Kontinuierliche Erfassung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 313

Energielinie

α v 2 /2g c

Druckverteilung

1

1

h

2

2

Geschwindigkeits-
verteilung

Hydrostatische
Druckverteilung

q

belüftet

Abb. 5.9 Strömungsverhältnisse an einem Absturz bei vollkommenem Überfall. (Nach Kobus
1983a )

Anströmung des Bauwerks bestimmt. Der Einbau von Messbauwerken in ein Ge-
wässer verursacht zwangsläufig einen Aufstau- und Rückstaueffekt oberhalb des
Bauwerks und erzeugt einen mehr oder weniger großen Absturz bzw. Überfall.
Das Strömungsbild im Bereich eines solchen Absturzes ist in Abb. 5.9 schematisch
dargestellt. Die strömungsmechanischen Kennzahlen „Reynoldszahl“ und „Weber-
zahl“ charakterisieren den Einfluss von Zähigkeit und Oberflächenspannung auf
den Fließvorgang. Dieser Einfluss ist bei scharfkantigen Bauwerken mit vollturbu-
lenter Strömung und Überfallhöhen von mehr als 3 bis 5 cm vernachlässigbar. Da-
her müssen bei der Anordnung von Durchflussmessbauwerken bestimmte Randbe-
dingungen eingehalten werden; diese werden bei den verschiedenen hydraulischen
Strukturen vorgestellt.
Bei vollkommenem Überfall , d. h. Strömungsverhältnissen, bei denen der
Unterwasserstand so tief ist, dass er keinen Einfluss auf den Überfallstrahl hat (s.
Abb. 5.9 ), stellt sich im Bereich der Absturzkante die Grenztiefe ein. Im Kontroll-
querschnitt des Einbaus erfolgt ein Fließwechsel mit Übergang vom Strömen (im
Oberwasser) zum Schießen (im freien Überfallstrahl). Im Bereich der Absturzkante
sind die Stromlinien gekrümmt (s. Druckverteilung in Abb. 5.9 oben); erst in ei-
niger Entfernung oberhalb des Absturzes sind die Stromlinien wieder annähernd
parallel und die Druckverteilung ist näherungsweise hydrostatisch; dies ist von Be-
deutung für die Festlegung des Messpunkts zur Erfassung des Oberwasserstands bei
den einzelnen Durchflussmessbauwerken.
Unter der Voraussetzung eines rückstaufreien Durchflusses werden die Wasser-
stände im Gewässer oberhalb des Messbauwerks ausschließlich von den Kontrollbe-
dingungen am Absturz bestimmt, so dass sich eine eindeutige Beziehung zwischen
dem Oberwasserstand im Gewässer und dem Durchfluss aufstellen lässt. Anlagen,
für die eine solche funktionale Beziehung einmal mit ausreichender Genauigkeit
ermittelt wurde, werden allgemein Durchflussmessbauwerke, im Englischen „flow
measuring structures“ oder „discharge measurement structures“, genannt.