afvoerrelatie die echter niet algemeen erkend is <strong>in</strong> een ISO-standaard.<br />

• meetgoten (par. 6.2). Ook bij meetgoten is er een vaste relatie tussen de bovenwaterstand<br />

en het debiet. Deze relatie wordt afgedwongen door de <strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g van de constructie van<br />

de goot. Uit het cont<strong>in</strong>u meten van de waterstand volgt de cont<strong>in</strong>ue <strong>in</strong>formatie over het<br />

debiet.<br />

• de looptijdverschilmethode (par. 6.3). De debieten worden berekend uit met<strong>in</strong>gen van de<br />

stroomsnelheid en de water stand. De opper vlakte van het dwars profiel is een functie van<br />

de waterstand. De stroomsnel heid wordt berekend uit het verschil <strong>in</strong> looptijd van een<br />

geluidsgolf die onder water diagonaal op de stroomricht<strong>in</strong>g <strong>in</strong> stroomopwaartse richt<strong>in</strong>g<br />

wordt uitgezonden, en langs dezelfde weg <strong>in</strong> stroomafwaartse richt<strong>in</strong>g wordt teruggezonden.<br />

• de snelheidsmethode (par. 6.4). De debieten worden berekend uit met<strong>in</strong>gen van de stroomsnelheid<br />

en de water stand. De opper vlakte van het dwars profiel is een functie van de<br />

waterstand. De stroomsnel heid wordt berekend door geluids- of radargolven uit te zenden<br />

en het door de snelheid van het water ontstane Dopplereffect te meten, dan wel door een<br />

geleider <strong>in</strong> een magnetische veld te bewegen en het daaruit ontstane potentiaalverschil<br />

te meten.<br />

59


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

• de methode op basis van de relatie debiet en waterstand (par. 6.5). In vrij afstromende waterl<strong>open</strong><br />

bestaat een m<strong>in</strong> of meer eenduidige relatie tussen water stand en debiet, die meestal<br />

60<br />

is opgesteld met behulp van de velocity-area metho de. Door de waterstand cont<strong>in</strong>u te<br />

meten, kan daaruit het debiet worden herleid.<br />

• de methode op basis van de relatie debiet en verval (par. 6.6). Bij vijzels en pompen, waarvan de<br />

gemaal-karakteristiek bekend is, kan de uitgeslagen hoeveelheid water worden bepaald<br />

uit het gemeten niveauverschil over het gemaal en de registratie van de bedrijfstijden.<br />

6.1 meeTSTuWen<br />

Stuwen en ook schuiven worden <strong>in</strong> het waterbeheer toegepast om een waterpeilverschil te<br />

bewerkstelligen, het bovenstroomse waterpeil te regelen, de afvoer te regelen en soms om, <strong>in</strong><br />

comb<strong>in</strong>atie met de andere functies, de afvoer te meten. In het laatste geval spreken we van<br />

meetstuwen.<br />

Bij een meetstuw wordt het dwarsprofiel van de waterloop plaatselijk versmald en wordt<br />

een specifieke waterhoogte (bijvoorbeeld de overstorthoogte) gemeten voor de bepal<strong>in</strong>g van<br />

het debiet. De relatie tussen de gemeten waterhoogte en het debiet wordt bepaald door de<br />

vorm en <strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g van de stuw. Zijn vorm en <strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g conform de voorschriften van de ISO<br />

dan spreken we van een gestandaardiseerde meetstuw. Daarnaast zijn er vele niet-gestandaardiseerde<br />

meetstuwen.<br />

Stuwen of schuiven of andere gelijksoortige waterbouwkundige objecten die niet ontworpen<br />

zijn als meet<strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g kunnen wel een afvoerwaarde leveren. Hiervoor wordt doorgaans een<br />

theoretische afvoerformule aangehouden met een “natte v<strong>in</strong>ger” <strong>in</strong>schatt<strong>in</strong>g van de bijbehorende<br />

afvoercoëfficiënt. De afvoerrelatie van dergelijke objecten kan met een veldcalibratie<br />

nauwkeuriger worden bepaald (zie par. 5.5) of nog nauwkeuriger <strong>in</strong> een hydraulisch laboratorium.<br />

Meetgoten hebben hydraulische karakteristieken die overeenkomen met die van meetstuwen,<br />

maar worden <strong>in</strong> een apart hoofdstuk behandeld (par. 6.2).<br />

Het gebruik van meetstuwen is de afgel<strong>open</strong> jaren sterk achteruitgegaan. Meetstuwen ver-<br />

dwijnen langzamerhand; er komen geen nieuwe bij. De belangrijkste oorzaak hiervan is het<br />

feit dat meetstuwen vispassage onmogelijk maakt. Dit is wel gewenst naar de huidige ecologische<br />

<strong>in</strong>zichten en beleid. Anderzijds neemt de vraag naar debieten en met name hoeveelheden<br />

afvoer sterk toe voor het uitvoeren van vrachtonderzoeken/stoffenbalansen en wordt<br />

de voorkeur gegeven aan alternatieve meetpr<strong>in</strong>cipes.<br />

Van de toepass<strong>in</strong>g van meetstuwen wordt derhalve <strong>in</strong> de navolgende hoofdstukken een meer<br />

overzichtsmatige beschrijv<strong>in</strong>g gegeven. Hoofdstuk 7.1 beschrijft de meetpr<strong>in</strong>cipes en afvoerformules.<br />

Voor wie meer gedetailleerde <strong>in</strong>formatie wil kan terecht <strong>in</strong> Lit. 24.


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-1 meeTSTuW De mATjeS (FOTO: WS brAbAnTSe DelTA)<br />

6.1.1 <strong>in</strong>Del<strong>in</strong>g vAn STuWen<br />

Stuwen zijn al naar gelang de functie <strong>in</strong> de volgende hoofdgroepen te onderscheiden:<br />

STuWen meT vASTe Kru<strong>in</strong><br />

Voorbeelden : Allerlei soorten bodemvallen, vaste drempels en cascades.<br />

Functie : Het waarborgen van een m<strong>in</strong>imumpeil bovenstrooms en het afzwakken van<br />

afvoergolven benedenstrooms.<br />

Toepass<strong>in</strong>g : In waterl<strong>open</strong> met betrekkelijk veel verval.<br />

regelSTuWen meT beWeegbAre Kru<strong>in</strong><br />

Voorbeelden : Schuiven die <strong>in</strong> verticale sponn<strong>in</strong>gen bewegen en klepstuwen.<br />

Functie : Peilregel<strong>in</strong>g tussen een m<strong>in</strong>imale en een maximale waterstand (w<strong>in</strong>terpeil<br />

en zomerpeil) en het regelen van het debiet.<br />

Toepass<strong>in</strong>g : In waterl<strong>open</strong> met betrekkelijk we<strong>in</strong>ig verval <strong>in</strong> een gebied met nu eens een<br />

waterbehoefte, dan weer een overschot. Verlangen om bij te kunnen sturen<br />

als de omstandigheden dit vragen (stur<strong>in</strong>g van grondwater).<br />

Opmerk<strong>in</strong>g : Voor regelstuwen geldt dat tijdens het ontwerp van deze kunstwerken het<br />

aspect van debietmet<strong>in</strong>g geen rol speelt bij de vormgev<strong>in</strong>g van de stuw.<br />

meeTSTuWen meT vASTe Kru<strong>in</strong><br />

Voorbeelden : Het Thomson-meetschot, Venturi-meetgoten (zie par. 6.2) en tal van lange en<br />

korte overlaten zoals de Rossum-stuw.<br />

Functie : Het meten van debieten.<br />

Toepass<strong>in</strong>g : Bij waterbalansstudies, gecomb<strong>in</strong>eerde kwaliteits- en kwantiteitsmeetpunten,<br />

waar geen behoefte is om bij te kunnen sturen <strong>in</strong> de afvoer.<br />

meeTSTuWen meT beWeegbAre Kru<strong>in</strong><br />

Voorbeelden : De horizontale en de V-vormige lange overlaten, beweegbaar <strong>in</strong> verticale<br />

sponn<strong>in</strong>gen.<br />

Functie : Het meten en regelen van debieten.<br />

Toepass<strong>in</strong>g : Bij dagelijks waterbeheer, de stur<strong>in</strong>g van aan- en afvoer van waterhoeveelheden<br />

van peilgebied naar peilgebied, waterbalansstudies en gecomb<strong>in</strong>eerde<br />

kwaliteits- en kwantiteitsmet<strong>in</strong>gen. Een comb<strong>in</strong>atie van parallel geschakelde<br />

meetstuwen (met beweegbare kru<strong>in</strong>) levert een verdeelwerk op.<br />

Opmerk<strong>in</strong>g : Voor meetstuwen geldt dat tijdens het ontwerp van deze kunstwerken het<br />

aspect van <strong>debietmeten</strong> een primaire rol speelt bij de vormgev<strong>in</strong>g van de<br />

stuw.<br />

61


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.1.2 clASSiFicATie vAn meeTSTuWen<br />

Meetstuwen worden geclassificeerd naar de vorm van de kru<strong>in</strong> <strong>in</strong> de stroomricht<strong>in</strong>g en onder-<br />

verdeeld naar de verschillende vormen van doorstrom<strong>in</strong>gsprofiel.<br />

Figuur 6-1 Drie Typen meeTSTuWen<br />

lAnge OverlATen<br />

De lengte van de kru<strong>in</strong> <strong>in</strong> de stroomricht<strong>in</strong>g is voldoende om m<strong>in</strong> of meer rechte en evenwijdige<br />

stroomlijnen te verkrijgen boven de kru<strong>in</strong>. Dit is het geval als de verhoud<strong>in</strong>g overstorthoogte<br />

/kru<strong>in</strong>lengte is < 0,6. Wanneer deze verhoud<strong>in</strong>g is > 0,6 spreken we van een korte overlaat.<br />

De hoogte van de kru<strong>in</strong> ten opzichte van de bodem van het bovenstrooms kanaalpand<br />

moet aan een m<strong>in</strong>imumwaarde voldoen. Tot de meest bekende lange overlaten behoren:<br />

• de horizontale lange overlaat met vaste kru<strong>in</strong>,<br />

• de Hobrad overlaat (Hobrad: horizontal broad-crested adjustable)<br />

• de V-vormige lange overlaat.<br />

Scherpe OverlATen<br />

De lengte van de kru<strong>in</strong> (<strong>in</strong> de stroomricht<strong>in</strong>g) is 1 à 2 mm. De stroomlijnen boven de kru<strong>in</strong><br />

zijn sterk gekromd. De onderkant van de straal laat los op de kru<strong>in</strong>. De ruimte onder de overstortende<br />

straal moet worden belucht (atmosferische druk) om te voorkomen dat door onderdruk<br />

onder de straal de afvoerrelatie wordt beïnvloed. Bekende scherpe overlaten zijn:<br />

• de horizontale scherpe overlaat (Rehbock-meetschot),<br />

• de V-vormige scherpe overlaat (Thomson-meetschot),<br />

• de trapeziumvormige scherpe overlaat (Cipoletti-meetschot).<br />

De vorm van de overlaat is zo ontworpen dat de stroomlijnen de overlaatvorm volgen zonder<br />

los te laten. Scherpe overlaten zijn zeer gevoelig voor vervuil<strong>in</strong>g door drijvend vuil.<br />

KOrTe OverlATen<br />

Deze overlaten liggen <strong>in</strong> het overgangsgebied tussen de lange en de scherpe overlaten. De<br />

kru<strong>in</strong> is te kort om rechte en evenwijdige stroomlijnen te verzekeren, maar ook niet scherp.<br />

Bij zeer kle<strong>in</strong>e overstorthoogten kan een korte overlaat de eigenschappen van een lange overlaat<br />

benaderen en bij zeer grote overstorthoogten die van een scherpe overlaat. Een aantal<br />

korte overlaten moet worden belucht. Bekende korte overlaten zijn:<br />

• ‘triangular profile weirs’, waaronder de Crump-overlaat,<br />

• horizontale stuwen met een ronde kru<strong>in</strong>,<br />

• V-vormige stuwen met een halfcirkelvormige kru<strong>in</strong> (Rossum-stuw).<br />

Afhankelijk van de kru<strong>in</strong>vorm van de korte overlaat kan de overstortende straal bij een<br />

bepaalde overstortende hoogte “opeens” loskomen van de kru<strong>in</strong>. Dit heeft tot gevolg dat de<br />

weerstandswaarde plotsel<strong>in</strong>g toeneemt Lit. 27.<br />

62


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

OnDerSTOrTen: OnDerWATerOpen<strong>in</strong>gen/Schuiven<br />

De doorstroom<strong>open</strong><strong>in</strong>g bev<strong>in</strong>dt zich op enige afstand onder de bovenstroomse waterspiegel.<br />

In tegenstell<strong>in</strong>g tot de voorgaande typen meetstuwen, waarbij steeds sprake was van een overstortende<br />

straal, is bij de <strong>open</strong><strong>in</strong>gen onder water sprake van een onderstroom (<strong>in</strong> het Engels:<br />

underflow). Enkele voorbeelden van onderstorten:<br />

• verticale schuiven, zoals de hef-sluisdeur,<br />

• segment-schuiven.<br />

TAbel 6-1 clASSiFicATie vAn meeTSTuWen<br />

hoofd<strong>in</strong>del<strong>in</strong>g Onderverdel<strong>in</strong>g naar de vorm van de <strong>open</strong><strong>in</strong>g (vooraanzicht)<br />

lange overlaten<br />

korte overlaten<br />

scherpe overlaten<br />

onderwater<strong>open</strong><strong>in</strong>gen<br />

FOTO 6-2 SegmenTSTuW grOene KAnAAl (FOTO: WS rijn en ijSSel)<br />

rechthoekig v-vormig trapeziumvormig<br />

x<br />

x<br />

x<br />

x<br />

6.1.3 AFvOer en WATerSTAnD<br />

De afvoer over een meetstuw wordt bepaald door de vorm en het oppervlak van het doorstroomprofiel<br />

en de snelheidshoogte ter plaatste van de <strong>open</strong><strong>in</strong>g. Deze snelheidshoogte is<br />

gerelateerd aan de overstorthoogte en kan worden afgeleid uit het meten van de waterstand<br />

op een bepaalde afstand1 van de stuw. Zodoende is er een afvoerrelatie tussen de waterstand<br />

en het debiet over de stuw.<br />

grenS TuSSen geSTuWDe en OngeSTuWDe AFvOer<br />

De afvoer over een meetstuw is <strong>in</strong> pr<strong>in</strong>cipe onder te verdelen <strong>in</strong> drie typen naar de mate<br />

waar<strong>in</strong> de afvoer onbelemmerd plaatsv<strong>in</strong>dt:<br />

• ongestuwde afvoer of volkomen overlaat; de benedenwaterstand heeft geen <strong>in</strong>vloed op de<br />

afvoer; er is een eenduidige relatie tussen bovenwaterstand en debiet;<br />

1 Deze afstand is ten m<strong>in</strong>ste gelijk aan viermaal de maximale energiehoogteverander<strong>in</strong>g (ΔH) over het kunstwerk<br />

x<br />

x<br />

x<br />

-<br />

x<br />

x<br />

x<br />

-<br />

63


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

• gestuwde afvoer of onvolkomen overlaat of verdronken overlaat; de benedenwaterstand<br />

stuwt de bovenwaterstand op en de afvoer moet worden gecorrigeerd met de waarde van<br />

de benedenwaterstand; er is een eenduidige relatie tussen het verval over de meetstuw en<br />

het debiet;<br />

• overgang van ongestuwde afvoer naar gestuwde afvoer; beperkte <strong>in</strong>vloed van de benedenwaterstand<br />

op de afvoerrelatie; de opstuw<strong>in</strong>g van de bovenwaterstand is zodanig ger<strong>in</strong>g,<br />

dat de meetfout acceptabel is.<br />

In zijn algemeenheid verdient het aanbevel<strong>in</strong>g gestuwde afvoer te voorkomen om twee redenen:<br />

• boven- en onderwaterstand zijn nodig om het debiet te berekenen voor gestuwde afvoersituaties;<br />

• de nauwkeurigheid van het debiet neemt af bij het groter worden van de <strong>in</strong>vloed van de<br />

benedenwaterstand, verschillende soorten energieverliezen spelen een rol hier<strong>in</strong>.<br />

Bij het ontwerp kan men hiermee reken<strong>in</strong>g houden.<br />

FOTO 6-3 meeTSTuW WielhOeF (FOTO: WS brAbAnTSe DelTA)<br />

64


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.1.4 Typen meeTSTuWen<br />

In onderstaande tabel is een overzicht gegeven van de <strong>in</strong> Nederland meest gangbare meetstuwen<br />

en hun toepass<strong>in</strong>gsgebied:<br />

TAbel 6-2 gAngbAre TOepASS<strong>in</strong>g vAn meeTSTuWen<br />

Type Toepass<strong>in</strong>gsgebied/eigenschappen iSO<br />

gestandaardiseerde meetstuwen<br />

Hobrad overlaat alleen als volkomen overlaat<br />

beweegbare kru<strong>in</strong><br />

V-vormige lange overlaat grote en kle<strong>in</strong>e afvoeren gemeten met relatief grote nauwkeurigheid<br />

bijzonder geschikt voor waterl<strong>open</strong> met ger<strong>in</strong>g verval<br />

rehbock overlaat alleen als volkomen overlaat<br />

alleen schoon water, niet bij drijvend materiaal<br />

thomson overlaat alleen als volkomen overlaat<br />

alleen schoon water, niet bij drijvend materiaal<br />

niet-gestandaardiseerde meetstuwen<br />

klep/schuifstuwen alleen als volkomen overlaat<br />

beweegbare kru<strong>in</strong><br />

gevoelig voor drijvend materiaal<br />

Fouten <strong>in</strong> de met<strong>in</strong>g van kru<strong>in</strong>hoogte en overstorthoogte, waardoor tweemaal zo<br />

onnauwkeurig als een vaste meetstuw<br />

betondrempels met vell<strong>in</strong>gkant m<strong>in</strong>imum peilhandhav<strong>in</strong>g met toegevoegde meetfunctie<br />

rossum-stuw bijzonder geschikt voor lage afvoeren, maar ook piekafvoeren<br />

groot bereik met goede nauwkeurigheid<br />

geen drijvend vuilprobleem<br />

ger<strong>in</strong>g gewicht, robuust<br />

FOTO 6-4 meeTSTuW meT DrijvenD vuil (FOTO: WAgen<strong>in</strong>gen univerSiTeiT)<br />

4374<br />

8333<br />

1438<br />

1438<br />

65


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.1.5 nulpunTSbepAl<strong>in</strong>g meeTSTuWen<br />

De nauwkeurigheid van afvoermet<strong>in</strong>gen met meetstuwen wordt ondermeer bepaald door<br />

de nauwkeurigheid waarmee de kru<strong>in</strong>hoogte van de stuw is vastgesteld. Het debiet wordt<br />

immers afgeleid uit de overstorthoogte, dat is het verschil <strong>in</strong> hoogte tussen de bovenstrooms<br />

gemeten waterstand en de kru<strong>in</strong> van de stuw. De fout <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de overstorthoogte<br />

mag <strong>in</strong> de regel niet meer bedragen dan enkele millimeters of m<strong>in</strong>der dan bijvoorbeeld 1%<br />

van de overstorthoogte.<br />

In pr<strong>in</strong>cipe is voor het bepalen van de overstorthoogte het nauwkeurig meten van zowel de<br />

waterstand als het kru<strong>in</strong>niveau, beide ten opzichte van N.A.P., voldoende. De overstorthoogte<br />

is het verschil tussen waterstand en kru<strong>in</strong>niveau. De met<strong>in</strong>gen van de waterstand en de kru<strong>in</strong>hoogte<br />

zijn door middel van een referentiehoogtemerk beide aan hetzelfde vergelijk<strong>in</strong>gsvlak,<br />

het N.A.P., gekoppeld. Daarbij wordt het kru<strong>in</strong>niveau bepaald door een nauwkeurige waterpass<strong>in</strong>g<br />

tussen het referentiehoogtemerk en de kru<strong>in</strong> van de stuw. Aangezien een stuwkru<strong>in</strong><br />

zelden zuiver horizontaal is, verdient het aanbevel<strong>in</strong>g de kru<strong>in</strong> op een aantal punten, gelijk<br />

verdeeld over de breedte, te waterpassen.<br />

De nauwkeurigheid kan worden verbeterd door de zogenaamde nulpuntsbepal<strong>in</strong>g. Daarbij<br />

worden de waterstand en de kru<strong>in</strong>hoogte niet eerst elk ten opzichte van het N.A.P. gemeten,<br />

maar wordt de <strong>in</strong>strumentaflez<strong>in</strong>g/uitlez<strong>in</strong>g van de waterstand (analoge, digitale of elektronisch<br />

signaal) direct gerelateerd aan het kru<strong>in</strong>niveau. De nulpuntsbepal<strong>in</strong>g houdt dan <strong>in</strong>, dat<br />

wordt vastgesteld, welke aflez<strong>in</strong>g of welk uitgangssignaal hoort hij een waterstand die exact<br />

even hoog is als het kru<strong>in</strong>niveau. Voor zo’n nauwkeurige nulpuntsbepal<strong>in</strong>g is een verplaatsbare<br />

peilnaald of digitale niveaumeter nodig.<br />

De uitvoer<strong>in</strong>g van deze nulpuntsbepal<strong>in</strong>g is beschreven <strong>in</strong> de ISO-standaarden ISO 1438 voor<br />

horizontale scherpe overlaten en ISO 8333 voor V-vormige overlaten.<br />

6.1.6 KlepSTuWen<br />

Een klepstuw draait om een laaggelegen horizontale as (onder water), haaks op de stroomricht<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> de waterloop. De scharnierpunten zijn aangebracht op een betondrempel. De klep<br />

is aangebracht tussen twee verticale betonwanden (landhoofden). Bij meerdere kleppen naast<br />

elkaar zijn deze gescheiden door tussenpijlers, zie Foto 6-6.<br />

FOTO 6-5 KlepSTAnD AAnWijz<strong>in</strong>g Op De beTOnrAnD (FOTO: WAgen<strong>in</strong>gen univerSiTeiT)<br />

66


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De klep is meestal aan beide zijkanten middels kleparmen opgehangen aan een hydraulische<br />

arm, een heugelstang, staaldraad of kett<strong>in</strong>g, waarmee de klepstand kan worden bijgesteld.<br />

Bij grotere breedten kan de bedien<strong>in</strong>g hydraulisch of mechanisch zijn, maar zowel bij kle<strong>in</strong>e<br />

als grote klepstuwen kan de hydraulisch of mechanische bedien<strong>in</strong>g worden geautomatiseerd,<br />

waarbij zo ongeveer alles mogelijk is: regel<strong>in</strong>g op een constante bovenwaterstand, op een constante<br />

benedenwaterstand, òf op een constante overstorthoogte.<br />

FOTO 6-6 hyDrAuliSche KlepSTuW bij mAriënberg <strong>in</strong> De OverijSSelSche vechT (FOTO: hKv lijn <strong>in</strong> WATer)<br />

De variatie <strong>in</strong> klepstuwen is groot. In de vormgev<strong>in</strong>g kunnen de volgende verschillen worden<br />

onderscheiden:<br />

• <strong>in</strong> breedte en hoogte. Ze volgen - net als voor elke andere stuw - uit de maximale afvoer en<br />

de beschikbare breedte;<br />

• <strong>in</strong> ophang<strong>in</strong>g van de klep, zowel <strong>in</strong> plaats en aantal, als wat betreft de vorm van de<br />

ophangarm aangezien de klep mag niet te veel mag doorbuigen onder de belast<strong>in</strong>g;<br />

• <strong>in</strong> kru<strong>in</strong>vorm. Deze leiden onder meer tot uiteenl<strong>open</strong>de afvoercoëfficiënten (voor eenzelfde<br />

overstorthoogte zijn de debieten per kru<strong>in</strong>vorm niet dezelfde).<br />

Op de twee laatste verschillen - ophang<strong>in</strong>g en kru<strong>in</strong>vorm - wordt hierna iets dieper <strong>in</strong>gegaan,<br />

omdat ze bepalend zijn voor de afvoerrelatie.<br />

verSchillen <strong>in</strong> OphAng<strong>in</strong>g vAn De Klep<br />

De meeste kleppen zijn aan twee zijden opgehangen aan ophangarmen, <strong>in</strong> het verlengde van<br />

de zijstijl. De armlengte van de verschillende kleppen varieert van 0,25 tot 0,75 m. Aan het<br />

e<strong>in</strong>de van de arm is een hydraulische arm, heugelstang, kabel of kett<strong>in</strong>g bevestigd die wordt<br />

bediend door het beweg<strong>in</strong>gsmechanisme. De volgende (arm)vormen zijn <strong>in</strong> omloop:<br />

• rechthoekig profiel, komt veel voor bij brede kleppen,<br />

• afgerond profiel, m<strong>in</strong>der vaak toegepast,<br />

• dunne metalen strip òf een haak/oog, bij smalle kleppen.<br />

67


• rechthoekig STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> profiel, <strong>debietmeten</strong> komt <strong>in</strong> <strong>open</strong> veel waterl<strong>open</strong> voor bij brede kleppen,<br />

• afgerond profiel, m<strong>in</strong>der vaak toegepast,<br />

• dunne metalen strip òf een haak/oog, bij smalle kleppen.<br />

De laatste vorm is het meest gevoelig voor opeenhop<strong>in</strong>g van drijvend vuil. Bij een balkpro-<br />

De laatste vorm is het meest gevoelig voor opeenhop<strong>in</strong>g van drijvend vuil. Bij een balkprofiel is<br />

fiel is de spel<strong>in</strong>g tussen arm en betonwand (enkele centimeters) meestal afgedicht door een<br />

de spel<strong>in</strong>g tussen arm en betonwand (enkele centimeters) meestal afgedicht door een<br />

rubberstrip. De effectieve afvoerende breedte b is de dagmaat B verm<strong>in</strong>derd met slechts een<br />

rubberstrip. De effectieve afvoerende breedte b is de dagmaat B verm<strong>in</strong>derd met slechts een<br />

gedeelte b’ van de dikte van de ophangarmen: b = B – b’.<br />

gedeelte b' van de dikte van de ophangarmen: b = B – b'.<br />

b′ = A⋅<br />

n ⋅ a<br />

met A : contractiefactor, afhankelijk van de parameters h1/B, de klephoek α en de vorm<br />

met<br />

van het profiel (rechthoekig of afgerond: 0,1 < A < 1,0). Voor waarden van A zie<br />

A : contractiefactor, afhankelijk van de parameters h /B, de klephoek α en de vorm<br />

1<br />

[Cultuurtechnisch Vademecum]<br />

van het profiel (rechthoekig of afgerond: 0,1 < A < 1,0). Voor waarden van A zie<br />

n : het aantal ophangarmen<br />

[Cultuurtechnisch Vademecum]<br />

a : de breedte van een ophangarm, <strong>in</strong>clusief de spel<strong>in</strong>g tussen arm en betonwand.<br />

n : het aantal ophangarmen<br />

a : de breedte van een ophangarm, <strong>in</strong>clusief de spel<strong>in</strong>g tussen arm en betonwand.<br />

