19_076_8 WL rapporten
Sedimentbalans Schelde-estuarium Deelrapport 8 Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit DEPARTEMENT MOBILITEIT & OPENBARE WERKEN
waterbouwkundiglaboratorium.be
Sedimentbalans Schelde-estuarium Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Kaptein, S.; Claeys S.; Plancke, Y.
Cover figuur © Vlaamse overheid, Departement Mobiliteit en Openbare Werken, Waterbouwkundig Laboratorium Juridische kennisgeving Het Waterbouwkundig Laboratorium is van mening dat de informatie en standpunten in dit rapport onderbouwd worden door de op het moment van schrijven beschikbare gegevens en kennis. De standpunten in deze publicatie zijn deze van het Waterbouwkundig Laboratorium en geven niet noodzakelijk de mening weer van de Vlaamse overheid of één van haar instellingen. Het Waterbouwkundig Laboratorium noch iedere persoon of bedrijf optredend namens het Waterbouwkundig Laboratorium is aansprakelijk voor het gebruik dat gemaakt wordt van de informatie uit dit rapport of voor verlies of schade die eruit voortvloeit. Copyright en wijze van citeren © Vlaamse overheid, Departement Mobiliteit en Openbare Werken, Waterbouwkundig Laboratorium 2022 D/2022/3241/065 Deze publicatie dient als volgt geciteerd te worden: Kaptein, S.; Claeys S.; Plancke, Y. (2022). Sedimentbalans Schelde-estuarium: Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit. Versie 3.0. WL Rapporten, 19_076_8. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen Overname uit en verwijzingen naar deze publicatie worden aangemoedigd, mits correcte bronvermelding. Documentidentificatie Opdrachtgever: Trefwoorden (3-5): Kennisdomeinen:
MOW - Maritieme Toegang Ref.: Conductiviteit, zout, Schelde-estuarium, meting Hydraulica en sediment > Zout > Terreinmetingen
Tekst (p.): Vertrouwelijk:
13 ܈Nee
Auteur(s):
Kaptein, S.
WL2022R19_076_8
Bijlagen (p.): ܈Online beschikbaar
/
Controle Naam Revisor(en):
Projectleider:
Handtekening
Getekend door:Styn Claeys (Signature) Getekend op:2022-04-28 11:03:01 +02:0 Reden:Ik keur dit document goed
Claeys, S.
Plancke, Y.
Getekend door:Yves Plancke (Signature) Getekend op:2022-06-03 11:56:20 +02:0 Reden:Ik keur dit document goed
Goedkeuring Getekend door:Abdelkarim Bellafkih (Sig Getekend op:2022-04-04 12:24:24 +02:0 Reden:Ik keur dit document goed
Afdelingshoofd:
F-WL-PP10-1 Versie 6 Geldig vanaf 01/10/2016
Bellafkih, K.
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Abstract In het kader van de opmaak van de sedimentbalans voor de Zeeschelde, worden de verschillende sinks en sources van sediment onderzocht. Eén van deze sinks is het transport van sediment door de sluizen richting de dokken. Dit transport vindt plaats door verschillende aandrijvende processen, waarvan de densiteitsstroming doorheen de saskolk de belangrijkste is. Ter voorbereiding van een in situ meetcampagne, werden verschillende meettoestellen in gecontroleerde omstandigheden getest. Hiervoor werden stapsgewijs watermengsels met een toenemend zoutgehalte aangemaakt. De verschillende toestellen registreerden gelijktijdig hun meetwaarde (specifieke conductiviteit of reële conductiviteit en temperatuur) en deze werd vergeleken met de conductiviteit gemeten met behulp van de ionenchromatograaf (referentie). De resultaten geven aan dat er weinig verschil zit tussen de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van verschillende instrumenten (CTD’s, SODAQ, RBR en YSI), wanneer vergeleken met de resultaten uit ionenchromatograaf. De CTD’s lijken iets gevoeliger voor saliniteitsveranderingen in de tijd waardoor meetwaarde soms iets doorschiet. De SODAQ geeft een iets groter verschil ten opzichte van ionenchromatograaf bij lagere saliniteitswaarden.
