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© Büsching, F.: Hydrologie 2000/06.1

HydrometrieHier werden nur einige Methoden (und Geräte) zur Erfassung vonWasserständen (auch Wasserspiegelauslenkungen) und zur Er-fassung von Strömungsgeschwindigkeiten und Durchflüssenbehandelt. 1. Wasserstandsmessungen • Lattenpegel

• Stechpegel = Spitzentaster• elt. Widerstandspegel• Schwimmerschreibpegel • Druckluftpegel• Pneumatikpegel• Drucksonden

1.01 Pegelnullpunkt: örtlich so festgelegt, dass a. keine negativen Ablesungen undb. möglichst nicht mehr als dreistellige Ablesungen in cm.


Tatsächlicher Nullpunkt an Landesnivellement angeschlossenund durch Höhenfixpunkt (Bolzen) gesichert.

1.2. Lattenpegel

2 cm 1 cmTeilung

Meistens vertikal angeordnete Latte aus Metall gegen Korrosion geschützt.Sonderformen:An Böschungen als Schrägpegel mit entsprechender Teilung oder als Treppenpegel. An Bauwerken OW- und UW-seitigimmer auch zusätzlich zu ggf. ande-ren automatisch registrierenden Ge-räten, vergl. weiter unten.Ablesung im Normalfall einmal täg-lich um 7.00 Uhr.Genauigkeit: 1cm.


1.3 Stechpegel = Spitzentaster

Durch Zahnstange und Trieb vertikalbeweglicher Metallstab mit auswech-selbarer Spitze.Ablesung bei Berührung der Wasser-oberfläche an Millimeterteilung undNonius für 1/10 mm.Hakenspitze bei ruhendem Wasser (von unten) ermöglicht Genauigkeitvon 1/20 mm.

Für genaueste Wasserspiegelerfas-sung im Labor und bei Messwehren.


1.4 Schwimmer- Schreibpegel

Rohr-pegel

Schacht-pegelggf. be-heizbar

φ20-30 cm


Limnigramm

Langsame Wasserspiegelschwankungen werden nahezu syn-chron von einem Auftriebskörper, in einem Schacht (Rohr) ausge-führt, der über eine Rohrleitung mit dem Gewässer verbunden ist. Die betreffenden Bewegungen werden über das Schwimmerseil,das durch ein Gegengewicht gespannt wird, mit einer Mechanik auf eine angetriebene Schreibtrommel übertragen, so dass dieWasserspiegelauslenkungen als Ganglinie erhalten werden.


Gegenge-wicht

Schwimmer

Schwimmer - Rohrpegel für die Grundwasserbeobachtung


1.5 Druckluftpegel In der Druckluftleitung steht dieLuft unter dem Druck p = γ . W.Dieser verursacht eine Auslen-kung der Quecksilbersäule, derenSchwankungen auf der Trommelaufgezeichnet werden.

Da das Luftvolumen von Tempe-raturschwankungen und anderenEinflüssen abhängig ist, sind ge-wisse Ungenauigkeiten unver-meidbar. Die Weiterentwicklung hat zumPneumatik-Pegel geführt, vergl.nachfolgend.


1.6 Pneumatik - Pegel

Schrägpegel ander Böschung

Photovoltaik-Zel-len für die

Stromversorgung


1 Energieversorgung2 Digitalanzeige3 Schreibwerk4 Bandschreiber5 Steuermotor6 Dosierventil7 Waagesystem8 Messschrank9 Quecksilbermanometer10 Gehäuse11 Sockel12 Druckminderer 13 Druckgasflasche (Luft o.Stickstoff)

In der Druckleitung kann mitHilfe eines Tariersystems der Druck p = γ . W gehaltenwerden, wenn dabei Gas-blasen (auf Höhe des Pegel-nullpunktes) ausperlen.

Pneumatik - Pegelschematisch


Vorteile des Pneumatik-pegels gegenüber demSchwimmer-Pegel:

• Geringere bauliche Erfordernisse

• Geringere Unterhal-tungserfordernisse(Keine Verschlammung,Verstopfung, Verei-sung)


1.7 DrucksondenDruckaufnehmerim freien Gewässer,in Schächten oder als Rohrpegel.

UnterschiedlicheMessprinzipien, u.a

• induktiv• kapazitiv • piezo-resistiv

Rohrpegel


Bandschreiber für große Wasser-standsschwankungen.

Auch für die Aufzeich-nung von Tidewasser-ständen geeignet.


2. Abflussmessungen• Behältermessung• Messwehre• Messgerinne (Venturi-Kanal)• Salzmischverfahren• Strömungsmessung

2.1 BehältermessungMethode für kleine stationäre Durchfüsse beispielsweise imLabor (Modellversuch).

Es wird die Zeit ∆t gemessen, die zur Auffüllung eines bekannten Behältervolumens erforderlich ist. Falls die Ermittlung des Behältervolumens um-ständlich ist, wird das Volumen durch Auswiegen und Berücksichtigung der Füssigkeitsdichte er-mittelt.

tVQ∆

=

1000 Liter Wasser wiegen 10 kN (bei 4o C).


2.2 Messwehre

2.3 Messgerinne


2.4 SalzmischverfahrenFür kleine Gewässer mit hoher Turbulenz (Wildbäche)

Stationärer, hochturbu-lenter Abfluss Q+QS

Abfluss Q mitnatürlicherSalzkonze-tration co

Zugabe QS mitKonzentration c1

Q=?

1

2

Messung derKonzentration c2

( ) 22210 cQcQcQQcQcQ SSS ⋅+⋅=⋅+=⋅+⋅

( ) ( )0221 ccQccQS −⋅=−⋅ ( )( ) SQ

ccccQ ⋅

−−

=02

21

Massenbilanz:


• Die Salzkonzentration c0 [kg/m3] des zu untersuchenden Gewäs-sers ist bekannt bzw. wird unter Verwendung von chem. Analyse-verfahren (Titration) ermittelt.

• An Position 1 wird Sole-Strom QS mit bekannter Salzkonzentra-tion c1 eingeleitet.

• An Position 2 wird Salzkonzentration c2 von Q + QS ermittelt.• Q ergibt sich aus der obigen Massenbilanz.

Zahlenbeispiel:3

0 /20 mkgc =3

1 /30 mkgc =3

2 /22 mkgc =( )( )

QS = 100 l/s

smslQ

ccccQ S /4,0400100

20222230 3

02

21 ==⋅−−

=⋅−−

=


2.5 Strömungsmessung

2.5.1 Flügelmessung (Propeller)zur Erfassung nur einer Strömungskomponente

„Schwimmflügel“

Ortsfester Flügel


Stationäre Anordnung zur Erfassung von Strömungsprofilen in einem definierten Durchströmquerschnitt.(Vergl. Übertragungsfunktion Wasserstand – Abfluss)


Geschwindigkeitsprofilin einer Messlotrechten eines offenen Gerinnes.


2.5.2 Induktion Das magnetisch-induktive Prinzip nachM. FARADAY (1831) ist geeignet, kleinste Strömungsgeschwindigkeiten zu messen. Das (leitfähige) Wasser wirkt wie ein elektrischer Leiter, der durch ein Magnet-feld bewegt wird.Dabei wird eine elektrische Spannung U er-zeugt, die die Ursache des dann fließen-den Induktionsstromes ist.

vLBU ⋅⋅=U = Messspannung, B = Magnetfeld, L = Länge des Leiters (hier: Elektrodenabstand),v = Strömungsgewindigkeit


Messgeber zur Erfassung nureiner Strömungskomponente.

Quelle: OTT Hydrometrie

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