Bij ophang<strong>in</strong>g aan een dunne metalen strip òf een<br />

haak/oog constructie is het verlies b' theoretisch bijna<br />

Bij ophang<strong>in</strong>g aan een dunne metalen strip òf een haak/oog constructie is het verlies b’ the-<br />

verwaarloosbaar. In de praktijk bepaalt de hoeveelheid<br />

oretisch bijna verwaarloosbaar. In de praktijk bepaalt de hoeveelheid vuil de waarde en de<br />

vuil de waarde en de betrouwbaarheid van b'.<br />

betrouwbaarheid van b’. Hetzelfde geldt voor de zogenaamde straalbrekers, die sommige<br />

Hetzelfde geldt voor de zogenaamde straalbrekers, die<br />

kleppen sieren. Het doel hiervan is: het reduceren van de kans op een trillend watergordijn<br />

sommige kleppen sieren. Het doel hiervan is: het<br />

en daarmee het beperken van het lawaai en de schade die trillende stralen vooral bij de lagere<br />

reduceren van de kans op een trillend watergordijn en<br />

afvoeren kunnen veroorzaken.<br />

daarmee het beperken van het lawaai en de schade die<br />

trillende stralen vooral bij de lagere afvoeren kunnen<br />

veroorzaken.<br />

FOTO 6-7 KlepSTAnDAAnWijz<strong>in</strong>g (FOTO: WAgen<strong>in</strong>gen univerSiTeiT)<br />

Foto 6-7 Klepstandaanwijz<strong>in</strong>g (foto: Wagen<strong>in</strong>gen Universiteit)<br />

Verschillen <strong>in</strong> kru<strong>in</strong>vorm<br />

Met de kru<strong>in</strong> wordt bedoeld de bovenkant van de klep,<br />

de vorm zoals die wordt gevoeld door de onderste<br />

stroomlijn van het overstortende water. De kru<strong>in</strong> wordt<br />

ook overstortrand genoemd. De volgende vormen zijn <strong>in</strong> omloop:<br />

• Een paraboolvormige afrond<strong>in</strong>g. Het water volgt de gestroomlijnde kru<strong>in</strong> tot het e<strong>in</strong>de<br />

ervan (geen loslaten van stroomlijnen ergens op de kru<strong>in</strong>).<br />

• Een cil<strong>in</strong>drische afrond<strong>in</strong>g, waarbij de stijfheidsligger en de overstortrand <strong>in</strong> één element<br />

zijn verenigd. De diameter van de buis volgt uit de klepbreedte en de belast<strong>in</strong>g. Het<br />

overstortende water laat ergens op de kru<strong>in</strong> los. Hoe groter de afvoer, des te eerder laat<br />

de straal los.<br />

Bij een onvoldoende belucht<strong>in</strong>g ontstaat zelfs een fluctuerend loslaten bij één en dezelfde<br />

afvoer. Dit is één van de mogelijke oorzaken van een klapperende straal:<br />

68<br />

70


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

verSchillen <strong>in</strong> Kru<strong>in</strong>vOrm<br />

Met de kru<strong>in</strong> wordt bedoeld de bovenkant van de klep, de vorm zoals die wordt gevoeld<br />

door de onderste stroomlijn van het overstortende water. De kru<strong>in</strong> wordt ook overstortrand<br />

genoemd. De volgende vormen zijn <strong>in</strong> omloop:<br />

• Een paraboolvormige afrond<strong>in</strong>g. Het water volgt de gestroomlijnde kru<strong>in</strong> tot het e<strong>in</strong>de<br />

ervan (geen loslaten van stroomlijnen ergens op de kru<strong>in</strong>).<br />

• Een cil<strong>in</strong>drische afrond<strong>in</strong>g, waarbij de stijfheidsligger en de overstortrand <strong>in</strong> één element<br />

zijn verenigd. De diameter van de buis volgt uit de klepbreedte en de belast<strong>in</strong>g. Het overstortende<br />

water laat ergens op de kru<strong>in</strong> los. Hoe groter de afvoer, des te eerder laat de<br />

straal los.<br />

Bij een onvoldoende belucht<strong>in</strong>g ontstaat zelfs een fluctuerend loslaten bij één en dezelfde<br />

afvoer. Dit is één van de mogelijke oorzaken van een klapperende straal:<br />

• Balkvormige overstortrand. Bij kle<strong>in</strong>e kleppen is de kru<strong>in</strong> vaak een houten balk, meestal<br />

azobé. De vormvastheid van de houtsoort is heel betrekkelijk en daarmee ook de grootte<br />

van de afvoercoëfficiënt.<br />

• Plaatvormige metalen overstortrand. Deze wordt af en toe toegepast bij grotere kleppen.<br />

Sommige waterbeheerders gaan ervan uit dat de afvoercoëfficiënt door de globaal scherpe<br />

rand dezelfde is als die voor de horizontale scherpe overlaat. Dit is echter niet het geval.<br />

Voor elk van de genoemde kru<strong>in</strong>vormen is de afvoercoëfficiënt een functie van de overstorthoogte,<br />

van de kru<strong>in</strong>vorm en van de klephoek met de verticaal.<br />

nADelen<br />

Aan de meetfunctie van klepstuwen kleven de volgende nadelen:<br />

• door de enorme variëteit (verschillen <strong>in</strong> ophang<strong>in</strong>g en <strong>in</strong> kru<strong>in</strong>vorm) en het wisselend<br />

bereik <strong>in</strong> klepstanden moet voor elke klepstuw een aantal krommen worden opgesteld.<br />

Alleen identieke stuwen hebben identieke afvoerrelaties;<br />

• de vervuil<strong>in</strong>g van klepstuwen. Vooral bij de ophangpunten verzamelt zich graag drijvend<br />

vuil. In de perioden tussen twee opeenvolgende bezoeken aan de niveaurecorder bij de<br />

stuw, heeft drijvend vuil ongestoord de gelegenheid zich op te h<strong>open</strong>;<br />

• de ophang<strong>in</strong>g van de klep. Het kan soms voorkomen dat de klep eenzijdig is opgehangen.<br />

Dit geeft een afwijk<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de kru<strong>in</strong>hoogte tussen de ophang<strong>in</strong>g en het andere e<strong>in</strong>de van<br />

2-3 cm.<br />

• bepal<strong>in</strong>g van de kru<strong>in</strong>hoogte/klepstand. Het is niet eenvoudig de kru<strong>in</strong>hoogte nauwkeurig<br />

te bepalen, nog afgezien van kru<strong>in</strong>en die aan verzakk<strong>in</strong>g lijden of kleppen die<br />

scheefhangen.<br />

De eis dat dit op 3 à 5 mm nauwkeurig moet gebeuren is niet overdreven: ze geldt voor alle<br />

meetstuwen en is <strong>in</strong> overeenstemm<strong>in</strong>g met de geïnvesteerde kosten. De kru<strong>in</strong>hoogte kan worden<br />

vastgesteld door een:<br />

• klepstandaanwijzer op de betonwand<br />

• teller op de as van het w<strong>in</strong>dwiel<br />

• peilstok met schuifmaat<br />

• hoekverdraai<strong>in</strong>g, gemeten onder de klep<br />

Het is zeer de vraag of de gewenste nauwkeurigheid van 3 à 5 mm door één van deze<br />

methoden wordt gehaald (met <strong>in</strong>achtnem<strong>in</strong>g van onderl<strong>in</strong>ge hoogteverschillen op de kru<strong>in</strong>).<br />

De nauwkeurigheid <strong>in</strong> de bepal<strong>in</strong>g van de kru<strong>in</strong>hoogte hangt vooral af van de kwaliteit<br />

69


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

van de nulpuntsbepal<strong>in</strong>g en het regelmatig herhalen hiervan (scheefhangen en doorbuigen<br />

van de klep). De onnauwkeurigheid als gevolg van scheefhang<strong>in</strong>g kan worden gereduceerd,<br />

door de hoekverdraai<strong>in</strong>g <strong>in</strong> het midden van de klep te meten.<br />

Een bijkomend probleem bij de bepal<strong>in</strong>g van de kru<strong>in</strong>hoogte is, dat er geen l<strong>in</strong>eair verband<br />

bestaat tussen het niveau van de kru<strong>in</strong> en de hoekverdraai<strong>in</strong>g van de klep of een asverdraai<strong>in</strong>g<br />

en dus een tellerstand of potentiometerwaarde. Bij een parabolische kru<strong>in</strong>vorm is dit<br />

zelfs nog gecompliceerder omdat het hoogste punt van de kru<strong>in</strong> niet steeds hetzelfde punt<br />

van die parabool is. Door voor een voldoende aantal klephoeken de relatie tussen de hoogte<br />

van de kru<strong>in</strong> en de waarde van de klephoekopnemer op te meten, is het mogelijk door<br />

regressie met behulp van bijvoorbeeld een 3e-graads polynoom (y = a + a x + a x 0 1 2 2 + a x 3 3 oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

+ a2x<br />

),<br />

waarbij x de waarde van de klephoekopnemer is en y de berekende hoogte van de kru<strong>in</strong>), voor<br />

iedere tussenliggende klephoek dit verband nauwkeurig te bepalen (Tabel 6-3).<br />

2 + a3x 3 , waarbij x de waarde van de klephoekopnemer is en y de berekende hoogte<br />

van de kru<strong>in</strong>), voor iedere tussenliggende klephoek dit verband nauwkeurig te bepalen<br />

(Tabel 6-3).<br />

Veel standaard klepstandmeters <strong>in</strong> bijvoorbeeld een aandrijv<strong>in</strong>gsmotor zijn onnauwkeurig.<br />

Veel standaard klepstandmeters <strong>in</strong> bijvoorbeeld een aandrijv<strong>in</strong>gsmotor zijn onnauwkeurig.<br />

Controleer de nauwkeurigheid van de klepstandmet<strong>in</strong>g en vervang desnoods de met<strong>in</strong>g of<br />

Controleer de nauwkeurigheid van de klepstandmet<strong>in</strong>g en vervang desnoods de met<strong>in</strong>g of<br />

verbeter de met<strong>in</strong>g met een digitale absolute standmelder met een hoog oplossend<br />

verbeter de met<strong>in</strong>g met een digitale absolute standmelder met een hoog oplossend vermogen<br />

vermogen voor het meten van de hoekverdraai<strong>in</strong>g (Foto 6-8).<br />

voor het meten van de hoekverdraai<strong>in</strong>g (Foto 6-8).<br />

FOTO 6-8 DigiTAle AbSOluTe KlepSTAnDmelDer meT een OplOSSenD vermOgen vAn 4095 OmWenTel<strong>in</strong>gen (FOTO: WS regge en D<strong>in</strong>Kel)<br />

Foto 6-8 Digitale absolute klepstandmelder met een oplossend vermogen van 4095 omwentel<strong>in</strong>gen<br />

(foto: WS Regge en D<strong>in</strong>kel)<br />

TAbel 6-3 SchemA pOlynOOmbereKen<strong>in</strong>g STuW bAKhuiS (WS regge en D<strong>in</strong>Kel)<br />

70


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.1.7 OnnAuWKeurigheiD<br />

De gangbare onnauwkeurigheid van een debietmet<strong>in</strong>g met een meetstuw is 5%. Deze waarde<br />

geldt voor een goed onderhouden en niet-vervuilde overlaat.<br />

De onnauwkeurigheid van een debietmet<strong>in</strong>g over een meetstuw is afhankelijk van:<br />

• de gebruikte formule voor de debietbereken<strong>in</strong>g (par. 7.1);<br />

• de onnauwkeurigheid van de bepal<strong>in</strong>g van de kru<strong>in</strong>hoogte (par. 6.1.5) of bij klepstuwen<br />

de klepstand (par. 6.1.6);<br />

• de onnauwkeurigheid van de waterstandsmet<strong>in</strong>g (overstorthoogtemet<strong>in</strong>g) (par. 7.4);<br />

• de plaats van de waterstandsmet<strong>in</strong>g.<br />

De waterstand bij de meetstuw moet op een locatie gemeten worden die ver genoeg bovenstrooms<br />

van de stuw ligt om effecten van locale wervel<strong>in</strong>gen en stuwkromme-effecten te voorkomen.<br />

Anderzijds moet de meetlocatie voldoende nabij de stuw staan opgesteld om geen te<br />

grote energieverliezen te hebben tussen de meetlocatie en de overlaat. Als vuistregel geldt een<br />

afstand gelijk aan drie tot vier maal de maximale energiehoogte boven de overlaat.<br />

Voor een goede debietbereken<strong>in</strong>g is het nodig dat de fout <strong>in</strong> de waterstandsmet<strong>in</strong>g (overstorthoogtemet<strong>in</strong>g)<br />

beperkt wordt tot 5 mm voor gestandaardiseerde meetstuwen en 5 mm <strong>in</strong> het<br />

bijzonder voor de klepstandmet<strong>in</strong>g.<br />

6.1.8 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

Waterstandsmeetopstell<strong>in</strong>gen met een hoge nauwkeurigheid als:<br />

• Still<strong>in</strong>g wells (vlottersysteem)<br />

• Still<strong>in</strong>g wells (drukdozen)<br />

6.1.9 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

Waterpeilregelende en afvoerregelende objecten als schuiven en stuwen zijn aanwezig op een<br />

voor de hand liggende locatie om ook het debiet te willen meten. We spreken dan al gauw<br />

over een meetstuw. Maar een meetstuw is het object eigenlijk alleen als vorm en <strong>in</strong>richt<strong>in</strong>g<br />

conform de standaarden van de ISO zijn. In alle andere gevallen, wanneer we van het object<br />

toch het debiet willen weten, moet er nogal wat moeite worden gedaan om met enige nauwkeurigheid<br />

tot een debietmet<strong>in</strong>g te komen. Dat geldt vooral voor de klepstuwen, maar ook<br />

voor alle andere niet gestandaardiseerde objecten. In-situ calibratie is een andere manier om<br />

een stuwend object tot een meetstation te verklaren.<br />

Maar meetstuwen verdwijnen langzamerhand uit het veld; er komen geen nieuwe bij. De<br />

belangrijkste oorzaak hiervan is het feit dat meetstuwen vispassage onmogelijk maakt. Dit is<br />

wel gewenst naar de huidige ecologische <strong>in</strong>zichten en beleid.<br />

Anderzijds neemt de vraag naar debieten en met name hoeveelheden afvoer sterk toe voor<br />

het uitvoeren van vrachtonderzoeken/stoffenbalansen, maar wordt de voorkeur gegeven aan<br />

alternatieve meetpr<strong>in</strong>cipes.<br />

6.1.10 vOOrbeelDen<br />

In onderstaand schema is een overzicht gegeven van een aantal voorbeeld toepass<strong>in</strong>gen<br />

van meetstuwen bij waterbeheerders <strong>in</strong> Nederland. Rossum stuwen en betondrempels met<br />

vell<strong>in</strong>gkant komen veel voor bij de hellende zand-waterschappen.<br />

71


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

TAbel 6-4 OverzichT vOOrbeelD meeTSTuWen<br />

Type Watergang locatie Waterbeheerder<br />

gestandaardiseerde meetstuwen<br />

lange overlaat Valleikanaal grebbesluis wS Vallei en eem<br />

V-vormige lange overlaat mussel aa-kanaal Jips<strong>in</strong>gboermussel wS Hunze en aa’s<br />

Hobrad-overlaat groote lije rijen wS brabantse delta<br />

Hobrad overlaat aftak bijloop Het laag, rijsbergen wS brabantse delta<br />

niet-gestandaardiseerde meetstuwen<br />

klepstuwen Veel voorkomend<br />

betondrempels met vell<strong>in</strong>gkant boven-Sl<strong>in</strong>ge overlaat berenschotbrug wS rijn en iJssel<br />

rossum-stuw molsbeek Vasse wS regge en d<strong>in</strong>kel<br />

rossum-stuw Stortellersbeek overlaat Stortellersbeek wS rijn en iJssel<br />

rossum-stuw oude lije alphen wS brabantse delta<br />

FOTO 6-9 rOSSumSTuW <strong>in</strong> De mOlSbeeK (FOTO: WS regge en D<strong>in</strong>Kel)<br />

72


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-10 rOSSumSTuW (FOTO: WAgen<strong>in</strong>gen univerSiTeiT)<br />

FOTO 6-11 v-vOrmige OverlAAT <strong>in</strong> De bOven-regge bij Diepenheim (FOTO: WS regge en D<strong>in</strong>Kel)<br />

73


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-12 lAnge OverlAAT meT vASTe Kru<strong>in</strong> <strong>in</strong> heT vAlleiKAnAAl bij De grebbeSluiS, WS vAllei en eem (FOTO: WAgen<strong>in</strong>gen univerSiTeiT)<br />

FOTO 6-13 v-vOrmige OverlAAT STuW rOTTevAlle, WS FrySlân (FOTO: Ten KATe-KOOl)<br />

6.1.11 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaarden die betrekk<strong>in</strong>g hebben op meetstuwen zijn de volgende:<br />

• ISO 8333 Liquid flow measurements <strong>in</strong> <strong>open</strong> channels by weirs and flumes – V-shaped<br />

broad-crested weirs<br />

• ISO 4374 Liquid flow measurements <strong>in</strong> <strong>open</strong> channels – Round-nose horizontal broadcrested<br />

weirs<br />

• ISO 1438 Open channel flow measurement us<strong>in</strong>g th<strong>in</strong>-plate weirs<br />

Voor de wat m<strong>in</strong>der gebruikelijke typen meetstuwen zijn de ISO-standaarden:<br />

• ISO 4360 Triangular profile weirs (Crump overlaten)<br />

• ISO 4377 Liquid flow measurement <strong>in</strong> <strong>open</strong> channels - Flat V-weirs<br />

(V-vormige Crump overlaten)<br />

74


6.2 meeTgOTen<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.2.1 <strong>in</strong>leiD<strong>in</strong>g<br />

Een meetgoot werkt volgens hetzelfde pr<strong>in</strong>cipe als de meetstuw: een vernauw<strong>in</strong>g van het door-<br />

stroomprofiel brengt een verhog<strong>in</strong>g van de bovenwaterstand teweeg. Bij een vrije afvoer is het<br />

debiet uitsluitend een functie van de bovenwaterstand.<br />

In pr<strong>in</strong>cipe is een meetgoot een lange overlaat echter met een aanloop- en een uitloopsectie.<br />

Een meetgoot wordt zo ontworpen dat bij voldoende kru<strong>in</strong>lengte de stroomlijnen <strong>in</strong> de keel<br />

nagenoeg recht en evenwijdig zijn. Er zijn echter meestal geen beperk<strong>in</strong>gen aan de kru<strong>in</strong>hoogte<br />

en het gootgedeelte achter de keel is vaak zwak divergerend, waardoor de energieverliezen<br />

worden beperkt. In vergelijk<strong>in</strong>g met de lange overlaten zijn ze daardoor beter geschikt<br />

<strong>in</strong> gebieden met we<strong>in</strong>ig verval èn als er sediment moet worden afgevoerd.<br />

FOTO 6-14 TrApeziumvOrmige meeTgOOT <strong>in</strong> De geleenbeeK bij munSTergeleen (FOTO: WS rOer en OvermAAS)<br />

6.2.2 Typen meeTgOTen<br />

Veel toegepaste meetgoten zijn:<br />

• Venturi-meetgoten (waaronder de Khafagi-venturi),<br />

• trapeziumvormige meetgoten<br />

• rechthoekige meetgoten<br />

De ISO standaard 4359 beschrijft de eisen en eigenschappen voor ongestuwde afvoer door<br />

meetgoten met een rechthoekig, trapeziumvormig of U-vormig profiel. Dit laatste type v<strong>in</strong>dt<br />

met name toepass<strong>in</strong>g <strong>in</strong> zuiver<strong>in</strong>gs<strong>in</strong>stallaties en is hier verder niet beschreven.<br />

Meetgoten met een rechthoekig keelprofiel zijn het meest voorkomende type. Ze zijn relatief<br />

eenvoudig te construeren. Er zijn verschillende uitvoer<strong>in</strong>gen mogelijk (i) alleen een vernauw<strong>in</strong>g<br />

van de wanden of (ii) een vernauw<strong>in</strong>g van de wanden gecomb<strong>in</strong>eerd met een bodemverhog<strong>in</strong>g.<br />

De keuze voor een bepaalde uitvoer<strong>in</strong>g hangt af van het beschikbare verval en het<br />

sedimenttransport van de waterloop.<br />

75


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Khafagi venturi’s v<strong>in</strong>den vooral toepass<strong>in</strong>g <strong>in</strong> effluentgoten van zuiver<strong>in</strong>gs<strong>in</strong>stallaties. Een<br />

Khafagi venturi is een meetgoot met een rechthoekige doorsnede en een zijdel<strong>in</strong>gse contractie<br />

en wordt geplaatst <strong>in</strong> een rechthoekig kanaal.<br />

Een bijzondere toepass<strong>in</strong>g van een venturi is de venturi-meetdoorlaat (Foto 6-15). De werk<strong>in</strong>g<br />

ervan berust op het creëren van een vernauw<strong>in</strong>g tussen een drijver en een drempel, waardoor<br />

de snelheid van het water hoger wordt. De stijghoogte van het water onder de drijver is daardoor<br />

wat lager dan de waterstand voor de meetdoorlaat. Uit dit verschil <strong>in</strong> snelheidshoogte<br />

kan de gemiddelde stroomsnelheid <strong>in</strong> de vernauw<strong>in</strong>g worden berekend. Vermenigvuldig<strong>in</strong>g<br />

met het oppervlak van de doorlaat geeft het debiet. Uit een proefopstell<strong>in</strong>g is gebleken dat<br />

een aanwezigheid van de vuilgevoelige drijver voor een goede werk<strong>in</strong>g niet noodzakelijk is.<br />

FOTO 6-15 venTuri-meeTDOOrlAAT <strong>in</strong> De STrijbeeKSe beeK (FOTO: WS brAbAnTSe DelTA)<br />

6.2.3 OnnAuWKeurigheiD<br />

De onnauwkeurigheid van een meetgoot bedraagt bij benader<strong>in</strong>g 2 tot 5%.<br />

De onnauwkeurigheid van een debietmet<strong>in</strong>g door een meetgoot is afhankelijk van:<br />

• de gebruikte formule voor de debietbereken<strong>in</strong>g (par.7.2);<br />

• de onnauwkeurigheid van de <strong>in</strong>met<strong>in</strong>g van het profiel van de goot (voor nulpunts bepa-<br />

76<br />

l<strong>in</strong>g zie par. 6.1.5);<br />

• de onnauwkeurigheid van de waterstandsmet<strong>in</strong>g (par. 7.4);<br />

• de plaats van de waterstandsmet<strong>in</strong>g.<br />

De waterstand bij de meetgoot moet op een locatie gemeten worden die ver genoeg bovenstrooms<br />

van de keel van de goot ligt om effecten van locale wervel<strong>in</strong>gen en dergelijke te voorkomen.<br />

Anderzijds moet de meetlocatie voldoende nabij de goot staan opgesteld om geen te<br />

grote energieverliezen te hebben tussen de meetlocatie en de keel. Als vuistregel geldt een<br />

afstand gelijk aan vier maal de maximale energiehoogteverander<strong>in</strong>g over de keel.<br />

De ISO-standaard 4359 geeft nadere <strong>in</strong>formatie over de eisen met betrekk<strong>in</strong>g tot de <strong>in</strong>stallatie,<br />

het meettraject, de nulpuntsbepal<strong>in</strong>g en de waarden voor de verschillende coëfficiënten van<br />

de debietformule en het bepalen van de onnauwkeurigheid van de afvoerbepal<strong>in</strong>g.


