Piezoresistieve waterniveausensoren zijn een integraal onderdeel geworden van de alomvattende waterbeheerstrategie van Singapore en ondersteunen de transitie van het land naar een 'slim waternet'. Dit artikel onderzoekt de diverse toepassingen van deze robuuste en nauwkeurige sensoren in de stedelijke watersystemen van Singapore, van overstromingspreventie tot reservoirbeheer en slimme waternetwerken. Deze sensoren zetten waterdruk om in elektrische signalen via piezoresistieve elementen en voorzien de Singaporese Public Utilities Board (PUB) van betrouwbare, realtime gegevens om de bedrijfsvoering te optimaliseren, de veerkracht van het systeem te vergroten en de dienstverlening in de complexe waterinfrastructuur van het land te verbeteren.
Inleiding tot piëzoresistieve sensoren in de watersector van Singapore
De weg die Singapore heeft afgelegd om een wereldleider in waterbeheer te worden, is ingegeven door noodzaak. Als kleine eilandstaat met beperkte natuurlijke waterbronnen en een grote kwetsbaarheid voor de gevolgen van klimaatverandering, zoals intense regenval en de stijging van de zeespiegel, heeft Singapore fors geïnvesteerd in innovatieve watertechnologieën. Piezoresistieve waterniveausensoren zijn daarbij uitgegroeid tot een cruciaal onderdeel van de watermonitoringsinfrastructuur van het land en bieden ongeëvenaarde betrouwbaarheid en nauwkeurigheid in diverse wateromgevingen.
Piezoresistieve sensoren werken volgens het principe dat bepaalde materialen hun elektrische weerstand veranderen wanneer ze aan mechanische spanning worden blootgesteld. Bij toepassingen voor waterniveaus meten deze sensoren de hydrostatische druk die wordt uitgeoefend door een waterkolom, die rechtstreeks evenredig is met de waterhoogte. Deze fysische relatie maakt een nauwkeurige bepaling van het waterniveau mogelijk, ongeacht de helderheid, troebelheid of aanwezigheid van zwevende deeltjes in het water – factoren die vaak een uitdaging vormen voor alternatieve technologieën zoals ultrasone of optische sensoren.
De Public Utilities Board (PUB), het nationale wateragentschap van Singapore, heeft piëzoresistieve sensoren strategisch ingezet op verschillende gebieden van waterbeheer. Deze inzet speelt in op een aantal unieke uitdagingen waar Singapore voor staat: de behoefte aan nauwkeurige voorspellingen van overstromingen in een tropisch klimaat met intense regenval, de noodzaak van precies reservoirbeheer in een land met beperkte ruimte dat talloze stedelijke reservoirs heeft aangelegd, en de vraag naar betrouwbare gegevens voor de werking van een steeds complexer en onderling verbonden waterleidingnetwerk.
Het waterverhaal van Singapore is er een van transformatie: van waterschaarste naar waterzekerheid. De vier nationale waterbronnen (lokaal regenwater, geïmporteerd water, NEWater en ontzout water) vertegenwoordigen een gediversifieerde watervoorzieningsstrategie waarbij elk onderdeel nauwlettend in de gaten gehouden moet worden. Piezoresistieve sensoren dragen bij aan deze strategie door nauwkeurige, realtime gegevens te leveren die nodig zijn om de werking van alle vier de waterbronnen te optimaliseren, met name in de lokale regenwateropvangsystemen die nu water verzamelen van tweederde van het landoppervlak van Singapore.
De toepassing van piëzoresistieve technologie sluit aan bij het bredere Smart Nation-initiatief van Singapore, dat de nadruk legt op datagestuurde besluitvorming in alle sectoren. In waterbeheer vertaalt dit zich in sensoren die niet alleen metingen leveren, maar ook naadloos integreren met geavanceerde analyseplatformen. Dit maakt voorspellend onderhoud, geautomatiseerde besturingssystemen en vroegtijdige waarschuwingssystemen mogelijk. De robuustheid van piëzoresistieve sensoren – hun vermogen om nauwkeurigheid te behouden ondanks biofouling, temperatuurschommelingen en langdurig gebruik – maakt ze bijzonder geschikt voor het tropische klimaat van Singapore en de strenge eisen van de PUB (Public Utilities Board) ten aanzien van datakwaliteit en systeembetrouwbaarheid.
Overstromingsmonitoring- en vroegwaarschuwingssystemen
Het tropische klimaat van Singapore brengt intense regenval met zich mee die de afwateringssystemen snel kan overbelasten. Daarom is een robuust systeem voor het monitoren van overstromingen essentieel voor de weerbaarheid van de stad. De Public Utilities Board (PUB) heeft een uitgebreid netwerk van piëzoresistieve waterpeilsensoren geïmplementeerd als onderdeel van haar strategie voor overstromingsrisicobeheer. Hiermee heeft de PUB een van de meest geavanceerde waarschuwingssystemen voor stedelijke overstromingen ter wereld gecreëerd. Deze sensoren leveren de cruciale gegevens die nodig zijn om overstromingen in het dichtbevolkte stedelijke gebied van het eiland te voorspellen, te monitoren en erop te reageren.
