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 – Brauchen wir noch Durchflussmessungen? Uwe Büttner, Erhard Wolf, Thomas Fichtner, Uwe Köhler, 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 große Bedeutung für deren Vorhersage und für Bemessungsaufgaben. Zur Bestimmung der Durchflussscheitel großer Hochwasser können hydraulische Modelle eingesetzt werden. Um hinreichend genaue Werte zur Extrapolation der Wasserstand-Durchfluss-Beziehung zu erhalten, muss eine sorgfältige Kalibrierung an Hand von Messungen und augenscheinlichen Beobachtungen erfolgen. |
| Neue Entwicklungen der akustischen Konzentrationsmessung mit ADV-Sonden – Methoden, Grenzen und praktische Anwendungen Oliver Chmiel, Dipl.-Ing. Ivo Baselt, Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Malcherek An Binnen- und an Küstengewässern werden zur Überwachung der Morphologie besondere Anforderungen an die Messtechnik gestellt. Besonders in Schwebstoff geprägten Gewässern beeinflusst die Schwebstoffkonzentration das Fließverhalten. In der Praxis sind Messgeräte gefordert, die die Schwebstoffkonzentration sowie die Fließgeschwindigkeit und die Turbulenz simultan messen können. 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 videogestützten Messung des Abflusses auf Straßen infolge Starkniederschlags in urbanen Siedlungsgebieten. Anhand eines Smartphone-Videos eines Abflussgeschehens in Wuppertal wird exemplarisch eine nachträgliche Durchflussauswertung mit Hilfe eines LSPIV-Verfahrens (Large Scale Particle Image Velocimetry) vorgenommen und damit die grundsätzliche Tauglichkeit videogestützter Methoden zur Messung des Straßenabflusses nachgewiesen. |
| Niederschlag: Datenqualität und Verarbeitung für praktische Anwendungen in der Hydrologie Dr. Thomas Einfalt, Marc Scheibel Die Anforderungen an Niederschlagsdaten für städtische Gebiete wurden schon früh mit einer Auflösung von einem Wert pro 1 km2 und pro Minute formuliert. Um diese Anforderungen auch mit einer hohen Datenqualität zu erfüllen, sind Kriterien erforderlich, die dafür sorgen, dass Daten mit dieser Auflösung nachvollziehbar verlässlich und mit benannten Unsicherheiten vorliegen. Ein Fallbeispiel verdeutlicht die Vorgehensweise. |
| Autovalidierung von Messdaten – wie kann sie uns Hydrologen unterstützen? Roland Funke Die Anforderungen an hydrologische Messdaten ändern sich in einer vernetzten Welt rasant. Daten müssen nicht nur korrekt sondern auch quasi in Echtzeit verfügbar sein. Um diesen Bedarf mit möglichst hochwertigen Daten zu decken, können neben geeigneten Messtechniken auch automatisierte Routinen zur Validierung und Korrektur den Hydrologen unterstützen. Die Einführung solcher Verfahren setzt neben einer klaren Prozessbeschreibung eine umfassende Dokumentation der Ergebnisse zur Nachvollziehbarkeit bei der abschließenden Freigabe der Daten durch den Hydrologen voraus. |
| Kamerabasierte Durchflussmessung in offenen Kanälen und Flüssen Dr. Issa Hansen, Christian Satzger, Dr. Beat Lüthi, Dr. Salvador Pena-Haro Kamerabasierte Messverfahren sind revolutionäre nicht-intrusive Verfahren mit Vorteilen gegenüber herkömmlichen Durchflussmesssystemen. Der vorliegende Beitrag stellt das kamerabasierte Messsystem namens DischargeKeeper als neuartige Methode zur kontinuierlichen Erfassung und Speicherung von Fließgeschwindigkeitsprofil, Wasserstand und Durchfluss in offenen Kanälen und Flüssen vor. Das System wurde an mehreren Standorten und unter verschiedenen Wetter- und Lichtverhältnissen erfolgreich getestet und validiert. |
| Durchführung umfassender Durchflussmessungen an der Lippe Dr. Alexander Hartung, Wolfgang Adelung Im Rahmen seiner Aufgaben betreibt der Lippeverband Gewässerpegel an der Lippe. Für die vorgestellten Arbeiten sind 12 Gewässerpegel an der Lippe eingehend stationsweise analysiert und auch im Längsschnittvergleich zueinander untersucht worden. Diese Untersuchungen wurden im Zuge einer Masterarbeit durchgeführt. Deren Ziel bestand darin, Anpassungen für die betroffenen Pegel vorzuschlagen, damit diese mit ihren Ober- und Unterliegern ein plausibles Bild ergeben. Weiterhin wurde auch eine umfassende Messkampagne durchgeführt. |
| Datenfernübertragung 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, Oberflächengewässer, Grundwasser und Quellen. Aufgrund der unterschiedlichen Topologie der Steiermark muss hier auf ein breites Spektrum an Übertragungsvarianten zurückgegriffen 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 Krüger, Dipl.-Geogr. Angela Pfister Der vorliegende Beitrag fokussiert auf die Analyse der Veränderung des langjährigen 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. Abschließend werden weiterführende 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 Überschätzung des kalkulierten Abflusses in einer Größenordnung bis zu 100 % und mehr hervorrufen kann, abhängig von der Wahl des Berechnungsintervalls. Mit der Wassertemperatur als Indikator lassen sich bislang nicht aufgefallene gleichartige Beeinflussungen für weitere Zeiträume und Pegelstandorte nachweisen. Zur Gewinnung wirklichkeitsnaher Abflussganglinien kann hier das ΔW-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 Datenprüfung, -korrektur und Auswertung sowie zur Erzeugung benötigter Produkte, wie Grafiken und Berichte, zur Verfügung. Damit ist ein MDMS hervorragend für den Einsatz im Pegelwesen geeignet und unterstützt den gesamten Arbeitsablauf. Alle Mess- und Metadaten sind direkt erreichbar, können kontrolliert und korrigiert werden. So unterstützt ein MDMS den Anwender bei der Erstellung von Abflusskurven und Veränderungswerten. |
