“Assetmanagement kan niet zonder de streefstructuren”

Van oudsher zijn drinkwaterleidingnetten voornamelijk ontworpen op robuustheid en toekomstbestendigheid. Bij vervangingsopgaves vervingen drinkwaterbedrijven leidingen meestal één op één op basis van het oude ontwerp. Door veranderingen in de watervraag, nieuwe kennis of bedrijfseisen wijzigt de behoefte van dit ontwerp echter doorlopend. Gevolg: vermaasde en enigszins inefficiënte leidingnetten. Samen met de sector startte KWR in 2011 het bedrijfstakonderzoek naar een werkwijze voor de optimale aanleg van de hoofdstructuur: de streefstructuur. Doel? Slanker ontwerpen op basis van de laatste inzichten.

Het BTO resulteerde in een gedegen stappenplan. In de loop der jaren werkten diverse KWR-medewerkers aan het onderzoek. Momenteel bestaat het team uit ​​Peter van Thienen, Karel van Laarhoven, Bram Hillebrand en Ina Vertommen. Laatstgenoemde werd in 2014 aangenomen als onderzoeker in het team Waterinfrastructuur. “Er lag een grote vervangingsopgave bij de drinkwaterbedrijven”, opent Vertommen, inmiddels opgeklommen tot teamleider hydroinformatica bij KWR, het gesprek. “Hoe konden we dat nou het beste doen? Drinkwaterbedrijven willen weten waar ze naartoe moeten ontwerpen. En ze willen voordat een leiding stuk gaat proactief kunnen vervangen.”

Numerieke optimalisatietechniek

Met haar kennis over numerieke optimalisatietechnieken bracht ze nieuw elan in het werkveld. “Om die vervangingsvragen te beantwoorden wilde ik graag numerieke optimalisatietechnieken inzetten. In de academische wereld werd die techniek onderzocht, maar de brug naar de praktijk was nog niet gemaakt – dat wilden we gaan doen met de streefstructuren.” De techniek maakt het mogelijk keuzes te maken in bijvoorbeeld de diameter van de leiding en de hoeveelheid sensoren in een leidingnet. Volgens Vertommen is de techniek hoognodig om meer inzichten te krijgen. “Je kunt zo veel meer mogelijke oplossingen doorgronden. Drinkwaterbedrijven willen een compact leidingnet, maar willen ook robuustheid én kunnen voldoen aan een onbekende watervraag. Met deze techniek kan je onder andere die functies tegen elkaar uitzetten.”

Om keuzes te maken kan de zogeheten Pareto curve ingezet worden. Deze curve geeft op allerlei punten weer hoe die doelfuncties tegelijkertijd presteren en zet de effecten vervolgens tegenover elkaar. De berekeningen zijn een belangrijk onderdeel in het onderzoek. Tien jaar geleden was Brabant Water één van de eerste drinkwaterbedrijven die de streefstructuren adopteerde. “Helmond had een storingsgevoelig, verouderd net en een toenemende watervraag door stedelijke ontwikkeling”, vertelt Tjakko Haaijer, senior adviseur watervoorziening bij Brabant Water. “Daarbij was er sprake van een sterk vermaasd net, onbeheersbare stroombeelden en een overvloed aan overbodige appendages, met name afsluiters. In de wetenschap dat Brabant Water een enorme vervangingsgolf te wachten stond, werd de roep om een streefstructuur steeds groter.”

Ideaalplaatje

Met behulp van de pilot in Helmond kon Brabant Water aantonen dat een reductie van 60 procent op het aantal bestaande afsluiters te behalen was, dat er diameters kleiner konden, er hogere stroomsnelheden te realiseren waren en de verblijftijden afnamen, en dat met een distributienet ingericht voor de toekomst. “Dat was winst”, zegt Haaijer. Na Helmond verspreidde het drinkwaterbedrijf de streefstructuren als een olievlek over het gehele beheersgebied. “Inmiddels hebben we streefstucturen in heel Brabant in alle verbruiksgebieden”, vult Roel Diemel, strategisch adviseur assetmanagement & onderzoek distributie bij Brabant Water, aan. “Door een streefstructuur lopen wij voor de troepen uit. Komt de gemeente met een watervraag? Dan weten we direct wat het ideaalplaatje is en waar we naartoe moeten bewegen. Jaren geleden was dat totaal onmogelijk. Destijds moesten we elke straat of wijk apart doorrekenen. Streefstructuren zijn een blauwdruk voor het leidingnetwerk. Nu hoeven niet meer op microniveau te rekenen, maar krijgen we meteen inzicht op macroniveau.”