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
de de de de
III
F-WL-PP10-1 Versie 6 Geldig vanaf 01/10/2016
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Inhoudstafel Abstract ............................................................................................................................................................ III Inhoudstafel....................................................................................................................................................... V Lijst van de tabellen .......................................................................................................................................... VI Lijst van de figuren .......................................................................................................................................... VII 1
Inleiding ..................................................................................................................................................... 1 1.1
2
3
Situering............................................................................................................................................. 1
Opzet van de proeven ............................................................................................................................... 2 2.1
Testopstelling .................................................................................................................................... 2
2.2
Uitvoering proeven ............................................................................................................................ 3
2.3
Verwerking resultaten ....................................................................................................................... 3
Meettoestellen .......................................................................................................................................... 4 3.1
Staalname en ionenchromatograaf ................................................................................................... 4
3.2
CTD-diver ........................................................................................................................................... 4
3.3
YSI-multiparametersonde.................................................................................................................. 4
3.4
RBR-conductiviteitsmeter.................................................................................................................. 4
3.5
SODAQ ............................................................................................................................................... 4
4
Resultaten.................................................................................................................................................. 5
5
Conclusies en aanbevelingen .................................................................................................................. 12
6
5.1
Conclusies ........................................................................................................................................ 12
5.2
Aanbevelingen ................................................................................................................................. 12
Referenties .............................................................................................................................................. 13
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
V
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Lijst van de tabellen Tabel 1 – Overzicht gemiddelde conductiviteit per meetsensor voor verschillende zoutgehaltes .................. 8 Tabel 2 – Overzicht afwijking gemiddelde conductiviteit per meetsensor t.o.v. ionenchromatograaf............ 9
VI
WL2022R19_076_8
Definitieve versie
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Lijst van de figuren Figuur 1 – Foto testopstelling ............................................................................................................................ 2 Figuur 2 – Conductiviteit in µS.cm-1 als functie van de tijd voor de verschillende meettoestellen .................. 5 Figuur 3 – Conductiviteit in µS.cm-1 als functie van de tijd voor de verschillende meettoestellen, uitvergroot voor twee specifieke zoutgehaltes .................................................................................................................... 6 Figuur 4 – Conductiviteit in µS.cm-1 van een van de CTD meters (CTD1) als functie van de tijd ...................... 7 Figuur 5 – Conductiviteit in µS.cm-1 van de SODAQ meter als functie van de tijd ............................................ 7 Figuur 6 – Error (%),in conductiviteit tussen de meetwaarde van het toestel en de ionenchromatograaf. .. 10 Figuur 7 – Standaarddeviatie van de verschillende meettoestellen ............................................................... 11 Figuur 8 – Standaarddeviatie van de verschillende meettoestellen, genormaliseerd met de gemiddelde waarde ............................................................................................................................................................. 11
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
VII
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
1 Inleiding 1.1 Situering In het kader van de Evaluatie Verdrag Beleid & Beheer 2014-2018 (Vlaams-Nederlandse Scheldecommissie, 2019) werd door de beheerders een lijst onderzoeksvragen voor toekomstig onderzoek geformuleerd. Deze lijst ligt aan de basis van het onderzoeksprogramma Agenda voor de Toekomst II. Door het Waterbouwkundig Laboratorium (WL) werd voor de prioritaire onderzoeksvragen (geïdentificeerd door de beheerders en op te starten in 2019) een screening uitgevoerd van potentiële bijdrages. Met voorliggend onderzoek tracht het WL de inzichten rond het topic “sedimentbalans” te vergroten. Hierbij worden volgende onderzoeksvragen opgepakt: 1. Hoe groot en in welke richting verloopt de sedimentuitwisseling tussen de monding en het estuarium en is er een verschil tussen zand- en slibtransport? 2. Wat zijn de aandrijvende krachten in dit proces? 3. Hoe ver staan we nu eigenlijk met de opmaak van een slibbalans? 4. Wat is de bergingscapaciteit van het estuarium voor sediment, uitgesplitst in zand en slib? 5. Hoeveel sediment kan zonder gevolgen extra worden toegevoegd aan het systeem uitgaande van de huidige gebruiksfuncties. Voorliggend rapport kadert in de opmaak van de sedimentbalans voor het Schelde-estuarium. Hierbij zullen de verschillende sinks en sources in beeld gebracht worden. Eén van deze sinks is het transport van sediment door de sluizen, richting de dokken. Dit transport vindt plaats door verschillende aandrijvende processen, waarvan de densiteitsstroming doorheen de saskolk waarschijnlijk de belangrijkste is. Ter voorbereiding van een in situ meetcampagne, werden verschillende toestellen voor het meten van de conductiviteit in gecontroleerde omstandigheden getest. Voorliggende rapport beschrijft de resultaten.
