Messung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 224

Geschwindigkeits- und Wassertiefenmessung: Das ADCP in Abb. 4.78 hat vier
Wandler. Sie strahlen den Schall schräg nach unten in verschiedene Richtungen ab
und zwar in einem Winkel von 20° zur Vertikalen. Die Schallstrahlen laufen wie
die gedachten Kanten einer Pyramide, in deren Spitze sich das ADCP befindet. Vier
Schallstrahlen messen vier Geschwindigkeitskomponenten der Strömung mit Hilfe
des Doppler-Effekts. Sie können durch trigonometrische Umformungen in räum-
liche Geschwindigkeitsvektoren transformiert werden.
Das ADCP empfängt von Partikeln reflektierte Schallechos aus dem gesamten
Wasserkörper. Um daraus ein Strömungsprofil zu ermitteln, wird das Echo in „Zeit-
fenster“ zerlegt. Jeder Tiefenzelle wird eine Reflektionszeit zugeordnet, die sich
aus der Entfernung der Zelle von den Wandlern und aus der Schallgeschwindigkeit
ergibt. Aus dem Echo einer Tiefenzelle wird die mittlere Strömungsgeschwindigkeit
dieser Tiefenzelle ermittelt.
Die Bootsgeschwindigkeit , genauer gesagt, die Geschwindigkeit des ADCP über
der Flusssohle, wird analog der Strömungsgeschwindigkeit mit Hilfe des Dopp-
ler-Effekts gemessen. Sie lässt sich aus der Dopplerverschiebung des an der Sohle
reflektierten Schalls ermitteln.
Die Wassertiefe wird nach dem Prinzip des Echolots (s. Kap. 3.5.5) bestimmt
und errechnet sich aus der Laufzeit des Schalls vom Wandler zur Flusssohle und
zurück.
In Abb. 4.78 sind neben der Darstellung der vier Schallstrahlen beispielhaft 14
Tiefenzellen dargestellt. Für jede Zelle werden mittlere Geschwindigkeiten ermit-
telt; zum Vergleich sind für jede Zelle Flügel zur Messung der Punktgeschwindig-
keit eingezeichnet, d. h. in diesem Beispiel müssen 14 Flügel synchron messen,
um eine mit dem ADCP vergleichbare Auflösung im Tiefenprofil zu erhalten. Da
die Überprüfung bzw. Kalibrierung von ADCP-Geräten bisher i. d. R. (es gibt noch
keine für ADCP geeignete Kalibriereinrichtungen wie Schleppkanäle) mit Hilfe von
Flügelmessungen erfolgt, sollen hier nach Boiten ( 2008 ) zwei grundlegende Unter-
schiede zwischen den beiden Messsystemen erwähnt werden, die bei der Beurtei-
lung von Vergleichsmessungen berücksichtigt werden müssen:
a) Die Tiefenzellen eines ADCP-Profils sind im gleichförmigen Abstand angeord-
net, wohingegen die Messpunkte von Flügeln unregelmäßig sein können und
sich den hydraulischen Bedingungen vor Ort anpassen lassen (vgl. Kap. 4.5.2).
b) Das ADCP misst mittlere Geschwindigkeiten für eine Zelle (z. B. 25 × 20 cm),
während der hydrometrische Flügel punktförmig die Geschwindigkeit erfasst.
Durchflussermittlung: Das Messboot kreuzt ein Gewässer von Ufer zu Ufer auf
einem beliebigen Kurs. Dabei misst das ADCP gleichzeitig
− die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten im Tiefenprofil,
− die Geschwindigkeit des Boots über Grund und
− die Wassertiefe.
Durch das Kreuzen des Gewässers werden Messdaten über den gesamten Mess-
querschnitt erfasst.