Die Oder ist eines der in Deutschland am stärksten von Eis betroffenen Gewässer. Das äußert sich im zumeist jährlichen Auftreten unterschiedlichster Eisformen. Ausgehend vom anfänglichen Schollentrieb bilden sich Eisversetzungen durch das Zusammenschieben an Engpässen oder Störstellen, welche gleichzeitig die Voraussetzung für die Bildung stabiler Eisdecken auf Flüssen darstellen. Unter den häufigen Kaltlufteinflüssen an der Oder können sich teils langanhaltende Frosttemperaturen ausbilden, die zu mehrwöchigen Eisperioden führen. Diese Strömungshindernisse bewirken vor allem eine Reduktion des Abflussvermögens sowie einen Aufstau des Flusswassers.
In diesem Zusammenhang verwenden die zuständigen Behörden entsprechende Ergebnisse aus hydrometrischen Messungen als Grundlage zur Einschätzung und Bewertung der Gewässersituation. Während des Winters werden zuverlässige Informationen über Wasserstände oder Durchflüsse benötigt, um neben den wasserwirtschaftlichen sowie industriellen Anforderungen auch der Schiffbarkeit und dem Hochwasserschutz durch gezielte Eisbrechereinsätze nachzukommen. Anhand der weitreichenden Folgen und der Vielzahl von Extremereignissen, wie die an der Oder typischen Winterhochwasser, zeigt sich die Notwendigkeit von umfangreichen und detaillierten Messungen unter Eisbedingungen.
Im Gegensatz zu offenen Gerinnen ist die Erfassung hydrometrischer Daten im Winterzeitraum nur unter erschwerten Bedingungen möglich. Einen weiteren negativen Faktor bilden die unbeständigen klimatischen Verhältnisse an der Oder, welche sich in Form häufig instabiler Eisbedingungen äußern. Sowohl das Vorgehen als auch die messtechnischen Möglichkeiten unter diesen Voraussetzungen unterliegen keinen nationalen Bestimmungen und wurden bisher noch nicht umfassend untersucht.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, auf der Basis intensiver Literaturrecherchen derzeitig unter Eiseinfluss verwendete Messgeräte und Verfahrensweisen näher zu beleuchten und die daraus gewonnenen Ergebnisse mit der an der Oder vorhandenen Situation in Beziehung zu setzen. Im Rahmen der Auswertung dienen neben der einschlägigen Literatur insbesondere auch weiterführende Informationen des Wasser- und Schifffahrtsamtes Eberswalde.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Einteilung der Messmethoden
3 Bestimmung des Durchflusses unter Eis
3.1 Auswahl des Messstandortes für Wintermessungen
3.2 Geschwindigkeitsprofil unter einer Eisdecke
3.3 Geschwindigkeitsflächenmethode
3.4 Methode der repräsentativen Vertikalen
3.5 Durchflussbestimmung mittels Oberflächengeschwindigkeit
3.6 Verdünnungs- und Tracermethode
3.7 Korrekturverfahren zur Anpassung von Pegelschlüsseln und Ganglinien
3.7.1 ETA-Verfahren
3.7.2 ΔW-Verfahren
3.7.3 Methode des hydrografisch-klimatischen Vergleiches
4 Messtechniken zur Durchflussbestimmung unter Eis
4.1 Punktmessungen mit dem Messflügel
4.1.1 Flügeltypen
4.1.2 Vorgehensweise bei der Flügelmessung
4.1.3 Zusatzgeräte für die Flügelmessung
4.2 Akustische Messgeräte
4.2.1 Punkthafte Geschwindigkeitsmessung
4.2.2 Messung der mittleren Querschnittsgeschwindigkeit
4.3 Videogestützte Messung mit Oberflächenschwimmern
4.4 Messungen mittels Markierungsstoffen
4.4.1 Auswahl des Markierungsstoffes
4.4.2 Injektionstechnik und Positionierung der Geräte
4.4.3 Vorgehensweise bei der Tracermessung
4.5 Auswirkungen von Eis auf Abflussbeziehung und Pegelmessung
4.6 Messwehre und Venturigerinne
5 Gegenwärtig unter Eis verwendete Messsysteme
5.1 In Nordamerika, Europa und Russland eingesetzte Messtechniken
5.2 Einsatzbereich der Messtechnik in Abhängigkeit auftretender Eisarten
6 Eiserscheinungen auf der Oder
6.1 Besonderheiten zur Eisproblematik
6.2 Charakteristik des Eiseinflusses
6.3 Aktuelle Situation zur Messung während Eisperioden
6.4 Vorschläge und Entwicklungsmöglichkeiten bei Wintermessungen
7 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht die hydrometrischen Messverfahren unter winterlichen Bedingungen an der Oder, um zuverlässige Daten für den Hochwasserschutz und die Schifffahrt trotz Eiseinfluss zu gewinnen und bestehende Messnetze zu optimieren.