Dankwoord Deze vergelijkende metingen was mogelijk dankzij de inbreng van een aantal personen die we expliciet willen bedanken. Enerzijds was het mogelijk de SODAQ CT-meter in te zetten in de vergelijkende meting. Deze werd ter beschikking gesteld door FLUVES, waarbij zij ook de programmering, uitvoering tijdens de meting en verwerking uitvoerden. Anderzijds werden de stalen geanalyseerd door de medewerkers in het sedimentlabo van het Waterbouwkundig Laboratorium. Ook hiervoor een bedanking voor het aanleveren van deze resultaten die als referentie werden gebruik in de vergelijking van de toestellen.
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
1
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
2 Opzet van de proeven 2.1 Testopstelling De testopstelling (Figuur 1) bestond uit een tank met volume van ca. 6,5 liter die gevuld werd met water. In de tank werden vier verschillende typesmeetsensoren geplaatst die allemaal minimaal de conductiviteit meten: • • • •
YSI-multiparametersonde RBR-conductiviteitssonde (CTD) Schlumberger CTD-diver (2 stuks) SODAQ CT meter,
Later in dit rapport wordt het meetprincipe van de verschillende toestellen beschreven.
Figuur 1 – Foto testopstelling
2
WL2022R19_076_8
Definitieve versie
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
2.2 Uitvoering proeven De proeven werden uitgevoerd door stapsgewijs zout toe te voegen aan het water in de tank, waarbij elk stap bestond uit 10 g zout ([]=10 g/6,5 l). Om tot een gelijkaardig bereik te komen dan in het Scheldeestuarium kan teruggevonden worden, werd in 20 stappen in totaal 200 g zout ([]=200 g/6,5l) toegevoegd. Er is bij benadering 10 g zout toegevoegd, en er is eveneens geen rekening gehouden met een eventuele volumetoename. De met de ionenchromatograaf gemeten conductiviteit werd beschouwd als de referentie (ground-truth). Onderaan de tank werd een magnetische roerder geactiveerd om te menging te realiseren. Initieel werd het zout direct toegevoegd aan de meetopstelling, maar al snel bleek dat het zout niet goed oploste. Vanaf de tweede toevoeging werd het zout eerst opgelost in een klein volume water alvorens het werd toegevoegd aan de testopstelling. Iedere keer dat er zout werd toegevoegd, werd er naast de magnetische roerder, ook met de YSI “geroerd” in de testopstelling, om de menging te bevorderen. Vervolgens werd zowel de reële conductiviteit en de specifieke conductiviteit afgelezen van de YSI. Vanwege een beperkte geheugencapaciteit was interne logging voor de YSI niet mogelijk. De CTD en de RBR logden intern terwijl de SODAQ verbonden was aan een computer. Aangezien de RBR een op een magnetisch veld gebaseerde meettechniek had, werd zodra de zoutverdeling in de tank quasi homogeen was, de RBR naar de bovenste helft van het watervolume gebracht zodat de meetwaardes niet beïnvloed werden door de elektromagnetische mixer. Tenslotte werd een waterstaal uit de tank genomen waarvan, met behulp van de ionenchromatograaf, de conductiviteit en het zoutgehalte werd bepaald als referentie voor de overige meettechnieken.