| Unsicherheiten in der Wasserstandmessung mit Radarfüllstandsensoren Prof. Stephan Mai, Dipl.-Ing. (FH) Jens Wilhelmi, Dr. Hartmut Wilhelmi Mit der redundanten messtechnischen Ausrüstung gewässerkundlicher Pegel an den Bundeswasserstraßen werden Unsicherheiten in der Wasserstandmessung offenbar. Aus dem Vergleich von mittels Schwimmern bzw. Radarfüllstandsensoren vorgenommenen Wasserstandmessungen an den Pegeln Mainz und Borkum-Südstrand ergibt sich über den Messzeitraum eine Standardabweichung der validen Messwerte von 1,7 cm bei viertelstündlicher Registrierung (Mainz) und 4,2 cm bei minütlicher Registrierung (Borkum-Südstrand). |
| 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 für die Veränderung der Wasserqualität in Stauseen herzuleiten. Dazu sollen die Komplexität der Modelle reduziert werden und möglichst Daten aus der Fernerkundung anstelle von In-situ-Daten als Eingabeparameter für hydrologische Modelle herangezogen werden. Die Dateninfrastruktur des Projektes basiert auf offenen Geostandards wie dem Sensor Web. Dieser Beitrag beschreibt die Ansätze zur Integration von Satellitendaten in das Sensor Web. |
| Messdatenmanagementsysteme für ein integrales urbanes Wassermanagement Dr. Ioannis Papadakis, Frank Großklags, Dr. Marko Siekmann, Elke Freistühler, 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 anschließend für die weitere Nutzung gespeichert werden. Dies wird am Beispiel der Stadt Bochum erläutert. |
| Verwendung hydrologischer Messdaten in der Siedlungswasserwirtschaft Prof. Markus Quirmbach Hydrologische Messdaten werden für 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 unsachgemäße Kosten. Ansätze für ein erforderliches Qualitätsmanagement werden beschrieben. |
| Technische, konzeptionelle und organisatorische Lösungen zur Qualitätskontrolle hydrometrischer Daten Dr.-Ing. Dirk Schwanenberg, Uwe Haß Aufgrund steigender Datenmengen und abnehmender personeller Ressourcen stoßen etablierte, oft manuelle Prozesse der Qualitätskontrolle an ihre Grenzen. Ein Ausweg besteht darin, Prozesse zu automatisieren und dem Anwender Werkzeuge für deren Überwachung und entsprechende Eingriffsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen. Der Beitrag behandelt technische, konzeptionelle und organisatorische Aspekte einer solchen Implementierung in einer modernen Software-Lösung. Dies inkludiert den korrekten technischen Datenfluss vom Sensor bis hin zur Datenbank, eine fachliche Kontrolle und Datenbearbeitung sowie die softwareseitige Unterstützung von Geschäftsprozessen. |
| Doppler-Effekt und kontinuierliche Durchflussmessung in offenen Gerinnen Dipl.-Ing. Stefan Siedschlag 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. |
| Ein Vorschlag für 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. |
| Flächenhafte Niederschlagserfassung mittels Radar – Erfahrungen aus 25 Jahren Radardatennutzung bei Emschergenossenschaft und Lippeverband Adrian Treis, Dipl.-Geogr. Angela Pfister Die Erfassung des Niederschlagsgeschehens ist von zentraler Bedeutung für Hydrologie und wasserwirtschaftliche Aufgaben. Regenschreiber erfassen den Niederschlag direkt, mit hoher Genauigkeit und kontinuierlich, die Repräsentativität der Punktmessungen ist jedoch räumlich begrenzt. Demgegenüber bietet die Niederschlagsmessung mittels Radar den Vorteil, das Regengeschehen weiträumig flächenhaft erfassen zu können. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Erfahrungen aus der langjährigen Nutzungshistorie von Radarniederschlagsdaten bei Emschergenossenschaft und Lippeverband und stellt deren Anwendungsmöglichkeiten sowie Nutzungsvoraussetzung aus wasserwirtschaftlicher Sicht vor. |
| Vermessung aus der Luft – Drohnen als Messwerkzeuge in der Wasserwirtschaft Dr. Steffen Vogt, Dr. Johannes Schlesinger Drohnen sind in derzeit omnipräsent, nicht nur in der Medienberichterstattung, sondern auch auf Fachtagungen und bei Gesprächen unter Praktikern der Wasserwirtschaft. Die Einsatzmöglichkeiten dieser neuen Technologie in der Wasserwirtschaft sind vielfältig und gehen weit über einfache Schrägluftbilder hinaus. Der Artikel gibt zunächst einen kurzen Überblick über die theoretischen Grundlagen des Drohneneinsatzes. Daran anschließend wird anhand zweier Fallbeispiele gezeigt, welches Potenzial der professionelle Einsatz von Drohnen für die Wasserwirtschaft hat. |
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