Hydrologie

Messprinzip (Hydrometrie)


Fliessgeschwindigkeit

Die Messung der Fliessgeschwindigkeit basiert auf dem Prinzip des Doppler-Effekts. Dabei wird ein Radarsignal mit der konstanen Frequenz von 24 GHz zur Wasseroberfläche gesendet. Das Signal wird teilweise an der Wasseroberfläche reflektiert und aufgrund des Doppler-Effekts durch die Bewegung der Wasseroberfläche in der Frequenz verschoben. Das reflektierte Signal wird einer Spektralanalyse unterzogen und die Oberflächengeschwindigkeit berechnet.

Da das Radarsignal in einem Winkel zur Wasseroberfläche gesendet werden muss, erfolgt eine interne Bestimmung des Winkels, mit dem die Geschwindigkeit automatisch korrigiert wird.

Grafische Darstellung Durchflussmessung mit Doppler-Radar

Abfluss

Der Abfluss Q wird über die Kontinuitätsgleichung bestimmt:

Q = vm · A (h)

Die benetzte Querschnittsfläche A(h) in Abhängigkeit vom Wasserstand wird anhand des Querschnittsprofils der Messstelle ermittelt. Mit dem Radarsensor wird jedoch nicht die mittlere Geschwindigkeit vm sondern die lokale Oberflächengeschwindigkeit vl gemessen. Daher wird mit einem Umrechnungsfaktor k die lokale Geschwindigkeit in die mittlere Geschwindigkeit umgerechnet.

vm = vl · k

Der k-Faktor k kann entweder über eine Referenzmessung oder eine Modellierung wie zum Beispiel mit dem Programm bestimmt werden. Die k-Faktoren und Querschnittsflächen werden in Abhängigkeit vom Wasserstand sensorseitig hinterlegt. Dadurch kann der Radarsensor den Abfluss direkt aus der Geschwindigkeit und dem Wasserstand bestimmen und ausgeben. Die Software zieht daher zur Berechnung des Abflusses folgende Gleichung heran:

Q = A (h) · vl · k

Schema Abflussberechung

Wasserpegel

Der Wasserstand wird über eine Laufzeitmessung ermittelt. Dabei sendet das Radargerät kurze Impulse senkrecht auf die Wasseroberfläche. Die Zeitspanne zwischen der Übertragung und dem Empfang des Impulses wird gemessen und daraus die Entfernung zur Wasseroberfläche und somit auch der Wasserstand bestimmt.

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