2.3 Verwerking resultaten De meetwaardes van de YSI werden afgelezen en in een logboek ingevoerd. De monsters zijn geanalyseerd aan de hand van een ionenchromatograaf en de gemeten waardes opgeslagen in een .xlsx bestand. Zowel de CTD meters als de SODAQ CT meter registreerden continu (CTD iedere seconde en SODAQ iedere vijf seconden). De output werd uiteindelijk opgeslagen in twee .MON bestanden voor de CTD divers en in een .csv bestand voor de SODAQ. Voor de RBR was het cruciaal om het apparaat na iedere zouttoevoeging naar boven (bovenste helft tank) te halen om te zorgen dat de meetwaarde niet beïnvloed werd door het magnetische veld van de mixer (zoals hierboven al beschreven). De meetwaardes zijn uiteindelijk opgeslagen in een .txt bestand. De output van de CTD’s en de RBR was in mS.cm-1, de output van de SODAQ CT divers, de YSI en de ionenchromatograaf analyse waren in µS.cm-1. Alle conductiviteiten zijn omgezet naar µS.cm-1. Daarnaast is het nodig om de conductiviteit waardes van de RBR te filteren, zodat alleen de waardes gemeten op momenten dat de RBR zich buiten het magnetisch invloedsgebied van de roerder bevindt. Hiervoor is de druk gebruikt: als de druk lager is dan 10.75dbar wordt de meetwaarde meegenomen, 10.75dbar is daarbij een arbitraire waarde waarbij de irrealistische conductiviteit waardes uitgesloten konden worden. Tot slot, werd er in het geval van de CT’s, de CTD’s, de YSI en de ionenchromatograaf de specifieke conductiviteit gemeten, terwijl bij de RBR de reële conductiviteit werd gemeten. Om tot een goede vergelijking te komen, moet de reële conductiviteit omgezet worden naar specifieke conductiviteit. Dit kan aan de hand van de vergelijking (1), zie ook (YSI Incorporated, 2009) γ25 =
γθ 1 + (α/100)(θ − 25)
(1)
In deze vergelijking is γ25 de specifieke geleidbaarheid (bij in dit geval 25°C), θ de specifieke meettemperatuur (in °C), γθ de geleidbaarheid bij deze meettemperatuur en α de temperatuurscoëfficiënt (in %°C-1). Voor de omzetting werd een coëfficiënt van α = 2%.°C-1, de waarde die is gecommuniceerd door de medewerkers van het sediment labo Definitieve versie
WL2022R19_076_8
3
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
3 Meettoestellen 3.1 Staalname en ionenchromatograaf Bij elke staalname werd een potje van een paar cl gevuld met water uit de tank. Het recipiënt werd afgesloten en koel bewaard om later geanalyseerd te worden met de ionenchromatograaf. Dit toestel, een ionenchromatograaf Compact IC plus type 880 van Metrohm (Metrohm, s.d.), bepaalt o.a. de hoeveelheid chloride, sulfaat en nitraat . De conductiviteit, de grootheid die uiteindelijk is vergeleken in deze studie, is gemeten aan de hand van een conductiviteitsmeter type 856 van Metrohm met een conductiviteit meetcel van 5 ringen en een Pt1000 temperatuur sensor (Metrohm, 2013).
3.2 CTD-diver De CTD divers zijn van het type Schlumberger. Ze meten de elektrische geleidbaarheid van water in mS.cm-1 aan de hand van een 4-elektrode-meetcel. Voor de registratie van de geleidbaarheid kan er gekozen worden voor de geleidbaarheid of de specifieke geleidbaarheid bij 25 °C. Deze keuze wordt gemaakt door middel van een instelling in de diver die voor de start van een meting moet worden geselecteerd. Voor meer info, zie (Schlumberger Water Services, 2014).
