Unsicherheiten in der Wasserstandmessung mit Radarfüllstandsensoren

Mit der redundanten messtechnischen Ausrüstung gewässerkundlicher Pegel an den Bundeswasserstraßen werden Unsicherheiten in der Wasserstandmessung offenbar. Aus dem Vergleich von mittels Schwimmern bzw. Radarfüllstandsensoren vorgenommenen Wasserstandmessungen an den Pegeln Mainz und Borkum-Südstrand ergibt sich über den Messzeitraum eine Standardabweichung der validen Messwerte von 1,7 cm bei viertelstündlicher Registrierung (Mainz) und 4,2 cm bei minütlicher Registrierung (Borkum-Südstrand).

Seit etwa zwanzig Jahren werden neben den traditionellen, berührenden Sensoren zur kontinuierlichen Messung des Wasserstands, wie Schwimmern, Pneumatikpegeln oder Drucksonden, auch berührungsfreie Sensoren, wie Ultraschallsensoren oder Radarfüllstandsensoren, eingesetzt [1]. Da die Abstandsmessung auf Basis von Radarwellen im Gegensatz zu der mittels Ultraschall nur eine sehr geringe, im Rahmen der Wasserstandmessung zu vernachlässigende Beeinflussung durch die meteorologischen Bedingungen entlang der Messstrecke, d. h. durch Lufttemperatur-und Luftfeuchteprofil sowie Niederschlag, erfährt, werden Radarfüllstandsensoren bevorzugt für berührungsfreie Messsysteme eingesetzt. So nutzt die Wasserstraßen-und Schifffahrtsverwaltung (WSV) insbesondere bei der angestrebten, redundanten Ausrüstung von Pegeln [2] oft Radarfüllstandsensoren. Die längsten, redundant an Bundeswasserstraßen mit Radarfüllstandsensor und Schwimmer gemessenen Wasserstandzeitreihen liegen im Küstenbereich am Pegel Borkum-Südstrand (seit 2002) [3] sowie im Binnenbereich am Pegel Mainz (seit 2005) vor.

An beiden Pegeln sind die Radarfüllstandsensoren an einem Kragarm am Schwimmerschacht installiert. Diese blicken jeweils auf die freie Wasseroberfläche außerhalb des Schwimmerschachts. Die freie Wasseroberfläche ist wesentlich durch Wind-bzw. Schiffswellen beeinflusst, während die Bewegung der Wasseroberfläche im Schacht gedämpft ist. Nach Wenneker et al. [4] wird jedoch auch die Messung im Schwimmerschacht durch Wellendiffraktion und Bernoulli-Effekt beeinflusst.

In den folgenden Abschnitten werden für die beiden Standorte die Messabweichungen von Schwimmer und Radarfüllstandsensoren statistisch analysiert und auf mögliche Korrelationen mit hydrologischen Parametern, wie Wasserstand und Abfluss, untersucht.

Des Weiteren erfolgt für den Pegel Borkum-Südstrand, an welchem seit 2012 zudem ein Array von insgesamt vier redundanten Radarfüllstandsensoren betrieben wird [5], eine Bestimmung der Eigenabweichung der Radarfüllstandsensoren als Teilbestandteil der Messabweichung von Schwimmer und Radarfüllstandsensoren. Zudem wird die Korrelation der Eigenabweichung der Wasserstandmessung mit dem aus dem Array von Radarfüllstandsensoren abgeleiteten 2-D-Wellenspektrum bzw. den sich daraus ergebenden Wellenparametern [6] untersucht.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 07 und 08 (August 2019)
Seiten: 4
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Prof. Stephan Mai
Dipl.-Ing. (FH) Jens Wilhelmi
Dr. Hartmut Wilhelmi

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