Sensorinzet in risicogebieden
PUB heeft op strategische wijze piëzoresistieve sensoren geïnstalleerd op ongeveer 200 belangrijke locaties in het afwateringsnetwerk van Singapore, met name in laaggelegen gebieden en historische overstromingsgevoelige plekken57. Deze sensoren bewaken continu de waterstanden in kanalen, afvoeren en rivieren en leveren realtime gegevens aan de centrale besturingssystemen van PUB. De piëzoresistieve technologie werd voor deze toepassingen gekozen vanwege de uitzonderlijke betrouwbaarheid onder de uitdagende omgevingsomstandigheden in Singapore: hoge luchtvochtigheid, frequente zware regenval en de mogelijkheid van met puin beladen overstromingswater dat andere soorten sensoren zou kunnen verstoppen.
De sensoren maken deel uit van een geïntegreerd systeem voor het monitoren van overstromingen, dat ook regenradar, CCTV-camera's en waterkwaliteitsmeters omvat. De piëzoresistieve waterpeilsensoren vormen echter het fundamentele element en bieden de meest directe meting van het werkelijke overstromingsrisico op specifieke locaties. Hun metingen zijn bijzonder waardevol omdat ze het geïntegreerde resultaat van alle stroomopwaartse hydrologische processen – regenintensiteit, kenmerken van de afvoer in het stroomgebied en de prestaties van het drainagesysteem – vastleggen in één enkele, gemakkelijk te interpreteren parameter: waterdiepte.
Geautomatiseerde waarschuwingsmechanismen
Het overstromingsmonitoringsysteem van Singapore maakt gebruik van piëzoresistieve sensorgegevens om geautomatiseerde waarschuwingen via meerdere kanalen te genereren. Wanneer het waterpeil stijgt tot vooraf vastgestelde drempelwaarden (doorgaans 50%, 75%, 90% en 100% van de kritieke diepte), activeert het systeem meldingen via sms, de mobiele app MyWaters en interne displays in de controlekamer van de PUB7. Deze gelaagde waarschuwingsaanpak maakt gefaseerde reacties mogelijk, van routinematige monitoring tot noodinterventies.
De hoge nauwkeurigheid van de piëzoresistieve sensoren (±0,1% van de volledige schaal in veel installaties) zorgt ervoor dat waarschuwingen gebaseerd zijn op precieze metingen, waardoor valse alarmen tot een minimum worden beperkt en er voldoende waarschuwingstijd is. Bewoners en bedrijven kunnen zich abonneren op waarschuwingen voor maximaal drie specifieke sensorlocaties, waardoor gepersonaliseerde overstromingswaarschuwingen mogelijk zijn voor gebieden die extra aandacht vereisen.7 Dit niveau van personalisatie is alleen mogelijk omdat de piëzoresistieve sensoren consistent betrouwbare gegevens leveren waarop PUB en het publiek kunnen vertrouwen.
Integratie met infrastructuur voor waterbeheer en overstromingspreventie
Naast waarschuwingssystemen worden piëzoresistieve sensorgegevens op verschillende locaties in Singapore rechtstreeks gebruikt om geautomatiseerde infrastructuur voor waterbeheer aan te sturen. In gebieden zoals Orchard Road – een winkelgebied dat in 2010 en 2011 ernstig te lijden had onder overstromingen – activeren sensorgegevens de werking van tijdelijke waterkeringen en krachtige pompen om het overstromingswater af te leiden.5 De snelle reactietijd van de sensoren (doorgaans minder dan een seconde) is cruciaal voor deze toepassingen, waardoor besturingssystemen kunnen reageren voordat de overstromingssituatie ernstig wordt.
Een opmerkelijke toepassing is het programma voor "overstromingsbestendige" kelders voor gebouwen in overstromingsgevoelige gebieden. Hierbij zijn piëzoresistieve sensoren in ondergrondse parkeergarages gekoppeld aan alarmsystemen van gebouwen, waardoor gebouwbeheerders en bewoners direct worden gewaarschuwd wanneer er overstromingsgevaar dreigt.5 De robuuste constructie van de sensoren garandeert een betrouwbare werking, zelfs wanneer ze gedeeltelijk onder water staan, een veelvoorkomend probleem bij minder robuuste technologieën.
Prestaties tijdens extreme weersomstandigheden
Het piëzoresistieve sensornetwerk van Singapore heeft zijn waarde bewezen tijdens meerdere extreme regenbuien. Zo leverde het netwerk tijdens een storm in 2018, waarbij in vier uur tijd bijna 160 mm regen viel – een van de hevigste regenbuien in de geschiedenis van Singapore – minuut-voor-minuut updates over de waterstanden op het hele eiland. Deze gegevens maakten een gerichte inzet van teams voor de bestrijding van overstromingen mogelijk en zorgden voor accurate publieke communicatie over welke gebieden het meest risico liepen.
