Doppler-Effekt und kontinuierliche Durchflussmessung in offenen Gerinnen

Horizontale Ultraschall-Doppler-Geräte und Radargeschwindigkeitssensoren nutzen den Doppler-Effekt zur kontinuierlichen Messung der Fließgeschwindigkeit in offenen Gerinnen. Modernste Signalverarbeitungstechniken sowie die Verfügbarkeit von Metadaten sichern und überwachen die Qualität der Messwerte und ermöglichen so eine zuverlässige Durchflussbestimmung rund um die Uhr, auch in Extremsituationen.


Eine zeitgemäße operative Hydrologie erfordert zunehmend die schnelle und zuverlässige Verfügbarkeit gemessener Wasserstände und Durchflüsse. Nichts lässt sich bekanntermaßen bewirtschaften, steuern oder regeln, was man nicht messen kann. Mit Beginn der Nutzbarmachung des Doppler-Effektes zur mobilen Strömungsmessung mit ADCP-Geräten (Acoustic Doppler Current Profiler) im Jahr 1982 [1] begann eine neue Epoche im hydrometrischen Zeitalter. Der Entwicklung mobiler Sensoren folgten sehr bald erste stationäre Varianten (Horizontal-ADCP bzw. Side-Looker), die sich je nach Hersteller in Bauart, Frequenz, Reichweite und Signalauswertungstechnik unterscheiden. Ein in jüngster Zeit weltweit zu beobachtender Trend in der Hydrometrie ist der Einsatz von Radar-Doppler-Sensoren. Diese messen berührungslos die Fließgeschwindigkeit an der Wasseroberfläche und sind in der Lage, auch bei Hochwasser mit hohem Schwebstoff- und Geschiebeanteil zuverlässige Messwerte zu erzeugen. Die fachgerechte Auswahl von Geräten und Messstellen wird heute durch eine Vielzahl internationaler Standards, nationaler Regelwerke sowie umfangreiche Fachliteratur unterstützt.

Der Doppler-Effekt beschreibt die Veränderung der Wellenlänge von Schall- oder elektromagnetischen Wellen für den Fall, dass sich Quelle und Empfänger der Wellen relativ zueinander bewegen. Seine Entdeckung geht auf den österreichischen Mathematiker und Physiker Christian Doppler (1803-1853) zurück, welcher den Effekt erstmalig im Jahre 1842 dokumentierte. Ein vielzitiertes praktisches Beispiel ist das Martinshorn eines Krankenwagens. Je nachdem, ob sich das Fahrzeug nähert oder entfernt hört man einen höher oder tiefer werdenden Ton. D. h. die von einem bewegten Sender erzeugten Wellen erfahren eine Frequenzverschiebung. Das gilt auch für Wellen eines Reflektors, der sich in Bezug auf Sender und Empfänger bewegt.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 07 und 08 (August 2019)
Seiten: 4
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Dipl.-Ing. Stefan Siedschlag

Artikel weiterleiten In den Warenkorb legen Artikel kommentieren


Diese Fachartikel könnten Sie auch interessieren:

Nährstoffmanagement von organischen Düngemitteln in Wassereinzugsgebieten
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (11/2018)
Die Stickstoff-Nachlieferung aus organischen Düngern ist schwer zu kalkulieren und kann zu erhöhten Herbst-Nitratwerten im Boden führen. Zunehmende Importe organischer Dünger erfordern in wasser-sensiblen Gebieten eine umfassende Prüfung vor der Düngung. In Südhessen wird eine Nährstoffbörse mit flächenbezogenem Management und kooperativem Ansatz getestet.

Aalleitern am Doppelschlitzpass Geesthacht
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (4/2012)
Seitlich neben und im neuen Doppelschlitzpass am Wehr Geesthacht wurden zusätzlich vier Aalleitern installiert, um die Aufwanderung von Glas- und Steigaalen zu gewährleisten. Analog zu anderen Konstruktionstypen von Fischaufstiegsanlagen galt es dabei gleichermaßen die Anforderungen von Jungaalen an die Auffindbarkeit und an die Passierbarkeit dieser Wanderkorridore zu erfüllen. Unter Einsatz einer speziellen Monitoringstation wird ab der Aufstiegssaison 2012 die Funktionsfähigkeit der Aalleitern kontrolliert und das Aufstiegsgeschehen dokumentiert.