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.2.4 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

Waterstandsmeetopstell<strong>in</strong>gen met een hoge nauwkeurigheid zoals:<br />

• Still<strong>in</strong>g wells (vlottersysteem, drukdoos)<br />

6.2.5 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

Meetgoten kunnen worden toegepast <strong>in</strong> waterl<strong>open</strong> van iedere vorm mits de strom<strong>in</strong>g <strong>in</strong> het<br />

aanloopgedeelte redelijk uniform is.<br />

Meetgoten zijn met name geschikt voor het meten <strong>in</strong> gebieden met we<strong>in</strong>ig verval èn als er<br />

sediment moet worden afgevoerd. Drijvend vuil vormt doorgaans geen h<strong>in</strong>der voor de met<strong>in</strong>g.<br />

Het voordeel van <strong>open</strong> meetgoten kan zijn (afhankelijk van de stroomsnelheid en de vormgev<strong>in</strong>g):<br />

• Goede vispasseerbaarheid<br />

• Goede kano passeerbaarheid<br />

Voor kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong> zijn ook standaard vormgegeven meetgoten beschikbaar <strong>in</strong> diverse<br />

afvoercategoriëen (bijvoorbeeld de RBC-meetgoot).<br />

6.2.6 vOOrbeelDen<br />

In onderstaand schema is een overzicht gegeven van een aantal voorbeeld toepass<strong>in</strong>gen van<br />

meetgoten bij waterbeheerders <strong>in</strong> Nederland:<br />

TAbel 6-5 OverzichT meeTgOTen<br />

Type Watergang locatie Waterbeheerder<br />

trapeziumvormige meetgoot geul cottessen wS roer en overmaas<br />

trapeziumvormige meetgoot geleenbeek munstergeleen wS roer en overmaas<br />

Venturi meetdoorlaat Strijbeekse beek Strijbeek wS brabantse delta<br />

rbc-meetgoot groote meer ossendrecht wS brabantse delta<br />

khafagi-venturi effluentleid<strong>in</strong>g op zuiver<strong>in</strong>gen diversen<br />

77


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-16 vOOrbeelDen vAn meeTgOTen <strong>in</strong> De prAKTijK<br />

meeTgOOT <strong>in</strong> De geul bij cOTTeSSen, WS rOer en OvermAAS (FOTO: WAgen<strong>in</strong>gen univerSiTeiT)<br />

rbc-meeTgOOT vOOr gebruiK <strong>in</strong> Kle<strong>in</strong>e WATerlOpen (FOTO: WS brAbAnTSe DelTA)<br />

6.2.7 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaard die betrekk<strong>in</strong>g hebben op meetgoten (“flumes”) is de volgende:<br />

• ISO 4359 Rectangular, trapezoidal and U-shaped flumes<br />

Voor wat m<strong>in</strong>der gebruikelijke typen meetgoten zijn de ISO-standaarden:<br />

• ISO 4360 Triangular profile weirs (Crump overlaten)<br />

• ISO 9826 Measurement of liquid flow <strong>in</strong> <strong>open</strong> channels – Parshall and SANIIRI flumes<br />

• ISO 9827 Measurement of liquid flow <strong>in</strong> <strong>open</strong> channels by weirs and flumes – Streaml<strong>in</strong>ed<br />

triangular profile weirs<br />

78


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.3 lOOpTijDverSchilmeT<strong>in</strong>g<br />

6.3.1 <strong>in</strong>leiD<strong>in</strong>g<br />

Het pr<strong>in</strong>cipe van de looptijdverschilmet<strong>in</strong>g berust op het meten van de looptijd van akoestische<br />

pulsen, die onder water worden uitgezon den <strong>in</strong> een richt<strong>in</strong>g diagonaal ten opzichte van de as<br />

van de watergang. Er bestaan verschillen de methoden om uit de gemeten looptijd de stroomsnel-<br />

heid te bepalen, waarvan de looptijdverschilmethode de belangrijkste is. Het verschil tussen de<br />

looptijd van de geluidsgolf van a naar b en van b naar a is een maat voor de stroomsnelheid van<br />

het water (Figuur 6-2). Het pr<strong>in</strong>cipe wordt toegepast bij de akoestische debietmet<strong>in</strong>g (ADM): het<br />

meten van de stroomsnelheid met behulp van geluidsgolven en het vastleggen van de bijbehorende<br />

waterstand.<br />

Figuur 6-2 pr<strong>in</strong>cipe lOOpTijDverSchilmeT<strong>in</strong>g (brOn:rijKSWATerSTAAT)<br />

De voortplant<strong>in</strong>gssnelheid van geluid <strong>in</strong> water is afhankelijk van vele factoren. Doordat bij de<br />

looptijdverschilmet<strong>in</strong>g de met<strong>in</strong>g met akoestische pulsen <strong>in</strong> opwaartse en afwaartse richt<strong>in</strong>g<br />

gelijktijdig wordt uitgevoerd, valt de <strong>in</strong>vloed van de voortplant<strong>in</strong>gssnelheid van het akoestisch<br />

signaal <strong>in</strong> water weg. Variaties <strong>in</strong> de voortplant<strong>in</strong>gssnelheid werken dan ook niet door <strong>in</strong> de<br />

gemeten stroomsnelheid bij de looptijdverschilmet<strong>in</strong>g (voor verdere uitleg zie par. 7.3.2). Door<br />

<strong>in</strong> een kruis te meten bestaande uit twee diagonale meetlijnen, kan ook de strom<strong>in</strong>gsricht<strong>in</strong>g <strong>in</strong><br />

het meetvlak bepaald worden. Hierdoor wordt een zeer nauwkeurige met<strong>in</strong>g van de stroomsnelheid<br />

verkregen. Reden waarom ADM’s, ondanks de relatief hoge kosten, veel worden toegepast,<br />

<strong>in</strong> het bijzonder voor situaties waarbij de met<strong>in</strong>g onderdeel is van een f<strong>in</strong>anciële verreken<strong>in</strong>g<br />

vastgelegd <strong>in</strong> een waterakkoord.<br />

De akoestische debietmeetmethode is een methode, die zeer geschikt is voor het meten van de<br />

afvoer <strong>in</strong> één dom<strong>in</strong>ante richt<strong>in</strong>g of een afvoer die kan omkeren, zoals <strong>in</strong> getijdegebieden. Als de<br />

stroomricht<strong>in</strong>g (tijdelijk) tegengesteld is aan de gebruike lijke richt<strong>in</strong>g, worden ook deze nega-<br />

tieve afvoeren geregistreerd. ADM’s worden daardoor ook toegepast <strong>in</strong> getijde (beïnvloede) rivie-<br />

ren en voor kenterpuntdetectie bij uitlaatwerken op een getijde rivier.<br />

In gestuwde panden en bij langdurig lage stroomsnelheden worden <strong>in</strong> uitzonderlijke situaties<br />

soms twee diagonale meetkruizen toegepast om meer <strong>in</strong>formatie over het strom<strong>in</strong>gsprofiel te<br />

verkrijgen. Hierbij zitten de sensoren van één meetkruis aan de ene oever hoog en aan de andere<br />

oever lager en van het tweede meetkruis juist andersom. Hierdoor wordt ook <strong>in</strong>formatie over<br />

79


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

het verticale strom<strong>in</strong>gsprofiel verkregen. Dit wordt onder andere door Rijkswaterstaat toegepast<br />

<strong>in</strong> de Twenthekanalen, die zich kenmerken als gestuwd pand met heel lage stroomsnelheden.<br />

Belangrijk voordeel van de akoestische meetmethode is, dat de <strong>in</strong>formatie cont<strong>in</strong>u en nauw-<br />

keurig is over een groot bereik van stroomsnelheden, mits de snelheidsverdel<strong>in</strong>g <strong>in</strong> het verticale<br />

vlak logaritmisch is voor het gehele meetbereik. Daardoor is de methode breed toepasbaar.<br />

6.3.2 bepAlen STrOOmSnelheiD en DebieT<br />

Het meetpr<strong>in</strong>cipe van de akoestische debietmet<strong>in</strong>g staat beschreven <strong>in</strong> par. 7.3.2. Door de<br />

ADM wordt de gemiddelde stroomsnelheid op één diepte <strong>in</strong> de waterloop gemeten. Deze<br />

gemeten snelheid wordt door middel van een waterstandsafhankelijke factor omgerekend<br />

naar de gemiddelde snelheid over het hele doorstroomde oppervlak van de waterloop.<br />

Het debiet wordt bepaald als Q = v gem × A. Op het niveau van het meetkruis is de gemiddel de<br />

snelheid v gem over de breedte van de waterloop gemeten. Voor de bepal<strong>in</strong>g van de gemiddel de<br />

snelheid over het volledige dwarsprofiel, moet de gemeten snelheid worden vermenig vul-<br />

digd met een correctiefactor K omdat de gemeten snelheid vrijwel nooit de gemiddelde is<br />

(v gem = K × v). De waarde van K wordt voornamelijk bepaald door de meetkruishoogte, de<br />

geometrie van de waterloop en de bodemruwheid en dient door de leverancier van het meetsysteem<br />

te worden vastgesteld. De meetkruishoogte moet zodanig worden gekozen, dat de<br />

waarde van K tussen 0,9 en 1,1 ligt. Buiten dit traject is de gevoeligheid van k voor de bodemruwheid<br />

te groot. De K -factor wordt ook beïnvloed door de waterhoogte h. Bij grote variaties<br />

<strong>in</strong> waterstanden wordt daarom eventueel <strong>in</strong> meetkruizen op meerdere hoogten gemeten.<br />

De oppervlakte wordt bepaald door <strong>in</strong> de meetsectie een aantal dwarsprofielen op te meten<br />

en daaruit een gemiddeld dwarsprofiel te bepalen. De doorstroomde oppervlakte A wordt<br />

vanuit het gemiddelde dwarsprofiel afgeleid uit de gemeten waterstand ter plaatse van het<br />

meetkruis. Als de K-factor en juiste oppervlakte tabel <strong>in</strong>gegeven zijn is de ADM operationeel<br />

en levert direct betrouwbare meetwaarden.<br />

Figuur 6-3 pr<strong>in</strong>cipe K-FAcTOr bij meTen <strong>in</strong> een punT vAn De verTicAAl<br />

afstand boven bodem<br />

a<br />

b<br />

Ook <strong>in</strong>dien het verticale stroomprofiel afwijkt van een logaritmische verloop (zoals bij langdurige<br />

lage snelheden of w<strong>in</strong>d<strong>in</strong>vloed) is het nodig om een ADM niet met één meetkruis (één<br />

stel meetlijnen), maar met twee tot vier meetkruizen uit te rusten op verschillende hoogtes <strong>in</strong><br />

de waterkolom. Hiermee kan een afhankelijkheid van de onzekerheid van de K-factor beperkt<br />

worden.<br />

80<br />

v gem<br />

meetpunt a: K < 1<br />

meetpunt b: K > 1


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

verSTOr<strong>in</strong>g DOOr ScheepvAArT<br />

Een ADM keurt zijn gegevens af als niet voldoende signaal de overzijde bereikt. Bij passage van<br />

een schip wordt het signaal van de ADM geblokkeerd en dus afgekeurd, maar ook vlak na een<br />

passage wordt het signaal dusdanig geblokkeerd en verstrooid door de bellenbaan achter het<br />

schip dat het wordt afgekeurd. Scheepspassages zijn, als ze lang duren <strong>in</strong> de waarnem<strong>in</strong>gen,<br />

eenvoudig terug te zien als een tijdelijke onderbrek<strong>in</strong>g van de meetwaarden en soms door een<br />

kortstondige verhog<strong>in</strong>g van de dwarsstrom<strong>in</strong>g.<br />

FOTO 6-17 ADm genemuiDen, rijKSWATerSTAAT (FOTO: elSTer-<strong>in</strong>STrOmeT)<br />

6.3.3 OnnAuWKeurigheiD<br />

In de praktijk leveren de K-factor en het doorstroomoppervlak A de grootste bijdrage aan de<br />

onnauwkeurigheid van het debiet. De onnauwkeurigheid van het debiet bepaald met een<br />

ADM kan <strong>in</strong> geval van een gevalideerde meetopstell<strong>in</strong>g over een groot meetbereik (van lage<br />

tot hoge afvoeren) b<strong>in</strong>nen de 5% liggen. Met name het feit dat er langs één lijn wordt gemeten<br />

betekent dat de onnauwkeurigheid van de snelheidsmet<strong>in</strong>g vergelijkbaar is met die van een<br />

puntmet<strong>in</strong>g. De onnauwkeurigheid ligt dan tussen 6,5% en 8,2%, zie Tabel 8-1. Verder is de<br />

K-factor vrij ongevoelig voor meetfouten, zoals behandeld <strong>in</strong> paragraaf 8.6, maar resulteert<br />

wel <strong>in</strong> een extra fout tijdens de omreken<strong>in</strong>g van de gemeten snelheid naar het debiet. In de<br />

praktijk zijn de grenzen van de onnauwkeurigheid van een looptijdverschilmet<strong>in</strong>g 5% tot<br />

10%.<br />

Periodiek moet de meetsectie worden schoongemaakt (obsta kels, begroei<strong>in</strong>g e.d.), de niveau-<br />

meter worden gecontroleerd en <strong>in</strong>dien van toepass<strong>in</strong>g de peilbuis worden doorge spoeld.<br />

Wanneer <strong>in</strong> het telemetriesysteem een alarmer<strong>in</strong>g is <strong>in</strong>gebouwd, kan worden gewaarschuwd<br />

voor een slechte conditie van de meetlijn, die bijvoorbeeld wordt veroor zaakt door maaiafval<br />

of andere belemmer<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> de meetlijn. Als een bepaald percentage slechte met<strong>in</strong>gen voor<br />

langere tijd wordt overschreden, v<strong>in</strong>dt alarmer<strong>in</strong>g plaats.<br />

Daarnaast moet jaarlijks de hoogte -<strong>in</strong>stell<strong>in</strong>g van de niveaumeter worden gecontroleerd en,<br />

afhankelijk van de locatie, de transducenten schoongemaakt. Afhankelijk van de locatie moet<br />

op gezette tijden (ervar<strong>in</strong>gswaarde) worden nagegaan of de <strong>in</strong>gevoerde profielen nog overeenstemmen<br />

met de werkelijke situatie. Is dit niet het geval dan dienen zonodig ook de correc-<br />

81


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

tiefactoren te worden aangepast. Normaalgesproken gebeurd dit om de 3 jaar bij de locaties<br />

van regionale waterbeheerders. Rijkswaterstaat streeft naar een jaarlijkse controle van de<br />

profielen.<br />

6.3.4 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

Een akoestische debietmeetmethode vraagt om een waterstandsmet<strong>in</strong>g en een ADM:<br />

• Vlottermeter voor de waterstand ter plaatste<br />

• Still<strong>in</strong>g well met drukdoos<br />

• Rijkswaterstaat Digitale Nivometer DNM (vlottermeters)<br />

• ADM<br />

Het doorstroomoppervlak wordt vastgesteld door het uitvoeren van lod<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het gebied<br />

van de ADM of door het meten van het dwarsprofiel met een peilstok.<br />

6.3.5 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

Zoals gezegd is de akoestische debietmeetmethode een methode, die geschikt is voor het meten<br />

van afvoeren <strong>in</strong> twee richt<strong>in</strong>gen. Als de stroomricht<strong>in</strong>g tijdelijk tegengesteld is aan de gebruikelijke<br />

richt<strong>in</strong>g, worden ook deze negatieve afvoeren geregistreerd; ook dan dient de snelheidsverdel<strong>in</strong>g<br />

wel bij benader<strong>in</strong>g logaritmisch te zijn.<br />

Bij de keuze van de meetsectie zijn allereerst de plaatselijke omstandigheden van belang. Deze<br />

moeten zodanig zijn, dat de factoren die van <strong>in</strong>vloed zijn op de nauwkeurigheid, goed te bepalen<br />

zijn en niet variëren. Hierbij de volgende aandachtspunten:<br />

• aanwezigheid van bochten en/of stilliggende schepen: dit veroorzaakt een verstor<strong>in</strong>g van<br />

het homogene strom<strong>in</strong>gsprofiel;<br />

• een dichtheidsgradiënt <strong>in</strong> temperatuur en/of zoutgehalte: de meetsignalen l<strong>open</strong> dan niet<br />

recht uit maar met een boog naar de overzijde waardoor de met<strong>in</strong>g op een andere hoogte<br />

<strong>in</strong> de waterkolom plaats v<strong>in</strong>dt dan op de hoogte waarop de transducenten zijn gemonteerd.<br />

Hierdoor kan de correctiefactor K enigsz<strong>in</strong>s verl<strong>open</strong>. Dit kan door de leverancier<br />

verder gekwantificeerd worden. Normaal gesproken blijft de gevonden afwijk<strong>in</strong>g b<strong>in</strong>nen<br />

de nauwkeurigheidsgrenzen waarmee de K-factor kan worden bepaald. Een locatie met<br />

beperkte gradiënten hoeft dan niet te worden gemeden;<br />

• w<strong>in</strong>d<strong>in</strong>vloed op de vorm van het verticale strom<strong>in</strong>gsprofiel. Een locatie met w<strong>in</strong>d<strong>in</strong>vloed<br />

hoeft niet te worden vermeden. Wel moet de meetconfiguratie aangepast worden om de<br />

w<strong>in</strong>d <strong>in</strong>vloed op het meetresultaat te m<strong>in</strong>imaliseren. In deze gevallen zijn dan twee meetkruizen<br />

nodig. W<strong>in</strong>d<strong>in</strong>vloed treedt slechts op bij lange strijklengtes (1000 m waterloop <strong>in</strong><br />

dezelfde richt<strong>in</strong>g als de w<strong>in</strong>d);<br />

• <strong>in</strong>stabiel bodemprofiel;<br />

• kans op aanvar<strong>in</strong>g door schepen en maaiboten of mach<strong>in</strong>aal onderhoud van de oever.<br />

82


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Daarnaast is het van belang, dat de uitgezonden akoestische pulsen niet teveel verzwakt en/of<br />

vervormd de overkant van de waterloop bereiken. Verzwakk<strong>in</strong>g en/of vervorm<strong>in</strong>g kan worden<br />

veroorzaakt door:<br />

• lange meetlijnen;<br />

• hoog sedimentgehalte van het water bijvoorbeeld tijdens piekafvoeren <strong>in</strong> zandige beken.<br />

Overigens: de sedimentconcentratie neemt met de waterdiepte sterk toe en passerende bedd<strong>in</strong>gvormen<br />

kunnen het signaal tijdelijk blokkeren;<br />

• temperatuur- en/of zoutgradiënten: signalen kunnen zover worden afgebogen, dat ze naast<br />

de transducent aan de overkant terecht komen;<br />

• ijsvorm<strong>in</strong>g; bij een vastliggende ijslaag op het wateroppervlak verandert het strom<strong>in</strong>gsprofiel<br />

sterk door de afremm<strong>in</strong>g aan de bovenzijde. Hierdoor moet voor deze situatie de K-factor<br />

worden aangepast;<br />

• luchtbellen (riet) en/of sediment: veroorzaken demp<strong>in</strong>g of verstrooi<strong>in</strong>g van de pulsen;<br />

• plantengroei: <strong>in</strong> water ondieper dan 1 m kan makkelijk verstorende plantengroei (planten<br />

met <strong>in</strong>gesloten lucht) optreden. Plaats de ADM dus bij voorkeur <strong>in</strong> de schaduw om plantengroei<br />

te voorkomen (onder een brug of langs bomen op het zuiden);<br />

• stilliggende schepen of andere obstakels <strong>in</strong> de meetlijn: houden de signalen tegen;<br />

• <strong>in</strong>terferentie tussen rechtstreekse signalen en signalen gereflecteerd via het water opper vlak,<br />

de bodem of een grenslaag tussen twee lagen met verschillende dichtheid. Voor een bepaalde<br />

meetlijnlengte (L) is dus een m<strong>in</strong>imale afstand (a) tot de bodem c.q. water spiegel nodig. Deze<br />

verhoud<strong>in</strong>g is afhankelijk van de frequentie van de gebruikte transducent. Voor transducent-<br />

en met een frequentie van 200 kHz (geschikt voor meetlijn lengten tot circa 250 m) bedraagt<br />

deze bijvoor beeld: a ≈ L 1/2 /8,8. De waarde van a neemt af bij een hogere frequentie. Voor<br />

kle<strong>in</strong>ere meetlijnlengten (tot circa 80 m) kan daarom het gebruik van een transducent met<br />

een frequentie van 400 kHz eventueel een oploss<strong>in</strong>g bieden, waarbij a ≈ L1/2 /12,2.<br />

Bij de <strong>in</strong>stallatie van de meetopstell<strong>in</strong>g en de keuze van de meetsectie is altijd deskundig<br />

advies nodig om een voor de akoestische met<strong>in</strong>g geschikte locatie met stabiel strom<strong>in</strong>gsprofiel<br />

te selecteren. Het uitvoeren van stroomsnelheidsmet<strong>in</strong>gen is normaal gesproken niet<br />

nodig. De meetlocaties worden op basis van profiel, waterstand- en debietgegevens zodanig<br />

gekozen dat er een stabiel en bekend (te moduleren) strom<strong>in</strong>gsprofiel aanwezig is. De K-factor<br />

wordt bij de ADM bepaald uit een model dat o.a. reken<strong>in</strong>g houdt met de geometrie van de<br />

waterloop, bodem- en wandruwheden. Onderhoud t.a.v. de nauwkeurigheid van de meetresultaten<br />

betreft dan ook slechts het controleren of het profiel en ruwheid niet gewijzigd is.<br />

De reden dat Rijkswaterstaat niet standaard met ADM’s meet is:<br />

• Grote eenmalige <strong>in</strong>vester<strong>in</strong>g<br />

• Vrij <strong>in</strong>tensief onderhoud <strong>in</strong> de vorm van regelmatige terugkerende bodemprofielmet<strong>in</strong>gen<br />

• Meten slechts de afvoer dat door het zomerbed stroomt en missen dus de afvoer die bij<br />

hoogwater door het w<strong>in</strong>terbed gaat<br />

• Gevoelig voor grote hoeveelheden sediment dat vrijkomt tijdens een hoogwater<br />

De <strong>in</strong>itiële kosten van apparatuur en meetopstell<strong>in</strong>g zijn relatief hoog, maar het systeem is<br />

onderhoudsvriendelijk en de exploitatiekosten zijn laag.<br />

83


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.3.6 vOOrbeelDen<br />

Onderstaand een overzicht van <strong>in</strong> Nederlandse watergangen <strong>in</strong> gebruik zijnde ADM’s:<br />

TAbel 6-6 OverzichT ADm’S geplAATST TOT 2010<br />

watergang locatie waterbeheerder <strong>in</strong> gebruik vanaf<br />

reitdiep (2x) prov<strong>in</strong>ciale sluis Zoutkamp (2 meetkruizen) wS noorderzijlvest 1991<br />

Huns<strong>in</strong>gokanaal Huns<strong>in</strong>gosluis, Zoutkamp (meetkruis) wS noorderzijlvest 1999<br />

w<strong>in</strong>schoterdiep Zuidbroek wS Hunze en aa’s 1991<br />

westerwoldse aa Spuisluis nieuwe Statenzijl wS Hunze en aa’s 2003<br />

eemskanaal oude Zeesluis, delfzijl wS Hunze en aa’s 2006<br />

de l<strong>in</strong>de wolvega wS Friesland 2003<br />

overijsselse Vecht Hesselmullerbrug, ommen wS Velt en Vecht nov. 2001<br />

ommerkanaal ommen wS Velt en Vecht nov. 2001<br />

regge archem wS regge en d<strong>in</strong>kel 1990<br />

l<strong>in</strong>derbeek archem wS regge en d<strong>in</strong>kel 1990<br />

oude rijn (gld) kandia wS rijn en iJssel 2002<br />

ettenlangsch kanaal Vollenhove, a.F. Stro<strong>in</strong>kgemaal<br />

(2 meetkruizen)<br />

84<br />

wS reest en wieden 1996<br />

Vledder aa en wapserveense aa wapserveen (<strong>in</strong> elke waterloop 1 meetkruis) wS reest en wieden 2003<br />

Valleikanaal amersfoort bij stuw balladelaan (meetkruis) wS Vallei en eem 1985<br />

de eem eemdijk wS Vallei en eem 1990<br />

kromme rijn <strong>in</strong>laat wijk bij duurstede HH de Stichtse rijnlanden 1994<br />

kromme rijn amelisweerd HH de Stichtse rijnlanden 1994<br />

Utrechtse Vecht Utrecht waternet<br />

oude rijn (ZH) bodegraven Sluis HH van rijnland 1992<br />

gouwe gouda HH van rijnland 1998<br />

de l<strong>in</strong>ge gor<strong>in</strong>chem, Spuisluis kanaal van Steenenhoek wS rivierenland 1987<br />

kanaal van Steenenhoek Hard<strong>in</strong>xveld giessendam, kolffgemaal (2 meetkr.) wS rivierenland 1991<br />

overwaard Spuisluis, k<strong>in</strong>derdijk (meetkruis, kenterpunt) wS rivierenland 1986<br />

d<strong>in</strong>tel d<strong>in</strong>telsas wS brabantse delta 1988<br />

roosendaalse en Steenbergse Vliet bovensas wS brabantse delta 1988<br />

aa of weerijs oranjeboombrug, breda wS brabantse delta 2006<br />

Het merkske castelre (b) wS brabantse delta 2003<br />

molenleij breda wS brabantse delta 2001<br />

dieze engelen wS aa en maas 1983<br />

drongelens kanaal waalwijk wS aa en maas 1988<br />

aa den bosch, oosterplas wS aa en maas 2003<br />

de dommel e<strong>in</strong>dhoven, geneperparken wS de dommel 2008<br />

de dommel St. oedenrode wS de dommel 2009<br />

de dommel borkel en Schaft wS de dommel 2009<br />

de dommel den bosch, bossche broek wS de dommel 1990<br />

nieuwe leij goirle, Vloeder Zuid wS de dommel 2005<br />

groote beerze westelbeers Scheperburg wS de dommel 2005<br />

keersop dommelen, keersoppermolen wS de dommel 2007<br />

tongelreep achel, kluizerbrug wS de dommel 1997<br />

tongelreep e<strong>in</strong>dhoven wS de dommel 2008<br />

Voorste Stroom oisterwijk wS de dommel 2009<br />

Verb<strong>in</strong>d<strong>in</strong>gskanaal beekse bergen Hilvarenbeek wS de dommel 2009<br />

noordervaart nederweert wS peel en maasvallei 1999


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

watergang locatie waterbeheerder <strong>in</strong> gebruik vanaf<br />

groote molenbeek mierlo wS peel en maasvallei 1996<br />

Hambeek Hambeek, roermond wS roer en overmaas 1993<br />

amsterdam-rijnkanaal weesp rijkswaterstaat 1978<br />

amsterdam rijnkanaal maarssen rijkswaterstaat 1991<br />

amsterdam-rijnkanaal wijk bij duurstede rijkswaterstaat 1995<br />

oude rijn doorslag, Uitlaat<br />

amsterdam rijn kanaal<br />

rijkswaterstaat 1993<br />

Julianakanaal bunde rijkswaterstaat 1978<br />

neder rijn driel rijkswaterstaat 1978<br />

lekkanaal nieuwege<strong>in</strong> rijkswaterstaat 1988<br />

lek Hagenste<strong>in</strong> rijkswaterstaat 1978<br />

Zuid-willemsvaart loozen rijkswaterstaat 1979<br />

Zuid-willemsvaart maastricht / Smeermaas rijkswaterstaat 1979<br />

maas megen rijkswaterstaat 1989<br />

maas maastricht St. pieter 2 meetkruizen rijkswaterstaat 1991<br />

maas Venlo 2 meetkruizen rijkswaterstaat 1996<br />

Hollandsdiep Spuisluizen, Volkerak 2x 2 meetkruizen rijkswaterstaat 1990<br />

bathse Spuikanaal bath rijkswaterstaat 1988<br />

Zuid-willemsvaart Someren, Sluis13 rijkswaterstaat 2003<br />

de noord alblasserdam rijkswaterstaat 1990<br />

dordsche kil wieldrecht, dordrecht rijkswaterstaat 1990<br />

oude maas Spijkenisse brug rijkswaterstaat 1990<br />

meppelerdiep Zwartsluis rijkswaterstaat 2000<br />

Zwarte water genemuiden rijkswaterstaat 2008<br />

twente kanalen almen (dubbel meetkruis) rijkswaterstaat 1995<br />

twente kanalen markelo (dubbel meetkruis) rijkswaterstaat 1995<br />

85


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-18 ADm vechT bij Ommen (FOTO: elSTer-<strong>in</strong>STrOmeT)<br />

FOTO 6-19 ADm KeerSOppermOlen, WS De DOmmel (FOTO: elSTer-<strong>in</strong>STrOmeT)<br />

86


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-20 ADm prOv<strong>in</strong>ciAle SluiS zOuTKAmp (FOTO: WS nOOrDerzijlveST)<br />

FOTO 6-21 ADm De l<strong>in</strong>De, WS FrySlân (FOTO: elSTer-<strong>in</strong>STrOmeT)<br />

6.3.7 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaard die betrekk<strong>in</strong>g heeft op de looptijdverschilmethode is de volgende:<br />

• ISO 6416: Measurement of discharge by the ultrasonic (acoustic) method<br />

87


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.4 SnelheiDSmeT<strong>in</strong>g/DOpplermeT<strong>in</strong>g<br />

6.4.1 <strong>in</strong>leiD<strong>in</strong>g<br />

Het bepalen van de stroomsnelheid <strong>in</strong> een waterloop kan door geluidsgolven uit te zenden<br />

en het door de snelheid van <strong>in</strong> het water zwevende deeltjes ontstane Dopplereffect te meten,<br />

dan wel door een geleider (water) <strong>in</strong> een magnetische veld te bewegen en het daaruit ontstane<br />

potentiaalverschil te meten. De eerste methode staat bekent als de Acoustic Doppler Current<br />

Profiler (ADCP)-methode en de tweede als de elektromagnetische methode. Daarnaast bestaat<br />

er ook een variant met radar (radiogolven): de Doppler radar snelheidsmet<strong>in</strong>g.<br />

