Wasserwirtschaft - Heft 07/08


Hydrographische Vermessung von Binnengewässern - Von der relativen Tiefenmessung zum 3-D-Modell
Rouven Borchert, Prof. Dr. Brigitte Gundlich, Prof. Dr. Benno Schmidt
Dieser Beitrag befasst sich mit der Prozessierungskette von der relativen Tiefenmessung hin zu einem 3-D-Modell des Untergrunds von Binnengew√§ssern. F√ľr die effiziente Erfassung der Unterwassertopographie werden h√§ufig F√§cherecholote zur mobilen Datenerfassung mit dem Messboot als Tr√§gerplattform f√ľr ein Multisensorsystem eingesetzt. Die gesamte Prozessierungskette von der Datenerfassung mit dem F√§cherecholot bis zur Erstellung von H√∂henmodellen wird beispielhaft dargestellt. Hierbei wird auch auf Aspekte der Datenqualit√§t bei der hydrographischen Vermessung eingegangen.
Kontinuierliche Messdatenerfassung mit Opensource-Hardware am Beispiel eines modularen Arduino-Datenlogger-Konzepts
Peter Eichendorff, Jannis Valldorf, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Schlenkhoff
Der Artikel beschreibt ein Konzept f√ľr einen modular erweiterbaren, hoch individualisierbaren Datenlogger, welcher der kontinuierlichen Messwertaufnahme mittels digitaler Messsensorik dienen soll. Die testweise Umsetzung des Konzepts erfolgt durch Verwendung eines Basismoduls, das aus einem Arduino-Board und weiteren Komponenten besteht. Das Basismodul wird hinsichtlich zweier praktischer Anwendungsbeispiele den projektspezifischen Messanforderungen entsprechend erweitert und im Feldeinsatz erprobt. Auf Grundlage der im Feldeinsatz gewonnenen Erkenntnisse werden die grunds√§tzliche Tauglichkeit des Basismoduls nachgewiesen und wesentliche Herausforderungen f√ľr die Umsetzung des Datenlogger-Konzepts diskutiert.
Wann ist ein Trend ein Trend? - √úberlegungen zu Trends und Sprungstellen in Zeitreihen
Dr. Thomas Einfalt, Tobias Gehrmann, Benedikt Rothe, Fabian Netzel, Vera Schimetzek
In zwei unterschiedlichen F&E-Projekten in Nordrhein-Westfalen wurden Instationarit√§ten (Trends und Sprungstellen) in langen Niederschlagsmessreihen untersucht. Die hier gemeinsam vorgestellten Ergebnisse gehen der Frage nach, wann eine Zunahme des Niederschlages als Trend einzustufen ist und wann nicht. Es wird gezeigt, dass Sprungstellen bei Betrachtung der Statistik kurzer Dauerstufen auftreten, die nicht eindeutig auf √Ąnderungen der Messtechnik zur√ľckzuf√ľhren sind.
Auswertung von Salzverd√ľnnungsmessungen durch mechanische Integration
Dr. Alexander Gerner
Salzverd√ľnnungsmessungen mit Kochsalz (NaCl) als Tracerstoff sind eine in Forschung und Praxis verbreitete Methode zur Durchflussbestimmung. Die Auswertung der Messungen erfolgt normalerweise durch numerische Integration der Durchgangskurve. Dazu wird diese entweder h√§ndisch erfasst oder mit speziell daf√ľr entwickelten Ger√§ten automatisch registriert. Die h√§ndische Eingabe der Messwerte f√ľr die nachfolgende Auswertung ben√∂tigt eine gewisse Zeit, die bei Gel√§ndearbeiten i. Allg. begrenzt und damit kostbar ist. Beim Einsatz automatischer Messkoffer ist das Ergebnis unmittelbar nach der Messung verf√ľgbar. Jedoch sind diese Ger√§te mit Kosten verbunden. Eine rasche, betriebssichere Auswertung bei geringen Kosten erm√∂glicht die Anwendung der mechanischen Integration oder Pumpenmethode. Der Beitrag erl√§utert diese bislang nicht publizierte Auswertemethodik. Zwei Anwendungsbeispiele zeigen, dass sich auf diesem Weg Ergebnisse erzielen lassen, deren Genauigkeit mindestens mit der der numerischen Integration der Durchgangskurve vergleichbar ist.