3.3 YSI-multiparametersonde De sonde gebruikt een cel met 4 ‘pure nickel’ elektrodes om de geleiding te meten. De geleiding wordt omgezet naar een geleidbaarheid in mS.cm-1. Ook bij de YSI is het mogelijk om voor de temperatuur de compenseren, door de ‘Specific Conductance’ instelling te selecteren. De conductiviteit wordt dan omgerekend naar specifieke conductiviteit aan de hand van formule (1), waarbij een waarde voor α van = 1,91%.°C-1 wordt gebruikt. Deze waarde verschilt iets met de waarde die gebruikt lijkt te zijn voor de analyse van de stalen. Voor meer info, zie (YSI Incorporated, 2009).
3.4 RBR-conductiviteitsmeter De conductiviteitssensor is een spoel die in een keramische Delrin cylinder gehuisvest is. Het volume waarover de Derlin cylinder meet is groter dan het diameter van de Delrin cylinder en is ongeveer 20 tot 30 cm in diameter. Meer informatie kan gevonden worden in (Halverson et al., 2017).
3.5 SODAQ The SODAQ EC Water sensor is ontwikkelt door SODAQ. Het meet de conductiviteit aan de hand van een paar interagerende sensoren. De sonde gebruikt een meetcel met twee goud gecoate elektrodes die de geleiding van de oplossing meten. Dit wordt omgezet naar een geleidbaarheid in µS.cm-1. De output data is een temperatuur gecompenseerde specifieke geleidbaarheid (referentie temperatuur 25 °C) die wordt bepaald met behulp van een temperatuursensor onderaan de sonde. Een één-punts-Kalibratie gebeurd in een standaardoplossing van 1413 µs.cm-1 bij 25 °C. (SODAQ, 2020).
4
WL2022R19_076_8
Definitieve versie
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
4 Resultaten De specifieke conductiviteitswaardes gemeten door de verschillende toesten zijn uitgezet tegen de tijd in Figuur 2. Als we de zouttesten via de ionenchromatograaf als referentie nemen, volgen de conductiviteitswaardes van de andere meettoestellen goed. De waardes van de CTD’s liggen iets hoger, de waardes van de YSI en de SODAQ liggen iets lager. Wat opvalt is dat de waardes van de continue metingen, van de CTD’s en van de SODAQ, beide kortstondig doorschieten zodra er zout wordt toegevoegd aan de tank. Dit zou kunnen liggen aan de hogere meetfrequentie van die sondes. Aangezien de waterkolom in het begin nog niet goed gemengd is, is het mogelijk dat er locaal hogere saliniteitswaarden optreden die vervolgens weer afnemen naar mate de menging toeneemt. Tevens weergeven de meetwaardes van de CTD’s een iets instabiel beeld. Dit is beter te zien in Figuur 3: vrij snel na de piek meten de de CTD’s een constante waarde, waarna er soms toch nog schommelingen worden gemeten.
