Kontinuierliche Erfassung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 473

nenanlage beim Ultraschall-Laufzeitverfahren oder beim Einsatz eines Horizontal-
ADCP beim Ultraschall-Dopplerverfahren (Skripalle 1996 ).
Der Grundgedanke dieses Verfahrens ist, dass sich die Geschwindigkeitsvertei-
lung im Fließquerschnitt eines frei fließenden Gewässers an der Gewässeroberflä-
che widerspiegeln; so weicht die Oberflächengeschwindigkeit im Normalfall selten
mehr als 10 % von der mittleren Querschnittsgeschwindigkeit ab. Daher kann die
Oberflächengeschwindigkeit, wenn bestimmte Randbedingungen an einer Mess-
stelle eingehalten werden (Kap. 5.9.3), ein geeigneter Index für die Durchflusser-
fassung in einem Freispiegelgerinne sein. Zur messtechnischen Erfassung der Ober-
flächengeschwindigkeit wurden in den letzten Jahren in mehreren Forschungsvor-
haben, z. B. an der ETH Zürich und der TU München, Verfahren entwickelt, die
die Oberflächenstruktur im Bereich eines Wehrüberfalls oder einer Sohlschwelle
z. B. anhand von Videoaufnahmen analysieren, um darauf aufbauend mit Hilfe von
komplexen hydraulischen Modellen auf den Gesamtdurchfluss zu schließen (Baud
2001; Baud et al. 2002 ; Motzet 2004 ). Diese Verfahren knüpfen zwar an die Er-
fassung der Oberflächengeschwindigkeit eines Gewässers an, sind jedoch nicht zur
kontinuierlichen Durchflussmessung konzipiert und befinden sich außerdem noch
im Forschungs- und Entwicklungsstadium; im Ausblick am Ende dieses Kapitels
wird kurz darauf eingegangen.
Im Gegensatz hierzu stellt die Geschwindigkeitsmessung mittels Radar, richti-
ger Mikrowellen-Radar, eine ausgereifte Messtechnik zur kontinuierlichen Durch-
flussmessung dar, die im Wassersektor seit einigen Jahren erfolgreich eingesetzt
wird und deren technische Entwicklung heute noch nicht abgeschlossen ist. Die Ra-
dartechnik wird schon zur Wasserstandsmessung eingesetzt (s. Kap. 3.5.6), wobei
hierbei in Kombination mit dem Echolotprinzip die Laufzeit elektromagnetischer
Wellen (vgl. Gl. (3.10)) erfasst wird; die physikalischen Grundlagen des Radars
werden dort eingehend erörtert. Darüber hinaus lassen sich mit Hilfe von Radarsen-
soren aber auch Geschwindigkeiten messen; darauf soll im Folgenden eingegangen
werden.

5.9.2 Messung der Oberflächengeschwindigkeit mit Radar

5.9.2.1 Messprinzip

Das berührungslos nach dem Echolotprinzip (Kap. 3.5.5) arbeitende Verfah-
ren nutzt die durch den Doppler-Effekt (s. Kap. 4.5.6) bewirkte Veränderung der
Echofrequenz (Doppler-Verschiebung) zur Bestimmung der Geschwindigkeit. In
Abb. 5.122 wird dies dadurch verdeutlicht, dass die ausgesendeten ( λ ) und die re-
flektierten ( λ ′) Wellenlängen unterschiedlich dargestellt sind.
In diesem Fall wird die Frequenzverschiebung beim Reflektieren der elektro-
magnetischen Wellen an der Wasseroberfläche, die sich in Bezug auf Sender und
Empfänger bewegt, erzeugt. Auf Grund des Vergleichs der abgestrahlten Frequenz