NORSAR er mest kjent for å registrere jordskjelv og overvåke prøvesprengninger av atomvåpen på den andre siden av kloden. Nå setter de inn sin teknologi og kompetanse på å finne lekkasjer i vannledninger. Nøkkelen ligger i fibernettet som allerede ligger i bakken. Arve E. Mjelva i NORSAR forklarer hvordan og hvorfor.
Er det mulig å finne lekkasjer i vannledninger ved å måle gjennom vibrasjoner i fiberkabler som allerede ligger i bakken? Altså fibernettet som ellers brukes til nett og TV?
Kabelen ligger der allerede. Det bør være mulig å bruke "mørke fibre" i disse kablene til å se etter vannlekkasjer i nærliggende rør.
Det var spørsmålet, hypotesen og målet da vi startet et samarbeid med vannbransjen for å bruke DAS-teknologi til å finne vannlekkasjer.
Usikker på hva mørke fibre og DAS er? Kommer tilbake til det om litt.
NORSAR
Det hele begynte i hagen utenfor NORSARs hovedkontor på Kjeller. Der har vi et testanlegg liggende i bakken med ulike typer kabler som vi bruker til utvikling av teknologien og nye tjenester. NORSAR er en forskningsstiftelse med tung ekspertise innen seismologi og geofysikk. Mange vil nok forbinde navnet med jordskjelv.
Les også: PE-rør i setninger og jordskjelv
Det er helt riktig. Stiftelsen har mange års erfaring i metodeutvikling for avansert seismologisk dataprosessering og analyse av data fra jordskjelvinstrumenter.
En stor del av vår virksomhet er rettet mot metodeutvikling for å skille naturlige rystelser (som eksempelvis jordskjelv) fra rystelsene som oppstår ved kjernefysiske eksplosjoner.
NORSAR er oppnevnt som nasjonalt datasenter for Norge i et globalt nettverk for overvåkning av den internasjonale prøvestansavtalen. Den ble vedtatt i 1996, og er i dag signert av 187 land og ratifisert av 178. Prøvestansavtalen forbyr prøvesprengninger med atomvåpen. Vår jobb – som en del av et internasjonalt nettverk – er å oppdage, identifisere og dokumentere sprengninger med atomvåpen rundt om på kloden.
I dag forekommer slike prøvesprengninger i praksis kun i Nord-Korea, men det kan jo endre seg.
Målestasjoner lytter til jordskjelv
Vi har målestasjoner flere steder på fastlands-Norge, på Jan Mayen og på Svalbard. Sammen med andre lands målestasjoner overvåker vi kloden for større rystelser, der programvare under kontinuerlig utvikling bidrar til å skille naturlige rystelser fra jordskjelv og vulkanutbrudd fra menneskeskapte rystelser fra atomvåpensprenginger.
Teknologien består av seismiske stasjoner på land, som lytter etter rystelser i bakken og infralyd stasjoner som fanger opp bølger i luften.
Teknologien har gjort det mulig å lage et digitalt kart for dimensjonering av bygg mot jordskjelv som gjør det enklere for byggeindustrien. Den brukes også i oljeindustrien til mikroseismisk overvåkning av oljefelt, for å nevne et annet eksempel.
I prinsippet er det den samme teknologien vi ønsker å bruke til å måle mikrorystelser i bakken forårsaket av lekkasjer fra vannrør. Da har vi tatt i bruk et element av nyere dato: Fiberkabel.
Fiberkabel-nettet bygges ut i stort tempo over hele landet. Hver eneste fiberkabel kan – i teorien – benyttes til å finne vannlekkasjer i nærheten. (Foto: Jørn Søderholm)
Fiberoptisk sensing er en mer teknisk betegnelse. Eller mer presist Distributed Acoustic Sensing (DAS). Det er en teknologi som bruker vanlige telekommunikasjons-fiberkabler til å registrere vibrasjoner i bakken.
Finner lekkasjer med DAS
Norge er blant de landene i Europa hvor høyest andel av drikkevannet går tapt under transport fra kilde til forbruker, i snitt rundt 30% ifølge SSB. Kostnaden for samfunnet er betydelig – omtrent 354 millioner kroner per år, anslår Norsk Vann. Mest vann lekker fra gamle rør, men også nyere anlegg lekker vann.
