Abflussmessungen

Inhaltsverzeichnis

  Seite  

1  Aufgaben und Ziele von Durchflussmessungen  2

2  Messmethoden  2

2.1  Direkte volumetrische Messung  2

2.2  Schwimmermessung  2

2.3  Messung mit Hilfe des Flügels  3

2.4  Messpegel  4

2.5  Messwehre  6

2.6  Venturikanal  7

2.7  Verdünnungsmessungen  7

2.7.1  Salzverdünnungsmethode  8

2.7.2  Radioaktive Tracer  9

2.7.3  Fluoreszierende Markierungsstoffe  9

2.8  Ultraschallmessung  10

2.9  Elektromagnetisch Induktive Strömungssonden (MID)  11

2.10  Akustische Doppler Geräte (ADCP)  11

2.11  Videogestützte Bahnbestimmung  12

3  SIMK Verfahren  13

4  Durchflussmessung bei Extremereignissen  13

5  Auswertung der Messergebnisse  14

6  Verwendung der Messergebnisse  15

  Literaturverzeichnis  15

1 Aufgaben und Ziele von Durchflussmessung

Die Abflussmessung wird als Teilgebiet der Hydrometrie verstanden. Diese ist die Lehre von der Gewinnung, Übertragung und primären Verarbeitung von hydrologischen Daten über die Gewässer und ihre Einzugsgebiete. Ziel ist es, das Dargebot des Oberflächenwassers in ausgewählten Flussabschnitten zu bestimmen, d.h. es wird die Zeitfunktion des Durchflusses, die Durchflussganglinie für solche Flussquerschnitte gesucht. Die gesuchte Funktion Q=f 1 (t) kann mittelbar aus der Wasserstandsganglinie W=f 2 (t) gewonnen werden, wenn die Beziehung zwischen Wasserstand und Durchfluss W=f 3 (Q), die so genannte Durchflusskurve bekannt ist (Dyck; Peschke, 1995).

2 Messmethoden

2.1 Direkte, volumetrische Messung

Diese Methode liefert genaue und einfache Ergebnisse, jedoch nur bei geringen Abflüssen, wie zum Beispiel Quellen. Dabei wird Wasser in einem bekannten Zeitintervall in einen Behälter aufgefangen. Die Abflussmenge Q in m 3 /s ergibt sich dann aus dem Quotient zwischen den Volumen V und der Zeit t (Schmidt, 1984).

[m 3 /s] oder [l/s]

2.2 Schwimmermessung

Hierbei handelt es sich um eine ungenaue Methode, die aber als grobe Orientierung recht passable Werte liefert. Die Abflussmenge ist das Produkt aus der Querschnittsfläche F und der Fließgeschwindigkeit v. Zuerst wird die durchströmt Fläche gemessen und dann die Geschwindigkeit näherungsweise mit einem Schwimmer bestimmt. Dabei kann man auf eine Flasche, Korken oder ein Stück Holz zurückgreifen. Da die Geschwindigkeit an der Oberfläche größer ist als die Geschwindigkeit im Querschnitt, muss der ermittelte Wert mit einem Erfahrungswert reduziert werden. Deswegen wird die Geschwindigkeit mit 0,8 m/s multipliziert (Schmidt, 1984).

Q = A · v

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2.3 Messung mit Hilfe des Flügel

