Martin-Luther-Universität Halle Naumburg
Institut für Geographie
Unterseminar Physische Geographie

Abflussmessungen

von: Christoph Salbach

Inhaltsverzeichnis

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=f1(t) kann mittelbar aus der Wasserstandsganglinie W=f2(t) gewonnen werden, wenn die Beziehung zwischen Wasserstand und Durchfluss W=f3(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 m3/s ergibt sich dann aus dem Quotient zwischen den Volumen V und der Zeit t (Schmidt, 1984).

Q = V / t [m3 /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

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 Zeitintervall 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 hi (durch arithmetisches Mittel der drei gemessenen Tiefen) und der Lamellenbreite bi. Sind nun die mittlere Fließgeschwindigkeit vi und die Fläche der Lamelle Ai bekannt, kann daraus der Abfluss dieser berechnet werden (Dyck; Peschke, 1995).

Qi = Ai · vi

Daraus folgt der Durchfluss für den Gesamtquerschnitt:

Q = ? Qi

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 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).

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