Wasserwirtschaft - Heft 07 und 08


Herausforderungen und Möglichkeiten der neuen hydrologischen Messnetze
Michael Bramer
Im Beitrag werden die Möglichkeiten der Vernetzung von Sensoren und Datenloggern bei hydrologischen Sondermessnetzen mit IP-basierenden Protokollen und dem neuen Low-Power- Netz LoRaWAN vorgestellt. Die Vor- und Nachteile von direkten LoRa-Verbindungen im Vergleich zu privaten LoRaWAN-Netzwerken mit eigenen Gateways, der Nutzung von öffentlichen LoRaWAN-Infrastrukturen und die Beachtung der sicherheitstechnischen Aspekte der IP-basierenden Protokolle werden erläutert.
Hydraulische Modellierung ‚Äď Brauchen wir noch Durchflussmessungen?
Uwe B√ľttner, Erhard Wolf, Thomas Fichtner, Uwe K√∂hler, Christin Mudra
Die Randbereiche der Wasserstand-Durchfluss-Beziehungen sind in der Regel nur mit sehr wenigen oder keinen Durchflussmessungen belegt. Insbesondere der Bereich extremer Hochwasser hat gro√üe Bedeutung f√ľr deren Vorhersage und f√ľr Bemessungsaufgaben. Zur Bestimmung der Durchflussscheitel gro√üer Hochwasser k√∂nnen hydraulische Modelle eingesetzt werden. Um hinreichend genaue Werte zur Extrapolation der Wasserstand-Durchfluss-Beziehung zu erhalten, muss eine sorgf√§ltige Kalibrierung an Hand von Messungen und augenscheinlichen Beobachtungen erfolgen.
Neue Entwicklungen der akustischen Konzentrationsmessung mit ADV-Sonden ‚Äď Methoden, Grenzen und praktische Anwendungen
Oliver Chmiel, Dipl.-Ing. Ivo Baselt, Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Malcherek
An Binnen- und an K√ľstengew√§ssern werden zur √úberwachung der Morphologie besondere Anforderungen an die Messtechnik gestellt. Besonders in Schwebstoff gepr√§gten Gew√§ssern beeinflusst die Schwebstoffkonzentration das Flie√üverhalten. In der Praxis sind Messger√§te gefordert, die die Schwebstoffkonzentration sowie die Flie√ügeschwindigkeit und die Turbulenz simultan messen k√∂nnen. In diesem Beitrag wird eine akustische Geschwindigkeitssonde zur Konzentrationsmessung verschiedener Sedimente vorgestellt und deren praktische Anwendbarkeit diskutiert.
Messung des Starkregenabflusses auf Straßen mittels Videoauswertung
Peter Eichendorff, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Schlenkhoff
Der Artikel beschreibt und diskutiert Methoden zur videogest√ľtzten Messung des Abflusses auf Stra√üen infolge Starkniederschlags in urbanen Siedlungsgebieten. Anhand eines Smartphone-Videos eines Abflussgeschehens in Wuppertal wird exemplarisch eine nachtr√§gliche Durchflussauswertung mit Hilfe eines LSPIV-Verfahrens (Large Scale Particle Image Velocimetry) vorgenommen und damit die grunds√§tzliche Tauglichkeit videogest√ľtzter Methoden zur Messung des Stra√üenabflusses nachgewiesen.
Niederschlag: Datenqualit√§t und Verarbeitung f√ľr praktische Anwendungen in der Hydrologie
Dr. Thomas Einfalt, Marc Scheibel
Die Anforderungen an Niederschlagsdaten f√ľr st√§dtische Gebiete wurden schon fr√ľh mit einer Aufl√∂sung von einem Wert pro 1 km2 und pro Minute formuliert. Um diese Anforderungen auch mit einer hohen Datenqualit√§t zu erf√ľllen, sind Kriterien erforderlich, die daf√ľr sorgen, dass Daten mit dieser Aufl√∂sung nachvollziehbar verl√§sslich und mit benannten Unsicherheiten vorliegen. Ein Fallbeispiel verdeutlicht die Vorgehensweise.
Autovalidierung von Messdaten ‚Äď wie kann sie uns Hydrologen unterst√ľtzen?
