University of Twente Student Theses

Login

Nauwkeurigheidsbepaling van diverse modellen voor debietberekeningen van rioolgemalen

Jolink, C.T. (2013) Nauwkeurigheidsbepaling van diverse modellen voor debietberekeningen van rioolgemalen.

[img]
Preview
PDF
2MB
Abstract:Dit onderzoek is verricht in het kader van de ‘Bachelor Eindopdracht’ Civiele Techniek aan de Universiteit Twente en is uitgevoerd bij I-Real te Terborg. Het onderzoek gaat over de ontwikkeling van diverse methodes om het debiet van een rioolgemaal te berekenen en de nauwkeurigheid van deze methodes te toetsen. Aanleiding tot het onderzoeken van de nauwkeurigheid van debietberekeningen is dat er veel kosten op speciale en dure debietmeters bespaard kunnen worden wanneer alternatieve methoden zonder debietmeters nauwkeurig genoeg blijken te zijn. De volgende vier onderzoeksvragen worden beantwoord: • Welke methoden zijn mogelijk om debieten te modelleren en welke gegevens zijn daarvoor nodig? • Welke scenario’s zijn te onderscheiden die van invloed kunnen zijn op de uitkomst van het model? • Hoe moet het model gevalideerd worden? • Hoe betrouwbaar en nauwkeurig zijn de ontwikkelde methoden om debieten te bepalen op basis van andere metingen dan debietmetingen? Messelaar (2011) definieert precieze debietmeting type P1 (op basis van een debietmeter), globale debietmeting type P2 (op basis van het waterpeilverschillen in de put) en zeer globale debietmetingen type P3 (op basis van capaciteit van pompen), die als uitgangspunt gelden voor het ontwikkelen van methoden. Voor methode P2 moet minimaal het waterpeil en het oppervlak van de put op elke hoogte bekend zijn. Daarnaast moet een schatting gemaakt worden van een constante wateraanvoer gedurende het pompproces. Als uitbreiding op methode P2 is methode P2.1 ontwikkeld. Bij methode P2.1 wordt de wateraanvoer niet constant verondersteld, maar per cyclus opnieuw berekend aan hand van de vulsnelheid van de put in dezelfde cyclus. Voor methode P3 moet minimaal bekend zijn wanneer de pomp in of uit schakelt en wat de constant veronderstelde capaciteit van de pomp is. Daarnaast moet een afzonderlijke capaciteit worden gespecificeerd voor tijden dat meerdere pompen tegelijk actief zijn. Als uitbreiding op methode P3 is methode P3.1 ontwikkeld. Methode P3.1 houdt rekening met een variabele opvoerhoogte door daling van het waterpeil in de put gedurende het pompproces. Benodigde gegevens voor deze methode zijn het vermogen van de pomp en de opvoerhoogte vanaf de pomp. Scenario’s waarvan de invloed op de resultaten is onderzocht zijn capaciteitsverlies door slijtage op lange termijn, rendementsverlies door meerde pompen tegelijk te laten pompen (samenloop) en de invloed van verschillende meetfrequenties op de nauwkeurigheid van het model. Over capaciteitsverlies door slijtage kunnen uit dit onderzoek geen conclusies getrokken worden. Ten eerste is de maximale periode tussen twee sets metingen maar een jaar, wat vrij kort is om slijtage vast te kunnen stellen. Ten tweede is de variatie tussen cycli van een steekproef groter dan een eventueel capaciteitsverlies, waardoor een afname in de gemiddelde capaciteit niet zonder meer aan slijtage toe te wijzen is. Ten derde draaien pompen die op toeren gestuurd worden niet altijd op maximaal vermogen om energie te besparen, waardoor de maximale capaciteit niet bekend is zonder data over bijvoorbeeld energieverbruik. Het inschakelen van een tweede pomp (samenloop) verhoogt de totale capaciteit met 60 tot 92 procent ten opzichte van voorgaande pompcycli. Door deze grote spreiding is het zeker nuttig om een specifieke capaciteit