Elektromagnetische meetmethoden als cont<strong>in</strong>ue debietmeetmethode voor <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

worden <strong>in</strong> Nederland nog niet toegepast. De methode wordt <strong>in</strong> de permanente opstell<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> Engeland toegepast <strong>in</strong> waterl<strong>open</strong> met hardnekkige groei van bodemvegetatie, hoge sedimentgehaltes<br />

en/of <strong>in</strong>stabiele bodemligg<strong>in</strong>g. De methode is bijzonder geschikt voor toepass<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> ondiepe wateren en/of zeer lage stroomsnelheden. De toepass<strong>in</strong>g van de elektromagnetische<br />

methode als onderdeel van veldcalibraties staat beschreven <strong>in</strong> par. 5.5.<br />

In een permanente opstell<strong>in</strong>g kan een ADCP op drie manieren worden opgesteld:<br />

• horizontaal dwars op de waterloop (niet toegepast <strong>in</strong> Nederland)<br />

• horizontaal aan één zijde van de waterloop (H-ADCP)<br />

• verticaal gericht vanaf de bodem (bodem-ADCP)<br />

Dit hoofdstuk beschrijft de toepass<strong>in</strong>g van de H-ADCP en de bodem-ADCP. De toepass<strong>in</strong>g van<br />

benedenwaarts gerichte ADCP’s voor <strong>in</strong>cidentele met<strong>in</strong>gen is beschreven <strong>in</strong> par. 5.1 respectievelijk<br />

par. 5.2 en voor het gebruik bij veldcalibraties <strong>in</strong> par. 5.5. Het meetpr<strong>in</strong>cipe staat<br />

beschreven <strong>in</strong> par. 7.3.3.<br />

De toepass<strong>in</strong>g van de Dopplersnelheidsmet<strong>in</strong>g met behulp van radar staat beschreven aan het<br />

e<strong>in</strong>d van deze sectie <strong>in</strong> par. 6.4.8.<br />

6.4.2 bepAlen STrOOmSnelheiD en DebieT<br />

Het meetpr<strong>in</strong>cipe van de ADCP berust op het meten van de Dopplerverschuiv<strong>in</strong>g. Het <strong>in</strong>strument<br />

zendt een puls uit met een vaste frequentie, die gereflecteerd worden door de deeltjes<br />

<strong>in</strong> het water. Door de beweg<strong>in</strong>g van de deeltjes ten opzichte van de ADCP ontstaat er een frequentieverander<strong>in</strong>g<br />

(Dopplerverschuiv<strong>in</strong>g). Deze frequentieverander<strong>in</strong>g is een maat voor de<br />

snelheid van het water. Met vier bundels is het <strong>in</strong>strument <strong>in</strong> staat om stroomsnelheid en<br />

–richt<strong>in</strong>g te bepalen. Drie bundels zijn nodig om de drie vector componenten van de waterbeweg<strong>in</strong>g<br />

te bepalen. De vierde levert een tweede verticale vectorcomponent die het apparaat<br />

gebruikt voor controle van de data-<strong>in</strong>tegriteit.<br />

Een bodem-ADCP meet vanaf de bodem van de waterloop tot het wateroppervlak en bepaalt<br />

<strong>in</strong> verticale secties het snelheidsprofiel over de verticaal, dat vervolgens moet worden omgerekend<br />

naar een debiet. De met<strong>in</strong>g is vergelijkbaar met de verticale ADCP met<strong>in</strong>g bij de mov<strong>in</strong>gboat<br />

methode (zie par. 5.2.1). Niet het gehele doorstroomprofiel wordt gemeten, met name<br />

aan de bodem niet.<br />

Een horizontale opstell<strong>in</strong>g meet vanaf één zijde over dat deel van de waterloop dat zich <strong>in</strong><br />

de straalkegel bev<strong>in</strong>dt, voordat de straal de overkant bereikt. De straalkegel dient dus gericht<br />

te zijn op dat deel van de doorsnede waar gemiddelde stroomsnelheidcondities heersen. Bij<br />

variatie van de waterdiepte kan de diepte waarop de gemiddelde snelheid heerst, variëren.<br />

88


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Het kan dan nodig zijn de omzett<strong>in</strong>g van gemeten snelheid naar gemiddelde snelheid <strong>in</strong> het<br />

dwarsprofiel te bepalen met een afgeregelde K-factor, zie paragraaf 6.3.2.<br />

Een ADCP meet tevens de waterstand en zet deze waarde om naar een oppervlaktewaarde<br />

volgens een voorgeprogrammeerde waterstands-doorstroomoppervlakte relatie. De uit de<br />

met<strong>in</strong>g berekende gemiddelde stroomsnelheid en de oppervlaktewaarde leveren het debiet.<br />

6.4.3 OnnAuWKeurigheiD<br />

De onnauwkeurigheid van een met<strong>in</strong>g met een H-ADCP of een bodem ADCP wordt vooral<br />

bepaald door:<br />

• de omreken<strong>in</strong>g van gemeten snelheid naar gemiddelde snelheid. Bij grotere waterstandsvariaties<br />

wordt de <strong>in</strong>dexer<strong>in</strong>g methode m<strong>in</strong>der bruikbaar;<br />

• de omreken<strong>in</strong>g van waterstand naar oppervlakte.<br />

Bij <strong>in</strong>bedrijfstell<strong>in</strong>g is een controlemet<strong>in</strong>g nodig (meerdere controle met<strong>in</strong>gen kunnen nodig<br />

zijn als er zich verschillende afvoersituaties voordoen). Met het resultaat van deze met<strong>in</strong>g kunnen<br />

de parameters voor het bepalen van het debiet <strong>in</strong> de software van de ADCP worden aangepast.<br />

Aan het Dopplerverschil bepaald door het <strong>in</strong>strument zelf valt niets te calibreren. Bij een<br />

goed voorbereide calibratie met<strong>in</strong>g kan het debiet b<strong>in</strong>nen 5% nauwkeurig worden gemeten.<br />

Tijdens operationeel bedrijf ligt de nauwkeurigheid tussen de 5% en 10% gezien de gevoeligheid<br />

van de met<strong>in</strong>g voor omgev<strong>in</strong>gsparameters (zie ISO 15769 en paragraaf 6.4.5).<br />

Als gevolg van wijzig<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het verticale en/of horizontale zwevende stofprofiel na de controle-<br />

met<strong>in</strong>g ontstaan gewijzigde meetwaarden. Hierdoor zijn frequent controle met<strong>in</strong>gen nodig<br />

onder diverse omstandigheden.<br />

Tweejaarlijks moet de ADCP opnieuw worden gecontroleerd en gecalibreerd en moet de meetsectie<br />

worden schoongemaakt (obsta kels, begroei<strong>in</strong>g e.d.).<br />

6.4.4 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

De geschikte <strong>in</strong>strumenten zijn:<br />

• een H-ADCP voor horizontale plaats<strong>in</strong>g<br />

• een ADCP speciaal geschikt voor bodem plaats<strong>in</strong>g<br />

• <strong>in</strong>gebouwde druksensor, naar boven of beneden gerichte ultrageluidsensor +/- 0,5 %<br />

Het doorstroomoppervlak wordt vastgesteld door het uitvoeren van lod<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het profiel<br />

waar<strong>in</strong> de ADCP meet.<br />

6.4.5 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

Voor alle ADCP’s geldt dat deze reflectie nodig hebben om goed te kunnen functioneren. Het<br />

water moet dus deeltjes en/of luchtbellen bevatten. In heel schoon/helder water functioneren<br />

ADCP’s niet of m<strong>in</strong>der goed. Bij veel luchtbellen overigens ook niet, bijvoorbeeld achter een<br />

stuw. Verder heeft een ADCP-met<strong>in</strong>g ook h<strong>in</strong>der van plantengroei.<br />

Snelheid van geluid <strong>in</strong> water varieert met de dichtheid, die een functie is van de temperatuur<br />

en het zoutgehalte. Bij sterke variatie van temperatuur en zoutgehalte (<strong>in</strong> tijd en/of <strong>in</strong> waarde)<br />

kan het nodig zijn deze apart te meten en te correleren met de gemeten data van de ADCP.<br />

Voor cont<strong>in</strong>ue ADCP’s geldt <strong>in</strong> het algemeen:<br />

• De straalbreedte is de spreid<strong>in</strong>g van de straalkegel rond de as van de kegel en wordt beïnvloed<br />

door de geluidsfrequentie en diameter van de transmitter. Een nauwe kegel heeft<br />

89


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

een lagere hoekfout met m<strong>in</strong>der bereik, maar wel met een verdere reikwijdte. Een brede<br />

straalkegel is meer geschikt bij een niet uniforme snelheidsverdel<strong>in</strong>g.<br />

• Een lagere geluidsfrequentie komt doorgaans verder, maar vereist een grotere trans ducent<br />

bij een gegeven breedte van de straalkegel.<br />

• Met<strong>in</strong>g dient plaats te v<strong>in</strong>den <strong>in</strong> regelmatig strom<strong>in</strong>gspatroon, dus <strong>in</strong> een lange regelmatige<br />

sectie met een uniform dwarsprofiel. Bij voorkeur plaats<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een hard profiel.<br />

• In versnellende strom<strong>in</strong>g kan de snelheid van deeltjes <strong>in</strong> het water afwijken van de watersnelheid.<br />

Bij de H-ADCP wordt aangenomen dat deeltjes zich met dezelfde snelheid en<br />

richt<strong>in</strong>g voortbewegen als de waterdeeltjes. Dit is echter alleen geldig bij stationaire<br />

strom<strong>in</strong>g. Bij turbulentie en golven etc. gaat de virtuele massa meespelen van een deeltje<br />

waardoor het betreffende deeltje zich sneller of langzamer beweegt t.o.v. de waterdeeltjes<br />

<strong>in</strong> zijn omgev<strong>in</strong>g. Deeltjes met een ander soortelijk gewicht dan water zoals zand en<br />

luchtbellen (b.v. door scheepvaart, cavitatie van brugpijlers) zullen zich altijd met een<br />

andere snelheid voortbewegen.<br />

• De snelheidsbepal<strong>in</strong>g van de ADCP is direct afhankelijk van de heersende geluidssnelheid<br />

<strong>in</strong> water (zie par. 7.3.3) Hiertoe is de H-ADCP uitgerust met een temperatuursensor die<br />

de temperatuur ter plaatse meet en uit een tabel de geluidssnelheid bepaald. De nauwkeurigheid<br />

van de toegepaste temperatuursensoren is ±0,1 tot ±0,4 °C. Dit levert bij een<br />

watertemperatuur van 10°C een fout <strong>in</strong> de snelheidsmet<strong>in</strong>g op van resp. ±0,03 tot ±0,1%.<br />

Verder is er het verschil <strong>in</strong> temperatuur tussen de plaats van de H-ADCP en de meetcel.<br />

Een verschil van 2 graden tussen de positie waar de H-ADCP is opgesteld en de positie<br />

van de meetcel geeft een fout van 0,56%. Verschil <strong>in</strong> sal<strong>in</strong>iteit wordt niet gecompenseerd.<br />

Een sal<strong>in</strong>iteitswijzig<strong>in</strong>g van 5‰ geeft een fout van 0,4% bij een watertemperatuur van<br />

10°C (zie Tabel 6-7).<br />

TAbel 6-7 geluiDSSnelheiD <strong>in</strong> WATer <strong>in</strong> m/S AlS FuncTie vAn TemperATuur en SAl<strong>in</strong>iTeiT bij een luchTDruK vAn 100 KpA (brOn: liT.35)<br />

Temperatuur Sal<strong>in</strong>iteit ‰<br />

° c 0 5 10 15 20 25 30 35<br />

0.0 1402.4 1409.0 1415.7 1422.4 1429.0 1435.7 1442.4 1449.1<br />

5.0 1426.1 1432.4 1438.8 1445.2 1451.5 1457.9 1464.3 1470.6<br />

10.0 1447.2 1453.3 1459.3 1465.4 1471.5 1477.6 1483.7 1489.8<br />

15.0 1465.9 1471.7 1477.5 1483.3 1489.2 1495.0 1500.8 1506.7<br />

20.0 1482.3 1487.9 1493.5 1499.1 1504.7 1510.2 1515.8 1521.5<br />

25.0 1496.7 1502.1 1507.4 1512.8 1518.2 1523.5 1528.9 1534.3<br />

30.0 1509.1 1514.3 1519.5 1524.6 1529.8 1535.0 1540.2 1545.4<br />

35.0 1519.8 1524.8 1529.8 1534.8 1539.9 1544.9 1549.9 1555.0<br />

40.0 1528.9 1533.7 1538.6 1543.5 1548.4 1553.3 1558.2 1563.1<br />

• De met<strong>in</strong>g is hierdoor slechts beperkt gecompenseerd voor verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> de geluidssnelheid.<br />

Een verschil <strong>in</strong> temperatuur tussen de opstelplaats van de cont<strong>in</strong>ue ADCP en b.v.<br />

het midden van de waterloop levert een afwijk<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de snelheidswaarde op.<br />

• Bij de aanwezigheid van dichtheidsgradiënten treedt er afbuig<strong>in</strong>g van het akoestische<br />

signaal op waardoor niet bekend is vanwaar uit de waterloop het signaal (dat de<br />

Dopplerverschuiv<strong>in</strong>g bevat) terugkomt bij de ADCP. Dit levert een extra onzekerheid op<br />

t.a.v. de <strong>in</strong>gestelde / bepaalde calibratie factor.<br />

• Dwarsprofiel van de meetraai dient schoon te zijn; evenzo direct bovenstrooms van de<br />

meetraai. Bij dichte begroei<strong>in</strong>g zoals riet werkt de met<strong>in</strong>g niet.<br />

90


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

• Gangbaar meetbereik: 0,05 – 5 m/s. Bij lage stroomsnelheden is er geen relatie tussen de<br />

gereflecteerde signalen uit de cellen van de verschillende bundels. Een comb<strong>in</strong>atie van<br />

deze reflectie <strong>in</strong>formatie tot een gemiddelde snelheid levert dan grote afwijk<strong>in</strong>gen op.<br />

• Geschikt voor strom<strong>in</strong>g <strong>in</strong> beide richt<strong>in</strong>gen.<br />

• Verstor<strong>in</strong>g door scheepvaart. De meetwaarden van een H-ADCP of een bodem-ADCP<br />

worden beïnvloed door de passage van schepen daar deze, zelf en met de bellenbaan en<br />

het opgewervelde sediment, voor extra reflectiesignaal zorgen. Scheepspassages zijn <strong>in</strong><br />

de waarnem<strong>in</strong>gen eenvoudig terug te v<strong>in</strong>den als een tijdelijke verhog<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de reflectiesterkte.<br />

De verhog<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de reflectiesterkte blijft nog m<strong>in</strong>uten lang aanwezig na passage<br />

van een schip door turbulentie en sediment <strong>in</strong> het water. Als er veel scheepvaartverkeer is<br />

en de data gefilterd zou worden op reflectiesterkte zou te veel bruikbare data kunnen verloren<br />

gaan. Scheepspassages gaan ook gepaard met een verhog<strong>in</strong>g van de dwarsstrom<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> de watergang. Mogelijke remedie is om de scheepspassages uit te filteren op basis van<br />

de verhog<strong>in</strong>g van deze dwarscomponent.<br />

• De snelheidswaarde wordt beïnvloed door de hogere reflectie sterkte uit het onderste deel<br />

van het snelheidsprofiel als er bij hogere snelheden een verhoogde concentratie opgelost<br />

sediment aanwezig is <strong>in</strong> het onderste deel van de waterloop of als er door passerende<br />

schepen sediment wordt opgewoeld.<br />

Voor bodem ADCP’s geldt daarnaast:<br />

• Geschikt voor smalle waterl<strong>open</strong> tot 5 m breed, waterdiepte < 2 m, m<strong>in</strong>imum waterdiepte<br />

0,20 m.<br />

• Alleen toepassen bij hoge stroomsnelheden.<br />

• Plaats<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de bodem onder de waterlaag, doorgaans <strong>in</strong> het midden van de waterloop,<br />

waarbij de straalkegel de uite<strong>in</strong>den bereikt.<br />

• Geen signaler<strong>in</strong>g nabij de bodem. Als de waterdiepte relatief laag is kan de hoek tussen de<br />

straalkegel en de bodem worden verkle<strong>in</strong>d.<br />

• Obstructie van de strom<strong>in</strong>g door de bodemsensor; verzand<strong>in</strong>g kan echt probleem worden.<br />

• Reflectie door oeverranden vermijden.<br />

Voor H-ADCP’s geldt:<br />

• M<strong>in</strong>imale waterdiepte: 0,5 m boven en 0,5 m onder het <strong>in</strong>strument; bij iedere 20 m<br />

meetafstand 1 m waterdiepte vereist.<br />

• Met<strong>in</strong>g over de gehele breedte is technisch niet mogelijk vanwege zijwand reflecties.<br />

Hiervoor moet een locatie-afhankelijke correctie worden uitgevoerd.<br />

• Er moet gecontroleerd worden of zijlobben geen extra reflecties geven die het meetresultaat<br />

beïnvloeden.<br />

• Alert zijn op situaties dat het waterpeil stijgt tot buiten het bereik van de straal van de<br />

transducent, eventueel ADCP mee laten stijgen met de waterstand.<br />

• M<strong>in</strong>der geschikt <strong>in</strong> nauwe watergangen met een asymmetrische bodem.<br />

• Plaats<strong>in</strong>g van de sensor geschiedt <strong>in</strong> de oeverwand.<br />

91


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.4.6 vOOrbeelDen<br />

Onderstaand een overzicht van <strong>in</strong> Nederlandse watergangen vast opgestelde H-ADCP’s en<br />

bodem ADCP’s:<br />

TAbel 6-8 OverzichT OpgeSTelDe ADcp’S vOOr cOnT<strong>in</strong>ue meT<strong>in</strong>g TOT 2010<br />

watergang type locatie waterbeheerder <strong>in</strong> gebruik vanaf<br />

Uitstroom spui- en maalcomplex de<br />

drie delfzijlen<br />

92<br />

H-adcp beweegbaar delfzijl wS noorderzijlvest 2009<br />

oostermoerse Vaart H-adcp de groeve wS Hunze en aa’s 2007<br />

gasterense diep H-adcp gasteren wS Hunze en aa’s 2007<br />

afwater<strong>in</strong>gskanaal H-adcp ane (gramsbergen) wS Velt en Vecht 2005<br />

overijsselse Vecht H-adcp de Haandrik wS Velt en Vecht 2007<br />

kanaal coevorden-alte picardie H-adcp coevorden wS Velt en Vecht 2007<br />

Hoogeveense Vaart H-adcp Veenoord wS Velt en Vecht 2007<br />

kanaal almelo-de Haandrik H-adcp mariënberg wS Velt en Vecht 2007<br />

d<strong>in</strong>kel H-adcp beweegbaar 2 locaties ter hoogte van de lutte wS regge en d<strong>in</strong>kel 2001<br />

bornsebeek H-adcp wS regge en d<strong>in</strong>kel 2007<br />

Flere<strong>in</strong>germolenbeek H-adcp wS regge en d<strong>in</strong>kel 2007<br />

broekhuizerwater H-adcp bevermeer wS rijn en iJssel 2005<br />

diverse H-adcp 7 locaties wS rijn en iJssel 2009<br />

FOTO 6-22 beWeegbAre h-ADcp <strong>in</strong> De D<strong>in</strong>Kel (FOTO’S: WS regge en D<strong>in</strong>Kel)


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-23 h-ADcp <strong>in</strong> OnDerhOuDSpOSiTie OpgeSTelD Op een verSchuiFbAAr FrAme, <strong>in</strong>STelbAAr Op TWee meeThOOgTen. lOcATie Ane, WS velT en<br />

vechT (FOTO: jOS SneeK)<br />

FOTO 6-24 zelFDe OpSTell<strong>in</strong>g bij hOOgWATer (FOTO: jOS SneeK)<br />

6.4.7 iSO-STAnDAArDen<br />

De ISO-standaard die betrekk<strong>in</strong>g heeft op horizontale (H-ADCP) en verticale (“bed mounted”)<br />

Doppler stroomsnelheidsmeters, is de volgende:<br />

• ISO 15769 Guidel<strong>in</strong>es for the application of acoustic velocity meters us<strong>in</strong>g Doppler and<br />

echo correlation methods<br />

93


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.5.8 DOpplerrADArSnelheiDSmeT<strong>in</strong>g<br />

De Dopplerradarmet<strong>in</strong>g van de stroomsnelheid berust op de met<strong>in</strong>g van de dopplerverschuiv<strong>in</strong>g<br />

van de echo van radiogolven die optreedt als gevolg van de beweg<strong>in</strong>g van het wateroppervlak.<br />

De radarzender stuurt radiogolven naar het wateroppervlak die als gevolg van de waterbeweg<strong>in</strong>g<br />

terugkomen met een andere frequentie. Door de frequentie van het uitgezonden<br />

signaal te vergelijken met de frequentie van het ontvangen signaal, ontstaat er een maat voor<br />

de beweg<strong>in</strong>g van het wateroppervlak.<br />

Omdat alleen de stroomsnelheid van het wateroppervlak wordt gemeten is deze methode<br />

alleen geschikt voor met<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een rechthoekig of cirkelvormig profiel met uniforme strom<strong>in</strong>g.<br />

De sensor wordt boven het wateroppervlak opgesteld tot een hoogte van maximaal<br />

1,5 m. Voor de bepal<strong>in</strong>g van het doorstroomoppervlak is de met<strong>in</strong>g van de waterhoogte noodzakelijk.<br />

Deze kan met dezelfde opstell<strong>in</strong>g worden gemeten <strong>in</strong> de vorm van een akoestische<br />

niveaumet<strong>in</strong>g.<br />

De onnauwkeurigheid van de radar snelheidsmet<strong>in</strong>g bedraagt circa 0,5 % met een meetbereik<br />

van 0,23 tot 6,1 m/s. De onnauwkeurigheid van de debietmet<strong>in</strong>g bedraagt circa 5%<br />

voor met<strong>in</strong>g <strong>in</strong> een profiel met uniforme strom<strong>in</strong>g. De onnauwkeurigheid van de akoestische<br />

niveaumet<strong>in</strong>g is circa 1%.<br />

De met<strong>in</strong>g is toepasbaar <strong>in</strong> ondiepe kanalen met een zeer laag waterniveau en is mogelijk<br />

tot hoge snelheden. De montage is relatief eenvoudig en er is we<strong>in</strong>ig onderhoud vereist. Een<br />

zichtbare ophang<strong>in</strong>g is gevoelig voor vandalisme.<br />

De Dopplerradarmet<strong>in</strong>g werkt pas bij hoge snelheden stroomsnelheden en wordt <strong>in</strong> Neder-<br />

land we<strong>in</strong>ig toegepast. Bij snelstromende wateren is het een methode om contactloos debieten<br />

te meten. De methode is m<strong>in</strong>der geschikt voor <strong>in</strong>cidenteel traag stromend en stilstaand<br />

water.<br />

FOTO 6-25 DOpplerrADAr SnelheiDSmeT<strong>in</strong>g bij De l<strong>in</strong>ge-<strong>in</strong>lAAT Te DOOrnenburg (FOTO’S: FlOW-TrOnic)<br />

94


oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.5 Relatie debiet en waterstand<br />

6.5 Relatie debiet en waterstand<br />

6.5 relATie DebieT en WATerSTAnD<br />

6.5.1 Inleid<strong>in</strong>g<br />

6.5.1 <strong>in</strong>leiD<strong>in</strong>g Inleid<strong>in</strong>g<br />

In de praktijk In de praktijk is het is vaak het vaak niet niet mogelijk mogelijk de de afvoer van van een een waterloop waterloop cont<strong>in</strong>u cont<strong>in</strong>u te meten. te meten. Om Om<br />

In de praktijk is het vaak niet mogelijk de afvoer van een waterloop cont<strong>in</strong>u te meten. Om<br />

cont<strong>in</strong>ue cont<strong>in</strong>ue afvoergegevens afvoergegevens te krijgen, te krijgen, wordt wordt daarom daarom de de waterstand cont<strong>in</strong>u cont<strong>in</strong>u geregistreerd, geregistreerd, waar- waaruit<br />

cont<strong>in</strong>ue afvoergegevens te krijgen, wordt daarom de waterstand cont<strong>in</strong>u geregistreerd, waaruit<br />

aan de hand uit aan van de een hand afvoerrelatie van een afvoerrelatie de bijbehorende de bijbehorende afvoeren afvoeren kunnen kunnen worden worden bepaald. De relatie<br />

aan de hand van een afvoerrelatie de bijbehorende afvoeren kunnen worden bepaald. De relatie<br />

van afvoer relatie Q van versus afvoer Q waterstand versus waterstand h wordt h wordt <strong>in</strong> het <strong>in</strong> het algemeen opgesteld opgesteld voor voor een bepaalde een bepaalde<br />

van afvoer Q versus waterstand h wordt <strong>in</strong> het algemeen opgesteld voor een bepaalde<br />

meetlocatie meetlocatie van een van waterloop. een waterloop. De karakteristieken De karakteristieken van van de meetlocatie worden worden bepaald bepaald door door de<br />

meetlocatie van een waterloop. De karakteristieken van de meetlocatie worden bepaald door de<br />

geometrie de geometrie van de van dwarsdoorsnede de dwarsdoorsnede en en gewoonlijk gewoonlijk door de de eigenschappen eigenschappen van de van rivier de rivier<br />

geometrie van de dwarsdoorsnede en gewoonlijk door de eigenschappen van de rivier<br />

benedenstrooms benedenstrooms van de van meetlocatie. de meetlocatie. Dit Dit hoofdstuk hoofdstuk gaat gaat speciaal over afvoerrelaties van van beken beken en<br />

benedenstrooms van de meetlocatie. Dit hoofdstuk gaat speciaal over afvoerrelaties van beken en<br />

rivieren en rivieren dus niet en over dus niet afvoerrelaties over afvoerrelaties van meetstuwen van meetstuwen of meetgoten.<br />

of meetgoten.<br />

rivieren en dus niet over afvoerrelaties van meetstuwen of meetgoten.<br />

Kwalitatief Kwalitatief goede en goede onderl<strong>in</strong>g en onderl<strong>in</strong>g goed goed afgestemde afgestemde Qh-relaties vormen vormen de basis de basis voor het voor gebruik het gebruik<br />

Kwalitatief goede en onderl<strong>in</strong>g goed afgestemde Qh-relaties vormen de basis voor het gebruik<br />

van afvoerreeksen van afvoerreeksen <strong>in</strong> waterbeweg<strong>in</strong>gsmodellen <strong>in</strong> waterbeweg<strong>in</strong>gsmodel len (SOBEK, Mike Mike 11 11 en en WAQUA) WAQUA) en bij en hoogwater- bij hoogwater-<br />

van afvoerreeksen <strong>in</strong> waterbeweg<strong>in</strong>gsmodellen (SOBEK, Mike 11 en WAQUA) en bij hoogwatervoorspell<strong>in</strong>g.voorspell<strong>in</strong>g.<br />

Ook worden Ook worden modellen modellen gebruikt gebruikt om om op op basis van van goed goed bepaalde bepaalde Qh-relaties, Qh-relaties, voor voor<br />

voorspell<strong>in</strong>g. Ook worden modellen gebruikt om op basis van goed bepaalde Qh-relaties, voor<br />

andere locaties andere locaties Qh-relaties Qh-relaties op te op stellen. te stellen.<br />

andere locaties Qh-relaties op te stellen.<br />

Zo worden Zo worden onze grote onze grote rivieren rivieren waterstand-afvoerrelaties toegepast toegepast voor voor de Maas de Maas en de en Rijn de Rijn<br />

