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In Abhängigkeit vom jeweiligen Ziel einer Abflußmessung treten ganz unterschiedliche hydraulische Situationen im Meßquerschnitt auf, für die nicht alle Meßverfahren und schon gar nicht alle Meßgeräte gleich geeignet sind. Sollen beispielsweise Daten über die hydraulische Belastung und Leistungsfähigkeit des Kanals gewonnen werden, so muß eine große Bandbreite an Abflußzuständen bis möglicherweise zur Vollfüllung unter Rückstau erfaßt werden. Das … |
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Die Wahl des Meßorts ist entscheidend für das Ergebnis einer Abflußmessung. Meßverfahren und -geräte, die systembedingt einen äußerst geringen Garantiefehler von nur wenigen Prozent aufweisen, können einen Verkehrsfehler von mehr als 20 Prozent erzeugen, wenn die notwendigen hydraulischen Bedingungen an dem gewählten Meßort nicht … |
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Auch die Wahl des Zeitpunktes der Abflußmessung richtet sich größtenteils nach deren Zweck. Die Messung muß vorrangig zu einem Zeitpunkt stattfinden, an dem der interessierende Abflußanteil möglichst isoliert von anderen Teilströmen betrachtet werden kann. Untersuchungen zur Bestimmung des Fremdwasseranteils durch Infiltration von Grundwasser werden beispielsweise bei Trockenwetter nachts gegen 2 Uhr durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt geht der Strom … |
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Grundsätzlich können Abflußmessungen in Kurzzeit- und Dauermessungen unterschieden werden. Bei den Kurzzeitmessungen handelt es sich um Einzelmessungen, Kontroll- oder Kalibriermessungen [DIN19559-1] . Soll mit Hilfe der Abflußmessung ein bestimmtes Ereignis erfaßt werden, wie z. B. ein Starkregenereignis, so wird gezielt eine Einzelmessung vorgenommen. Diese Messungen können zu Mehrfach- oder Wiederholungsmessungen ausgeweitet werden, wenn beispielsweise … |
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Meßverfahren zur Abflußmessung |
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Zu den Abflußmeßverfahren ohne Querschnittseinengung gehören die Verfahren
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16.02.2011 Die simpelste, aber auch ungenaueste Methode zur Bestimmung des Volumenstroms bei freiem Abfluß ist die Berechnung der mittleren Fließgeschwindigkeit über teilweise empirisch ermittelte Fließformeln. Dabei werden die Reibungskräfte an den Kanalwänden über einen Beiwert berücksichtigt. Ein Beispiel dafür ist die Formel nach Manning-Strickler: v = K · I1/2 · Rh2/3 mit: |
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16.02.2011 (Bild: Volumetrische Messung mit einem Kippzähler [Bonfi87]) Für die Bestimmung sehr kleiner Volumenströme, für den kurzzeitigen Einsatz oder zur Kalibrierung anderer Meßeinrichtungen können volumetrische Verfahren verwendet werden. Dabei werden gleichzeitig das Volumen (über kalibrierte Behälter) und die Zeit gemessen. Um den Vorgang für Langzeitmessungen zu automatisieren, werden häufig Kippzähler eingesetzt (Bild 4.4.1.5.1.2) . Der zweikammerige … |
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16.02.2011 v/A Verfahren |
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(Bild: Geschwindigkeitsverteilung im teilgefüllten Kreisrohr [Valen94])
Für ein bis zwei Drittel gefüllte Kreisrohre ist bekannt, daß die für die Berechnung des Volumenstroms gesuchte mittlere Fließgeschwindigkeit vm in einem konstanten Verhältnis zu der meßbaren maximalen Geschwindigkeit vmax steht. Dieser Faktor k beträgt unter idealen Bedingungen 0,82 [Valen89] , unter Realbedingungen, die durch die eingesetzten, im Praxisbereich relativ großen … |
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(Bild: Querprofil eines Abwassersammlers der Stadt Frankfurt [Kölli95])
SIMK-Verfahren = Simulation des Skalierungsfaktors k Mit einem numerischen Strömungsmodell, das an der TU München entwickelt wurde [Kölli95] , ist es jetzt möglich, für nahezu beliebige Gerinnequerschnitte (auch natürliche) und eine große Bandbreite an Füllständen den k-Faktor zu bestimmen, mit dem die in einer Einpunktmessung ermittelte Maximalgeschwindigkeit multipliziert … |
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(Bild: Prinzip der Netzmessung [VDIVDE2640])
Eine weitere Meßmethode, die ohne Querschnittseinengung auskommt, ist die Netzmessung. Bei diesem Verfahren werden ebenfalls zwei Größen zur Bestimmung des Volumenstroms benötigt: zum einen die Fließtiefe, über die die durchflossene Fläche berechnet wird, zum anderen die mittlere Fließgeschwindigkeit im Gerinne. Zur Ermittlung des Geschwindigkeitsprofils werden innerhalb eines hydraulisch angepaßten … |
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16.02.2011 Die Ermittlung des Abflusses mit Verdünnungs- oder Tracerverfahren basiert auf einer Konzentrationsmessung eines Markierungsstoffs. Dem Abwasser wird oberhalb der Meßstelle ein Tracer (Markierungsstoff) bekannter Konzentration in konstanter Dosierung zugegeben. Nach Durchlaufen einer Durchmischungsstrecke wird im Meßquerschnitt seine Verdünnung bestimmt. Es gilt die Kontinuitätsgleichung QTracer · CTracer = Q · a Tracermit: QTracer = konstante Zugabemenge … |
