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Erfassung hydromorphologischer Vorgänge bei Hochwasser mit

1. 100000 F r y 9 3308e 2051x a eu FD R 0 5947 10000 22 y 0 0005x2 09 ee 5 R 0 6218 B 1000 1 0873x 264 73 Fr R 0 3156 D pa Q SSC 10 linear potentiell exponentiell T t O 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Q m s Abbildung 6 18 Zusammenhang zwischen den Ergebnissen der Einpunkt Schwebstoffkonzentrationen und dem Abfluss am Pegel Oberaudorf der Schwebstoffe f hrt Untersuchungen der Korngr enverteilungen der Schwebstof fe wurden am Pegel Oberaudorf leider nur an Oberfl chenproben durchgef hrt Die Auswertung von 31 Proben erbrachte dass die Schwebstoffe eine Gr e kleiner 0 2 mm aufweisen der dso liegt im Bereich von 0 01 0 03 mm Bis heute liegen keine fundierten Erkenntnisse ber die Kornzusammensetzung der Schwebstoffe im Bereich des Pegels Oberaudorf vor Die selten durchgef hrten Viel punktmessungen bieten eine nur sehr geringe Datenbasis zur Untersuchung der Kon zentrationsverteilungen im Querschnitt Aussagen ber m gliche Korngr engradien ten der Schwebstoffe sind aufgrund fehlender Sieblinienauswertungen der Vielpunkt messungen auch nicht m glich Die fehlenden Informationen stellen unter anderem ein gro es Problem bei der numerischen Modellierung dar Bei der Implementierung von morphologischen Prozessen in
2. V wasser relativ Vance 3 V wasser V wasser relativ V ancr 9 Vwasser Abbildung 4 9 Beeinflussung der Flie geschwindigkeitsermittlung durch Geschiebetrieb den meisten F llen kommt daf r das Global Positioning System GPS zum Einsatz Dabei handelt es sich um ein weltweit einsetzbares satellitengest tztes Navigations system Die Infrastruktur dazu bilden 24 Satelliten sowie mehrere Kontrollstationen auf der Erde Mit Hilfe von GPS Empf ngern kann die Laufzeit zwischen Satellit und Messger t erfasst und daraus der jeweilige Ger testandort berechnet werden Dabei ist f r die eindeutige Lagebestimmung der Kontakt zu mindestens vier Sa telliten erforderlich Aus milit rischen Gr nden wird die Genauigkeit des Verfahrens f r die zivile Nutzung durch eine k nstliche Verschmierung Selective Availability auf zirka 15 m reduziert Durch den Einsatz von Differential GPS dGPS kann die Genauigkeit bis auf wenige Zentimeter gesteigert werden 11999 Dabei wird zus tzlich zum beweglichen GPS Ger t noch eine ortsfeste Station verwendet die das selbe Satellitensignal wie die bewegliche Antenne empf ngt Da die geografische Position der Referenzstation bekannt ist kann der Fehler der GPS Ortsbestimmung berechnet und zur Korrektur der GPS Daten der beweglichen Antenne verwendet werden Ist das verwendete GPS Ger t in der Lage GGA Daten im NMEA 0183 Format auszugeben k nnen diese m
3. Tabelle 4 4 Umrechnungsfaktoren K in dB count f r den verwendeten ADCP Die Echointensit t E aus Glg 4 13 wird w hrend der Messung in der Einheit Counts aufgezeichnet Das Grundrauschen des ADCP entspricht dem RSSI Wert bei vollkommen klarem Wasser und betr gt rund 40 Counts 1999 Nach Dei 1999 bzw 2002 kann die Gr e von E auch mit Hilfe des Befehls PT3 in WinRiver ermittelt werden Die Schr gentfernung R zwischen dem ADCP und der jeweiligen Messzelle wird unter Ber cksichtigung der Auslenkung der Schallstrahlen zur Vertikalen z B 20 bei einem ADCP Typ Workhorse Rio Grande von RDI und aus der Tiefe der Messzelle ermittelt R t cos 20 Alternativ dazu ist in Deines 1999 eine Formel zur exakten Ermittlung der Schr gentfernung angegeben Der Absorptionsgrad a in Glg setzt sich zusammen aus der Wasserabsorption aw und der Partikeld mpfung as Glg 4 16 Der Wasserabsorptionsterm besteht aus drei Komponenten 12005 Der erste Teil repr sentiert den Einfluss von Bors ure der zweite Teil steht f r den Einfluss von Magnesiumsulfat und der dritte Teil ber cksichtigt den Einfluss der Viskosit t auf die Absorption Die daf r ben tigten Parameter k nnen mit Hilfe von CTD Messungen oder aus den ADCP Daten gewonnen werden a aw ags 4 16 34Conductivity Temperature Depth Leitf higkeit Temperatur Tiefe 60 4 2 ADCP Messtechnik In Aardoom und Mol