Roland Funke
Die Anforderungen an hydrologische Messdaten √§ndern sich in einer vernetzten Welt rasant. Daten m√ľssen nicht nur korrekt sondern auch quasi in Echtzeit verf√ľgbar sein. Um diesen Bedarf mit m√∂glichst hochwertigen Daten zu decken, k√∂nnen neben geeigneten Messtechniken auch automatisierte Routinen zur Validierung und Korrektur den Hydrologen unterst√ľtzen. Die Einf√ľhrung solcher Verfahren setzt neben einer klaren Prozessbeschreibung eine umfassende Dokumentation der Ergebnisse zur Nachvollziehbarkeit bei der abschlie√üenden Freigabe der Daten durch den Hydrologen voraus.
Kamerabasierte Durchflussmessung in offenen Kan√§len und Fl√ľssen
Dr. Issa Hansen, Christian Satzger, Dr. Beat L√ľthi, Dr. Salvador Pena-Haro
Kamerabasierte Messverfahren sind revolution√§re nicht-intrusive Verfahren mit Vorteilen gegen√ľber herk√∂mmlichen Durchflussmesssystemen. Der vorliegende Beitrag stellt das kamerabasierte Messsystem namens DischargeKeeper als neuartige Methode zur kontinuierlichen Erfassung und Speicherung von Flie√ügeschwindigkeitsprofil, Wasserstand und Durchfluss in offenen Kan√§len und Fl√ľssen vor. Das System wurde an mehreren Standorten und unter verschiedenen Wetter- und Lichtverh√§ltnissen erfolgreich getestet und validiert.
Durchf√ľhrung umfassender Durchflussmessungen an der Lippe
Dr. Alexander Hartung, Wolfgang Adelung
Im Rahmen seiner Aufgaben betreibt der Lippeverband Gew√§sserpegel an der Lippe. F√ľr die vorgestellten Arbeiten sind 12 Gew√§sserpegel an der Lippe eingehend stationsweise analysiert und auch im L√§ngsschnittvergleich zueinander untersucht worden. Diese Untersuchungen wurden im Zuge einer Masterarbeit durchgef√ľhrt. Deren Ziel bestand darin, Anpassungen f√ľr die betroffenen Pegel vorzuschlagen, damit diese mit ihren Ober- und Unterliegern ein plausibles Bild ergeben. Weiterhin wurde auch eine umfassende Messkampagne durchgef√ľhrt.
Datenfern√ľbertragung in den Messnetzen in der Steiermark und deren Herausforderungen
Hans-Jörg Holzer
Der hydrographische Dienst Steiermark betreibt ein Messnetz mit rund 1 300 aktiven Stationen in den Bereichen Niederschlag und Lufttemperatur, Oberfl√§chengew√§sser, Grundwasser und Quellen. Aufgrund der unterschiedlichen Topologie der Steiermark muss hier auf ein breites Spektrum an √úbertragungsvarianten zur√ľckgegriffen werden. Im folgenden Beitrag werden die Erfahrungen im Messnetz sowie die damit in Verbindung stehenden Herausforderungen beleuchtet.
Langjähriges Niederschlagsverhalten in der Emscher-Lippe-Region
Marc Kr√ľger, Dipl.-Geogr. Angela Pfister
Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Analyse der Ver√§nderung des langj√§hrigen Niederschlagsverhaltens in der Emscher-Lippe-Region (ELR) und stellt in diesem Zusammenhang die Ergebnisse der bisher erfolgten Untersuchungen vor. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Auswertung von Starkregen und deren Trenduntersuchungen gelegt. Abschlie√üend werden weiterf√ľhrende Analysen zu maximalen Starkregen vorgestellt. Die Ergebnisse werden zur Diskussion gestellt.
Beeinflussungen gewässerkundlicher Pegel durch spontane Übereisung
Torsten Lambeck
Beobachtungen an einem Pegel in Nordrhein-Westfalen im Februar 2018 zeigen, dass eine wiederkehrende kurzzeitige Eisdecke eine √úbersch√§tzung des kalkulierten Abflusses in einer Gr√∂√üenordnung bis zu 100 % und mehr hervorrufen kann, abh√§ngig von der Wahl des Berechnungsintervalls. Mit der Wassertemperatur als Indikator lassen sich bislang nicht aufgefallene gleichartige Beeinflussungen f√ľr weitere Zeitr√§ume und Pegelstandorte nachweisen. Zur Gewinnung wirklichkeitsnaher Abflussganglinien kann hier das őĒW-Verfahren eingesetzt werden.