Figuur 2 – Conductiviteit in µS.cm-1 als functie van de tijd voor de verschillende meettoestellen
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
5
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Figuur 3 – Conductiviteit in µS.cm-1 als functie van de tijd voor de verschillende meettoestellen, uitvergroot voor twee specifieke zoutgehaltes
Aan de hand van de conductiviteiten is het mogelijk om de verschillende toestellen met elkaar te vergelijken. Daarvoor is er per zoutconcentratie een referentie waarde nodig voor de conductiviteit. De meeste toestellen (CTD’s, RBR en SODAQ) hebben echter meerdere waardes voor de conductiviteit per zoutconcentratie. Voor die specifieke meettoestellen berekenen we de gemiddelde zoutwaarde en de standaard deviatie. Als eerste stap identificeren we het moment waarop de meters een nieuwe conductiviteitswaarde meten, na het toevoegen van zout. Als noodzakelijke conditie gaan we op zoek naar een sprong in de meetwaardes. We nemen aan dat als het verschil tussen twee opeenvolgende meetpunten groter is dan is 500 µS.cm-1, het mogelijk is dan er een nieuwe zouttoevoeging heeft plaatsgevonden. Deze manier van detecteren gaf een redelijke inschatting, maar moest nog wel gecorrigeerd worden voor overschrijdingen van de 500 µS.cm-1 die niet overeenstemden met saliniteit toevoegingen. Door de instabiliteit van de metingen moest er voor de CTD meters vaker gecorrigeerd worden dan voor andere apparaten. Als tweede stap, werd er voor de CTD’s en de SODAQ net als bij de RBR een filter toegepast. Zoals te zien is in Figuur 2, schieten met name de CTD’s en de SODAQ door na toevoeging van het zout. Het meenemen van deze “doorschietwaardes” heeft tot gevolg dat de afgeleide waardes minder betrouwbaar zijn. Het is daarom van belang om ook de doorschietwaardes weg te filteren. De filtermethode is gebaseerd op tijdsafgeleide van de meetwaardes: als de absolute waarde van de tijdsafgeleide groter is dan een bepaalde waarde, wordt de meetwaarde niet meegenomen in de statistiek. Deze waarde werd voor de CTD’s gezet op 7.5 µS.cm-1.s-1. De gefilterde conductiviteit voor de CTD wordt getoond in Figuur 4, en voor de SODAQ in Figuur 5 waarbij de kleuren meetwaardes aangeven die bij dezelfde zoutgehalte horen. Het algoritme heeft de sprong in de CTD1 meeting iets na 14:40, die ook al zichtbaar was in Figuur 3, niet kunnen filteren.
6
WL2022R19_076_8
Definitieve versie
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Figuur 4 – Conductiviteit in µS.cm-1 van een van de CTD meters (CTD1) als functie van de tijd
Figuur 5 – Conductiviteit in µS.cm-1 van de SODAQ meter als functie van de tijd
Op basis van de gefilterde conductiviteit is het mogelijk om een gemiddelde conductiviteit en een standaard deviatie toe te berekenen. De gemiddelde conductiviteit is dan een maat voor de nauwkeurigheid van het toestel en de standaard deviatie een maat voor de betrouwbaarheid. De gemiddelde waardes worden getoond in Tabel 1. Het is te zien dat de waardes van de verschillende meettoestellen elkaar niet veel ontlopen. De conductiviteitswaardes waarvoor in Figuur 4 en 5 afwijkingen werden waargenomen zijn nu schuingedrukt (staal 10, 11 en 17 voor CTD1 en staal 14 voor de SODAQ). Deze afwijkingen geven geen groot verschil in de gemiddelde conductiviteitswaarde. Tabel 2 geeft de afwijking weer van de gemeten conductiviteit ten opzichte van de referentie. Wederom zijn de conductiviteitswaardes van stalen 10, 11 en 17 (voor de CTD1) en 14 (voor de SODAQ) schuingedrukt vanwege de eerder vernoemde afwijkingen. Ook hier worden de afwijkingen niet waargenomen. Het verschil tussen de CTD1 en de ionenchromatograaf is zelfs kleiner, doordat de overschatting van de CTD1 door de afwijking iets gecompenseerd wordt.