Zo worden onze grote rivieren waterstand-afvoerrelaties toegepast voor de Maas en de Rijn<br />

uitgaande uitgaande van onder van onder andere andere meetlocaties meetlocaties als als Borgharen Dorp (Maas) (Maas) en Lobith en Lobith (Rijn). (Rijn). Bij een Bij een<br />

uitgaande van onder andere meetlocaties als Borgharen Dorp (Maas) en Lobith (Rijn). Bij een<br />

bepaalde bepaalde waarde waarde voor de voor afvoer de afvoer behoort behoort een een bepaalde waterstand te te Borgharen Borgharen respectieve- respectievelijk<br />

bepaalde waarde voor de afvoer behoort een bepaalde waterstand te Borgharen respectievelijk<br />

Lobith. Dit lijk verband, Lobith. Dit de verband, afvoerkromme de afvoerkromme of Qh-relatie, of Qh-relatie, wordt wordt periodiek periodiek herzien aan aan de de hand hand van<br />

Lobith. Dit verband, de afvoerkromme of Qh-relatie, wordt periodiek herzien aan de hand van<br />

resultaten van van resultaten afvoermet<strong>in</strong>gen. van afvoermet<strong>in</strong>gen. Verbanden Verbanden tussen tussen de waterstanden de waterstanden van van deze meetlocaties<br />

meetlocaties met<br />

resultaten van afvoermet<strong>in</strong>gen. Verbanden tussen de waterstanden van deze meetlocaties met<br />

waterstanden met waterstanden op benedenstrooms op benedenstrooms gelegen gelegen locaties locaties staan staan bekend bekend als als betrekk<strong>in</strong>gslijnen (h-h<br />

waterstanden op benedenstrooms gelegen locaties staan bekend als betrekk<strong>in</strong>gslijnen (h-h<br />

relaties). (h-h Deze relaties). verbanden Deze verbanden worden voor worden de voor grote de grote rivieren rivieren iedere iedere tien tien jaar jaar herzien. herzien.<br />

relaties). Deze verbanden worden voor de grote rivieren iedere tien jaar herzien.<br />

Bij de bepal<strong>in</strong>g Bij de bepal<strong>in</strong>g van zeer van hoge zeer hoge waarden waarden (nog (nog nooit nooit waargenomen) voor zowel zowel de de afvoerkrom- afvoerkrommen<br />

Bij de bepal<strong>in</strong>g van zeer hoge waarden (nog nooit waargenomen) voor zowel de afvoerkrommen<br />

als de betrekk<strong>in</strong>gslijnen men als de betrekk<strong>in</strong>gslijnen wordt gebruik wordt gemaakt gebruik gemaakt van numerieke van numerieke modellen. modellen.<br />

als de betrekk<strong>in</strong>gslijnen wordt gebruik gemaakt van numerieke modellen.<br />

6.5.2 pr<strong>in</strong>cipe Pr<strong>in</strong>cipe en en lOcATie locatie<br />

6.5.2 Een Pr<strong>in</strong>cipe Qh-relatie en – de locatie relatie tussen het debiet Q en de waterstand h – is geen meetmethoden,<br />

Een Qh-relatie – de relatie tussen het debiet Q en de waterstand h – is geen meetmethoden,<br />

Een Qh-relatie maar een – relatie de relatie tussen tussen het gemeten het debiet Q en en gemeten de waterstand waterstand. h Meestal – is geen wordt meetmethoden,<br />

de water-<br />

maar een relatie tussen het gemeten debiet en gemeten waterstand. Meestal wordt de<br />

maar een stand relatie op een tussen locatie cont<strong>in</strong>u het gemeten gemeten debiet en het debiet en gemeten periodiek. waterstand. Het debiet wordt Meestal over het wordt de<br />

waterstand op een locatie cont<strong>in</strong>u gemeten en het debiet periodiek. Het debiet wordt over het<br />

waterstand bereik op van een de locatie afvoer gemeten, cont<strong>in</strong>u zodat gemeten voor het en gehele het debiet bereik van periodiek. de afvoer Het en waterstanden debiet wordt een over het<br />

bereik van de afvoer gemeten, zodat voor het gehele bereik van de afvoer en waterstanden een<br />

bereik van relatie de afvoer tussen beide gemeten, kan worden zodat gelegd. voor het In beg<strong>in</strong>sel gehele zijn bereik Qh-relaties van de de afvoer gemeten en versie waterstanden van de een<br />

relatie tussen beide kan worden gelegd. In beg<strong>in</strong>sel zijn Qh-relaties de gemeten versie van de<br />

relatie tussen Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g beide kan toegepast worden gelegd. voor het totale In beg<strong>in</strong>sel debiet door zijn een Qh-relaties dwarsprofiel, de gemeten versie van de<br />

Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g toegepast voor het totale debiet door een dwarsprofiel,<br />

Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g toegepast voor het totale debiet door een dwarsprofiel,<br />

Q = C ⋅ A ⋅ d ⋅ i<br />

Q = C ⋅ A ⋅ d ⋅ i<br />

met C = met Chézy-coëfficiënt, C = Chézy-coëfficiënt, A = A doorstroomoppervlak = doorstroomoppervlak (d × ⋅ B), B = breedte, d = d waterdiepte = waterdiepte en en i<br />

met C = Chézy-coëfficiënt, A = doorstroomoppervlak (d ⋅ B), B = breedte, d = waterdiepte en i<br />

= verhang, i = verhang, die een die relatie een relatie legt tussen legt tussen het het debiet debiet en en de de waterdiepte. De De waterdiepte kan kan wor- worden<br />

= verhang, die een relatie legt tussen het debiet en de waterdiepte. De waterdiepte kan worden<br />

uitgedrukt den als uitgedrukt waterstand als waterstand m<strong>in</strong> bodemhoogte, m<strong>in</strong> bodemhoogte, d = d h = – h zb, – zzodat , zodat de relatie tussen debiet debiet en<br />

uitgedrukt als waterstand m<strong>in</strong> bodemhoogte, d = h – zb, zodat b de relatie tussen debiet en<br />

waterstand en waterstand luidt, luidt,<br />

waterstand luidt,<br />

3/<br />

2<br />

Q ~ h3<br />

/ 2<br />

Q ~ h<br />

Alle variatie <strong>in</strong> C, A, de bodemligg<strong>in</strong>g zb en i, komt terug <strong>in</strong> het verloop van de relatie evenals<br />

Alle variatie<br />

alle effecten Alle variatie <strong>in</strong> C, A,<br />

van versnellende <strong>in</strong> C, de A, bodemligg<strong>in</strong>g de bodemligg<strong>in</strong>g zb<br />

of vertragende zen en i, i, komt terug <strong>in</strong> <strong>in</strong> het het verloop verloop van van de relatie de relatie evenals evenals<br />

b strom<strong>in</strong>g en variërend debiet. In het algemeen zal<br />

alle effecten<br />

niet <strong>in</strong> het alle effecten van versnellende<br />

gehele van afvoer versnellende of vertragende<br />

en waterstandsbereik of vertragende strom<strong>in</strong>g en<br />

zijn gemeten en variërend (eens debiet.<br />

<strong>in</strong> In In<br />

de het het<br />

100 algemeen algemeen zal<br />

of 200 jaar<br />

niet <strong>in</strong> het<br />

gebeurtenissen zal niet gehele <strong>in</strong> komen het afvoer gehele en<br />

zelden afvoer waterstandsbereik<br />

voor). en waterstandsbereik zijn<br />

De afvoerrelatie zijn gemeten op een (eens<br />

meetlocatie <strong>in</strong> <strong>in</strong> de de 100 100 of moet 200 of jaar 200 jaar<br />

empirisch<br />

gebeurtenissen<br />

worden gebeurtenissen komen<br />

vastgesteld aan komen zelden<br />

de zelden voor).<br />

hand voor). van De<br />

voldoende afvoerrelatie<br />

met<strong>in</strong>gen op een op meetlocatie een meetlocatie<br />

van afvoeren moet empirisch moet<br />

en bijbehorende<br />

wor- empirisch<br />

worden<br />

waterstanden den vastgesteld aan<br />

volgens aan methoden de hand hand van van<br />

beschreven voldoende voldoende met<strong>in</strong>gen met<strong>in</strong>gen<br />

<strong>in</strong> hfst. van 5. De afvoeren van<br />

Qh-relatie en afvoeren bijbehorende en bijbehorende<br />

wordt echter water- veelal<br />

waterstanden<br />

gebruikt standen volgens<br />

om de volgens waterstand methoden<br />

te schatten beschreven beschreven<br />

bij <strong>in</strong> een hfst. <strong>in</strong><br />

extreem 5. hfst. De Qh-relatie 5. De<br />

hoog wordt Qh-relatie<br />

debiet. echter wordt<br />

De veelal extreme gebruikt echter veelal<br />

waterstand<br />

gebruikt om om de de waterstand waterstand te schatten te schatten bij een extreem bij een hoog extreem debiet. hoog De extreme debiet. waterstand De extreme wordt waterstand<br />

dan<br />

100<br />

100<br />

95


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

wordt dan door door extrapolatie extrapolatie van de van Qh-relatie de Qh-relatie verkregen, verkregen, zoals beschreven zoals <strong>in</strong> beschreven paragraaf 6.5.4. <strong>in</strong> paragraaf Buiten het 6.5.4.<br />

Buiten het bemeten bemeten bereik bereik van de van gemeten de gemeten Q en h is de Q nauwkeurigheid en h is de nauwkeurigheid van geëxtrapoleerde van waterstan- geëxtrapoleerde<br />

waterstanden den (zeer) (zeer) beperkt. beperkt.<br />

Van belang Van is belang een eenduidige is een eenduidige relatie relatie tussen tussen de de afvoer afvoer en en de de bijbehorende waterstand. Bepa- Bepalend<br />

daarvoor lend is daarvoor de keuze is de van keuze de van locatie de locatie waar waar de de waterstand voor de de Qh-relatie Qh-relatie gemeten gemeten gaat gaat<br />

worden. worden. Op die Op locatie die locatie moet moet bij dezelfde bij dezelfde afvoer de waterstand zo m<strong>in</strong> zo m<strong>in</strong> mogelijk mogelijk verstoord verstoord zijn: zijn:<br />

de zogenaamde de zogenaamde “control”. “control”. Meestal Meestal is die is die verstor<strong>in</strong>g er wel wel door door de de stuwkromme stuwkromme van de van rivier. de rivier.<br />

Het kan Het dan kan soms dan nuttig soms nuttig zijn te zijn kijken te kijken naar naar locaties locaties waar waar de de afvoer <strong>in</strong> zekere z<strong>in</strong> z<strong>in</strong> gecontro- gecontroleerd<br />

is, maar leerd dat komt is, maar <strong>in</strong> dat Nederland komt <strong>in</strong> Nederland heel we<strong>in</strong>ig heel voor. we<strong>in</strong>ig Een voor. voorbeeld Een voorbeeld zijn zijn oude oude molendrempels molendrem- <strong>in</strong> de<br />

Limburgse pels beken. <strong>in</strong> de Limburgse Een andere beken. optie Een is andere om ter optie plaatse is om schietend ter plaatse water schietend te forceren, water te forceren, dan wordt de<br />

locatie een dan control. wordt de locatie een control.<br />

Op de ideale Op de ideale meetlocatie meetlocatie is er is er een een m<strong>in</strong>imaal effect van van benedenstroomse verstor<strong>in</strong>gen verstor<strong>in</strong>gen zoals zoals<br />

variërende variërende begroei<strong>in</strong>g begroei<strong>in</strong>g van de van waterloop de waterloop en variërende en variërende bodem- en oeverligg<strong>in</strong>g ten ten gevolge van<br />

morfologische van morfologische processen processen (sedimentatie/erosie). De strom<strong>in</strong>gstoestand De strom<strong>in</strong>gstoestand wordt gekarakteri- gekarakteriseerd<br />

door het seerd getal door van het Froude getal van (Fr), Froude (Fr),<br />

Fr =<br />

met:<br />

Q : debiet (m3 met: Q : debiet (m<br />

/s)<br />

3 /s)<br />

B : breedte op de waterspiegel (m)<br />

B : breedte op de waterspiegel (m)<br />

A : natte oppervlak dwarsprofiel (m2 )<br />

g : versnell<strong>in</strong>g van de zwaartekracht (=9,81 m/s2 A : natte oppervlak dwarsprofiel (m<br />

)<br />

2 )<br />

g : versnell<strong>in</strong>g van de zwaartekracht (=9,81 m/s 2 )<br />

We kunnen We kunnen daarbij daarbij het volgende het volgende onderscheid onderscheid maken: maken:<br />

Fr = Fr 0 = : 0 stilstaand : stilstaand water water<br />

Fr < Fr 1 < : 1 stromend : stromend water water (relatief langzaam stromend stromend water) water)<br />

Fr = Fr 1 = : 1 kritische : kritische strom<strong>in</strong>g strom<strong>in</strong>g (grenstoestand)<br />

Fr > Fr 1 > : 1 schietend : schietend water water (relatief snel snel stromend stromend water) water)<br />

Een belangrijke, Een belangrijke, controleerbare controleerbare eigenschap eigenschap van van schietend schietend water water (Fr > (Fr 1) is, > dat 1) zich is, een dat ver- zich een<br />

verstor<strong>in</strong>g stor<strong>in</strong>g <strong>in</strong> <strong>in</strong> schietend schietend water water alleen alleen stroomafwaarts stroomafwaarts kan manifesteren kan manifesteren en nooit <strong>in</strong> stroomop- en nooit <strong>in</strong><br />

stroomopwaartse waartse richt<strong>in</strong>g, richt<strong>in</strong>g, <strong>in</strong> tegenstell<strong>in</strong>g <strong>in</strong> tegenstell<strong>in</strong>g tot stromend tot stromend water (Fr water < 1). (Fr < 1).<br />

Dus zoek Dus langs zoek langs de waterloop de waterloop naar naar plekken plekken waar <strong>in</strong>vloed <strong>in</strong>vloed van van benedenstrooms benedenstrooms m<strong>in</strong>imaal m<strong>in</strong>imaal is, is,<br />

bijvoorbeeld bijvoorbeeld als gevolg als gevolg van een van drempel een drempel (let (let wel: wel: de de drempel drempel mag niet verdr<strong>in</strong>ken!). Als Als er er een<br />

plek is waar een plek schietend is waar water schietend bestaat water of bestaat gemakkelijk of gemakkelijk is te realiseren, is te realiseren, dan dan kan kan je je daar daar een een control<br />

van maken control (dat van gaat maken dan (dat wel gaat gepaard dan wel met gepaard waterstandstoename met waterstandstoename bovenstrooms). bovenstrooms). Maar Maar meestal<br />

kan dat niet. meestal kan dat niet.<br />

In het algemeen In het algemeen geldt, dat geldt, het dat effect het effect van benedenstroomse van benedenstroomse verstor<strong>in</strong>gen verstor<strong>in</strong>gen afneemt afneemt naarmate naar- de<br />

stroomsnelheid mate de stroomsnelheid op de (h-)meetlocatie op de (h-)meetlocatie hoger is. hoger Op het is. Op moment het moment dat een dat een meetlocatie meetloca- wordt<br />

gebruikt tie voor wordt het gebruikt meten voor van het afvoeren, meten van spreken afvoeren, spreken we van we een van een afvoermeetstation. afvoermeetstation. De meest<br />

geschikte meest locatie geschikte voor locatie een afvoermeetstation voor een afvoermeetstation langs een langs waterloop een waterloop is gelegen is gelegen op op ger<strong>in</strong>ge ger<strong>in</strong>ge afstand<br />

bovenstrooms afstand van bovenstrooms zo'n (h-)meetlocatie. van zo’n (h-)meetlocatie. De afvoerrelatie De afvoerrelatie zal dan zal dan over over een een groot meet- meetbereik<br />

éénduidig bereik zijn: éénduidig de relatie zijn: tussen de relatie de waterstand tussen de waterstand en het debiet en het debiet wordt wordt niet of niet nauwelijks of nauwelijks beïnvloed<br />

door verstor<strong>in</strong>gen benedenstrooms. In een niet-éénduidige afvoerrelatie komen merkbare<br />

96<br />

2<br />

Q ⋅ B<br />

g ⋅ 3<br />

A<br />

101


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

beïnvloed door verstor<strong>in</strong>gen benedenstrooms. In een niet-éénduidige afvoerrelatie komen<br />

effecten<br />

merkbare<br />

voor waarvan<br />

effecten<br />

de<br />

voor<br />

sterkte<br />

waarvan<br />

afhangt<br />

de sterkte<br />

van de<br />

afhangt<br />

hoogte<br />

van<br />

van<br />

de<br />

de<br />

hoogte<br />

waterstand,<br />

van de waterstand,<br />

de grootte<br />

de<br />

van het<br />

debiet, de<br />

grootte<br />

vorm<br />

van<br />

van<br />

het<br />

de<br />

debiet,<br />

afvoergolf,<br />

de vorm van<br />

de seizoensvegetatie,<br />

de afvoergolf, de seizoensvegetatie,<br />

de <strong>in</strong>zet van<br />

de<br />

stuwen,<br />

<strong>in</strong>zet van<br />

sedimentatie<br />

stuwen,<br />

en<br />

erosie van<br />

sedimentatie<br />

bodem<br />

en<br />

en<br />

erosie<br />

oevers,<br />

van bodem<br />

enzovoorts.<br />

en oevers,<br />

Niet<br />

enzovoorts.<br />

éénduidige<br />

Niet éénduidige<br />

afvoerrelatie<br />

afvoerrelatie<br />

zijn behandeld<br />

zijn<br />

<strong>in</strong><br />

paragraaf<br />

behandeld<br />

6.5.5.<br />

<strong>in</strong> paragraaf 6.5.5.<br />

De afvoerrelatie<br />

De afvoerrelatie<br />

van een<br />

van een<br />

meetstation<br />

meetstation<br />

moet<br />

moet<br />

empirisch<br />

empirisch worden<br />

worden<br />

vastgesteld<br />

vastgesteld<br />

aan de<br />

aan<br />

hand<br />

de<br />

van<br />

hand van<br />

voldoende<br />

voldoende<br />

met<strong>in</strong>gen<br />

met<strong>in</strong>gen<br />

van afvoeren<br />

van afvoeren<br />

en<br />

en<br />

bijbehorende<br />

bijbehorende waterstan<br />

waterstanden.<br />

den. Na<br />

Na<br />

het vaststellen<br />

het vaststellen<br />

van de<br />

van de<br />

afvoerrelatie<br />

afvoerrelatie<br />

moeten<br />

moeten<br />

de met<strong>in</strong>gen<br />

de met<strong>in</strong>gen<br />

worden<br />

worden<br />

gecont<strong>in</strong>ueerd<br />

gecont<strong>in</strong>ueerd om<br />

om<br />

verificatie<br />

verificatie<br />

mogelijk<br />

mogelijk<br />

te maken<br />

te maken<br />

en<br />

en<br />

eventueel<br />

eventueel<br />

de afvoerrelatie<br />

de afvoerrelatie<br />

aan<br />

aan te<br />

te<br />

passen.<br />

passen.<br />

Afwijk<strong>in</strong>gen<br />

Afwijk<strong>in</strong>gen<br />

tussen gemeten<br />

tussen<br />

en<br />

gemeten<br />

volgens de<br />

en<br />

afvoerre-<br />

volgens de<br />

afvoerrelatie<br />

latie berekende<br />

berekende<br />

afvoeren<br />

afvoeren<br />

kunnen<br />

kunnen<br />

optreden<br />

optreden<br />

door morfologische<br />

door morfologische<br />

verander<strong>in</strong>gen<br />

verander<strong>in</strong>gen<br />

van de rivier-<br />

van de<br />

rivierbedd<strong>in</strong>g<br />

bedd<strong>in</strong>g<br />

(erosie/sedimentatie),<br />

(erosie/sedimen tatie), verander<strong>in</strong>gen<br />

verander<strong>in</strong>gen<br />

<strong>in</strong> ruwheid,<br />

<strong>in</strong> ruwheid,<br />

bijvoorbeeld<br />

bijvoorbeeld<br />

door groei<br />

door<br />

van vege-<br />

groei van<br />

vegetatie,<br />

tatie,<br />

door<br />

door bodemdal<strong>in</strong>g<br />

bodemdal<strong>in</strong>g<br />

(bijvoorbeeld<br />

(bijvoorbeeld<br />

gasw<strong>in</strong>n<strong>in</strong>g<br />

gasw<strong>in</strong>n<strong>in</strong>g<br />

of tektonische<br />

of tektonische<br />

processen) en<br />

processen)<br />

door hoogwa-<br />

en door<br />

hoogwatergolven<br />

tergolven die<br />

die<br />

een<br />

een<br />

verander<strong>in</strong>g<br />

verander<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> het<br />

<strong>in</strong><br />

verhang<br />

het verhang<br />

van de waterspiegel<br />

van de waterspiegel<br />

veroorzaken en<br />

veroorzaken<br />

daardoor<br />

en<br />

daardoor<br />

een<br />

een<br />

lus<br />

lus<br />

(hyste<br />

(hysteresis)<br />

resis) <strong>in</strong> de afvoerrelatie<br />

<strong>in</strong> de afvoerrelatie<br />

te zien geven.<br />

te zien geven.<br />

6.5.3 eenDuiDige qh-relATie<br />

Als <strong>in</strong> een bepaalde dwarsdoorsnede een aantal afvoeren is gemeten, bijvoorbeeld volgens de<br />

velocity-area methode, kan de relatie tussen de afvoer <strong>in</strong> de meetsectie en de bijbehorende<br />

waterstand worden bepaald. De resultaten van afvoermet<strong>in</strong>gen en bijbehorende waterstanden<br />

worden gewoonlijk uitgezet als punten <strong>in</strong> een Q-h diagram, met de afvoer (Q) op de x-as<br />

en de waterstand (h) op de y-as. In theorie zullen deze met<strong>in</strong>gen op een kromme liggen (Q ~<br />

h3/2 6.5.3 Eenduidige Qh-relatie<br />

Als <strong>in</strong> een bepaalde dwarsdoorsnede een aantal afvoeren is gemeten, bijvoorbeeld volgens de<br />

velocity-area methode, kan de relatie tussen de afvoer <strong>in</strong> de meetsectie en de bijbehorende<br />

waterstand worden bepaald. De resultaten van afvoermet<strong>in</strong>gen en bijbehorende waterstanden<br />

worden gewoonlijk uitgezet als punten <strong>in</strong> een Q-h diagram, met de afvoer (Q) op de x-as en de<br />

waterstand (h) op de y-as. In theorie zullen deze met<strong>in</strong>gen op een kromme liggen (Q ~ h<br />

). Hierdoor kan een regressielijn worden bepaald die zo goed mogelijk de met<strong>in</strong>gen benadert.<br />

Hiervoor is een voldoende aantal met<strong>in</strong>gen nodig, verdeeld over het volledige bereik van<br />

mogelijk optredende waterstanden, tene<strong>in</strong>de een zo nauwkeurig mogelijke curve te krijgen.<br />

3/2 ).<br />

Hierdoor kan een regressielijn worden bepaald die zo goed mogelijk de met<strong>in</strong>gen benadert.<br />

Hiervoor is een voldoende aantal met<strong>in</strong>gen nodig, verdeeld over het volledige bereik van<br />

mogelijk optredende waterstanden, tene<strong>in</strong>de een zo nauwkeurig mogelijke curve te krijgen.<br />

Een nauwkeuriger methode is het analytisch bepalen van de afvoerrelatie met behulp van de<br />

Een nauwkeuriger methode is het analytisch bepalen van de afvoerrelatie met behulp van de<br />

Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g. Deze relatie kan <strong>in</strong> het algemeen worden geschreven als:<br />

Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g. Deze relatie kan <strong>in</strong> het algemeen worden geschreven als:<br />

( ) b<br />

h - h<br />

Q = a ⋅ 0<br />

met: Q : debiet (m 3 /s)<br />

met:<br />

Q : debiet (m3 h : waterstand /s) (m+NAP)<br />

h0 h : waterstand : waterstand waarbij (m+NAP) juist geen afvoer meer plaatsv<strong>in</strong>dt (m+NAP)<br />

a,b h0 a,b<br />

: constanten, : waterstand specifiek waarbij juist voor geen een afvoer bepaald meer meetstation.<br />

plaatsv<strong>in</strong>dt (m+NAP)<br />

: constanten, specifiek voor een bepaald meetstation.<br />

De verwacht<strong>in</strong>g is dat de relatie tussen Q en h een gladde polynoom is waarvan de constanten<br />

De verwacht<strong>in</strong>g is dat de relatie tussen Q en h een gladde polynoom is waarvan de constanten<br />

h0, a en b kunnen worden bepaald met:<br />

h , a en b kunnen worden bepaald met:<br />

0<br />

• een l<strong>in</strong>eaire kle<strong>in</strong>ste kwadraten methode,<br />

• een l<strong>in</strong>eaire kle<strong>in</strong>ste kwadraten methode,<br />

• een niet-l<strong>in</strong>eaire kle<strong>in</strong>ste kwadraten methode,<br />

• een niet-l<strong>in</strong>eaire kle<strong>in</strong>ste kwadraten methode,<br />

• logaritmische transformatie van relatie zodat de meetpunten m<strong>in</strong> of meer op een rechte<br />

• logaritmische transformatie van relatie zodat de meetpunten m<strong>in</strong> of meer op een rechte<br />

liggen waardoor een l<strong>in</strong>eair verband kan worden gelegd tussen Q en h, waaruit de con-<br />

liggen waardoor een l<strong>in</strong>eair verband kan worden gelegd tussen Q en h, waaruit de<br />

stanten volgen.<br />

constanten volgen.<br />

102<br />

97


waterstand Borgharen-dorp [m+NAP]<br />

47<br />

46<br />

45<br />

44<br />

43<br />

42<br />

41<br />

40<br />

39<br />

38<br />

37<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 6-4 qh-relATie mAAS bij bOrghAren-DOrp 1993, 1995, 2002 (brOn: rijKSWATerSTAAT)<br />

20<br />

18<br />

16<br />

14<br />

12<br />

10<br />

8<br />

6<br />

4<br />

2<br />

0<br />

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000<br />

98<br />

afvoer Borgharen [m3/s]<br />

Figuur 6-5 qh-relATie bOvenrijn bij lObiTh OngeSTuWD (brOn: rijKSWATerSTAAT)<br />

Waterstand Lobith [m+NAP]<br />

QH-relatie Bovenrijn 2000.0 (niet gestuwd)<br />

01-01-1993<br />

20-12-1995<br />

01-01-2002<br />

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000<br />

Keuze vAn heT meeTTrAjecT<br />

Afvoer Lobith [m3/s]<br />

Bij de keuze van de meetlocatie gelden de algemene voorwaarden die zijn besproken <strong>in</strong> hoofd-<br />

stuk 4 (recht en uniform traject, voldoende diepte). Daarnaast moet de meetlocatie <strong>in</strong> een stabiel<br />

gedeelte van de beek of rivier liggen (als de bodem ter plaatse van de meetlocatie of een gedeelte<br />

benedenstrooms <strong>in</strong>stabiel is, zal de afvoerrelatie m<strong>in</strong>der éénduidig worden) en voldoende ver<br />

zijn verwijderd van samen vloei<strong>in</strong>gen met andere takken.