Wanneer er een streefstructuur voor een gebied gereed is, betekent dit niet dat de organisatie rustig achterover kan leunen, zegt Haaijer. “Ons mantra is: een streefstructuur is nooit af. Om de twee jaar of eerder zullen we het moeten herzien. Helmond breidt nu zoveel uit dat we de structuur alweer moeten aanpassen. Veelal heeft dit te maken met een toenemende watervraag of wijzigingen in de omringende grote watervoorziening. Hoe belangrijk de streefstructuren daarvoor zijn? Ik durf wel te zeggen dat assetmanagement niet zonder kan.” Om het leidingnet slanker te maken, gebruikt Brabant Water ook verbeterde ontwerprichtlijnen. In combinatie met de streefstructuren wist Brabant Water aantoonbare besparingen te realiseren in de provincie, zegt Diemel. “De optimalisatie verschilt per gebied. Maar over het algemeen neemt de totale leidinginhoud met 20 procent af, verminderen we afsluiters met 40 procent en reduceert de leidinglengte met 15 procent.”

Gondwana

Door deze resultaten worden de streefstructuren breed gedragen binnen Brabant Water. Volgens Diemel wordt er dagelijks gebruik van gemaakt. “Niet alleen bij mijn afdeling assetmanagement, maar bijvoorbeeld ook door collega’s van projectvoorbereiding.” Brabant Water rekende alle verbruiksgebieden handmatig door, omdat de numerieke optimalisatietechnieken nog niet beschikbaar waren voor de drinkwaterbedrijven. Om de technieken toegankelijker te maken, investeerde KWR in een digitale tool: Gondwana. Dit softwareplatform maakt het mogelijk om distributiesystemen digitaal te optimaliseren. Parameters als de optimale druk, waterkwaliteit, stilstand en snelheid – ze zijn allemaal door te rekenen. “In 2014 zijn we zelf begonnen met het programmeren van Gondwana, zo eigenwijs waren we wel”, grapt Vertommen. “Tegenwoordig hebben we programmeurs in dienst. Zij vertalen de gebruikersinterface nu naar een robuuste en veilige webtool. We zijn al ver, maar de huidige tool is nog niet gereed om te gebruiken voor de drinkwaterbedrijven.”

Tot die tijd werken Vertommen en haar collega’s in opdracht van de drinkwaterbedrijven. Zoals in Amsterdam, waar Waternet de streefstructuren in haar beheersgebied wil toepassen en de hulp inriep van KWR. In de hoofdstad teerde het drinkwaterbedrijf lang op het bestaande netwerk, vertelt Joost Louter, asset manager bij Waternet. “De laatste 10 à 20 jaar hebben we in de hoofdstructuur geen wezenlijke veranderingen doorgevoerd. Bij nieuwe aanleg worden leidingnetten deels vertakt aangelegd. Het van origine sterk vermaasde net wordt waar het kan vertakt gemaakt binnen de ontwerpeisen voor wat betreft leveringszekerheid.” Grote aanleiding om de streefstructuren te gebruiken is de forse woningbouw in de stad. In 2050 moet Waternet een kwart van de huidige capaciteit extra gaan leveren. “Voor ons betekent dit dat we andere transportroutes moeten realiseren en daarmee gaat onze waterverdeling tussen de verschillende distributiepompstations anders worden”, zegt Louter.

Maatregelpakketten

Om dit te bewerkstelligen helpt KWR het systeem door te rekenen met Gondwana. Louter: “Er zitten heel veel variabelen en scenario’s in die je kan doorrekenen. Dat kun je ook handmatig doen maar dat kost heel veel tijd. In het hydraulisch rekenmodel hebben we ongeveer 30 lokale maatregelen toegevoegd.” Met behulp van Gondwana heeft Waternet inzicht gekregen in de effectiviteit van de maatregelen. Om een keuze te kunnen maken welke maatregelen er uitgevoerd moeten worden, is er nog een verdiepingsslag nodig. Zo moeten de benodigde diameters worden vastgesteld en scenario’s nogmaals doorgerekend worden. Ook het doorvertalen van de benodigde financiële middelen is noodzakelijk om een keuze te maken voor een optimaal maatregelpakket. De uitvoering van de maatregelen zullen in de tijd worden gezet. “In die fase zitten we nu. Die pakketten moeten in 2030 tot 2050 leiden tot realisatie”, zegt Louter.

De implementatie van de streefstructuren door de drinkwaterbedrijven geeft Vertommen een voldaan gevoel. “Het heeft 11 jaar onderzoek gekost om te komen waar we nu zijn. Soms zou je willen dat een onderzoek sneller gaat. Maar het kost nu eenmaal veel tijd. Het geeft mij veel voldoening om te zien dat de numerieke optimalisatietechnieken gebruikt worden voor de streefstructuren. Alleen zijn we er nog niet. Stip aan de horizon is dat elk drinkwaterbedrijf de technieken zelf gaat inzetten voor het ontwerpen van streefstructuren. Langzaam zie je bij een aantal drinkwaterbedrijven de lapjesdeken – het oude leidingnet – veranderen in een gestructureerd ontwerp. Ik ken geen ander land dat op deze manier ontwerpt. Daar ben ik trots op.”

Dit artikel is een aflevering in de reeks BTO Impactverhalen. Dit zijn verhalen over de resultaten van het Bedrijfstakonderzoek voor de waterbedrijven en het programma Water in de Circulaire Economie (WiCE).