Analyse van sensorgegevens na afloop van overstromingen heeft PUB ook geholpen knelpunten in het afwateringssysteem te identificeren en toekomstige investeringen in infrastructuur te optimaliseren. Het vermogen van de piëzoresistieve sensoren om zelfs onder extreme omstandigheden nauwkeurige metingen te leveren, maakt ze bijzonder waardevol voor dit soort forensisch onderzoek, omdat ze de volledige hydrograaf van overstromingen vastleggen zonder hiaten in de gegevens tijdens piekafvoeren.
Beheer van reservoirs en wateropslag
De innovatieve aanpak van Singapore op het gebied van wateropslag en reservoirbeheer is sterk afhankelijk van nauwkeurige waterpeilmetingen, waarbij piëzoresistieve sensoren een centrale rol spelen in het waarborgen van de efficiëntie en veiligheid van deze cruciale watervoorraden. Als eilandstaat met beperkte natuurlijke waterbronnen heeft Singapore zijn stedelijk landschap omgevormd tot een waterwingebied, waardoor een uitgebreid netwerk van reservoirs is ontstaan dat nu water opvangt van tweederde van het landoppervlak van het land. Het beheer van deze reservoirs vereist nauwkeurige, realtime waterpeilgegevens – een vereiste waaraan piëzoresistieve sensortechnologie perfect voldoet.
Monitoring van het Marina-reservoirsysteem
Het Marina Reservoir, het meest verstedelijkte waterwingebied van Singapore, is een voorbeeld van de geavanceerde toepassing van piëzoresistieve sensoren in grootschalige wateropslagfaciliteiten. Meerdere sensoren zijn strategisch geplaatst op verschillende diepten en locaties in het reservoir om niet alleen het algemene waterpeil te monitoren, maar ook stratificatie-effecten en lokale variaties³. Deze metingen zijn cruciaal voor verschillende operationele aspecten:
- Waterbeheer: Nauwkeurige peilgegevens zorgen voor optimale onttrekkingspercentages die de watervoorziening op peil houden en onnodige verlaging van het waterpeil voorkomen.
- Regenwateropvang: Tijdens regenbuien helpen sensoren bepalen hoeveel extra afvoerwater het reservoir veilig kan opvangen.
- Zoutgehalteregeling: Bij de Marina Barrage worden sensorgegevens gebruikt om de bediening van de sluisdeuren aan te sturen, zodat er geen zeewater binnendringt en er tegelijkertijd een geschikte afvoer mogelijk is.
De piëzoresistieve sensoren in het Marina Reservoir zijn speciaal ontworpen om de brakke wateromstandigheden te weerstaan waar zoetwater en zeewater samenkomen. De materialen zijn geselecteerd om corrosie in deze uitdagende omgeving te weerstaan. Dankzij hun robuuste constructie kunnen ze continu functioneren met minimaal onderhoud, ondanks constante onderdompeling en blootstelling aan wisselende watersamenstellingen.
Gedecentraliseerde bewaking van opslagtanks
Naast de grote reservoirs bewaken piëzoresistieve sensoren ook de waterstanden in de talrijke decentrale opslagtanks van Singapore – cruciale infrastructuur voor het handhaven van de waterdruk en noodreserves in het gehele waterdistributienetwerk van het eiland37. Deze toepassingen tonen de veelzijdigheid van de sensoren aan:
- Daktanks in stedelijke gebieden: in hoge gebouwen zorgen sensoren voor een adequate watertoevoer naar de bovenste verdiepingen en voorkomen ze overloop.
- Servicereservoirs: Deze tussentijdse opslagfaciliteiten gebruiken sensorgegevens om de pompschema's en het energieverbruik te optimaliseren.
- Noodvoorraden: Strategische reserves die worden aangehouden voor droogte- of infrastructuurstoringen worden nauwlettend in de gaten gehouden om de paraatheid te garanderen.
De PUB heeft piëzoresistieve sensoren voor deze toepassingen gestandaardiseerd vanwege hun consistente prestaties bij verschillende tankgeometrieën en hun vermogen om direct te koppelen met de SCADA-systemen die het waterdistributienetwerk van Singapore automatiseren.
We kunnen ook diverse oplossingen bieden voor
1. Draagbare meter voor het meten van meerdere waterparameters
2. Drijvend boeiensysteem voor waterkwaliteitsmetingen met meerdere parameters.
3. Automatische reinigingsborstel voor de multiparameter watersensor
4. Complete set servers en software draadloze module, ondersteunt RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
Voor meer watersensoren informatie,
Neem contact op met Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Bedrijfswebsite:www.hondetechco.com
Tel: +86-15210548582
Geplaatst op: 27 juni 2025