Die Flügelmessung stellt das am häufigsten benutzte Verfahren zur Durchflussermittlung dar. Um den Gesamtabfluss des Querschnitts zu ermitteln, wird dieser zunächst in Lamellen eingeteilt (siehe Abb. 2) und deren einzelne Abflüsse bestimmt. Die Lamellenbreite kann je nach Querschnitt unterschiedlich breit sein. Es werden Geschwindigkeitsmessungen mit dem Flügel in unterschiedlichen Tiefen der Messlotrechten, die in der Lamellenmitte liegt, durchgeführt. Um die gewünschte Tiefe zu erreichen werden entweder Tiefenlot, Echolot oder auch der Messflügel eingesetzt. Der Flügel (siehe Abb. 1) wird mit einer Stange ins Wasser gelassen. Dabei setzt sich das Schaufelrad durch das fließende Wasser in Bewegung und erzeugt über die Umdrehungen einen elektrischen Impuls, der über ein Kabel zum Zählgerät geleitet wird. Diese Umdrehungen in einem bestimmten Zeitinterva ll ergeben die Fließgeschwindigkeit für die jeweilige Tiefe. Danach wird die mittlere Lamellengeschwindigkeit aus den arithmetischen Mittel dieser unterschiedlichen Geschwindigkeiten berechnet. Je nach Querschnitt können unterschiedlich viele Tiefenpunktmessungen gemacht werden. Die Breite der Messlotrechten wird über Messband, Peillinie oder optische Entfernungsgeräte vom Ufer aus bestimmt. Die Fläche der Lamelle errechnet sich aus mittleren Lamellentiefe h i (durch arithmetisches Mittel der drei gemessenen Tiefen) und der Lamellenbreite b i . Sind nun die mittlere Fließgeschwindigkeit v i und die Fläche der Lamelle A i bekannt, kann daraus der Abfluss dieser berechnet werden (Dyck; Peschke, 1995).

Q i = A i · v i

Daraus folgt der Durchfluss für den Gesamtquerschnitt:

Q = ? Q i

Weiterhin gibt es neben den Stangenflügel noch den Schwimmflügel. Dieser wird bei größeren Wassertiefen verwendet. An einem stromlinienförmigen Körper mit Stabilisierungsflosse wird der Flügelkörper an einem Seil oder Winde befestigt von einer Brücke, Seilkrananlage oder Messschiff ins Wasser gelassen (Dyck; Peschke, 1995). In kleinen Einzugsgebieten können Geschiebe den Flügel beschädigen oder Schwimmstoffe ihn blockieren. Bei geringen Wassertiefen ist die Eintauchtiefe zu gering zum Einsatz. Beim turbulenten Fließen, das oft in natürlichen Gerinnen auftritt, wird die Messung negativ

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beeinflusst, da durch Walzenbindung die Fließgeschwindigkeit am Messflügel reduziert wird. Außerdem erfordert sie einen hohen Zeitaufwand, so dass kurzzeitige Abflussspitzen schwer erfasst werden können (Barsch, 1994).

Abb. 1 Messflügel Abb. 2 Gerinnebettquerschnitt

2.4 Messpegel

Mit Hilfe von Pegeln ist ohne viel Aufwand der Wasserstand, also die Höhe des Wasserspiegels über einen festen Bezugspunkt (Pegelnull) festzustellen. Grundsätzlich können die Pegel in registrierende, kontinuierliche und nichtregistrierende Pegel unterschieden werden. Letztere stellen den einfachsten Fall dar, bei dem ein Beobachter meist einmal täglich den Wasserstand von einem Lattenpegel abliest. Der Lattenpegel ist in der Nähe zu Ufern an Bauwerken, Ufernmauern oder Brückenpfeilern angebracht. Je nach Art der Anbringung wird in einen Schrägpegel, Treppenpegel oder Staffelpegel unterschieden (Dyck; Peschke, 1995).

Der mechanische Schwimmerschreibpegel (siehe Abb. 3) zeichnet den Wasserstand als kontinuierliche Funktion der Zeit und somit als Ganglinie auf. Die Funktionsbasis bildet ein Schwimmer, der über ein Schwimmerseil im Schwimmerschacht Veränderungen vom Wasserstand an ein mechanisches Schreibgerät weiterleitet. Eine sich drehende Schreibtrommel sorgt für die kontinuierliche Aufzeichnung des Wasserstandes in einer Wasserstandsganglinie (Dyck; Peschke, 1995).

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