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

hOOFDgeul meT uiTerWAArD/plASbermen<br />

De constanten van de Qh-relatie hangen ook af van het doorstroomoppervlak. Voor een situatie<br />

<strong>in</strong> een waterloop waar<strong>in</strong> de afvoer <strong>in</strong> de hoofdgeul is geconcentreerd zijn de constanten<br />

anders dan voor een situatie waarbij de uiterwaard of plasberm ook meestroomt. Dit effect<br />

uit zich <strong>in</strong> de Qh-relatie als een ‘knik’, zie Figuur 6-6. Bij het bepalen van een afvoerrelatie die<br />

verandert als gevolg van het al of niet meestromen van de uiterwaarden of plasbermen, kunnen<br />

afzonderlijke afvoerrelaties op worden gesteld voor de hoofdgeul (zomerbed) én voor de<br />

hoofdgeul en uiterwaard.<br />

Figuur 6-6 <strong>in</strong>vlOeD vAn uiTerWAArDen/plASbermen Op De AFvOerrelATie<br />

h<br />

Qhoofdgeul Quiterwaard<br />

knik als uiterwaard gaat<br />

meestromen<br />

6.5.4 exTrApOlATie vAn AFvOerrelATieS<br />

Extreem hoge afvoeren komen zelden voor en dan nog vaak slechts gedurende korte tijd en<br />

zijn daarom moeilijk te meten. Het ontbreken van gegevens bij piekafvoeren is vaak een probleem.<br />

Er zijn verschillende mogelijkheden om de afvoerrelatie naar deze extreme waarden<br />

te extrapoleren.<br />

De lOg-lOg exTrApOlATie<br />

De afvoerrelatie wordt beschreven volgens Q = a × (h -h ) 0 b . Na het berekenen van h wordt<br />

0<br />

de Qh-relatie uitgezet op dubbel-logaritmisch papier. Hieruit worden eventuele discont<strong>in</strong>uïteiten<br />

zichtbaar en wordt duidelijk welke gedeelten van de afvoerrelatie afzonderlijk moeten<br />

worden beschreven. Het gedeelte dat de hoogste gemeten afvoeren weergeeft, wordt geëxtrapoleerd.<br />

exTrApOlATie Op bASiS vAn De FySicA<br />

Gebaseerd op de gemeten waterstanden h en de relatie Q = v × A, kunnen de gemiddelde<br />

gem<br />

snelheid v en de oppervlakte van het dwarsprofiel A worden uitgezet tegen de waterstand<br />

oktober 2009 gem <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

h, zie Figuur 6-7. De curve h-A wordt gefit door de meetpunten en geëxtrapoleerd buiten<br />

het gemeten bereik, reken<strong>in</strong>g houdend met onregelmatigheden zoals uiterwaarden en plas-<br />

De extrapolatie bermen. De van extrapolatie de curve van h-v de wordt curve h-v getrokken wordt getrokken en geëxtrapoleerd en geëxtrapoleerd volgens volgens de de formule for- van<br />

Mann<strong>in</strong>g, mule waarbij van Mann<strong>in</strong>g, voor n (Mann<strong>in</strong>g waarbij voor 'n') n en (Mann<strong>in</strong>g i (verhang) ‘n’) en een i (verhang) constante een constante waarde wordt waarde aangenomen,<br />

wordt<br />

gebaseerd aangenomen, op beschikbare gebaseerd meetgegevens:<br />

op beschikbare meetgegevens:<br />

1<br />

v=<br />

⋅ R<br />

n<br />

2/3 ⋅<br />

1/<br />

2<br />

i<br />

De afvoer voor een geëxtrapoleerde waterstand he is dan Qe = ve × Ae . Dit wordt gedaan voor<br />

verschillende waterstanden om vervolgens de Qh-relatie buiten het gemeten afvoerbereik aan<br />

te vullen.<br />

Q<br />

99


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De afvoer voor een geëxtrapoleerde waterstand h e is dan Q e = v e × A e . Dit wordt gedaan voor<br />

verschillende waterstanden om vervolgens de Qh-relatie buiten het gemeten afvoerbereik aan<br />

te vullen.<br />

Figuur 6-7 relATieS TuSSen h en A en TuSSen h en v<br />

waterstand (h ) (h )<br />

he<br />

he<br />

hmax hmax<br />

Ae Ae dwarsprofiel (A) (A)<br />

waterstand (h ) (h )<br />

hmax hmax<br />

6.5.5 nieT-éénDuiDige AFvOerrelATieS<br />

Niet éénduidige Qh-relaties worden veroorzaakt door:<br />

• stijgende of dalende waterstanden (hoogwatergolf),<br />

• verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> doorstroomoppervlak van het dwarsprofiel (sedimentatie/erosie),<br />

• verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> vegetatie,<br />

• opstuw<strong>in</strong>gseffecten vanuit het pand benedenstrooms van het meetstation,<br />

• voortgaande bodemdal<strong>in</strong>g.<br />

Is de meetlocatie onder <strong>in</strong>vloed van een of meerdere van genoemde factoren dan kunnen de uit<br />

de Qh-relatie bepaalde afvoeren op basis van de gemeten waterstanden zowel onderschat als overschat<br />

worden. Waren deze factoren aanwezig tijdens het meten ten behoeve van het opstellen<br />

van de Qh-relatie, dan is de relatie alleen geldig voor die situatie.<br />

hOOgWATergOlven<br />

In niet-stationaire strom<strong>in</strong>gsomstandigheden betekent een verander<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de tijd van het<br />

waterspiegelverhang een verander<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de afvoer. In het algemeen wordt het verhang steiler<br />

bij het naderen van een hoogwatergolf, omdat een grotere (permanente) afvoer een grotere<br />

waterdiepte veroorzaakt. Het omgekeerde treedt op als de top van de hoogwatergolf is gepasseerd.<br />

Dit betekent, dat het passeren van een vloedgolf, resulterend <strong>in</strong> het stijgen en dalen van<br />

de waterstand, leidt tot verschillende afvoeren bij eenzelfde waterstand, zie voorbeeld Figuur<br />

6-9. De afvoer zal bij eenzelfde waterstand hoger zijn <strong>in</strong> het stijgende gedeelte en lager <strong>in</strong> het<br />

dalende gedeelte. Dit veroorzaakt een hysterese lus <strong>in</strong> de afvoerrelatie.<br />

oktober 2009 Hysterese kan <strong>in</strong> reken<strong>in</strong>g worden gebracht met de vergelijk<strong>in</strong>g <strong>Handboek</strong> van Jones <strong>debietmeten</strong> waar<strong>in</strong> het <strong>in</strong> lokale <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

waterspiegelverhang dh/dx (of de lokale waterspiegelverander<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de tijd) is opgenomen,<br />

⎛ dh ⎞<br />

Q = A ⋅ C ⋅ R ⋅ ⎜ib − ⎟<br />

⎝ dx ⎠ of ⎟ ⎛ 1 dh ⎞<br />

Q = A ⋅ C ⋅ R ⋅ ⎜ib<br />

+ ⋅<br />

⎝ c dt ⎠<br />

met c = voortplant<strong>in</strong>gssnelheid van de hoogwatergolf [m/s], waarvoor geldt c ≈ 1,5 v (v =,<br />

met c = gemiddelde voortplant<strong>in</strong>gssnelheid stroomsnelheid). van de hoogwatergolf [m/s], waarvoor geldt c ≈ 1,5 v (v =,<br />

gemiddelde stroomsnelheid).<br />

100<br />

Verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak van het dwarsprofiel<br />

Sedimentatie en/of erosie van de bodem en oevers, over een grote lengte van de waterloop,<br />

resulteert <strong>in</strong> een stijg<strong>in</strong>g of dal<strong>in</strong>g van de waterspiegel bij eenzelfde afvoer. Het effect van de<br />

verander<strong>in</strong>g van het dwarsprofiel werkt door <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak A en de hydraulische<br />

he<br />

he<br />

ve<br />

ve gem. gem. snelheid snelheid (v)<br />

(v)


Q = A ⋅ C ⋅ R ⋅ i −<br />

dx<br />

⎜⎝ ⎠ ⎝ c dt<br />

b ⎟<br />

⎠<br />

⎝ dx ⎠<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

met c = voortplant<strong>in</strong>gssnelheid van de hoogwatergolf [m/s], waarvoor geldt c ≈ 1,5 v (v =,<br />

gemiddelde stroomsnelheid).<br />

Verander<strong>in</strong>gen verAnDer<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het <strong>in</strong> doorstroomoppervlak heT DOOrSTrOOmOppervlAK van vAn het heT dwarsprofiel<br />

DWArSprOFiel<br />

Sedimentatie Sedimentatie en/of en/of erosie erosie van van de de bodem en en oevers, over een een grote grote lengte lengte van de van waterloop, de waterloop,<br />

resulteert resulteert <strong>in</strong> een <strong>in</strong> stijg<strong>in</strong>g een stijg<strong>in</strong>g of dal<strong>in</strong>g of dal<strong>in</strong>g van van de de waterspiegel bij bij eenzelfde afvoer. afvoer. Het effect Het van effect de van de<br />

verander<strong>in</strong>g verander<strong>in</strong>g van het van dwarsprofiel het dwarsprofiel werkt werkt door door <strong>in</strong> <strong>in</strong> het het doorstroomoppervlak A A en en de de hydrauli- hydraulische<br />

straal R sche en straal dus ook R en <strong>in</strong> dus de ook Chézy-coëfficiënt <strong>in</strong> de Chézy-coëfficiënt C(R), C(R), C is C een is een functie van R. Aangezien een een Qhrelatie<br />

is Qh-relatie gebaseerd is gebaseerd op de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g op de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g is <strong>in</strong> is onderstaande <strong>in</strong> onderstaande relatie aangegeven hoe hoe deze<br />

effecten deze doorwerken effecten doorwerken <strong>in</strong> de Qh-relatie. <strong>in</strong> de Qh-relatie.<br />

1/<br />

6<br />

12R<br />

R<br />

Q = A⋅<br />

C(<br />

R)<br />

⋅ R ⋅i<br />

met C(<br />

R)<br />

= 18log<br />

of C(<br />

R)<br />

=<br />

k<br />

n<br />

De verander<strong>in</strong>gen De verander<strong>in</strong>gen werken werken als volgt als volgt door door <strong>in</strong> <strong>in</strong> de de relatie, gegeven dat dat de de afvoer afvoer Q en Q het en verhang het verhang i<br />

niet veranderen, i niet veranderen,<br />

b+<br />

Δb<br />

Q = ( A + ΔA)<br />

⋅ ( C + ΔC)<br />

⋅ ( R + ΔR)<br />

⋅i<br />

en dus Q = ( a + Δa)<br />

⋅ ( h − h0<br />

)<br />

De profielverander<strong>in</strong>gen werken dus door <strong>in</strong> de constanten a en b.<br />

De profielverander<strong>in</strong>gen werken dus door <strong>in</strong> de constanten a en b.<br />

Verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> de vegetatie<br />

In het algemeen veroorzaakt een groei van de vegetatie een afname van het oppervlak van het<br />

verAnDer<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> De vegeTATie<br />

dwarsprofiel en een hogere ruwheid van bedd<strong>in</strong>g en oevers. Het effect van de verander<strong>in</strong>g van<br />

In het algemeen veroorzaakt een groei van de vegetatie een afname van het oppervlak van<br />

het dwarsprofiel werkt door <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak A en de hydraulische straal R en het<br />

het dwarsprofiel en een hogere ruwheid van bedd<strong>in</strong>g en oevers. Het effect van de verander<strong>in</strong>g<br />

ruwheidseffect <strong>in</strong> de Chézy-coëfficiënt C. Aangezien een Qh-relatie is gebaseerd op de Chézy—<br />

van het dwarsprofiel werkt door <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak A en de hydraulische straal R<br />

vergelijk<strong>in</strong>g is <strong>in</strong> onderstaande relatie aangegeven hoe deze effecten doorwerken <strong>in</strong> de Qh-<br />

en het ruwheidseffect <strong>in</strong> de Chézy-coëfficiënt C. Aangezien een Qh-relatie is gebaseerd op de<br />

relatie. Door de ruwere waterloop zal het verhang ook wijzigen (steiler worden). De<br />

Chézy—vergelijk<strong>in</strong>g is <strong>in</strong> onderstaande relatie aangegeven hoe deze effecten doorwerken <strong>in</strong><br />

verander<strong>in</strong>gen werken als volgt door <strong>in</strong> de relatie, gegeven dat de afvoer Q niet verandert,<br />

de Qh-relatie. Door de ruwere waterloop zal het verhang ook wijzigen (steiler worden). De verander<strong>in</strong>gen<br />

werken als volgt door <strong>in</strong> de relatie, gegeven dat de afvoer Q niet verandert, b+<br />

Δb<br />

Q = ( A + ΔA)<br />

⋅(<br />

C + ΔC)<br />

⋅ ( R + ΔR)<br />

⋅(<br />

i + Δi)<br />

en dus Q = ( a + Δa)<br />

⋅ ( h − h0<br />

)<br />

De profielverander<strong>in</strong>gen werken dus door <strong>in</strong> de constanten a en b.<br />

Opstuw<strong>in</strong>gseffecten<br />

De profielverander<strong>in</strong>gen werken dus door <strong>in</strong> de constanten a en b.<br />

Opstuw<strong>in</strong>gseffecten treden op bij getijdebeweg<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het benedenstroomse deel van een<br />

rivier,<br />

OpSTuW<strong>in</strong>gSeFFecTen<br />

door <strong>in</strong>vloed van een benedenstroomse afvoerverdel<strong>in</strong>g bij splits<strong>in</strong>gen, door<br />

samenkomsten<br />

Opstuw<strong>in</strong>gseffecten<br />

met een<br />

treden<br />

andere<br />

op bij getijdebeweg<strong>in</strong>gen<br />

waterloop of<br />

<strong>in</strong><br />

door<br />

het benedenstroomse<br />

de aanwezigheid<br />

deel van<br />

van<br />

een<br />

stuwen<br />

benedenstrooms.<br />

rivier, door<br />

Als<br />

<strong>in</strong>vloed<br />

deze<br />

van<br />

effecten<br />

een benedenstroomse<br />

variabel zijn<br />

afvoerverdel<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> de tijd, zal<br />

bij<br />

de<br />

splits<strong>in</strong>gen,<br />

afvoer niet<br />

door<br />

een<br />

samen-<br />

éénduidige<br />

functie zijn<br />

komsten<br />

van de<br />

met<br />

waterstand.<br />

een andere waterloop of door de aanwezigheid van stuwen benedenstrooms.<br />

Als deze effecten variabel zijn <strong>in</strong> de tijd, zal de afvoer niet een éénduidige functie zijn van de<br />

Bodemdal<strong>in</strong>g<br />

waterstand.<br />

Er kan een systematische onderschatt<strong>in</strong>g van de afvoer optreden op als gevolg van het<br />

onvoldoende<br />

bODemDAl<strong>in</strong>g<br />

<strong>in</strong> reken<strong>in</strong>g brengen van de opgetreden bodemdal<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de tijd.<br />

Er kan een systematische onderschatt<strong>in</strong>g van de afvoer optreden op als gevolg van het onvoldoende<br />

<strong>in</strong> reken<strong>in</strong>g brengen van de opgetreden bodemdal<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de tijd.<br />

of ⎟ Q = A ⋅ C ⋅ R ⋅ ⎜ib<br />

+ ⋅<br />

⎛ dh ⎞<br />

⎝ c dt ⎠<br />

Q = A ⋅ C ⋅ R ⋅ ⎜ib − ⎟<br />

⎝ dx ⎠<br />

met c = voortplant<strong>in</strong>gssnelheid van de hoogwatergolf [m/s], waarvoor geldt c ≈ 1,5 v (v =,<br />

gemiddelde stroomsnelheid).<br />

Verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak van het dwarsprofiel<br />

Sedimentatie en/of erosie van de bodem en oevers, over een grote lengte van de waterloop,<br />

resulteert <strong>in</strong> een stijg<strong>in</strong>g of dal<strong>in</strong>g van de waterspiegel bij eenzelfde afvoer. Het effect van de<br />

verander<strong>in</strong>g van het dwarsprofiel werkt door <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak A en de hydraulische<br />

straal R en dus ook <strong>in</strong> de Chézy-coëfficiënt C(R), C is een functie van R. Aangezien een Qhrelatie<br />

is gebaseerd op de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g is <strong>in</strong> onderstaande relatie aangegeven hoe deze<br />

effecten doorwerken <strong>in</strong> de Qh-relatie.<br />

1/<br />

6<br />

12R<br />

R<br />

Q = A⋅<br />

C(<br />

R)<br />

⋅ R ⋅i<br />

met C(<br />

R)<br />

= 18log<br />

of C(<br />

R)<br />

=<br />

k<br />

n<br />

De verander<strong>in</strong>gen werken als volgt door <strong>in</strong> de relatie, gegeven dat de afvoer Q en het verhang i<br />

niet veranderen,<br />

b+<br />

Δb<br />

Q = ( A + ΔA)<br />

⋅ ( C + ΔC)<br />

⋅ ( R + ΔR)<br />

⋅i<br />

en dus Q = ( a + Δa)<br />

⋅ ( h − h0<br />

)<br />

De profielverander<strong>in</strong>gen werken dus door <strong>in</strong> de constanten a en b.<br />

Verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> de vegetatie<br />

In het algemeen veroorzaakt een groei van de vegetatie een afname van het oppervlak van het<br />

dwarsprofiel en een hogere ruwheid van bedd<strong>in</strong>g en oevers. Het effect van de verander<strong>in</strong>g van<br />

het dwarsprofiel werkt door <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak A en de hydraulische straal R en het<br />

ruwheidseffect <strong>in</strong> de Chézy-coëfficiënt C. Aangezien een Qh-relatie is gebaseerd op de Chézy—<br />

vergelijk<strong>in</strong>g is <strong>in</strong> onderstaande relatie aangegeven hoe deze effecten doorwerken <strong>in</strong> de Qhrelatie.<br />

Door de ruwere waterloop zal het verhang ook wijzigen (steiler worden). De<br />

verander<strong>in</strong>gen werken als volgt door <strong>in</strong> de relatie, gegeven dat de afvoer Q niet verandert,<br />

b+<br />

Δb<br />

Q = ( A + ΔA)<br />

⋅(<br />

C + ΔC)<br />

⋅ ( R + ΔR)<br />

⋅(<br />

i + Δi)<br />

en dus Q = ( a + Δa)<br />

⋅ ( h − h0<br />

)<br />

De profielverander<strong>in</strong>gen werken dus door <strong>in</strong> de constanten a en b.<br />

Opstuw<strong>in</strong>gseffecten<br />

Opstuw<strong>in</strong>gseffecten treden op bij getijdebeweg<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het benedenstroomse deel van een<br />

rivier, door <strong>in</strong>vloed van een benedenstroomse afvoerverdel<strong>in</strong>g bij splits<strong>in</strong>gen, door<br />

samenkomsten met een andere waterloop of door de aanwezigheid van stuwen<br />

benedenstrooms. Als deze effecten variabel zijn <strong>in</strong> de tijd, zal de afvoer niet een éénduidige<br />

functie zijn van de waterstand.<br />

Bodemdal<strong>in</strong>g<br />

Er kan een systematische onderschatt<strong>in</strong>g van de afvoer optreden op als gevolg van het<br />

onvoldoende <strong>in</strong> reken<strong>in</strong>g brengen van de opgetreden bodemdal<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de tijd.<br />

of ⎟ ⎛ 1 dh ⎞<br />

Q = A ⋅ C ⋅ R ⋅ ⎜ib<br />

+ ⋅<br />

⎝ c dt ⎠<br />

met c = voortplant<strong>in</strong>gssnelheid van de hoogwatergolf [m/s], waarvoor geldt c ≈ 1,5 v (v =,<br />

gemiddelde stroomsnelheid).<br />

Verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak van het dwarsprofiel<br />

Sedimentatie en/of erosie van de bodem en oevers, over een grote lengte van de waterloop,<br />

resulteert <strong>in</strong> een stijg<strong>in</strong>g of dal<strong>in</strong>g van de waterspiegel bij eenzelfde afvoer. Het effect van de<br />

verander<strong>in</strong>g van het dwarsprofiel werkt door <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak A en de hydraulische<br />

straal R en dus ook <strong>in</strong> de Chézy-coëfficiënt C(R), C is een functie van R. Aangezien een Qhrelatie<br />

is gebaseerd op de Chézy-vergelijk<strong>in</strong>g is <strong>in</strong> onderstaande relatie aangegeven hoe deze<br />

effecten doorwerken <strong>in</strong> de Qh-relatie.<br />

1/<br />

6<br />

12R<br />

R<br />

Q = A⋅<br />

C(<br />

R)<br />

⋅ R ⋅i<br />

met C(<br />

R)<br />

= 18log<br />

of C(<br />

R)<br />

=<br />

k<br />

n<br />

De verander<strong>in</strong>gen werken als volgt door <strong>in</strong> de relatie, gegeven dat de afvoer Q en het verhang i<br />

niet veranderen,<br />

b+<br />

Δb<br />

Q = ( A + ΔA)<br />

⋅ ( C + ΔC)<br />

⋅ ( R + ΔR)<br />

⋅i<br />

en dus Q = ( a + Δa)<br />

⋅ ( h − h0<br />

)<br />

De profielverander<strong>in</strong>gen werken dus door <strong>in</strong> de constanten a en b.<br />

Verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> de vegetatie<br />

In het algemeen veroorzaakt een groei van de vegetatie een afname van het oppervlak van het<br />

dwarsprofiel en een hogere ruwheid van bedd<strong>in</strong>g en oevers. Het effect van de verander<strong>in</strong>g van<br />

het dwarsprofiel werkt door <strong>in</strong> het doorstroomoppervlak A en de hydraulische straal R en het<br />

ruwheidseffect <strong>in</strong> de Chézy-coëfficiënt C. Aangezien een Qh-relatie is gebaseerd op de Chézy—<br />

vergelijk<strong>in</strong>g is <strong>in</strong> onderstaande relatie aangegeven hoe deze effecten doorwerken <strong>in</strong> de Qhrelatie.<br />

Door de ruwere waterloop zal het verhang ook wijzigen (steiler worden). De<br />

verander<strong>in</strong>gen werken als volgt door <strong>in</strong> de relatie, gegeven dat de afvoer Q niet verandert,<br />

b+<br />

Δb<br />

Q = ( A + ΔA)<br />

⋅(<br />

C + ΔC)<br />

⋅ ( R + ΔR)<br />

⋅(<br />

i + Δi)<br />

en dus Q = ( a + Δa)<br />

⋅ ( h − h0<br />

)<br />

De profielverander<strong>in</strong>gen werken dus door <strong>in</strong> de constanten a en b.<br />

Opstuw<strong>in</strong>gseffecten<br />

Opstuw<strong>in</strong>gseffecten treden op bij getijdebeweg<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> het benedenstroomse deel van een<br />

rivier, door <strong>in</strong>vloed van een benedenstroomse afvoerverdel<strong>in</strong>g bij splits<strong>in</strong>gen, door<br />

samenkomsten met een andere waterloop of door de aanwezigheid van stuwen<br />

benedenstrooms. Als deze effecten variabel zijn <strong>in</strong> de tijd, zal de afvoer niet een éénduidige<br />

functie zijn van de waterstand.<br />

Bodemdal<strong>in</strong>g<br />

Er kan een systematische onderschatt<strong>in</strong>g van de afvoer optreden op als gevolg van het<br />

onvoldoende <strong>in</strong> reken<strong>in</strong>g brengen van de opgetreden bodemdal<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de tijd.<br />

6.5.6 grOTe rivieren: qF-relATieS<br />

De afvoeren (Q) voor een aantal meetpunten langs de Rijntakken en de Maas worden met<br />

behulp van een Qh-relatie berekend uit gemeten waterstanden (h). In de huidige monitor<strong>in</strong>gpraktijk<br />

is deze Qh-relatie een eenduidige relatie 106 tussen de waterstand en de afvoer. De relatie<br />

106<br />

wordt actueel gehouden door de waterafvoeren periodiek daadwerkelijk te meten waarna<br />

eventueel een bijstell<strong>in</strong>g plaatsv<strong>in</strong>dt. Bij geconstateerde 106 verander<strong>in</strong>gen <strong>in</strong> de Qh-relatie worden<br />

de afvoeren achteraf <strong>in</strong> het algemeen niet herberekend.<br />

101


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Voor het dagelijkse rivierbeheer is deze praktijk voldoende nauwkeurig. Bij meer specialistische<br />

studies die gebruik maken van de berekende afvoeren blijken echter bezwaren aan deze<br />

methodiek te kleven.<br />

Een eerste probleem bij de huidige Qh-relatie voor de grote rivieren is dat de afvoer bij stijgend<br />

water hoger, en bij dalend water lager (hysterese), is dan berekend wordt uit de opgestelde<br />

Qh-relatie. Daarnaast treedt er een systematische onderschatt<strong>in</strong>g van de afvoer op als<br />

gevolg van het onvoldoende <strong>in</strong> reken<strong>in</strong>g brengen van de optredende bodemdal<strong>in</strong>g. Een heranalyse<br />

van de waterstands- en afvoermet<strong>in</strong>gen uit de periode 1956-heden heeft voor elk station<br />

een relatie opgeleverd tussen de afvoer aan de ene kant en de waterstand, de hysterese<br />

en de bodemverander<strong>in</strong>g aan de andere kant, de zogenaamde Qf-relaties (f staat voor functie).<br />

Hierdoor is de overall-onnauwkeurigheid van de berekende afvoeren afgenomen van 6-8%<br />

naar 2,5-4% van de gemeten afvoer. De verbeterde afvoerreeksen zijn gebruikt bij de afregel<strong>in</strong>g<br />

van het hydraulische model WAQUA waarmee onder andere de maatgevende hoogwaterstanden<br />

langs de Rijntakken en de Maas worden berekend.<br />

Het is de bedoel<strong>in</strong>g om de nieuwe methodiek ook <strong>in</strong> te zetten voor de rout<strong>in</strong>ematige bereken<strong>in</strong>g<br />

van de afvoeren en het aanpassen van de historische afvoerreeksen op de Rijntakken.<br />

6.5.7 OnnAuWKeurigheiD<br />

vOOr De grOTe rivieren<br />

De Qh-relatie wordt bepaald door de parameters: waterstand, stroomsnelheid, bodemprofiel<br />

en ruwheid. De waterstand wordt bepaald met een DNM, een radarniveaumeter of een peilschaal.<br />