- Kategorisierung und Bewertung von Durchflussmessmethoden unter Eiseinfluss
- Analyse der Eissituation an der Oder und deren Auswirkungen auf Abflussbeziehungen
- Vergleich internationaler Messtechniken für winterliche Gewässerbedingungen
- Untersuchung von Korrekturverfahren für Pegelschlüssel und Abflussganglinien
- Entwicklung von Vorschlägen zur messtechnischen Verbesserung des Oder-Messnetzes
Auszug aus dem Buch
3.1 Auswahl des Messstandortes für Wintermessungen
Internationale Kriterien zur Auswahl eines geeigneten Messstandortes für Messungen unter Eisbedingung sind in der ISO 9196 (1992) angeführt. Weiterhin finden sich nationale Bestimmungen für offene Gerinne in der PEGELVORSCHRIFT (1991).
Gewöhnlich werden Messungen unter Eis an denselben Standorten wie Messungen für offene Gerinne durchgeführt. Unter den folgenden Umständen können diese aber ungeeignet sein, wenn (ISO 9196 1992):
mehr als 25% des Querschnittsfläche mit Eisbrei gefüllt sind und dieser unregelmäßig über den betrachteten Gewässerbereich verteilt ist,
Totzonen, Orte an denen kein erkennbarer Wasserfluss vorhanden ist, mehr als 10% des Querschnitts einnehmen,
große Bereiche mit niedrigen Fließgeschwindigkeiten, geringer als 0,3 m/s, auftreten, die vom Strömungsmessen nicht erfasst werden können,
diese Stelle im Staubereich eines stromabwärts gelegenen Eisengpasses oder -staus liegt,
es große Wasserbereiche gibt, welche im Laufe des Winters nicht zufrieren und somit teilweise eisbedeckte Verhältnisse vorherrschen,
die Eisoberfläche dazu neigt Risse zu bilden, was einen möglichen Eisaufbruch anzeigt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik von Eiserscheinungen auf der Oder ein und definiert das Ziel der Arbeit, aktuelle Messverfahren unter Eiseinfluss kritisch zu untersuchen.
2 Einteilung der Messmethoden: Es erfolgt eine Klassifizierung der gebräuchlichen Messsysteme in direkte und indirekte sowie in diskontinuierlich und kontinuierlich arbeitende Verfahren.
3 Bestimmung des Durchflusses unter Eis: Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen der Durchflussberechnung unter Eis sowie verschiedene Korrekturverfahren wie das ETA- und ΔW-Verfahren.
4 Messtechniken zur Durchflussbestimmung unter Eis: Eine detaillierte Betrachtung verschiedener Messtechniken wie Messflügel, akustische Geräte und Tracerverfahren unter winterlichen Bedingungen.
5 Gegenwärtig unter Eis verwendete Messsysteme: Vergleichender Überblick über international eingesetzte Messtechniken und deren Eignung in Abhängigkeit verschiedener Eisformen.
6 Eiserscheinungen auf der Oder: Analyse der spezifischen Eisproblematik an der Oder, des aktuellen Standes der Messnetze und konkreter Vorschläge zur Verbesserung.
7 Zusammenfassung: Ein abschließendes Resümee, das die Notwendigkeit weiterer Forschung bei der Entwicklung robuster Messsysteme für winterliche Bedingungen unterstreicht.
Schlüsselwörter
Hydrometrie, Durchflussmessung, Eiseinfluss, Oder, Eisdecke, Messflügel, Ultraschall-Doppler, Pegelmessung, Abflusshemmung, Tracermethode, Hochwasserschutz, Wintermessungen, Pegelstand, Eisbrei, Wasserwirtschaft.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Arbeit befasst sich mit der messtechnischen Erfassung von Wasserständen und Durchflüssen in Fließgewässern unter dem schwierigen Einfluss von Eisbildungen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Auswahl geeigneter Messgeräte, der Korrektur von Daten bei Eisstau sowie der spezifischen Eissituation an der Oder.
Welches primäre Ziel verfolgt die Bachelorarbeit?
Ziel ist es, bestehende Verfahren zur Messung unter Eis zu bewerten und basierend darauf Vorschläge für eine Optimierung des Messnetzes an der Oder zu entwickeln.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert primär auf einer umfassenden Literaturrecherche und der Analyse bestehender hydrometrischer Messdaten und Erfahrungen staatlicher Wasserbehörden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert detailliert physikalische Grundlagen, verschiedene Messinstrumente, Korrekturmodelle für Ganglinien und die speziellen Herausforderungen der Oder.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Hydrometrie, Durchflussmessung, Eiserscheinungen, Eisbrei, Tracerverfahren und Hochwassermanagement.
Wie unterscheidet sich die Eissituation an der Oder von anderen Regionen?
Die Oder ist durch ein gemäßigtes Klima und kontinentale Kaltlufteinflüsse geprägt, was häufig zu unbeständigen Eisverhältnissen und Treibeis führt, statt zu dauerhaft stabilen Eisdecken.
Warum ist das ETA-Verfahren für die Oder relevant?
Es ermöglicht die Korrektur von Durchflussdaten bei verschiedenen Hemmfaktoren und kann auch bei der Quantifizierung von Effekten wie Verkrautung oder Eisstau helfen.
Was ist das Hauptproblem bei der Messung von Treibeis?
Treibeis stellt ein erhebliches Gefährdungspotenzial für stationäre Sensoren dar und erschwert durch seine dynamische Natur die exakte Bestimmung von Strömungsfeldern.
- Arbeit zitieren
- Stephan Büttig (Autor:in), 2011, Hydrometrische Messungen im Zusammenhang mit Eiserscheinungen auf der Oder, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/286598