per gemaal toe te wijzen aan samenloop. Simpelweg veronderstellen dat de capaciteit verdubbelt is onvoldoende. Universiteit Twente. Bachelor Eindopdracht. Definitief verslag Een zeer lage meetfrequentie van het waterpeil verslechtert de nauwkeurigheid van de P2 en P2.1 methoden. Door de lage meetfrequentie kan het optoeren van de pomp niet correct worden gesimuleerd. Een lage meetfrequentie heeft bijzonder veel invloed op het resultaat wanneer de vorm van de put onregelmatig is en de oppervlakten per hoogte sterk verschillen. Een hoge meetfrequentie komt de P2 methoden zeer ten goede. Het best presterende gemaal heeft een meetfrequentie van één keer per minuut. Bij zéér hoge frequenties (circa 12 metingen per minuut) gaan afrondingsfouten een te grote rol spelen. Dit kan gecorrigeerd worden door metingen te benaderen met polynomen, maar het is efficiënter om de frequentie te verlagen. De modellen worden gevalideerd door uitkomsten te vergelijken met metingen van debietmeters, ook wel type P1 genoemd. Evaluatie gebeurt met behulp van drie waarden: de “Nash-Sutcliffe coëfficiënt” (NSE), de “Relative Volume Error” (RVE) en de “RMSE-observations standard deviation ratio” (RSR). NSE en RSR verschaffen veel informatie over de mate waarin een model een bepaalde trend volgt. RVE verschaft informatie over een algemene over- of onderschatting van het model en is zeer bruikbaar wanneer men vooral in gemiddelden of (dag)totalen geïnteresseerd is. Resultaat Methode P2, gebaseerd op het waterniveau in de put, scoort met meegeleverde specificaties vrijwel overal onvoldoende volgens de prestatieclassificatie van Moriasi et al. (2007). Kalibreren van de parameters verbetert de score aanzienlijk, met name de RVE, maar in veel gevallen blijven de NSE en RSR onvoldoende. Methode P2.1, met variabele aanvoer, blijkt geen verbetering op te leveren ten opzichte van methode P2. Wel biedt P2.1 een mogelijkheid om een redelijke schatting te maken van de wateraanvoer wanneer hiervoor geen andere schattingen bekend zijn. Methode P3, op basis van pompspecificaties, geeft een wisselend resultaat per gemaal met de aangeleverde specificaties, uiteenlopend van zeer slecht tot zeer goed. Er is een consequente overschatting van het model ten opzichte van de meting waar te nemen. Over het algemeen lijkt deze methode beter te presteren dan de P2 methode. Na kalibratie is er een duidelijke verbetering zichtbaar. Methode P3.1, welke rekening houdt met variabele opvoerhoogtes, kon slechts bij vier gemalen getoetst worden door een gebrek aan data. Over het algemeen komt deze methode tot goede resultaten, al is er geen verbetering zichtbaar ten opzichte van de gekalibreerde P3 methode. Methode P2 blijkt erg gevoelig te zijn voor onzekerheden in putdimensies en aanvoer. Deze onzekerheden maken het moeilijk tot correcte parameters te komen, waardoor het gebruik van de P2 methode af wordt geraden. Mits het vermogen van pompen en de opvoerhoogte (inclusief verliezen door wrijvingsweerstand) bekend zijn, zijn beide P3 methoden geschikt om ten minste gemiddelden of (dag)totalen te bepalen. De mate waarin de precieze trend van het debiet wordt gesimuleerd wisselt sterk per gemaal. Mogelijk kan het energieverbruik of directe data over het toerental van het gemaal een toegevoegde waarde zijn om modellen verder uit te breiden.
Item Type:Essay (Bachelor)
Faculty:ET: Engineering Technology
Subject:56 civil engineering
Programme:Civil Engineering BSc (56952)
Link to this item:http://purl.utwente.nl/essays/63540
Export this item as:BibTeX
EndNote
HTML Citation
Reference Manager

 

Repository Staff Only: item control page