Abflussmessung

Die Abflussmessung ist ein Verfahren der Hydrometrie und ein Teilgebiet der Hydrologie. Das Ziel der Abflussmessung ist die Ermittlung des Volumens von Wasser (oder einer anderen Flüssigkeit), das pro Zeiteinheit durch einen definierten Abflussquerschnitt (z. B. eines Fließgewässer, eines künstlichen Gerinnes oder eines Rohres) fließt, also die Bestimmung des Volumenstromes. Gemessen werden üblicherweise die Fließgeschwindigkeit (in m/s) und die durchströmte Querschnittsfläche (in m2), welche miteinander multipliziert den Volumenstrom (in m3/s) ergeben.

Für Abflussmessungen werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die sich hinsichtlich ihrer Einfachheit, Genauigkeit, Anwendbarkeit und der den ggf. verwendeten Technologien zugrunde liegenden physikalischer Prinzipien teilweise deutlich voneinander unterscheiden.

Messverfahren mit elektrotechnischen Geräten Für möglichst genau Abflussmessungen werden in der Regel elektrotechnische Geräte eingesetzt die nach folgenden Verfahrensarten unterteilt werden: die Flügelmessung, bei der die Anzahl der Umdrehungen eines kalibrierten, mechanischen Messflügels (Propeller oder Impeller) mittels elektrischer Signale gezählt und in Fließgeschwindigkeit umgerechnet wird das Tracerverfahren, bei dem die gemessene Konzentration von Markierungsstoffen (Tracern) im Fließgewässer eine Ermittlung des Abflusses ermöglicht der Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmesser (englisch: ); dieses Verfahren misst mittels Doppler-Effekt die Fließgeschwindigkeit des Wassers der magnetisch-induktive Durchflussmesser, welcher auf dem Faraday’schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion beruht die Radartechnologie ermöglicht die berührungslose Messung von Fließgeschwindigkeit und Wasserstand bei offenen Gerinnen bei Messwehren, wie z. B. beim Thomsonwehr, wird (in der Regel mit einem Ultraschallsensor) die Höhe des aufgestauten Wasserspiegels gemessen und durch (EDV-gestützte) Umrechnung nach der Poleni-Formel der Abfluss bestimmt

Einfache Mess- und Schätzverfahren

Bei sehr niedrigen Abflüssen und kleinen Abflussquerschnitten, beispielsweise bei einer Quellschüttung, kann der Volumenstrom (in diesem Fall meistens in der Einheit l/s) mit Hilfe eines (kalibrierten) Messgefäßes mit einem definierten Volumen durch Messung der Zeit für die Füllung desselben ermittelt werden: Volumen geteilt durch Zeit ergibt den Abfluss.

Ein einfaches Verfahren zur überschlägigen In-Situ-Schätzung des Abflusses bei offenen Gerinnen und Fließgewässern mit einer annähernd gleichförmigen Fließstrecke kann wie folgt ausgeführt werden:

(Überschlägige) Berechnung der Fläche des durchströmten Abflussquerschnitts (ggf. durch Vereinfachung von unregelmäßigen Naturgerinnen auf eine prismatische Form, wie ein Trapez, Rechteck oder Dreieck) Markierung einer Strecke parallel neben dem Gerinne von mindestens 10 m Länge (z. B. durch zwei Steine oder Pflöcke) Messung der Zeit, die ein an der Wasseroberfläche treibendes Objekt (z. B. ein Stück Holz) im Gerinne benötigt, um diese zuvor festgelegte Strecke zurückzulegen. Die Länge der Strecke geteilt durch die Zeit ergibt eine Näherung der Fließgeschwindigkeit. Die gemessene Fließgeschwindigkeit in m/s multipliziert mit der durchströmten Querschnittsfläche in m² ergibt näherungsweise den Abfluss in m³/s.

Abflussmessstationen An zahlreichen Fließgewässern und auch an wasserbautechnischen Anlagen, wie Abwasser-, Bewässerungs-, Kraftwerkskanälen etc., werden fest installierte Messstationen zur kontinuierlichen, direkten oder indirekten (d. h. z. B. über den Wasserstand abgeleiteten, s. Pegel) Überwachung und Aufzeichnung des Volumenstromes betrieben. Aktuelle und auch vergangene Abflusswerte an Fließgewässern können in vielen Ländern über Internetportale eingesehen werden, teilweise auch mit modellierten Vorhersagewerten für kommende Stunden oder Tage. Diese Daten dienen nicht nur den Betreibern der Messstationen selbst, sondern stellen für zahlreiche Interessensgruppen wertvolle Informationen dar, zum Beispiel im Rahmen der Hochwasservorsorge, der Schifffahrt, der Wasserentnahmen und Wassereinleitungen für Industrie und Landwirtschaft, für Wassersport und nicht zuletzt auch für ökologische Fragestellungen.

Weitergehende Datenverarbeitung Die fortlaufende Aufzeichnung von Abflusswerten an einer Messstation ermöglicht ihre Darstellung auf einer Zeitskala als Abflussganglinie. Werden die gemessenen Abflusswerte in Relation zu den zugehörigen Wasserständen als Wertepaare in einem Streudiagramm dargestellt und durch eine Ausgleichsgerade ergänzt, so erhält man eine Abflusskurve. Langjährige, kontinuierliche Abflussmessreihen bilden eine wichtige statistische Datengrundlage für eine Vielzahl wasserwirtschaftlicher Aufgaben. Zahlreiche gewässerkundliche Kenngrößen, wie Niedrigwasser-, Mittelwasser- und Hochwasserabflusswerte bestimmter Jährlichkeiten, basieren in der Regel auf langjährigen Abflussmessungen.

Siehe auch Strömungsmesstechnik Durchflussmesser Durchflusssensor

Literatur

(online auf lawa.de) Norm DIN EN ISO 18365:2013: Hydrometrie - Auswahl, Einrichtung und Betrieb einer Pegelstation (Bezug über din.de)

Einzelnachweise

Kategorie:Hydrologisches Messgerät Kategorie:Hydrologie