Diskussionsbeitrag: Torricelli hat Recht
Professor Dr. Willi H. Hager
Um den fachwissenschaftlichen Diskurs zu fördern, geben wir gerne derartige Beiträge wieder. Dies erfolgt jedoch normalerweise in einer moderierten Form, indem Diskussionsbeitrag und Stellungnahme beiden Verfassern vor der Veröffentlichung bekannt sind und damit der fachliche Austausch an dieser Stelle abgeschlossen wird. In diesem Fall hat Herr Prof. Malcherek auf eine Stellungnahme verzichtet.
Durchflussschätzung an staugeregelten Fließgewässerabschnitten
Johannes Hubmann, Gabriel Stecher
An Flie√ügew√§ssern werden kontinuierliche Durchflusszeitreihen h√§ufig √ľber eine Wasserstand-Abfluss-Beziehung ermittelt. An staugeregelten Flie√ügew√§sserabschnitten weist diese Beziehung oft nicht die gew√ľnschte Genauigkeit auf. In diesem Artikel wird ein alternativer Ansatz zur Durchflusssch√§tzung mithilfe eines multiplen linearen Regressionsmodells pr√§sentiert, der an einem ausgew√§hlten √∂sterreichischen Donauabschnitt erfolgreich getestet wurde und dessen Anwendbarkeit in der Praxis diskutiert wird.
Optimierte Ultraschall-Laufzeitmessung und Abflusskurve im Vergleich
Torsten Lambeck
Am Pegel Villigst, Ruhr, wurde das Verfahren der indirekten Abflussermittlung ab 1997 durch die Ultraschall-Laufzeitmessung abgel√∂st. Die erforderliche Neukonzeption der Anlage im Jahr 2019 ber√ľcksichtigte verschiedene Erfahrungen aus dem Praxisbetrieb. Im Vergleich zeigt sich die hohe G√ľte auch der mittels Abflusskurve gewonnenen Ergebnisse.
Messdatenpr√ľfung mit Hilfe von selbstlernenden Datenanalysewerkzeugen als Bestandteil eines Messdatenmanagementsystems (MDMS)
Dr. Benjamin Mewes, Dr. Henning Oppel, Dr. Ioannis Papadakis, Frank Großklags, Dr. Marko Siekmann
Im Rahmen eines integralen urbanen Wassermanagements kommt Messdatenmanagementsystemen eine zentrale Bedeutung zu, in welchen alle Messwerte erfasst, bewertet, plausibilisiert und erst anschlie√üend f√ľr die weitere Nutzung gespeichert werden. Die Analyse der erfassten Messdaten ist jedoch oft kaum zu bew√§ltigen und eine losgel√∂ste Einzelbetrachtung der Messwerte nicht zielf√ľhrend, da die Interaktion der Daten innerhalb eines Systems entscheidend ist, jedoch in bestehenden Ans√§tzen nicht ber√ľcksichtigt wird. In dieser Studie wird der Einsatz eines Datenanalysewerkzeuges gezeigt, das in der Lage ist, ein System ganzheitlich zu betrachten und Fehlwerte fr√ľhzeitig zu erkennen.
Kontinuierliche Anpassung von Wasserstand-Durchfluss-Beziehungen
Dr. Henning Oppel, Dr. Alexander Hartung, Dr. Benjamin Mewes
Kann eine Wasserstand-Durchfluss-Beziehung mit Hilfe einer intelligenten Nachf√ľhrung und einem hydraulischen Modell automatisiert erlernt werden? Das hier entwickelte Verfahren kombiniert die Informationen aus einem hydraulischen Modell mit denen der beobachteten Wasserst√§nde einer Pegelstation und f√ľhrt auf dieser Grundlage die Beziehung nach. Ein Test der Technologie an der Emscher zeigte, dass eine vollst√§ndige Abflusstafel innerhalb von neun Monaten nachgef√ľhrt werden kann.
ExUS2020 - Aufbau des Datenpools f√ľr Untersuchungen zum Starkregenverhalten in Nordrhein-Westfalen
Prof. Markus Quirmbach, Dr. Thomas Einfalt, Elke Freist√ľhler, Gerhard Langst√§dtler, Bernd Mehlig
Im Projekt ‚ÄěExUS2020 - Extremwertstatistische Untersuchung von Starkniederschl√§gen in Nordrhein-Westfalen‚Äú wurden umfangreiche Niederschlagsmessdaten auf statistische Kennwerte insbesondere zu ihrem Trendverhalten untersucht. Hierzu wurden Messdaten gepr√ľft, eine umfassende Datenbank in einem Messdatenmanagementsystem aufgebaut, relevante Zeitreihen in Abh√§ngigkeit von der Fragestellung ausgew√§hlt sowie die Ergebnisse anschaulich und r√§umlich differenziert dargestellt.