Einrichtungen zum Monitoring des Fischaufstiegs im Doppelschlitzpass Geesthacht
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (4/2012)
Die beiden Fischaufstiegsanlagen am Wehr Geesthacht werden einem kontinuierlichen, mehrjährigen fischökologischen Monitoring unterzogen, um das Aufstiegsgeschehen an dem einzigen Wanderhindernis im etwa 700 km langen deutschen Abschnitt der Elbe zu dokumentieren und die Funktionsfähigkeit des neuen Doppelschlitzpasses zu überprüfen. Für die Evaluierung der Auffindbarkeit wird erstmals in großem Maßstab die Transpondertechnologie eingesetzt, bei der in den Fischaufstiegsanlagen positionierte Antennen das individuelle Wanderverhalten markierter Fische automatisch detektieren. Zudem wurde eine spezielle Fangkammer für den schonenden Nachweis von Aufsteigern aller Arten und Größen entwickelt, um die Datengrundlage für eine Beurteilung der Passierbarkeit des Doppelschlitzpasses zu erarbeiten. Diese Fanganlage bietet den mit dem Monitoring beauftragten Biologen sowie Fischwirten eine maximale Arbeitssicherheit und ermöglicht so auch bei hohen Abflüssen und unter widrigen Bedingungen ein kontinuierliches sowie aussagekräftiges Monitoring.

Ergebnisse nach einem Jahr fischökologischen Monitorings am Doppelschlitzpass Geesthacht
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (4/2012)
Am Wehr Geesthacht findet seit Inbetriebnahme des neuen Doppelschlitzpasses ein umfangreiches Monitoring beider Fischaufstiegsanlagen statt. Tägliche Zählungen zeigen, dass der Doppelschlitzpass von etwa 8-mal mehr Individuen frequentiert wird, als das am gegenüber liegenden Ufer positionierte, alte Umgehungsgerinne. Auch das Artenspektrum ist mit 43 gegenüber 37 Arten umfangreicher. Mittels Transpondertechnologie werden zudem wichtige und vor allem artspezifisch unterschiedliche Erkenntnisse über die Auffindbarkeit der beiden Fischpässe gewonnen, wobei einige Arten den Doppelschlitzpass bevorzugen, andere das Umgehungsgerinne.

Physikalische Begleituntersuchungen zur Fischaufstiegsanlage am Elbewehr bei Geesthacht
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (4/2012)
Bei den Planungen zum neuen Doppelschlitzpass am Elbewehr Geesthacht ergaben sich infolge der gegebenen Randbedingungen Fragestellungen, welche nur mit einem physikalischen wasserbaulichen Modell exakt beantwortet werden konnten: Die im Rahmen des numerischen Variantenstudiums erfolgte Voroptimierung der Schlitzgeometrie wurde hinsichtlich der Strömungsmuster und Geschwindigkeiten mit dem physikalischen Modell validiert. Zudem mussten für die statische Bemessung einzelner Anlagenbauteile die maßgebenden hydrodynamischen Belastungen ermittelt werden. Ferner wurde eine konstruktive Gestaltung der Dotationszuleitungen ohne Beeinflussung der Hauptströmungssignaturen in den betroffenen Schlitzpassbecken erarbeitet. Bei der Monitoringeinrichtung galt es unter anderem, Detailuntersuchungen zur hydraulischen Wirksamkeit der Leitrechen durchzuführen. In einem großskaligen ethohydraulischen Ausschnittsmodell, welches anhand der Strömungsparameter des physikalischen Modells kalibriert wurde, erfolgte der Nachweis für die Passierbarkeit der Schlitze auch fur schwimmschwache Fischarten.

Name:

Passwort:

 Angemeldet bleiben

Passwort vergessen?