Arbeitsablauf und Qualitätssicherung in einem Messdatenmanagementsystem
Gerhard Langstädtler, Claudia Janßen
Unter einem Messdatenmanagementsystem (MDMS) versteht man ein System zur kontinuierlichen und dauerhaften Speicherung, Aufbereitung, Auswertung sowie Austausch von Mess- und Metadaten. Neben dem reinen Verwalten zeitbezogener Mess- und Metadaten stehen Werkzeuge zur Strukturierung und Verwaltung des Messnetzes, Fachverfahren zur Datenpr√ľfung, -korrektur und Auswertung sowie zur Erzeugung ben√∂tigter Produkte, wie Grafiken und Berichte, zur Verf√ľgung. Damit ist ein MDMS hervorragend f√ľr den Einsatz im Pegelwesen geeignet und unterst√ľtzt den gesamten Arbeitsablauf. Alle Mess- und Metadaten sind direkt erreichbar, k√∂nnen kontrolliert und korrigiert werden. So unterst√ľtzt ein MDMS den Anwender bei der Erstellung von Abflusskurven und Ver√§nderungswerten.
Unsicherheiten in der Wasserstandmessung mit Radarf√ľllstandsensoren
Prof. Stephan Mai, Dipl.-Ing. (FH) Jens Wilhelmi, Dr. Hartmut Wilhelmi
Mit der redundanten messtechnischen Ausr√ľstung gew√§sserkundlicher Pegel an den Bundeswasserstra√üen werden Unsicherheiten in der Wasserstandmessung offenbar. Aus dem Vergleich von mittels Schwimmern bzw. Radarf√ľllstandsensoren vorgenommenen Wasserstandmessungen an den Pegeln Mainz und Borkum-S√ľdstrand ergibt sich √ľber den Messzeitraum eine Standardabweichung der validen Messwerte von 1,7 cm bei viertelst√ľndlicher Registrierung (Mainz) und 4,2 cm bei min√ľtlicher Registrierung (Borkum-S√ľdstrand).
Kann die Wasserqualität in Stauseen aus Satellitendaten abgeleitet werden?
Christian Malewski, Dr. Benedikt Gräler, Christian Förster, Dr. Simon Jirka
Das Forschungsvorhaben MuDak-WRM hat zum Ziel, ein global anwendbares Vorhersagemodell f√ľr die Ver√§nderung der Wasserqualit√§t in Stauseen herzuleiten. Dazu sollen die Komplexit√§t der Modelle reduziert werden und m√∂glichst Daten aus der Fernerkundung anstelle von In-situ-Daten als Eingabeparameter f√ľr hydrologische Modelle herangezogen werden. Die Dateninfrastruktur des Projektes basiert auf offenen Geostandards wie dem Sensor Web. Dieser Beitrag beschreibt die Ans√§tze zur Integration von Satellitendaten in das Sensor Web.
Messdatenmanagementsysteme f√ľr ein integrales urbanes Wassermanagement
Dr. Ioannis Papadakis, Frank Gro√üklags, Dr. Marko Siekmann, Elke Freist√ľhler, Celeste Saldin
Zur Umsetzung eines integralen urbanen Wassermanagement ist es erforderlich, die Messdaten aus dem realen System zielgerichtet zu nutzen. Dabei kommt Messdatenmanagementsystemen eine zentrale Bedeutung zu, in denen alle Messwerte erfasst, bewertet, plausibilisiert und erst anschlie√üend f√ľr die weitere Nutzung gespeichert werden. Dies wird am Beispiel der Stadt Bochum erl√§utert.
Verwendung hydrologischer Messdaten in der Siedlungswasserwirtschaft
Prof. Markus Quirmbach
Hydrologische Messdaten werden f√ľr viele siedlungswasserwirtschaftliche Anwendungen genutzt. Eine besondere Bedeutung besitzen die Parameter Niederschlag und Abfluss. Fehler bei der Datenerfassung sowie bei der Auswertung und Interpretation von Messdaten wirken sich unmittelbar auf die Anwendung aus und verursachen unsachgem√§√üe Kosten. Ans√§tze f√ľr ein erforderliches Qualit√§tsmanagement werden beschrieben.
