Geoscience Reference
In-Depth Information
5.5 Durchflusserfassung mit Ultraschall
5.5.1 Einführung
Für Gewässerabschnitte, in denen durch die vor Ort herrschenden hydraulischen
Bedingungen, z. B. durch Stauregelung mit beweglichen Wehren, eine funktionale
Beziehung zwischen Wasserstand und Durchfluss nicht existiert und die die An-
wendung des in Kap. 5.4 vorgestellten indirekten Verfahrens unmöglich machen,
oder bei Gewässern, deren Größe die Installation eines der in Kap. 5.3 vorgestell-
ten Durchflussmessbauwerke aus technischen und wirtschaftlichen Gründen aus-
schließt, kommen heute andere technisch-physikalische Methoden der Durchfluss-
messung vermehrt zum Einsatz. Eine dieser Entwicklungen ist die akustische Strö-
mungsmessung, bei der die physikalische Gesetzmäßigkeit der Schallausbreitung
im Wasser genutzt wird.
Die physikalisch-technischen Grundlagen akustischer Verfahren und hier ins-
besondere von Ultraschallwellen wurden in Kap. 3.5.5 im Zusammenhang mit
dem Ultraschall-Echolotpegel, bei dem der Wasserstand eines Gewässers über die
Laufzeit eines Ultraschallimpulses kontinuierlich gemessen wird, eingehend er-
örtert. Danach sind Ultraschallwellen mechanische Schwingungen mit Frequenzen
>20 kHz, die oberhalb der menschlichen Hörbarkeitsgrenze liegen.
Die physikalischen Grundlagen
der Geschwindigkeitsmessung
mit Ultraschall
wurden dann in Kap. 4.5.6 im Zusammenhang mit Ultraschallströmungssonden
behandelt. Das hierbei verwandte Ultraschall-Puls-Verfahren, bei dem Frequenz-
bündel definierter Länge in kurzen Pulsen ausgesendet werden, wurde ebenso
erläutert wie die Grundgedanken des Korrelationsverfahrens, mit dem über statis-
tische Analyse von Echosignalen die Phasenverschiebung, d. h. der zeitliche Ver-
satz eines Ultraschallpulses ermittelt werden kann; ebenso wurde dort das
Dopp-
lerprinzip
, bei dem die Frequenzverschiebung als Maß für die Fließgeschwindig-
keit eines Gewässers genutzt wird, eingeführt (Bernard
1990
). Die Kombination
aller drei Verfahren bei der mobilen Durchflussmessung mit ADCP-Geräten wur-
de eingehend in Kap. 4.6.2 erörtert. Aufbauend auf diesen grundlegenden Infor-
mationen soll im Folgenden die kontinuierliche Durchflussermittlung mit Hilfe
von Ultraschall vorgestellt werden.
5.5.2
Messverfahren
Prinzipiell gehört die Ultraschall-Durchflussmessung zu den indirekten Messver-
fahren, da der Durchfluss auf der Grundlage der Kontinuitätsgleichung (s. Kap. 2.3)
über die mittlere Querschnittsgeschwindigkeit und die über den Wasserstand zuge-
ordnete durchflossene Querschnittsfläche berechnet wird.
Die Messung der Fließgeschwindigkeit mit Ultraschall geschieht, abgesehen
vom „sing-around“-Prinzip, das im Wesentlichen bei der Messung von punkthaften
Geschwindigkeiten eingesetzt wird (s. Kap. 4.5.6), nach zwei Verfahren:
Search WWH ::
Custom Search