Messverfahren
Schrägpegel am Pegel Kirchheim an der Aula
In der Regel werden an den Pegeln die Wasserstände kontinuierlich gemessen und per Datenfernübertragung in die Datenbank des Landes übertragen. Durchflüsse hingegen werden mittels Schlüsselkurven (Wasserstand-Durchfluss-Kurven) aus diesen Wasserständen ermittelt. An einigen Gewässern werden jedoch kontinuierliche Messungen mit Ultraschallanlagen durchgeführt. Um diese Schlüsselkurven zu ermitteln, müssen regelmäßig Durchflussmessungen durchgeführt werden. Für Wasserstands- und Durchflussmessungen stehen hierbei eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zur Verfügung. Je nach Funktion und den örtlichen Gegebenheiten kommen verschiedene Messverfahren zum Einsatz. Die verschiedenen Verfahren sowie deren Einsatzmöglichkeiten werden in der Literatur, in Regelwerken und Normen beschrieben (z.B. Leitfaden der Hydrometrie des Bundes und der Länder).
Wasserstandsmessverfahren
In Hessen werden für Wasserstandsmessungen überwiegend folgende Verfahren verwendet:
Lattenpegel am Pegel Kirchheim an der Aula
Der Lattenpegel ist eine einfache Messlatte aus Stahl, Leichtmetall oder Kunststoff mit einer 1- oder 2-cm-Einteilung. Der Wasserstand muss von außen abgelesen und an die Zentrale weitergeleitet werden. Lattenpegel können lotrecht, schräg entlang der Böschung (Schrägpegel), als Staffelpegel oder als Treppenpegel (versetzte, lotrecht angebrachte Lattenpegelabschnitte) ausgebildet sein.
Das Messprinzip bei der Messung mit Drucksonden basiert auf einer durch Druckänderung hervorgerufenen Widerstandsmessung einer Siliziummesszelle. Durch einen nachgeschalteten Messverstärker wird das Messsignal verstärkt.
Hier erfolgt die Messung in einem mit dem Gewässer nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße verbundenen Schacht. Dabei wird der Wasserstand über einen Schwimmer erfasst, der in einem eigenen Schwimmerschacht angeordnet wird. Dieser ist mit einem Rohr mit dem Fließgewässer verbunden. Die Auf- und Ab-Bewegung des Schwimmers kann elektrisch über Widerstände oder elektronisch über einen Winkelkodierer erfolgen und in digitaler Form gespeichert und per Datenfernübertragung weitergeleitet werden.
Schwimmerschacht am Pegel Michelbach an der Aar
Schwimmerpegel über dem Schacht (Pegel Michelbach)
Mit Hilfe eines Kompressors wird beim Einperlpegel Druckluft in eine Druckübertragungsleitung gepresst und zur Ausperlung gebracht. Das Messprinzip beruht auf der Erfassung des hydrostatischen Drucks der Wassersäule oberhalb einer Ausperlöffnung. Dabei erfolgt die Messung des hydrostatischen Wasserdrucks durch die Erzeugung eines gleich großen Gasdrucks.
Einperlsystem am Pegel Heimboldshausen an der Werra
Durchflussmessverfahren
In der Regel werden kontinuierliche Durchflusswerte über Schlüsselkurven (Wasserstand-Durchfluss-Kurven) bestimmt. Zu Ermittlung dieser Kurven werden regelmäßig Messungen vor Ort durchgeführt. An einigen Pegeln werden Durchflüsse kontinuierlich erfasst und mit automatischer Datenfernübertragung übermittelt.
In Hessen werden für Durchflussmessungen überwiegend folgende Verfahren verwendet:
Flügelmessungen können mittels eines Stangenmessflügels oder eines Messflügel an einer Seilkrananlage durchgeführt werden. Ein Stangenmessflügel besteht aus dem Flügel (Schaufel und Flügelkörper), einer Stange und der Zählvorrichtung oder Anzeige. Der Messflügel wird senkrecht zur Fließrichtung in das Gewässer getaucht. Durch die Strömung beginnt dieser sich zu drehen. Aus der Anzahl der Umdrehungen des Messflügels pro Zeitintervall wird die Fließgeschwindigkeit des Flusses ermittelt. Die mittlere durchschnittliche Fließgeschwindigkeit aus der Messung an mehreren Punkten multipliziert mit dem Fließquerschnitt ergibt den Abfluss. Bei hohen Wasserständen ist das Messen im Wasser stehend mit dem Messflügel nicht möglich. Daher wird der Flügel mit Schwimmkörper an eine Seilkrananlage montiert und so die Fließgeschwindigkeit ermittelt. Bei mechanischen Seilkrananlagen wird der Messflügel mit einer handbetriebenen Winde horizontal und vertikal positioniert, bei einer elektrischen Seilkranlage erfolgt die Positionierung der Winde mit einer Fernbedienung.
Messung mit einem Stangenmessflügel
Seilkrananlage am Pegel Steinau an der Kinzig
Messflügel
Am häufigsten werden Abflussmessungen mit akustischen Doppler Geräten (ADCP) durchgeführt. Hierbei werden Strömung und Gewässersohle akustisch abgetastet. Das Gerät wird mit einem Schwimmkörper, z.B. mit einem Boot, von Ufer zu Ufer geführt.
ADCP-Messboot an einer Seilkrananlage
Die Laufzeitmessung wird mittels elektromagnetischer Mikrowellen zwischen der Wasseroberfläche und dem Sensor durchgeführt. Der Wasserstand und die Fließgeschwindigkeit, aus denen der Abfluss berechnet wird, werden ohne Berührung gemessen.
Radarmessgerät unter einer Brücke am Pegel Steinau 2 am Steinaubach
Das Messprinzip beruht auf der direkten kontinuierlichen Messung der Laufzeit eines akustischen Signals zwischen zwei Ultraschallköpfen, den sogenannten hydroakustischen Wandlern. Eine Schallwelle, die sich in einem Gewässer entgegen der Fließrichtung bewegt, benötigt hierbei eine längere Laufzeit als eine Schallwelle, die mit der Fließrichtung wandert. Die Laufzeitdifferenz der beiden Ultraschallwellen ist direkt proportional zur mittleren Fließgeschwindigkeit. Aus der daraus ermittelten Fließgeschwindigkeit kann mit Hilfe des Gewässerquerschnittes der Durchfluss berechnet werden.
Ultraschallanlagenkopf
Ultraschallanlage am Pegel Niddawitzhausen an der Wehre