Technische, konzeptionelle und organisatorische Lösungen zur Qualitätskontrolle hydrometrischer Daten
Dr.-Ing. Dirk Schwanenberg, Uwe Haß
Aufgrund steigender Datenmengen und abnehmender personeller Ressourcen sto√üen etablierte, oft manuelle Prozesse der Qualit√§tskontrolle an ihre Grenzen. Ein Ausweg besteht darin, Prozesse zu automatisieren und dem Anwender Werkzeuge f√ľr deren √úberwachung und entsprechende Eingriffsm√∂glichkeiten zur Verf√ľgung zu stellen. Der Beitrag behandelt technische, konzeptionelle und organisatorische Aspekte einer solchen Implementierung in einer modernen Software-L√∂sung. Dies inkludiert den korrekten technischen Datenfluss vom Sensor bis hin zur Datenbank, eine fachliche Kontrolle und Datenbearbeitung sowie die softwareseitige Unterst√ľtzung von Gesch√§ftsprozessen.
Doppler-Effekt und kontinuierliche Durchflussmessung in offenen Gerinnen
Dipl.-Ing. Stefan Siedschlag
Horizontale Ultraschall-Doppler-Ger√§te und Radargeschwindigkeitssensoren nutzen den Doppler-Effekt zur kontinuierlichen Messung der Flie√ügeschwindigkeit in offenen Gerinnen. Modernste Signalverarbeitungstechniken sowie die Verf√ľgbarkeit von Metadaten sichern und √ľberwachen die Qualit√§t der Messwerte und erm√∂glichen so eine zuverl√§ssige Durchflussbestimmung rund um die Uhr, auch in Extremsituationen.
Ein Vorschlag f√ľr einen vereinfachten Berechnungsansatz der Messunsicherheit
Felix Simon, Fabian Netzel, Prof. Dr.-Ing. Christoph Mudersbach
Der Bedarf an hochaufgelösten und fehlerfreien Messungen der Größen Wasserstand und Durchfluss wird immer wichtiger. Verschiedenste Messsysteme kommen hierbei zum Einsatz, welche alle von Natur aus einen gewissen Grad an Unsicherheiten beinhalten. Um die Aussagekraft und Zuverlässigkeit einer Messung beurteilen zu können, ist es notwendig, das Messergebnis mit einer Unsicherheitsangabe zu versehen. Die Entwicklung eines vereinfachten Berechnungsansatzes soll das Fachpersonal hinsichtlich der Angabe von Messunsicherheiten sensibilisieren.
Fl√§chenhafte Niederschlagserfassung mittels Radar ‚Äď Erfahrungen aus 25 Jahren Radardatennutzung bei Emschergenossenschaft und Lippeverband
Adrian Treis, Dipl.-Geogr. Angela Pfister
Die Erfassung des Niederschlagsgeschehens ist von zentraler Bedeutung f√ľr Hydrologie und wasserwirtschaftliche Aufgaben. Regenschreiber erfassen den Niederschlag direkt, mit hoher Genauigkeit und kontinuierlich, die Repr√§sentativit√§t der Punktmessungen ist jedoch r√§umlich begrenzt. Demgegen√ľber bietet die Niederschlagsmessung mittels Radar den Vorteil, das Regengeschehen weitr√§umig fl√§chenhaft erfassen zu k√∂nnen. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Erfahrungen aus der langj√§hrigen Nutzungshistorie von Radarniederschlagsdaten bei Emschergenossenschaft und Lippeverband und stellt deren Anwendungsm√∂glichkeiten sowie Nutzungsvoraussetzung aus wasserwirtschaftlicher Sicht vor.
Vermessung aus der Luft ‚Äď Drohnen als Messwerkzeuge in der Wasserwirtschaft
Dr. Steffen Vogt, Dr. Johannes Schlesinger
Drohnen sind in derzeit omnipr√§sent, nicht nur in der Medienberichterstattung, sondern auch auf Fachtagungen und bei Gespr√§chen unter Praktikern der Wasserwirtschaft. Die Einsatzm√∂glichkeiten dieser neuen Technologie in der Wasserwirtschaft sind vielf√§ltig und gehen weit √ľber einfache Schr√§gluftbilder hinaus. Der Artikel gibt zun√§chst einen kurzen √úberblick √ľber die theoretischen Grundlagen des Drohneneinsatzes. Daran anschlie√üend wird anhand zweier Fallbeispiele gezeigt, welches Potenzial der professionelle Einsatz von Drohnen f√ľr die Wasserwirtschaft hat.
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