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
7
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Er zijn echter wel verschillen die afhankelijk zijn van de hoeveelheid zout in oplossing. Zo onderschat de RBR de conductiviteit van de samples bij lage conductiviteit, maar overschat hij deze bij hogere conductiviteit. De gemiddelde conductiviteit gemeten door de RBR voor sample 20 duidt op een stabiliteitsprobleem. Voor de SODAQ is het beeld omgekeerd. De SODAQ overschat de conductiviteit bij hele lage waardes, maar onderschat de conductiviteit bij hogere waardes. Het is daarbij belangrijk om te benadrukken dat de standaarden van de SODAQ liggen tussen 147 en 11880 µs.cm-1 en dat de meetwaarden binnen de specificaties van de SODAQ liggen. Vanaf sample 9 liggen de waardes echter boven de range van SODAQ. De YSI meet permanent een lagere conductiviteit en de CTD’s en hogere conductiviteit dan de ionenchromatograaf. Tabel 1 – Overzicht gemiddelde conductiviteit per meetsensor voor verschillende zoutgehaltes
8
sample nr.
Ionenchr.
CTD1
CTD2
SODAQ
RBR
0
611
615
649
674
568
1
-
4546
4902
4203
-
2
6494
6786
6974
6678
6448
3
9324
9275
9235
8667
9148
4
12098
12041
12042
11040
11918
5
14856
14786
14705
13410
14491
6
17412
17447
17172
15506
17051
7
19937
19924
19874
18604
19516
8
22527
22723
22462
20869
22207
9
25128
25778
25963
23077
24597
10
27723
28241
28991
25832
27243
11
29948
30498
30959
27942
29886
12
32514
33496
33167
30025
32511
13
34889
36101
35576
32114
34927
14
37062
38412
38438
36844
36949
15
39315
40679
40704
38958
39071
16
41506
42409
42640
40807
41298
17
43730
44336
44592
42426
43231
18
45343
46689
46532
43872
45007
19
47088
48253
48233
45334
47116
20
48936
50087
49791
46713
29128
WL2022R19_076_8
Definitieve versie
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit Tabel 2 – Overzicht afwijking gemiddelde conductiviteit per meetsensor t.o.v. ionenchromatograaf
sample nr.
CTD1
CTD2
SODAQ
RBR
0
0.7%
6.2%
10.3%
-7.0%
2
4.5%
7.4%
2.8%
-0.7%
3
-0.5%
-1.0%
-7.0%
-1.9%
4
-0.5%
-0.5%
-8.7%
-1.5%
5
-0.5%
-1.0%
-9.7%
-2.5%
6
0.2%
-1.4%
-10.9%
-2.1%
7
-0.1%
-0.3%
-6.7%
-2.1%
8
0.9%
-0.3%
-7.4%
-1.4%
9
2.6%
3.3%
-8.2%
-2.1%
10
1.9%
4.6%
-6.8%
-1.7%
11
1.8%
3.4%
-6.7%
-0.2%
12
3.0%
2.0%
-7.7%
0.0%
13
3.5%
2.0%
-8.0%
0.1%
14
3.6%
3.7%
-0.6%
-0.3%
15
3.5%
3.5%
-0.9%
-0.6%
16
2.2%
2.7%
-1.7%
-0.5%
17
1.4%
2.0%
-3.0%
-1.1%
18
3.0%
2.6%
-3.2%
-0.7%
19
2.5%
2.4%
-3.7%
0.1%
20
2.4%
1.7%
-4.5%
-40.5%
1
Aan de hand van de gemiddelde conductiviteit waarde is het mogelijk om een relatief verschil (of error) te definiëren van de verschillende meettoestellen ten opzichte van de conductiviteit waarde van de ionenchromatograaf, die we als referentie gebruiken. γ𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 − γ𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖ℎ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 Error = 100 � �, γ𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖ℎ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
(2)
Waarbij γ𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 de conductiviteit van het toestel is en γ𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖ℎ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 de conductiviteit van de inonenchromatograaf. De error van de verschillende toestellen worden getoond in Figuur 6. Het is te zien dat de RBR, de YSI en de CTD1 een fout hebben van minde dan 5% voor de hele meetreeks. De relatieve fout van de SODAQ meter is hoger voor de monsters 0 t/m 11 (boven de 6%), en zakt vervolgens naar vergelijkbare waardes als de andere toestellen. De reden voor dit verschil is niet bekend.