Les også: Vannlekkasjer i norske kommuner må angripes
DAS bruker en såkalt interrogator, som ved bruk av laserlys registrerer ørsmå vibrasjoner i den fiberoptiske kabelen.
(Artikkelen fortsetter under videoen)
Disse målingene gir en kontinuerlig og nøyaktig lokalisering av vibrasjonene i hele kabelens lengde. En av de største fordelene med denne teknologien er at den er svært følsom og kan oppnå en måletetthet ned til én meter over et strekk på opptil 170 kilometer.
Det betyr at vi kan identifisere en lekkasje med én meters nøyaktighet over en 170 kilometer lang fiber.
En annen fordel er det er mulig å benytte eksisterende fiberoptiske kabler. Norge har et velutbygd nettverk – om lag 90% av befolkningen bor i nærheten av et fiberoptisk nettverk som det er mulig å koble seg til.
Les også: Fjerner lekkasjer med rør-i-rør
Alle eksisterende fiberkabler har én eller – vanligvis – flere fibre som ikke er i bruk til kabelens egentlige formål. Disse kalles "mørke" fibre, og kan teknisk sett brukes til lys som interrogatoren oppdager rystelser gjennom. Et helt annet spørsmål er om eiere av eksisterende kabel gir tillatelse til å benytte disse.
Det er teorien. I praksis er det som du sikkert skjønner ikke noe vi kan få til å virke ved å bare trykke på en knapp.
VA testanlegg i full skala
Vi begynte de første testene i eget anlegg – i hagen utenfor kontoret – i 2019. Vi visste tidlig at vi ville gjøre dette sammen med en rørprodusent, og begynte samtidig de første sonderingene med Hallingplast.
(Artikkelen fortsetter under videoen)
Etter dette har NORSAR i samarbeid med Hallingplast laget et fullskala testanlegg i Ål i Hallingdal for å utvikle og teste metoder for å oppdage lekkasjer i vannrør. I tillegg er det gjennomført omfattende tester av teknologien i samarbeid med IVAR IKS i Rogaland og gjennom forskningsprosjektet LeakNor.
Bygging av testanlegg hos Hallingplast på Kleivi i Ål. (Foto: NORSAR)
Det er også utført tester på det eksisterende kommunale ledningsnettet i blant annet Lillestrøm sammen med NRVA.
Resultatene så langt er lovende, og gir gode indikasjoner på at det virker – under gitte forutsetninger. Vi ser at det går bra å finne lekkasjer på denne måten der fiber ligger tett på vannrøret, for eksempel i fellesgrøft. Men ikke fullt så lett ved større avstand.
Bilder fra testanlegget på Kjeller. (Foto: NORSAR)
Resultatene viser at det er mulig å oppdage lekkasjer ved bruk av DAS-teknologi, men at kvaliteten på observasjonene kan påvirkes av faktorer som avstanden fra fiberkabel til rør eller lekkasje, størrelsen på lekkasjen, samt trykk og grunnforhold. Vi ser også at testing i kontrollerte miljøer har gitt mer pålitelige resultater enn under naturlige forhold.
Fiber og vannrør i samme grøft
Den største utfordringen for å kunne benytte eksisterende fibernett til å oppdage vannlekkasjene er at fiberkablene ofte ikke ligger i de samme grøftene som vannrørene. I tillegg kan det være vanskelig å få tilgang fra operatør til de mørke fibre nær vannrørene.
Det undersøkes også om DAS kan slippes inn i en operativ avløpsledning, og oppdage lekkasjer i vannledningen ved siden av.
Vi jobber nå med å teste teknologien på ekte anlegg. Ikke minst for å finne en god test der man vet det er en lekkasje et sted, og teknologien kan brukes til å finne den. Neste steg er å verifisere det vi har gjort, og å øke TRL-nivået (som angir hvor ferdig teknologien er til bruk). Deretter må det gjøres et arbeid for å finne forretningsmodeller, blant annet for å få tilgang til eksisterende fibernett.
Basert på våre funn mener vi at DAS-teknologi har potensiale for å kunne bli en kommersiell metode for oppdaging av vannlekkasjer på sikt. Det er imidlertid både behov for mer forskning på feltet og videreutvikling av teknologien for å kunne møte de spesifikke utfordringene som er knyttet til drikkevannsnettet.