De voor de vastlegg<strong>in</strong>g van de Qh-relatie bij verschillende waterstanden benodigde<br />

strom<strong>in</strong>g moet gemeten worden <strong>in</strong> het gehele doorstroomprofiel. Over de gehele breedte van<br />

het water worden verticale stroomprofielen gemeten met een afstand van 50 cm. Hiervoor<br />

worden propellermet<strong>in</strong>gen gebruikt of ADCP-met<strong>in</strong>gen. De afwijk<strong>in</strong>g tussen de geschatte<br />

stroomsnelheid en de werkelijk optredende stroomsnelheid is kle<strong>in</strong>er dan 10%.<br />

Voor de bereken<strong>in</strong>g van de optredende stroomsnelheid voor het gedeelte van de waterloop<br />

dat de uiterwaard en het w<strong>in</strong>terbed betreft, moet een schatt<strong>in</strong>g worden gemaakt op basis van<br />

hoogteprofielmet<strong>in</strong>gen en ruwheidsmet<strong>in</strong>gen. Voor de bepal<strong>in</strong>g van het bodemprofiel van<br />

het zomerbed worden multi-beam echolod<strong>in</strong>gen gebruikt met een nauwkeurigheid van 20<br />

cm, die worden aangevuld met het uit luchtfoto’s afgeleide profiel van het w<strong>in</strong>terbed. Digitale<br />

fotogrammetrie van luchtfoto’s geeft digitale hoogtemodellen met een nauwkeurigheid<br />

van 17 cm. Met laseraltimetrie gemaakt digitale hoogtemodellen hebben een nauwkeurigheid<br />

van 7 cm.<br />

De nauwkeurigheidseis met betrekk<strong>in</strong>g tot de waterstand is dat 95% van de gemeten water-<br />

standen m<strong>in</strong>der dan 2,5% afwijkt van de “ware” waterstand.<br />

Verder is belangrijk is een goede nulpuntstabiliteit van het meet<strong>in</strong>strument. Vanwege het verloop<br />

dient de nulpuntcontrole van druksensors zeer regelmatig plaats te v<strong>in</strong>den.<br />

Registratiefrequentie van de waterstanden: 10-m<strong>in</strong>uten gemiddelde waarden.<br />

Geldigheidsduur van een Qh-relatie: 3-5 jaar.<br />

Afhankelijk van de steilheid van de hoogwatergolf, kunnen als gevolg van hysterese, afwijk<strong>in</strong>gen<br />

optreden <strong>in</strong> de afvoer uit de Qh-relatie tot circa 8% van de werkelijk opgetreden afvoer.<br />

102


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

bij Kle<strong>in</strong>ere WATerlOpen<br />

De meeste voorbeelden van de toepass<strong>in</strong>g van Qh-relaties voor kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong> v<strong>in</strong>den we<br />

bij de Limburgse rivieren en beken. Sommige meetlocaties zijn gevoelig voor aanzand<strong>in</strong>g en/<br />

of begroei<strong>in</strong>g. Gemeten waterstand en berekend debiet passen dan niet meer bij elkaar: de<br />

grootste onnauwkeurigheid wordt immers geïntroduceerd bij de omreken<strong>in</strong>g van waterstand<br />

naar debiet. Om blijvend over dezelfde kwaliteit van de afvoerrelatie te kunnen beschikken is<br />

daarom regelmatige onderhoud en controle nodig:<br />

• 1 x per maand controle of de waterstandsmet<strong>in</strong>gen nog kloppen en controle van de<br />

afvoer relatie met een elektromagnetische afvoerbepal<strong>in</strong>g volgens ISO-voorschrift en con-<br />

trole van het dwarsprofiel.<br />

• de afvoerrelatie moet worden aangepast als het verschil tussen de <strong>in</strong>cidentele afvoer-<br />

met<strong>in</strong>g en de uitkomst van de afvoerrelatie te groot wordt. Te groot wil zeggen: meer dan<br />

2 of 3 keer een verschil meer dan 10%. Dan moet worden nagegaan of aanpassen van de<br />

relatie nodig is. Uiteraard moet bij geconstateerde verschillen ook de onderhoudstoestand<br />

geïnspecteerd worden.<br />

• 2 x per jaar controle van de vaste hoogte van het waterstandsmeetpunt.<br />

• 1 x per jaar nauwkeurige opnem<strong>in</strong>g van het dwarsprofiel.<br />

Om de afvoerrelatie te verbeteren is het van belang het gemeten traject zo vaak als mogelijk<br />

uit te breiden met met<strong>in</strong>gen van lage afvoeren en met<strong>in</strong>gen van hoge afvoeren. Bij hoogwaters<br />

is het zaak snel met een meetploeg en <strong>in</strong>strumenten ter plaatse te zijn.<br />

Gangbaar is een meetfout <strong>in</strong> het verwachte e<strong>in</strong>dresultaat van de afvoerrelatie van 10%.<br />

Dit geldt dan tot de hoogste afvoer waarvoor nog is geijkt.<br />

6.5.8 geSchiKTe meeT<strong>in</strong>STrumenTen<br />

Voor toepass<strong>in</strong>g bij kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong>:<br />

• Still<strong>in</strong>g well met vlotter<br />

• Still<strong>in</strong>g well met drukopnemer<br />

• Radarniveaumeter<br />

Voor gebruik <strong>in</strong> de grote rivieren<br />

• Radarniveaumeter<br />

• Stappenbaak<br />

• Rijkswaterstaat digitale niveaumeter DNM<br />

6.5.9 mOgelijKheDen en beperK<strong>in</strong>gen<br />

Nadeel van de methode is dat een def<strong>in</strong>itieve waterstand-afvoerrelatie pas kan worden vastgesteld<br />

als over het hele meetbereik ijkmet<strong>in</strong>gen beschikbaar zijn.<br />

Een ander nadeel van de Qh-relatie is de hoge procentuele onnauwkeurigheid bij lage afvoeren.<br />

Op de Maas en Rijn komt dit voor <strong>in</strong> gestuwde situaties bij lage afvoeren.<br />

Wanneer Qh-relaties, die bepaald zijn op basis van afvoermet<strong>in</strong>gen uit een voorafgaande<br />

periode, worden toegepast met actuele met<strong>in</strong>gen, wordt de <strong>in</strong>vloed van met name tussentijdse<br />

bodemverander<strong>in</strong>gen niet <strong>in</strong> reken<strong>in</strong>g gebracht, hetgeen aanleid<strong>in</strong>g kan zijn tot ongewenste<br />

fouten <strong>in</strong> de afvoer.<br />

103


odemverander<strong>in</strong>gen niet <strong>in</strong> reken<strong>in</strong>g gebracht, hetgeen aanleid<strong>in</strong>g kan zijn tot ongewenste<br />

fouten <strong>in</strong> de afvoer.<br />

STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De eenduidige Qh-relaties vertegenwoordigen feitelijk de gemiddelde relatie tussen de<br />

waterstand en de afvoer en houden dus geen reken<strong>in</strong>g met de hysterese die <strong>in</strong> werkelijkheid<br />

De eenduidige Qh-relaties vertegenwoordigen feitelijk de gemiddelde relatie tussen de water-<br />

optreedt. Deze houdt <strong>in</strong> dat er bij gelijkblijvende waterstand <strong>in</strong> de wassende fase van een<br />

stand en de afvoer en houden dus geen reken<strong>in</strong>g met de hysterese die <strong>in</strong> werkelijkheid<br />

hoogwatergolf meer afvoer optreedt dan <strong>in</strong> een permanente strom<strong>in</strong>gstoestand, terwijl er <strong>in</strong> de<br />

optreedt. Deze houdt <strong>in</strong> dat er bij gelijkblijvende waterstand <strong>in</strong> de wassende fase van een<br />

vallende fase juist een kle<strong>in</strong>ere afvoer optreedt dan <strong>in</strong> de permanente situatie.<br />

hoogwatergolf meer afvoer optreedt dan <strong>in</strong> een permanente strom<strong>in</strong>gstoestand, terwijl er <strong>in</strong><br />

de vallende fase juist een kle<strong>in</strong>ere afvoer optreedt dan <strong>in</strong> de permanente situatie.<br />

6.5.10 Voorbeelden grote rivieren<br />

Voor 6.5.10 de grote vOOrbeelDen rivieren zijn grOTe voor rivieren de volgende locaties Qh-relaties opgesteld:<br />

Voor de grote rivieren zijn voor de volgende locaties Qh-relaties opgesteld:<br />

Waterloop locatie Km raai<br />

TAbel 6-9<br />

Rijn<br />

OverzichT qh-relATieS grOTe rivieren<br />

Lobith 862,18<br />

Rijn Waterloop locatiePannerdensche kop Waal Km raai<br />

868,4<br />

Rijn rijn lobith Pannerdensche kop Pan. Kanaal 862,18<br />

870,4<br />

Rijn rijn pannerdensche IJsselkop kop waal Nederrijn 868,4<br />

880,1<br />

Rijn rijn pannerdensche IJsselkop kop pan. IJssel kanaal 870,4<br />

879,5<br />

Rijn rijn iJsselkop Waal nederrijn Tiel 880,1<br />

915<br />

Rijn rijn iJsselkop Lek iJssel Hageste<strong>in</strong> 879,5<br />

945<br />

Rijn rijn waal tiel IJssel Olst 915<br />

956<br />

rijn lek Hageste<strong>in</strong> 945<br />

Maas rijn iJssel olst Eijsden-grens 956<br />

2,56<br />

Maas maas eijsden-grens St. Pieter 2,56<br />

10,8<br />

Maas maas St. pieter Borgharen-Dorp 10,8<br />

16<br />

Maas maas borgharen-dorp Venlo 16<br />

107,47<br />

Maas maas Venlo Megen 107,47<br />

190,75<br />

maas Tabel megen 6-9 Overzicht Qh-relaties grote 190,75rivieren<br />

vOOrbeelD: qh-relATieS venlO en megen<br />

De vernieuwde Qh-relaties van Venlo en Megen zijn opgesteld op basis van de beschikbare<br />

meetgegevens <strong>in</strong> het hoge afvoerbereik <strong>in</strong> de jaren 2000 t/m 2003. Aanvullend zijn resultaten<br />

van WAQUA-bereken<strong>in</strong>gen bij een afvoertop van 3.800 m3 Voorbeeld: Qh-relaties Venlo en Megen<br />

De vernieuwde Qh-relaties van Venlo en Megen zijn opgesteld op basis van de beschikbare<br />

meetgegevens <strong>in</strong> het hoge afvoerbereik <strong>in</strong> de jaren 2000 t/m 2003. Aanvullend zijn resultaten<br />

/s bij Borgharen gebruikt.<br />

van WAQUA-bereken<strong>in</strong>gen bij een afvoertop van 3.800 m<br />

De bestaande Qh-relaties bij Venlo en Megen behoefden vervang<strong>in</strong>g <strong>in</strong> 2004 door de nieuw<br />

afgeleide Qh-relaties. De vernieuwde Qh-relatie bij Venlo luidt:<br />

3 /s bij Borgharen gebruikt. De<br />

bestaande Qh-relaties bij Venlo en Megen behoefden vervang<strong>in</strong>g door de nieuw afgeleide Qhrelaties.<br />

De vernieuwde Qh-relatie bij Venlo luidt:<br />

Q = 0,<br />

7191 h − 52,<br />

1918 h + 1507,<br />

2460 h − 21639,<br />

4047 h −154671<br />

h − 440721 [m 3 /s].<br />

Deze relatie geldt boven het niveau van 10,85 m+NAP en tot het niveau van 19,34 m+NAP. In<br />

Deze relatie geldt boven het niveau van 10,85 m+NAP en tot het niveau van 19,34 m+NAP. In<br />

Figuur 6-8 is de vernieuwde Qh-relatie voor Venlo weergegeven.<br />

Figuur 6-8 is de vernieuwde Qh-relatie voor Venlo weergegeven.<br />

104<br />

5<br />

4<br />

3<br />

109<br />

2


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 6-8 vernieuWDe qh-relATie venlO 2004 (nieT <strong>in</strong> gebruiK)<br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 6-8 Vernieuwde Qh-relatie Venlo 2004 (niet <strong>in</strong> gebruik)<br />

Over de nauwkeurigheid van de nieuwe Qh-relatie het volgende. De standaardafwijk<strong>in</strong>g van<br />

het verschil tussen de met<strong>in</strong>gen en de nieuwe Qh-relatie van Venlo <strong>in</strong> het afvoerbereik lager<br />

dan 1.000 m3 /s is 72 m3 /s. Voor het afvoerbereik bij Venlo hoger dan 1.000 m3 /s is de standaardafwijk<strong>in</strong>g<br />

voor dit verschil 54 m3 Over de nauwkeurigheid van de nieuwe Qh-relatie het volgende. De standaardafwijk<strong>in</strong>g van het<br />

verschil tussen de met<strong>in</strong>gen en de nieuwe Qh-relatie van Venlo <strong>in</strong> het afvoerbereik lager dan<br />

1.000 m<br />

/s. Deze waarden kunnen als maat dienen voor de onnauwkeurigheid<br />

van de afvoer bij een gemeten waterstand bij gebruik van de Qh-relatie Venlo.<br />

vOOrbeelD: hySTereSe-eFFecT<br />

Het hysterese-effect is onderzocht voor de meetgegevens van Venlo. Uit het onderzoek blijkt<br />

dat het hysterese-effect redelijk kan worden berekend met de formule van Jones. Verder<br />

onderzoek wordt aanbevolen, maar met de formule kan het hysterese-effect bij de Qh-relatie<br />

worden geteld zodat het werkelijke afvoerverloop tijdens een afvoergolf beter kan worden<br />

gesimuleerd.<br />

3 /s is 72 m 3 /s. Voor het afvoerbereik bij Venlo hoger dan 1.000 m 3 /s is de standaardafwijk<strong>in</strong>g<br />

voor dit verschil 54 m 3 Figuur 6-8 Vernieuwde Qh-relatie Venlo 2004 (niet <strong>in</strong> gebruik)<br />

/s. Deze waarden kunnen als maat dienen voor de onnauw-<br />

Over de nauwkeurigheid van de nieuwe Qh-relatie het volgende. De standaardafwijk<strong>in</strong>g van het<br />

keurigheid van de afvoer bij een gemeten waterstand bij gebruik van de Qh-relatie Venlo.<br />

verschil tussen de met<strong>in</strong>gen en de nieuwe Qh-relatie van Venlo <strong>in</strong> het afvoerbereik lager dan<br />

Voorbeeld: 1.000 m Hysterese-effect<br />

Het hysterese-effect is onderzocht voor de meetgegevens van Venlo. Uit het onderzoek blijkt<br />

dat het hysterese-effect redelijk kan worden berekend met de formule van Jones. Verder<br />

onderzoek wordt aanbevolen, maar met de formule kan het hysterese-effect bij de Qh-relatie<br />

worden geteld zodat het werkelijke afvoerverloop tijdens een afvoergolf beter kan worden<br />

gesimuleerd.<br />

3 /s is 72 m 3 /s. Voor het afvoerbereik bij Venlo hoger dan 1.000 m 3 /s is de standaardafwijk<strong>in</strong>g<br />

voor dit verschil 54 m 3 /s. Deze waarden kunnen als maat dienen voor de onnauwkeurigheid<br />

van de afvoer bij een gemeten waterstand bij gebruik van de Qh-relatie Venlo.<br />

Voorbeeld: Hysterese-effect<br />

Het hysterese-effect is onderzocht voor de meetgegevens van Venlo. Uit het onderzoek blijkt<br />

dat het hysterese-effect redelijk kan worden berekend met de formule van Jones. Verder<br />

onderzoek wordt aanbevolen, maar met de formule kan het hysterese-effect bij de Qh-relatie<br />

worden geteld zodat het werkelijke afvoerverloop tijdens een afvoergolf beter kan worden<br />

gesimuleerd.<br />

Figuur 6-9 hySTereSe-eFFecT bij venlO bepAAlD meT gemeTen AFvOer en WATerSpiegelverhAng 13 T/m 18 FebruAri 2002<br />

Figuur 6-9 Hysterese-effect bij Venlo bepaald met gemeten afvoer en waterspiegelverhang 13 t/m 18<br />

februari 2002<br />

Figuur 6-9 Hysterese-effect bij Venlo bepaald met gemeten afvoer en waterspiegelverhang 13 t/m 18<br />

februari 2002<br />

110<br />

110<br />

105


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

In Figuur 6-9 is het resultaat van een korte periode tijdens 2002 weergegeven. Uit de figuur<br />

blijkt dat de voorspell<strong>in</strong>g met de formule van Jones redelijk goed <strong>in</strong> de buurt ligt bij het gemeten<br />

verloop <strong>in</strong> de tijd.<br />

6.5.11 vOOrbeelDen Kle<strong>in</strong>ere WATerlOpen<br />

Voor de volgende kle<strong>in</strong>ere waterl<strong>open</strong> zijn Qh-relaties opgesteld:<br />

TAbel 6-10 OverzichT qh-relATieS Kle<strong>in</strong>ere WATerlOpen<br />

Waterloop locatie Waterbeheerder<br />

overijsselse Vecht emlichheim (d) nlwkn, meppen (d)<br />

berkel Stadlohn (d) lanuv (d)<br />

berkel ammeloe (d) lanuv (d)<br />

issel/oude iJssel isselburg (d) lanuv (d)<br />

bocholter aa/aastrang rhedebrugge (d) lanuv (d)<br />

niers gennep wS peel en maasvallei<br />

Swalm Swalmen wS peel en maasvallei<br />

roer Stah (d) lanuv (d)<br />

roer Jülich (d) lanuv (d)<br />

Vlootbeek Vlootbekermolen wS roer en overmaas<br />

Vloedgraaf nieuwstadt wS roer en overmaas<br />

geleenbeek oud-roosteren wS roer en overmaas<br />

geul Hommerich wS roer en overmaas<br />

geul meerssen wS roer en overmaas<br />

gulp azijnfabriek wS roer en overmaas<br />

Jeker nekum wS roer en overmaas<br />

anselderbeek eygelshoven wS roer en overmaas<br />

worm rimburg wS roer en overmaas<br />

De meeste voorbeelden van de toepass<strong>in</strong>g van Qh-relaties v<strong>in</strong>den we voor de Limburgse<br />

rivieren en beken.<br />

Het meetstation van het Waterschap Roer en Overmaas <strong>in</strong> de Roer, Drie Bogen, is niet meer<br />

<strong>in</strong> gebruik. Tegenwoordig wordt gebruik gemaakt van het Duitse meetstation Stah. Door de<br />

dynamiek van de Roer en het missen van afvoer bij hoge afvoeren was Drie Bogen onbetrouwbaar.<br />

Bij het Duitse meetstation Stah is de watergang vastgelegd en dus stabiel. Tevens moet<br />

al het water daar door de meetsectie.<br />

106


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-26 STAh (D) <strong>in</strong> De rOer, AFvOermeeTSTATiOn meT KAbelbAAn<br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

TAbel 6-11 qh-relATie AFvOermeeTSTATiOn Foto 6-26 STAh Stah (D) (D) <strong>in</strong> <strong>in</strong> De de rOer Roer, afvoermeetstation met kabelbaan<br />

Tabel 6-11 Qh-relatie Afvoermeetstation Stah (D) <strong>in</strong> de Roer<br />

Foto 6-27 Afvoermeetstation Hommerich <strong>in</strong> de Geul<br />

112<br />

107


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

FOTO 6-27 AFvOermeeTSTATiOn hOmmerich <strong>in</strong> De geul<br />

oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

TAbel 6-12 qh-relATie meeTSTATiOn hOmmerich <strong>in</strong> De geul<br />

6.5.12 iSO-STAnDAArDen<br />

6.5.12 ISO-standaarden<br />

De ISO-standaarden die betrekk<strong>in</strong>g hebben op de “stage-discharge” methode zijn de volgende:<br />

• ISO 1100-2 Determ<strong>in</strong>ation of the stage-discharge relation<br />

• • ISO ISO 1100-1 1100-2 Establishment Determ<strong>in</strong>ation and of the operation stage-discharge of a gaug<strong>in</strong>g relation station<br />

• ISO 1100-1 Establishment and operation of a gaug<strong>in</strong>g station<br />

Verder is zeer <strong>in</strong>formatief over de Duitse methode voor het bepalen en gebruiken van water-<br />

• Vom Wasserstand zum Durchfluss; Arbeitsanleitung Pegel- und Datendienst Baden-<br />

Württemberg, februari 2002<br />

Württemberg, februari 2002<br />

108<br />

Tabel 6-12 Qh-relatie meetstation Hommerich <strong>in</strong> de Geul<br />

De ISO-standaarden die betrekk<strong>in</strong>g hebben op de “stage-discharge” methode zijn de volgende:<br />

Verder is zeer <strong>in</strong>formatief over de Duitse methode voor het bepalen en gebruiken van<br />

stands- waterstands- afvoerrelaties:<br />

• Vom Wasserstand zum Durchfluss; Arbeitsanleitung Pegel- und Datendienst Baden-<br />

113


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.6 relATie DebieT en vervAl<br />

6.6.1 <strong>in</strong>leiD<strong>in</strong>g<br />

Voor pompgemalen geldt dat er een relatie is tussen de opbrengst van de pomp enerzijds en<br />

de opvoerhoogte (negatief verval) anderzijds. Deze relatie wordt bepaald door de zogenaamde<br />

pompkarakteristiek. Voor vijzelgemalen geldt dat de capaciteit afhankelijk is van het toerental<br />

van de vijzel en de coëfficiënten uit de debietformule van Muysken.<br />

Nu zijn gemalen geen debietmeet<strong>in</strong>richt<strong>in</strong>gen, maar waterbeheerders zijn geïnteresseerd<br />

<strong>in</strong> de uitgeslagen of opgemalen hoeveelheden. Daarvoor moeten debieten kunnen worden<br />

bepaald.<br />

Hetzelfde geldt voor schuiven, duikers, afsluiters en andersoortige kunstwerken die deel uitmaken<br />

van het watersysteem. Voor al deze kunstwerken geldt dat er een relatie tussen het verval<br />

over het kunstwerk en het debiet kan worden bepaald. Deze relatie kan vervolgens worden<br />

gebruikt als debietformule <strong>in</strong> de afvoerbepal<strong>in</strong>g.<br />

In dit hoofdstuk worden behandeld:<br />

• Pompgemalen (par. 6.6.2);<br />

• Vijzelgemalen (par. 6.6.3);<br />

• Inlaat- en spuiconstructies: verticale schuiven met onderstort (par. 6.6.4);<br />

• Open duikers (par. 6.6.5);<br />

• Afsluiters (par. 6.6.6);<br />

• Hevels en sifons (par. 6.6.7).<br />

In onderstaande hoofdstukken worden de theoretische formules voor de relatie verval en<br />

debiet gegeven. In-situ calibratie is doorgaans nodig om deze formules zodanige kwaliteit te<br />

geven dat ze kunnen worden <strong>in</strong>gezet als debietformule (zie par. 5.5).<br />

FOTO 6-28 SpuiSluiS DelFzijl, WS hunze en AA’S (FOTO: hKv lijn <strong>in</strong> WATer)<br />

109


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.6.2 pOmpgemAlen<br />

Van de vele pomptypen worden de waaiertypen <strong>in</strong> de praktijk het meest toegepast. Tot het<br />

waaiertype behoren de axiaalpompen, de half-axiaalpompen en de centrifugaalpompen,<br />

waarvan de laatste categorie de meest toegepaste pomp is bij grotere opvoerhoogten. In tegenstell<strong>in</strong>g<br />

tot vijzels maken pompen meestal deel uit van een leid<strong>in</strong>gsysteem: de zuigleid<strong>in</strong>g en<br />

de persleid<strong>in</strong>g, waardoor een deel van de energie wordt verbruikt door de leid<strong>in</strong>gverliezen.<br />

Dit geldt niet voor schroefpompen, die vaak <strong>open</strong> worden uitgevoerd, dat wil zeggen zonder<br />

zuig - en/of persleid<strong>in</strong>g.<br />

Steeds meer pompen worden bovendien uitgevoerd met een regel<strong>in</strong>g van het toerental middel<br />

een frequentie-omvormer.<br />

Figuur 6-10 De energielijn vOOr een enKelvOuDig leiD<strong>in</strong>gSySTeem WAAr<strong>in</strong> één pOmp iS OpgeSTelD<br />

Bij pompen worden de volgende hoogteverschillen en begrippen gedef<strong>in</strong>ieerd:<br />

• Hman : drukverschil, op korte afstand vóór en achter de pomp, bepaald met<br />

manometers;<br />

• Hpomp : energiehoogteverschil, op korte afstand vóór en achter de pomp.<br />

2 2 H = H + z + v /2g - vP1 /2g<br />

pomp man P2<br />

z : plaatshoogteverschil tussen de beide manometers,<br />

vP1 : stroomsnelheid <strong>in</strong> de zuigleid<strong>in</strong>g,<br />

vP2 : stroomsnelheid <strong>in</strong> de persleid<strong>in</strong>g,<br />

• Hstat : verschil tussen buitenpeil en b<strong>in</strong>nenpeil ter weerszijden van het gemaal<br />

(eigenlijk is Hstat het verschil <strong>in</strong> energiehoogte tussen beide panden.<br />

Er wordt hier echter aangenomen dat de stroomsnelheden <strong>in</strong> de panden<br />

verwaarloosbaar kle<strong>in</strong> zijn),<br />

• Hw : het totaal aan energieverliezen vóór (H ) en achter (H ) de pomp:<br />

w1 w2<br />

H = H + H (zie Figuur 6-10). Dit zijn naast de wrijv<strong>in</strong>gsverliezen en de<br />

w w1 w2<br />

<strong>in</strong>tree- en uittreeverliezen van het leid<strong>in</strong>gsysteem ook de verliezen door<br />

roosters, bochten, profielverander<strong>in</strong>gen, afsluiters en terugslagkleppen.<br />

Op de proefstand <strong>in</strong> de fabriek wordt H bepaald. In die gevallen waarbij de manome-<br />

pomp<br />

ters op dezelfde hoogte zijn opgesteld en de diameters van zuig- en persleid<strong>in</strong>g dezelfde<br />

zijn, wordt H = H . Aangenomen dat dit het geval is, dan: H = H + H ,<br />

pomp man man stat w<br />

110


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

• pompkarakteristiek: de Q-H man relatie, zoals die is vastgesteld voor de grotere pompen <strong>in</strong><br />

een testopstell<strong>in</strong>g <strong>in</strong> de fabriek, waarbij verschillende nauwkeurigheidsklassen worden<br />

onderscheiden;<br />

• gemaalkarakteristiek: de Q-H -relatie opgesteld door bereken<strong>in</strong>g van H of door een<br />

stat w<br />

calibratie na het voltooien van de bouw van het gemaal.<br />

Voor het bepalen van het debiet dat een pompgemaal opbrengt, zijn er de volgende mogelijkheden:<br />

• gebruikmaken van de capaciteit Q en de daarbij behorende opvoerhoogte zoals vermeld<br />

op het typeplaatje van de pomp, of van catalogusgegevens van de pompleverancier. De<br />

betrouwbaarheid van deze <strong>in</strong>formatie kan laag zijn, waardoor deze methode wordt ontraden.<br />