Unsicherheitsbetrachtung von Durchflussmessungen und deren Auswirkungen auf Hoch- und Niedrigwasserkennwerte
Felix Simon, Florian Ostermann, Fabian Netzel, Prof. Dr.-Ing. Christoph Mudersbach
Unsicherheiten sind ein fester Bestandteil von Durchflussmessungen und k√∂nnen auch durch aktuelle Messsysteme nicht ausgeschlossen werden. Eine Angabe der Unsicherheit einer Durchflussmessung ist demnach zwingend erforderlich. An einem Gew√§sserpegel wurden Unsicherheiten f√ľr 33 Durchflussmessungen bestimmt sowie deren Einfluss auf Hoch- und Niedrigwasserkennwerte ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass Messunsicherheiten einen Einfluss auf diese Kennwerte haben und daher bei der Planung wasserwirtschaftlicher Anlagen ber√ľcksichtigt werden sollten.
Hochwasser - von der Sintflut zum wasserwirtschaftlichen Verständnis
Dipl.-Ing. Detlef Sönnichsen
Eine Vielzahl historischer Zeugnisse dokumentiert religi√∂se Deutungen von Hochwasserkatastrophen. Mit dem Wort Sintflut wurden diese z. B. als Gottesgerichte deklariert, die durch ein (noch) gottgef√§lligeres Leben zuk√ľnftig zu verhindern seien. Nachfolgend wird dargelegt, dass diese Auslegung der Katastrophen damals wie heute aber insbesondere auf das Unverst√§ndnis √ľber Gew√§ssereinzugsgebiete und √ľber ihre Wirkungsweise zur√ľckzuf√ľhren ist.
Unsicherheiten in der radarbezogenen Auswertung von Starkregenereignissen
Adrian Treis, Rike Becker, Dr.-Ing. Burkhard Teichgräber, Dipl.-Geogr. Angela Pfister
Im August 2020 etablierte sich √ľber der Emscher-Lippe-Region (ELR) eine Tiefdruckrinne, in deren Verlauf sich zahlreiche Gewitter teils mit Unwetterpotenzial bildeten. Charakteristisch war ein extrem lokales Auftreten sowie die langsame Verlagerung der Gewitterzellen. Dies f√ľhrte zu sehr hohen Niederschlagsmengen, die insbesondere in kurzen Dauerstufen zu seltenen Wiederkehrzeiten f√ľhrten. Anhand dieser Unwettersituation werden die praktischen Herausforderungen eines Wasserwirtschaftsverbands in der Auswertung von Starkregenereignissen unmittelbar nach Ereigniseintritt vorgestellt. Die Auswertungen der unterschiedlichen Radarprodukte werden gezeigt und ihre Unsicherheiten anhand von Radar-Regenschreiber-Vergleichen f√ľr ausgew√§hlte Ereignisse erl√§utert.
Diskussionsbeitrag: Warum Torricelli doch Recht hat!
Dipl.-Ing. J√∂rg Wieland, M.Sc. Leon J√§nicke, Univ.-Prof. Dr.-Ing. J√ľrgen Jensen
Im Beitrag von Malcherek aus 2016 ‚ÄěDie irrt√ľmliche Herleitung der Torricelli-Formel aus der Bernoulli-Gleichung‚Äú wird postuliert, dass die anhand der Bernoulli-Gleichung abgeleitete theoretische Ausflussgeschwindigkeit aus einer Boden√∂ffnung eines Wasserbeh√§lters mit der F√ľllh√∂he h nach Torricelli falsch sei und stattdessen f√ľr die Ausflussgeschwindigkeit die aus der Impulserhaltung hergeleitete Beziehung gelten m√ľsse. Da sich in der Herleitung von Malcherek kein offensichtlicher Fehler finden l√§sst, wird die Diskrepanz in einer fehlerhaften Annahme vermutet. Diese konnte identifiziert werden: Die berechnete Verschiebung der Gesamtschwerpunkth√∂he ist doppelt so gro√ü wie angenommen. Im Beitrag wird gezeigt, dass der theoretische Ansatz von Malcherek mit einer entsprechenden Korrektur die Torricelli-Ausflussgeschwindigkeit als Ergebnis liefert: Torricelli hat doch recht!
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