Messung des Wasserstands - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 72

messstrecken kann dagegen die im gewässerkundlichen Messwesen allgemein gefor-
derte Messgenauigkeit von ±1 cm Wasserstand nur durch aufwändig Kompensation
bei der Installation und bei der Signalverarbeitung erreicht werden.

3.5.6 Wasserstandsmessung mit Radar und „geführten“

Mikrowellen

Messprinzip: Mit Radar, der Begriff kommt aus dem Englischen und ist eine Abkür-
zung für RA dio D etection A nd R anging, können sowohl Objekte geortet als auch
deren Geschwindigkeit bestimmt werden. So wird in der Hydrometrie Radar zur
Erfassung von Fließgeschwindigkeiten (Kap. 5.9) und, wie in diesem Kapitel dar-
gestellt, zur Messung von Wasserständen eingesetzt. Bei der Wasserstandsmessung
wird dem „Echolotprinzip“ analog zur berührungslosen Wasserstandsmessung mit
Ultraschall (s. Kap. 3.5.5) gearbeitet. Dabei werden jedoch Mikrowellen, d. h. elek-
tromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich zwischen 300 kHz (Fernsehen)
und 300 GHz (Infrarotlicht), verwendet. Bei 1 GHz entspricht dies einer Wellen-
länge von 0,3 m, bei 10 GHz von 3 cm und bei 100 GHz von 3 mm. Elektromag-
netische Wellen breiten sich im freien Raum (Vakuum) mit einer Geschwindigkeit
von c = 299.792.458 m/s oder 3 · 10 8 m/s aus (Details zu den physikalischen Grund-
lagen des Radars, s. Panzke 1990 ; Devine 2001 ).
Elektromagnetische Wellen haben grundsätzlich die gleichen physikalischen
Eigenschaften wie Licht bezüglich Reflexion (gute Reflexionseigenschaft bei leit-
fähigen Flüssigkeiten), Polarisation (definiert die Ausrichtung der elektromagneti-
schen Wellen, linear oder elliptisch), Beugung (bewirkt die sog. Keulenstruktur des
Radarstrahls), Brechung (durch Änderung des Dielektrikums an einer Luft/Was-
ser-Schnittstelle) und Interferenz (Auslösung oder Verstärkung von Messsignalen).
Diese physikalischen Eigenschaften müssen bei der Auswahl der Sensoren bezüg-
lich der verwendeten Frequenz und der Antennen (Horn- oder Stabantenne) sowie
der Art der Installation der Messsysteme (z. B. in Nähe zu Wandungen) berücksich-
tigt werden, um Messprobleme beim Einsatz von Radar zu vermeiden.
Betrachtet man die Rahmenbedingungen für den Einsatz von Radar zur Was-
serstandsmessung von Flüssen oder Füllstandsmessungen von stehenden Gewäs-
sern (Seen, Talsperren etc.), so sind die Einflüsse der aufgeführten physikalischen
Eigenschaften i. d. R. vernachlässigbar klein. Abbildung 3.38 , in der der Effekt der
Lufttemperatur auf den Fehler der Laufzeitmessung von Radarwellen dargestellt ist,
zeigt, dass im Temperaturbereich bis 100 °C ein sehr geringer Fehler (<0,01 %) auf-
tritt. Damit ist die Geschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen, im Gegensatz
zu akustischen Wellen (Kap. 3.5.5), im Bereich von gewässerkundlichen Messun-
gen quasi unabhängig von der Temperatur der durchstrahlten Luft. Das gilt ebenso
für Dichteänderungen im Messraum. Dies bedeutet, dass bei der Nutzung von Ra-
darwellen zur Wasserstandsmessung keine Kompensation von externen Einfluss-
größen notwendig ist. Dies vereinfacht die Messtechnik erheblich und wirkt sich
auf die erreichbare Messgenauigkeit aus.