Dit is vooral het geval als de capaciteit wordt vermeld zonder een bijbehorende<br />

opvoerhoogte en de waterstanden <strong>in</strong> de praktijk nogal wisselen. Door slijtage neemt de<br />

capaciteit <strong>in</strong> de tijd af;<br />

• gebruikmaken van de pompkarakteristiek: de Q-H -relatie, waarbij H wordt geme-<br />

man man<br />

ten op exact dezelfde posities als waarop dat <strong>in</strong> de testopstell<strong>in</strong>g is gebeurd. Deze methode<br />

is zeer betrouwbaar, mits aan de volgende twee voorwaarden wordt voldaan:<br />

• voldoende lengte rechte leid<strong>in</strong>g (meestal uitgedrukt <strong>in</strong> een aantal malen de leid<strong>in</strong>gdiameter)<br />

vóór de manometer <strong>in</strong> de zuigleid<strong>in</strong>g en achter de manometer <strong>in</strong> de persleid<strong>in</strong>g,<br />

• de pomp moet <strong>in</strong> goede conditie zijn.<br />

De ISO-standaard 2548 wordt als norm gehanteerd voor het testen van waaierpompen. Als<br />

gevolg van vermeende problemen met de praktische uitvoerbaarheid wordt deze methode <strong>in</strong><br />

slechts we<strong>in</strong>ig gevallen toegepast. Het meten van het opgenomen motorvermogen kan een<br />

goed alternatief zijn, mits de curve niet te vlak loopt, zoals vaak bij half-axiaalpompen het<br />

geval is.<br />

• gebruikmaken van de pompkarakteristiek: de Q-H man -relatie, waarbij echter niet H man<br />

wordt gemeten, maar om praktische redenen Hstat wordt gemeten en <strong>in</strong>gevoerd <strong>in</strong> de<br />

Q-H man -relatie. Omdat bij deze methode Hw wordt genegeerd, is ze pr<strong>in</strong>cipieel onjuist:<br />

ze leidt tot een systematische overschatt<strong>in</strong>g van het debiet. Deze fout is groter naarmate<br />

de waarde van het quotiënt H /H toeneemt. Bovendien geldt als voorwaarde, dat elke<br />

w man<br />

pomp zijn eigen zuig- en persleid<strong>in</strong>g heeft: bij meerdere pompen op één leid<strong>in</strong>g mogen de<br />

capaciteiten niet worden opgeteld;<br />

• vaststellen van de gemaalkarakteristiek: de Q-H -relatie, door bereken<strong>in</strong>g van het geheel<br />

stat<br />

aan verliezen H , waarbij de verliescoëfficiënten worden ontleend aan handboeken voor<br />

w<br />

gesloten leid<strong>in</strong>gen. De nauwkeurigheid hiervan kan om de volgende redenen tegenvallen:<br />

• onnauwkeurigheid <strong>in</strong> de grootte van de verliescoëfficiënten voor elk der weerstanden,<br />

• onzekerheid over de onderl<strong>in</strong>ge beïnvloed<strong>in</strong>g van de afzonderlijke weerstanden,<br />

• voor waarden H / H kle<strong>in</strong>er dan 0,2 kan deze methode tot een redelijk betrouw-<br />

w man<br />

bare gemaalkarakteristiek leiden, mits de pomp(en) nog <strong>in</strong> goede conditie is (zijn);<br />

• vaststellen van de gemaalkarakteristiek: de Q-H -relatie, door calibratie <strong>in</strong> situ, met<br />

stat<br />

behulp van één der <strong>in</strong>cidentele debietmeetmethoden (de velocity-area methode of de<br />

mobiele akoestische methode, zie par. 5.5). De nauwkeurigheid van de op deze wijze<br />

vastgestelde gemaalkarakteristiek wordt direct bepaald door de nauwkeurigheid van de<br />

ijk<strong>in</strong>g, die zeer zorgvuldig moet worden uitgevoerd. Belangrijke aandachtspunten hierbij<br />

111


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

zijn de keuze van de meetraai en het constant zijn van de beide waterstanden gedurende<br />

de ijk<strong>in</strong>g, en de (registratie van de) toerentallen van de pompen. Als de Q-H -relatie<br />

stat<br />

eenmaal is bepaald, verdient het aanbevel<strong>in</strong>g deze bijvoorbeeld éénmaal per vijf jaar te<br />

herijken, om de gevolgen van slijtage, breuk, aangroei en vervuil<strong>in</strong>g bij te houden. Het<br />

negeren van ouderdomsverschijnselen van gemalen leidt eveneens tot een systematische<br />

overschatt<strong>in</strong>g van het debiet;<br />

• het cont<strong>in</strong>u meten van het debiet <strong>in</strong> de persleid<strong>in</strong>g(en) met één van de vele debietmeetmethoden<br />

voor gesloten leid<strong>in</strong>gen, waarvan de volgende twee veel toepass<strong>in</strong>g v<strong>in</strong>den:<br />

• elektromagnetische doorstroommeters op de persleid<strong>in</strong>g,<br />

• ultrasonore doorstroommeters, mits <strong>in</strong>gesloten luchtbellen en zwevend sediment de<br />

signalen niet verstoren. Het pr<strong>in</strong>cipe, de looptijdverschilmethode is identiek aan dat<br />

van de akoestische methode, zie par. 7.3.2. Als er wel veel deeltjes of luchtbellen <strong>in</strong> het<br />

water aanwezig zijn, kan een met<strong>in</strong>g volgens het Doppler-pr<strong>in</strong>cipe een goede oploss<strong>in</strong>g<br />

bieden, zie par. 7.3.3.<br />

Bij beide methoden is een voldoend lange rechte aanstrom<strong>in</strong>g nodig. Deze methoden zijn<br />

vooral aantrekkelijk als meerdere pompen op één gezamenlijke persleid<strong>in</strong>g zijn aangesloten;<br />

• het cont<strong>in</strong>u meten van het debiet <strong>in</strong> één van de aangrenzende (kanaal)panden. De meest<br />

<strong>in</strong> aanmerk<strong>in</strong>g komende methoden zijn:<br />

• een meetstuw of een meetgoot (par. 7.1 en 7.2),<br />

• een akoestisch debietmeetstation (par. 7.3).<br />

Deze laatste methode verdient vooral aanbevel<strong>in</strong>g, als het uitslaan van water behalve met<br />

pompen ook via spuikokers onder vrij verval plaatsv<strong>in</strong>dt (getijdegebied), of wanneer via het<br />

gemaal nu eens wordt uitgeslagen en dan weer wordt <strong>in</strong>gelaten. Zowel voor meetstuwen als<br />

ook voor een akoestisch debietmeetstation zal het ontwerp aan alle - soms nauw luisterende -<br />

randvoorwaarden moeten voldoen.<br />

De keuze van de meest geëigende methode komt tot stand na een zorgvuldige afweg<strong>in</strong>g van<br />

de randvoorwaarden uit het veld, de opbouw van het gemaal en de nauwkeurigheidseisen.<br />

Voor de gangbare poldergemalen heeft een <strong>in</strong>-situ calibratie de voorkeur.<br />

gArAnTiemeT<strong>in</strong>gen<br />

Garantiemet<strong>in</strong>gen worden uitgevoerd <strong>in</strong> het kader van de controle van de pompgarantie-gegevens<br />

na afrond<strong>in</strong>g van de nieuwbouw van een gemaal. De meetresultaten worden dus vergeleken<br />

met de door de pompleverancier afgegeven pompgarantie. Doorgaans worden hierbij<br />

propellermolens gebruikt opgesteld volgens een matrix over het dwarsprofiel (velocity-area<br />

methode). Toerental en opvoerhoogte kunnen worden gevarieerd, maar moeten tijdens de<br />

met<strong>in</strong>g wel constant gehouden worden. Belangrijk voor de met<strong>in</strong>g is:<br />

• Voldoende rechte aanstroomlengte voor de meetlocatie<br />

• Voldoende hoge stroomsnelheid<br />

• Schone wanden en bodem (geen rommel meer van de nieuwbouw)<br />

Meestal worden bij een garantiemet<strong>in</strong>g schotten geplaatst om de gewenste opvoerhoogte te<br />

verkrijgen. Het onhandig kunstmatig verhogen van bijvoorbeeld het peil aan de uitstroomzijde<br />

van het gemaal kan de met<strong>in</strong>g beïnvloeden; er kan namelijk terugstuw<strong>in</strong>g optreden.<br />

112


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De garantiemet<strong>in</strong>g is meestal gericht op de maximale ontwerpsituatie waarvoor het gemaal<br />

ontworpen is. Voor die situatie geeft de fabrikant immers nog zijn garantie af. Dit kan tevens<br />

het nadeel zijn van de met<strong>in</strong>g omdat een dergelijke capaciteitsbepal<strong>in</strong>g nog niets hoeft te zeggen<br />

over de dagelijkse bemal<strong>in</strong>gsomstandigheden.<br />

De garantiemet<strong>in</strong>g geeft <strong>in</strong> feite aan dat de fabrieksgegevens correct zijn voor de ontwerpsituatie.<br />

In de praktijk kan de opbrengstformule van een gemaal nog behoorlijk afwijken van de<br />

fabriekswaarde, zeker als de dagelijkse bemal<strong>in</strong>gsomstandigheden sterk afwijken van de ontwerpsituatie.<br />

In dat geval is een <strong>in</strong>-situ calibratie nodig voor de dagelijkse bemal<strong>in</strong>gsomstandigheden.<br />

FOTO 6-29 gemAAl SchAphAlSTerzijl (bOven) en STAD en lAnDe (OnDer) en Figuur 6-11 gArAnTiemeT<strong>in</strong>g SchAphAlSTerzijl<br />

(FOTO en Figuur: WS nOOrDerzijlveST)<br />

6.6.3 vijzelS<br />

Een vijzel is een opvoerwerktuig, waar<strong>in</strong> een vaste hoeveelheid water, opgesloten <strong>in</strong> de waterkrul<br />

tussen twee opeenvolgende vijzelbladen, omhoog wordt getransporteerd met een constante<br />

snelheid, die wordt bepaald door het toerental, zie Figuur 6-12. De moderne vijzel is<br />

gebaseerd op de schroef van Archimedes uit de oudheid.<br />

113


Een vijzel is een opvoerwerktuig, waar<strong>in</strong> een vaste hoeveelheid water, opgesloten <strong>in</strong> de<br />

waterkrul STOWA tussen 2009-41 <strong>Handboek</strong> twee <strong>debietmeten</strong> opeenvolgende <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong> vijzelbladen, omhoog wordt getransporteerd met een<br />

constante snelheid, die wordt bepaald door het toerental, zie Figuur 6-12. De moderne vijzel is<br />

gebaseerd op de schroef van Archimedes uit de oudheid.<br />

Figuur 6-12 pr<strong>in</strong>cipeScheTS vAn De vijzel (brOn: lAnDuSTrie)<br />

Voor een vijzel Figuur worden 6-12 de volgende Pr<strong>in</strong>cipeschets symbolen van en begrippen de vijzel (bron: gedef<strong>in</strong>ieerd: Landustrie)<br />

d : balkdiameter<br />

Voor een D vijzel worden de : buitendiameter volgende symbolen vijzel en begrippen gedef<strong>in</strong>ieerd:<br />

d β : balkdiameter : opstell<strong>in</strong>gshoek, die kan variëren van 26° tot 40°. De meest voorkomende<br />

D : buitendiameter hoeken zijn vijzel 30°, 35° en 38°<br />

β a : opstell<strong>in</strong>gshoek, : het aantal gangen die kan van variëren de beschoep<strong>in</strong>g. van 26° Bijna tot altijd 40°. drie De meest vanwege voorkomende<br />

het hoge<br />

hoeken rendement zijn 30°, 35° en 38°<br />

a S : het aantal : spoed, gangen de afstand van tussen de beschoep<strong>in</strong>g. twee golftoppen Bijna van altijd eenzelfde drie gang; vanwege het hoge<br />

L rendement : totale lengte van de beschoep<strong>in</strong>g<br />

S opleider : spoed, : halfcirkelvormige de afstand tussen goot twee waardoor golftoppen het water van naar eenzelfde boven wordt gang; geschroefd;<br />

L tastpunt : totale : laagste lengte punt van opleider de beschoep<strong>in</strong>g en beschoep<strong>in</strong>g<br />

opleider vulpunt : halfcirkelvormige : benedenstrooms goot peil waardoor waarbij de het vijzel water zijn naar maximale boven vull<strong>in</strong>g wordt bereikt; geschroefd;<br />

tastpunt stortpunt : laagste : bovenste punt opleider punt opleider en beschoep<strong>in</strong>g<br />

en beschoep<strong>in</strong>g<br />

vulpunt tegenmaalpunt : benedenstrooms : bovenstroomse peil peil, waarbij waarbij de de vijzel vijzel zijn maximale rendement vull<strong>in</strong>g bereikt; bereikt.<br />

stortpunt : bovenste Dit punt peil, ook opleider wel stuwpunt en beschoep<strong>in</strong>g genoemd, ligt 0,15 à 0,33D boven het stort-<br />

tegenmaalpunt : bovenstroomse punt, afhankelijk peil, waarbij van de opstell<strong>in</strong>gshoek de vijzel zijn maximale b, de parameters rendement d/D en S/D, bereikt. en Dit<br />

peil, ook het aantal wel stuwpunt gangen. genoemd, ligt 0,15 à 0,33D boven het stortpunt,<br />

afhankelijk van de opstell<strong>in</strong>gshoek β, de parameters d/D en S/D, en het<br />

De maximale aantal capaciteit gangen. treedt op bij een benedenwaterstand gelijk aan of boven het vulpunt<br />

De maximale en een capaciteit bovenwaterstand treedt gelijk op bij aan een of beneden benedenwaterstand het tegenmaalpunt. gelijk Het aan maximale of boven rendement het vulpunt en<br />

een bovenwaterstand treedt op bij een benedenwaterstand gelijk aan of beneden gelijk aan het het vulpunt tegenmaalpunt. en een bovenwaterstand Het maximale gelijk rendement<br />

aan<br />

treedt op het bij tegenmaalpunt. een benedenwaterstand Het debiet van gelijk een vijzel aan wordt het vulpunt met de formule en een van bovenwaterstand Muysken bepaald: gelijk aan<br />

het tegenmaalpunt. Het debiet van een vijzel wordt met de volgende formule bepaald:<br />

Q=<br />

114<br />

f<br />

⋅ 3<br />

(formule van Muysken)<br />

q ⋅ n ⋅ D<br />

met: Q : debiet (m 3 /m<strong>in</strong>uut)<br />

(formule van Muysken)<br />

q : vijzelcoëfficiënt, theoretische <strong>in</strong>houdsfactor (-), q = f(β,d/D,S/D)<br />

met:<br />

Q : debiet (m3 /m<strong>in</strong>uut)<br />

q : vijzelcoëfficiënt, theoretische <strong>in</strong>houdsfactor (-), q = f(β,d/D,S/D)<br />

f : efficiëntiefactor, die aangeeft dat de werkelijke opbrengst onder gunstige<br />

omstandigheden groter is dan<br />

119<br />

de theoretische (-)<br />

n : toerental (omw./m<strong>in</strong>uut)<br />

D : buitendiameter vijzel (m)


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

De vijzelcoëfficiënt wordt vermeld <strong>in</strong> de literatuur voor hoeken 22° < β < 30° en moet worden<br />

opgevraagd bij leveranciers voor hoeken β > 30°. Ter illustratie: voor β = 30°, d/D = 0,5 en S/D<br />

= 1,0 wordt q = 0,250. Deze vijzelcoëffficiënt neemt toe bij een afnemende hoek β en bij een<br />

toename van S/D, terwijl het optimum van d/D 0,4 à 0,5 bedraagt.<br />

De efficiëntiefactor varieert als volgt: 1,10 < f < 1,20.<br />

f = 1,10 : geldt voor oudere of wat m<strong>in</strong>der nauwkeurig gebouwde vijzels,<br />

f = 1,15 : is een algemeen aanvaarde gemiddelde waarde,<br />

f = 1,20 : wordt aangehouden voor de huidige vijzels, die maatvast/nauwkeurig zijn<br />

uitgevoerd.<br />

Daarnaast is deze factor <strong>in</strong> lichte mate afhankelijk van enerzijds slijtage en anderzijds<br />

aangroei<strong>in</strong>g.<br />

Het toerental varieert globaal als volgt: 20 < n < 100 (voordeel: we<strong>in</strong>ig slijtage, geen cavitatie).<br />

Ontwerpers houden vaak aan: n = 50/D 2/3 waarbij D <strong>in</strong> meters wordt uitgedrukt.<br />

De peilen ter weerszijden van een vijzel mogen niet te veel variëren:<br />

• het benedenstroomse peil (zuigniveau) vlak vóór de vijzel (voorbij het krooshek) dient bij<br />

voorkeur overeen te komen met het vulpunt. Een te laag zuigniveau leidt tot een afname<br />

van het debiet, een te hoog zuigniveau is niet van <strong>in</strong>vloed op het debiet maar wel <strong>in</strong><br />

ger<strong>in</strong>ge mate op het rendement (η), zie Figuur 6-13,<br />

• het bovenstroomse peil (persniveau) dient bij voorkeur overeen te komen met het tegenmaalpunt.<br />

Een lager persniveau is niet van <strong>in</strong>vloed op het debiet maar leidt wel tot enig<br />

rendementsverlies. Een te hoog persniveau zal retourstroom tot gevolg hebben, waardoor<br />

zowel het rendement als het debiet afnemen.<br />

• De maximale opvoerhoogte H is gedef<strong>in</strong>ieerd als het hoogteverschil tussen het tegenmaalpunt<br />

en het vulpunt.<br />

Figuur 6-13 DebieT vijzel en renDemenT AlS FuncTie vAn heT zuigniveAu<br />

115


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Om zeker te zijn van een nauwkeurige debietbepal<strong>in</strong>g, worden de volgende aanbevel<strong>in</strong>gen<br />

gedaan:<br />

• met<strong>in</strong>g van de waterstanden:<br />

• Benedenstrooms om geïnformeerd te zijn over een eventuele onderschrijd<strong>in</strong>g van het<br />

vulpunt.<br />

• Bovenstrooms ter <strong>in</strong>formatie van een eventuele overschrijd<strong>in</strong>g van het tegenmaalpunt.<br />

• met<strong>in</strong>g en constant houden van het vijzeltoerental,<br />

• registratie van de bedrijfstijden,<br />

• aangezien de waterstanden doorgaans geheel bovenstrooms en benedenstrooms van het<br />

gemaal worden gemeten, zullen de vervallen over het krooshek benedenstrooms en de<br />

terugslagklep bovenstrooms beperkt moeten worden tot ten hoogste enkele centimeters.<br />

Waar dit mogelijk is, verdient het de voorkeur, om de benedenstroomse waterstand na<br />

het krooshek te meten. Overigens dienen de verliezen over een (schoon) krooshek en de<br />

terugslagklep bekend te zijn.<br />

Ondanks de redelijke mate van betrouwbaarheid van de vijzelformule, is het uitvoeren van<br />

een controle-debietmet<strong>in</strong>g na oplever<strong>in</strong>g van een nieuwbouw vijzelgemaal wel noodzakelijk.<br />

(velocity-area methode of <strong>in</strong>cidenteel een akoestische meetmethode). Zie ook het onderwerp<br />

“garantiemet<strong>in</strong>gen” bij pompgemalen.<br />

FOTO 6-30 vijzelgemAAl AbelSTOK <strong>in</strong> AAnbOuW (FOTO: WS nOOrDerzijlveST) en vijzel hAlFWeg <strong>in</strong> beDrijF (FOTO: WAgen<strong>in</strong>gen univerSiTeiT)<br />

116


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

6.6.4 <strong>in</strong>lAAT- en SpuicOnSTrucTieS: verTicAle Schuiven meT OnDerSTOrT<br />

Inlaatwerken en spuisluizen - voorzien van verticale schuiven - worden <strong>in</strong> Nederland toegepast<br />

voor het oppervlaktewaterbeheer. Aantrekkelijke aspecten van verticale schuiven met<br />

onderstort zijn:<br />

• de dubbele functie als regel- én meetkunstwerk;<br />

• de ger<strong>in</strong>ge gevoeligheid voor variaties <strong>in</strong> de bovenstroomse waterstand op het debiet.<br />

Het is <strong>in</strong> veel situaties niet eenvoudig om betrouwbare afvoerrelaties voor deze kunstwerken<br />

op te stellen om de volgende redenen:<br />

• Er kunnen zich maximaal vier verschillende strom<strong>in</strong>gstypen voordoen: ongestuwde en<br />

gestuwde onderstort via de schuif, en ongestuwde en gestuwde venturi-strom<strong>in</strong>g, waarbij<br />

de schuif zover getrokken is dat ze geen contact meer met de waterspiegel heeft. Elk<br />

van de vier strom<strong>in</strong>gstypen heeft zijn eigen afvoerformule. Onder normale bedrijfsomstandigheden<br />

is gestuwde onderstort het meest gangbare strom<strong>in</strong>gstype. Doen zich echter<br />

meerdere strom<strong>in</strong>gstypen voor bij één kunstwerk, dan dient allereerst nauwkeurig<br />

te worden vastgesteld, onder welke randvoorwaarden - bovenwaterstand, benedenwaterstand<br />

en schuifhoogte - de verschillende strom<strong>in</strong>gstypen optreden.<br />

• De uit de literatuur bekende afvoercoëfficiënten voor onderstort gelden strikt genomen<br />

uitsluitend voor tweedimensionale strom<strong>in</strong>g. Dat wil zeggen dat het debiet wordt afgeleid<br />

uit het verval over de schuif, zijnde het verschil tussen de waterstanden boven- en<br />

benedenstrooms van de schuif <strong>in</strong> het rechthoekige doorstrom<strong>in</strong>gsprofiel waar<strong>in</strong> de schuif<br />

is geplaatst. In werkelijkheid worden de waterstanden vrijwel overal geheel bovenstrooms<br />

en geheel benedenstrooms van het kunstwerk gemeten. Dan is de strom<strong>in</strong>g tussen beide<br />

waterstandsmeetpunten driedimensionaal en is het verval systematisch groter dan alleen<br />

het verval over de schuif.<br />

In dit hoofdstuk worden achtereenvolgens behandeld:<br />

• overzicht strom<strong>in</strong>gstypen;<br />

• debietbereken<strong>in</strong>g voor ongestuwde onderstort bij tweedimensionale strom<strong>in</strong>g;<br />

• de grens tussen ongestuwde en gestuwde onderstort;<br />

• debietbereken<strong>in</strong>g voor gestuwde onderstort bij twee-dimensionale strom<strong>in</strong>g;<br />

• driedimensionale strom<strong>in</strong>g bij verticale schuiven met onderstort.<br />

117


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Figuur 6-14 verSchillenDe STrOm<strong>in</strong>gSTypen bij verTicAle SchuiFcOnSTrucTieS<br />

OverzichT STrOm<strong>in</strong>gSTypen<br />

De afvoercapaciteit van een kunstwerk wordt <strong>in</strong> hoofdzaak bepaald door de vorm en afmet<strong>in</strong>gen<br />

van de kle<strong>in</strong>ste doorsnede <strong>in</strong> het doorstrom<strong>in</strong>gsprofiel (de zogenaamde control section)<br />

en het verval over het kunstwerk. Bij een verticale schuif met onderstort ligt de kle<strong>in</strong>ste doorsnede<br />

op korte afstand achter de schuif. Vóór de schuif v<strong>in</strong>dt samentrekk<strong>in</strong>g van de stroomlijnen<br />

plaats <strong>in</strong> het verticale vlak. Bij venturi-strom<strong>in</strong>g (de schuif is geheel boven water) ligt<br />

de kle<strong>in</strong>ste doorsnede op korte afstand achter de voorkant van de landhoofden of tussenpijlers.<br />

Daar voltrekt zich een samentrekk<strong>in</strong>g van de stroomlijnen die overheersend is <strong>in</strong> het<br />

horizontale vlak.<br />

Afhankelijk van de relatie tussen de drie reeds genoemde parameters - de waterdiepte boven-<br />

strooms (h 1 ), de waterdiepte benedenstrooms (h 2 ) en de schuifhoogte (a) - kunnen zich nu de<br />

vier strom<strong>in</strong>gstypen voordoen zoals aangegeven <strong>in</strong> Figuur 6-14.<br />

118


STOWA 2009-41 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Hier<strong>in</strong> zijn:<br />

q : het debiet per strekkende meter breedten (m2 /s),<br />

C : contractiecoëfficiënt van de schuif (-)<br />

C<br />

C : afvoercoëfficiënt van een venturi-kanaal (-)<br />

D<br />

h , h en a worden gemeten ten opzichte van de aanslag van de schuif op de bodem. In veel<br />

1 2<br />

gevallen is dit de bodem zelf, maar <strong>in</strong> enkele gevallen is een drempel van meestal niet meer<br />

dan enkele cm’s op de bodem aangebracht. In die gevallen worden de genoemde parameters<br />

gemeten ten opzichte van de bovenkant van de drempel.<br />

DebieTbereKen<strong>in</strong>g vOOr OngeSTuWDe OnDerSTOrT bij TWee-DimenSiOnAle STrOm<strong>in</strong>g<br />

De afvoerformule luidt:<br />

met:<br />

Q : afvoer (m3 /s)<br />

a : schuifhoogte ten opzichte van de aanslag (m)<br />

b : breedte tussen de pijlers (m)<br />

C : afvoercoëfficiënt (-)<br />

D<br />

g : versnell<strong>in</strong>g van de zwaartekracht (=9,81 m/s2 oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Debietbereken<strong>in</strong>g voor ongestuwde onderstort bij twee-dimensionale strom<strong>in</strong>g<br />

De afvoerformule luidt:<br />

Q= a ⋅ b ⋅C<br />

D ⋅ 2g ⋅ h1<br />

met: Q : afvoer (m<br />

)<br />

h : waterdiepte bovenstrooms ten opzichte van de aanslag (m)<br />

1<br />

De afvoercoëfficiënt is als volgt gedef<strong>in</strong>ieerd:<br />

met C = contractiecoëfficiënt voor de strom<strong>in</strong>g onder de schuif. De grootte hiervan<br />

C<br />

wordt primair bepaald door de vorm van de onderkant van de schuif (de mate van afrond<strong>in</strong>g).<br />

Uit onderzoek, uitgevoerd <strong>in</strong> het hydraulica laboratorium van de Landbouwuniversiteit te<br />

Wagen<strong>in</strong>gen is de volgende betrekk<strong>in</strong>g gevonden:<br />

3 /s)<br />

a : schuifhoogte ten opzichte van de aanslag (m)<br />

b : breedte tussen de pijlers (m)<br />

CD : afvoercoëfficiënt (-)<br />

g : versnell<strong>in</strong>g van de zwaartekracht (=9,81 m/s 2 oktober 2009 <strong>Handboek</strong> <strong>debietmeten</strong> <strong>in</strong> <strong>open</strong> waterl<strong>open</strong><br />

Debietbereken<strong>in</strong>g voor ongestuwde onderstort bij twee-dimensionale strom<strong>in</strong>g<br />

De afvoerformule luidt:<br />

Q= a ⋅ b ⋅C<br />

D ⋅ 2g