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
9
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Figuur 6 – Error (%),in conductiviteit tussen de meetwaarde van het toestel en de ionenchromatograaf.
De standaard deviatie van ieder toestel wordt getoond in Figuur 7. De standaard deviatie is redelijk constant, onder de 200 µS.cm-1s-1, op een paar uitschieters na. Over het algemeen lijken de meetwaardes van de RBR een minder hoge standaard deviatie te vertonen dan de CTD en de SODAQ, maar dit kan komen doordat deze standaard deviatie berekend is over minder meetpunten. Wanneer de standaard deviatie genormaliseerd wordt met de gemiddelde waarde is deze systematisch onder de 5%, behalve bij lagere waardes van de conductiviteit (stalen 0, 1 en 2), zie Figuur 8. In deze figuur zijn de afwijkende metingen (stalen 10, 11 en 17 voor de CTD1 en 14 voor de SODAQ) wel goed waarneembaar.
10
WL2022R19_076_8
Definitieve versie
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
Figuur 7 – Standaarddeviatie van de verschillende meettoestellen
Figuur 8 – Standaarddeviatie van de verschillende meettoestellen, genormaliseerd met de gemiddelde waarde
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
11
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
5 Conclusies en aanbevelingen 5.1 Conclusies Op basis van de meetnauwkeurigheid kunnen de CTD’s, de RBR en de YSI als gelijkwaardig worden beschouwd. Hun meetwaardes wijken maximaal 4% af van de meetwaardes van de ionenchromatograaf. De standaarddeviatie binnen de meetwaardes is ook van dezelfde ordegrootte, ook al lijken de CTD’s gevoeliger voor plotselinge schommelingen van de saliniteit. De meetwaardes van de SODAQ meter wijken meer dan 6% af voor lagere saliniteitsconcentraties maar liggen in dezelfde range als de overige meettoestellen dan voor hogere saliniteitswaardes.
5.2 Aanbevelingen Aangezien de toestellen elkaar amper ontlopen wat betreft meetnauwkeurigheid en betrouwbaarheid kan de keuze tussen de apparaten van andere factoren afhangen, zoals prijs, toepasbaarheid en combinatie met het meten van andere grootheden.
12
WL2022R19_076_8
Definitieve versie
Sedimentbalans Schelde-estuarium - Deelrapport 8 – Vergelijking toestellen voor het meten van de conductiviteit
6 Referenties Halverson, M.; Jackson, J.; Richards, C.; Melling, H.; Hunt, B.; Brunsting, R.; Dempsey, M.; Gatien, G.; Hamilton, A.; Jacob, W.; Zimmerman, S. (2017). Guidelines for processing RBR CTD profiles Canadian Technical Report of Hydrography and Ocean Sciences 314, 314. Can. Tech. Rep. Hydrogr. Ocean Sci. ISBN 9780660060033. 44 pp. Available at: http://publications.gc.ca/site/eng/9.822241/publication.html Metrohm. (2013). 5-Ring Conductivity Measuring Cells: 5–6 Metrohm. (S.d.). Metrohm 882 Compact IC plus Schlumberger Water Services. (2014). Diver Handleiding: Delft. 27 pp. SODAQ. (2020). Water EC startup guide. 0–9 pp. Vlaams-Nederlandse Scheldecommissie. (2019). Evaluatie Verdrag Beleid en Beheer Schelde-estuarium 2014-2018. 47 pp. YSI Incorporated. (2009). Multiparameter Water Quality Sondes User Manual. 374 pp.
Definitieve versie
WL2022R19_076_8
13
DEPARTEMENT MOBILITEIT & OPENBARE WERKEN Waterbouwkundig Laboratorium Berchemlei 115, 2140 Antwerpen T +32 (0)3 224 60 35 F +32 (0)3 224 60 36 waterbouwkundiglabo@vlaanderen.be www.waterbouwkundiglaboratorium.be