Messung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 253

4.6.3 Tracerverfahren

4.6.3.1 Einführung und Messprinzip

Durchflussmessungen mit Tracern (Markierungsstoffen), bei denen ein Messab-
schnitt durch Injektion geeigneter Impfstoffe künstlich markiert wird, werden ins-
besondere dann durchgeführt, wenn andere „klassische“ Messverfahren auf Grund
der vorhandenen Randbedingungen nicht oder nur bedingt eingesetzt werden kön-
nen. Zum einen gilt dies für Hochgebirgsbäche und -flüsse mit großem Gefälle,
in denen turbulente Strömung vorherrscht und in denen für Punktmessungen ge-
eignete regelmäßige Profile schwer zu finden sind; zum anderen handelt es sich
hierbei um staugeregelte Flussabschnitte, die insbesondere in Niedrigwasserzeiten
nur teildurchströmt sind und ansonsten nur sehr geringe Strömungsgeschwindigkei-
ten (<5 cm/s) aufweisen. Hier bieten tracerhydrologische Verfahren einen Ausweg.
Voraussetzung für einen erfolgreichen Einsatz von Markierungsstoffen zur Durch-
flussbestimmung sind spezifische Kenntnisse der Tracer, der Messmethoden und
der zugehörigen Randbedingungen.

Messprinzip: Analog zur Schwimmermessung (Kap. 4.5.7) handelt es sich beim
Tracerverfahren um eine Laufzeitmessung, nur dass hier die Laufzeit eines mar-
kierten Wasserkörpers entlang einer bekannten Wegstrecke ermittelt wird. Das Ver-
fahren geht auf C. M. Allen u. E. A. Taylor ( 1923 ) zurück, die Salzlösung als Tracer
in ein offenes Gerinne einspeisten und deren Durchgang anhand von Messungen
der elektrolytischen Leitfähigkeit erfassten. Dieses Verfahren wird auch „Mengen-
messung mit Hilfe schwimmender Salze“ oder „Salzgeschwindigkeitsverfahren“
genannt.
Sein Grundgedanke beruht auf der Beobachtung, dass eine eingespritzte Salzlö-
sung wie ein Schwimmer die Geschwindigkeit des strömenden Wassers annimmt
und sich mit der mittleren Fließgeschwindigkeit des Gewässers weiterbewegt, vor-
ausgesetzt der Tracer, in diesem Fall das Salz, ist vollständig im gesamten Quer-
schnitt durchmischt. Die Beziehung zwischen dem Gehalt an gelöstem Salz und der
elektrolytischen Leitfähigkeit ist linear. Wenn daher eine bekannte Salzmenge zu-
gegeben und die Leitfähigkeit des Tracerdurchgangs als Ganglinie gemessen wird,
kann über die Verdünnung des Tracers die momentane Durchflussmenge ermittelt
werden. Zusätzlich ergibt die Laufzeit des Tracers, d. h. die Zeitdifferenz zwischen
der Eingabe und dem Eintreffen des Schwerpunkts des Tracers an der Messstelle,
die mittlere Fließzeit bzw. -geschwindigkeit.
Um einen Tracerversuch erfolgreich durchführen zu können, sind grundsätzlich
folgende Randbedingungen einzuhalten:

1. möglichst konstanter oder zumindest bekannter Durchfluss während der
Versuchsdurchführung,
2. vollständige und gleichmäßige Durchmischung des Tracers oder Kenntnis räum-
licher und zeitlicher Inhomogenitäten,
3. geeignete Probennahmetechnik und zuverlässige Analytik des Tracers,