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Die im folgenden beschriebenen Meßverfahren unterscheiden sich zu den in den vorhergehenden Abschnitten dargestellten Methoden in zweierlei Hinsicht. Zum einen werden hier immer Einbauten in das Gerinneprofil nötig, die die hydraulische Leistungsfähigkeit des Kanalabschnitts zum Teil erheblich vermindern und damit Rückstau erzeugen können. Diese Verfahren können daher nicht bei allen Problemstellungen eingesetzt werden. Neben diesem eher praktischen … |
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16.02.2011
Bei hydraulischen Meßverfahren mit Querschnittseinengung wird durch Einbauten wie Meßwehren oder Venturi-Strecken ein Fließwechsel vom Strömen zum Schießen erzwungen. Die Fließtiefe im Zulauf des Meßquerschnitts steht durch den Fließwechsel in einer eindeutigen Beziehung zur Abflußmenge [Preis92] [Hager95] . Die Bestimmung des Volumenstroms … |
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16.02.2011
Wenn andere als die im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen hydraulischen Meßverfahren eingesetzt werden sollen, muß außer der Fließhöhe h die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Querschnitt entweder näherungsweise oder mit erheblichem Meß- und Rechenaufwand aus einer oder mehreren lokalen Fließgeschwindigkeiten … |
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Um die für die vorab beschriebenen Verfahren benötigten Meßgrößen aufnehmen zu können, werden verschiedene Meßwertaufnehmer bzw. Meßgeräte benötigt. Diese sollten nach DIN 19559-1 [DIN19559-1] , "robust und wartungsarm" sein und "ohne zusätzliche Beeinträchtigung des Fließquerschnittes mit hoher Langzeitkonstanz, unbeeinflußt von extremen Umweltbedingungen, mit guter Genauigkeit in einem relativ großen Meßbereich" messen [DIN19559-1] . Die hier … |
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Bei den meisten Meßverfahren im offenen Gerinne wird als eine oder auch als ausschließliche Meßgröße die Fließtiefe h benötigt. Die hierfür notwendigen Meßwertaufnehmer lassen sich in zwei große Gruppen teilen: Sensoren, die sich im Medium befinden und Meßwertaufnehmer, die die Fließtiefe berührungslos aufnehmen. In einigen Grenzfällen (Fremdwassermessung) können keine berührenden Sensoren eingesetzt werden, weil die Aufnehmer durch ihre im Vergleich … |
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Im Abwasserbereich werden zur Fließtiefenmessung mit berührenden Meßwertaufnehmern hauptsächlich direkt oder indirekt wirkende Drucksensoren eingesetzt. Bei der unmittelbaren Druckmessung wird eine Druckmeßdose an der Gerinnesohle eingebaut, die den hydrostatischen Wasserdruck als zur Fließtiefe proportionale Größe aufnimmt. Sensoren, die nach dem Einperlverfahren arbeiten, messen den hydrostatischen Wasserdruck, indem sie in einer bis zum Meßort (… |
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Der Standard-Meßwertaufnehmer zur berührungslosen Fließtiefenmessung ist das Ultraschall-Echolot. Das Meßprinzip basiert auf der Reflexion gepulster Ultraschallsignale von der Wasseroberfläche (Bild 4.4.2.1.2) . Abhängig von der Fließtiefe benötigen die Signale unterschiedliche Zeiten, bis sie von dem Echolot wieder empfangen werden können. Diese Laufzeit ist umgekehrt proportional zur Fließtiefe im Gerinne. Jedes Ultraschall-Echolot muß in einem … |
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Die Fließgeschwindigkeitsmessung kann sich auf die
Geschwindigkeit einer Strömung beziehen. |
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16.02.2011 (Bild: Schema eines magnetisch-induktiven Durchflußsensors [Hager95]) MID-Meßwertaufnehmer beruhen auf der elektrischen Leitfähigkeit des Abwassers. Grundlage des Meßprinzips ist das Faraday´sche Induktionsgesetz: in einem Leiter, der senkrecht zu den Feldlinien eines magnetischen Wechselfeldes angeordnet ist, wird eine Spannung induziert. Der gleiche Effekt tritt auf, wenn der Leiter (in diesem Fall der Abwasserstrom) durch ein statisches Magnetfeld … |
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Zur Messung lokaler Geschwindigkeiten hat sich in erster Linie der Einsatz von
bewährt. |
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Mechanische Meßflügel (Bild 4.4.2.2.2.1) (Bild 4.4.2.2.2.1) sind feinmechanische Präzisionskonstruktionen mit reibungsarm gelagerten Flügelschaufeln, deren Umdrehungsgeschwindigkeit direkt linear proportional der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in der erfaßten Stromröhre sind. Die Flügelschaufeln lösen bei jeder vollständigen Umdrehung einen Meßimpuls aus, der über ein mechanisches oder elektronisches Zählgerät erfaßt wird und zusammen mit dem … |
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