4. Q m s Abbildung 6 39 Zusammenhang zwischen den Ergebnissen der Einpunkt Schwebstoffkonzentrationen und dem Abfluss am Pegel Staudach uch Eh 2005 Die Einpunktmessungen am Pegel werden durch sporadisch durchgef hrte Vielpunkt messungen erg nzt untersuchte 36 zwischen 1988 und 2003 durchgef hr te Vielpunktmessungen mit direkt davor bzw danach durchgef hrten Einpunktmes sungen und stellte fest dass die aus den Vielpunktentnahmen berechneten mittleren Konzentrationen um einen Faktor von bis zu 1 75 gr er sind als die Oberfl chenwerte wobei der Unterschied wie auch am Inn beobachtet mit zunehmender Konzen tration abnimmt Die Untersuchungen haben auch ergeben dass die Konzentrationen im linken Querschnittsbereich h her sind als in der rechten H lfte Diese Asymmetrie der Verteilung nimmt mit steigenden Schwebstoffkonzentrationen zu Zwischen 1967 und 1990 wurden zus tzlich zur Konzentrationsbestimmung von 122 Proben die Kornverteilungskurven ausgewertet geht davon aus dass es sich dabei um Einpunktmessungen im Bereich der Wasseroberfl che gehandelt hat Wie auch am Inn bewegen sich die Korngr en berwiegend im Schluffbereich mit Korndurchmessern von weniger als 0 2 mm der dso liegt zwischen 0 004 0 03 mm 141 6 ADCP Messungen In den letzten Jahren wurden leider keine Sieblinienauswertungen von Schwebstoff proben mehr durchgef hrt 6 3 2 2 Abflusssituation w hrend der
5. u V m aii az I N T4 LE ger Fahrt 2 11 Mittelwert 25 30 35 Breite m gt Fahrt 2 11 Mittelwert b Messung am 10 Juli 2007 Abbildung 6 50 Komponenten der Bootsgeschwindigkeit Referenz BT in berfahrtsrichtung und in Flie richtung 159 6 ADCP Messungen 6 3 5 3 Echointensit ten und Schwebstoffkonzentrationen F r die Auswertung der ADCP Daten in Hinblick auf Schwebstoffkonzentrationen wurden die aufgezeichneten Echointensit ten mit konventionellen Vielpunktmessun gen verglichen Abbildung zeigt die aus den ADCP Fahrten ermittelten Vertei lungen der R ckstreuintensit ten Wie auch am Inn wurden pro Messeinsatz alle vor handenen Messfahrten gemittelt um das durch die Momentaufnahme der Str mung verursachte Rauschen zu reduzieren Zeitnah zu zwei ADCP Messeins tzen wurden von der Br cke oberhalb des Pegels Staudach aus Vielpunktmessungen der Schweb stoffkonzentrationen durchgef hrt Am 8 August 2006 wurden zwischen 13 00 14 25 ber den Querschnitt verteilt 15 Proben entnommen die an der TUM ausgewertet wurden Abb 6 51 Die ADCP Messungen an diesem Tag fanden zwischen 15 10 15 30 statt Zwischen den beiden Messungen sank der Abfluss von 161 auf 143 m s Am 9 Mai 2007 wurden in der Zeit von 09 00 11 00 insgesamt 29 Proben entnom
6. Tabelle 4 3 bertragungsleistung f r verschiedene ADCP Ger te Wall et al 2006 gibt an dass zwischen den Naturmessungen und den zuvor durchge f hrten Kalibrierungsmessungen die bertragungsleistung um den Faktor 3 8 schwank te Des Weiteren wurde im Zuge der Messungen festgestellt dass die Spannung der Batterie w hrend der Messungen nachlie was sich in einer um 26 reduzierten bertragungsleistung niederschlug Das bedeutet dass es sich bei der in Glg eingesetzten Sendeleistung immer nur um eine N herung bzw eine Absch tzung han deln kann Die enthaltenen Unsicherheiten k nnen analog zur Vorgehensweise bei der Ermittlung der Konstanten C durch die Eichung der ADCP Daten an konven tionell erfassten Schwebstoffkonzentrationen kompensiert werden Die Wellenl nge L aus Glg 4 13 l sst sich mit Glg 4 1 aus der Schallgeschwin digkeit und der Ger tefrequenz berechnen und liegt je nach Temperatur im Bereich von 1 3 mm 59 4 Ultraschall Doppler Technik Der Faktor K dient der Umrechnung der Echointensit ten E und von Counts in dB Er variiert je nach Ger t zwischen 0 35 und 0 55 wird in der Literatur 1009 oder 2005 aber oft n herungsweise mit Kc 0 45 angenommen F r den im gegenst ndlichen Fall verwendeten ADCP wurden vom Hersteller die in Tab 4 4 aufgef hrten Werte ange geben Beam 1 Beam 2 Beam 3 Beam 4 Kc 0 4052 0 3963 0 3952 0 3938
7. 40 41 Ber cksichtigung der Vorland berstr mung Eine Anwendung des Operations Research im theoretischen Flu bau 1974 Kotoulas Dimitrios Die Wildb che S ddeutschlands und Griechenlands Teil 2 1975 vergriffen 50 Jahre Versuchsanstalt Obernach Hartung Fritz Einf hrung Was treiben eigentlich die Obernacher Knauss Jost Strategien und Entscheidungshilfen beim Hochwasserschutz in St dten dargestellt am Beispiel der Hochwasserfreilegung der Stadt Harburg an der W rnitz H usler Erich Abst rze und St tzschwellen in hydraulischer und konstruktiver Betrachtung Mindestfallh hen zur Erzielung einer gen genden hydraulischen Wirksamkeit Seus G nther J Hack Hans Peter Erster Vergleich der Ergebnisse des physikalischen Modells in Obernach mit denen des neuen mathematischen Modells Uslu Orhan Schmitz Gerd Parameteridentifikation und Sensitivit tsanalyse bei mathematischen Modellen in der Hydrologie Keller Andreas Zielke Werner Ver nderung des freien Gasgehaltes in turbulenten Rohrstr mungen bei pl tzlichen Druckabsenkungen Herbrand Karl Zusammenf hrung von Schu strahlen Zwei praktische Beispiele konstruktiver L sungen aus Modellversuchen Zielke Werner Grenzen der deterministischen Betrachtungsweise in der Str mungsmechanik 1976 Probleme der Arbeit des beratenden Ingenieurs in der Wasserwirtschaft der Entwicklungsl nder Symposium am 13 10 1976 in Wallgau Bauch Wolfram Besondere Probleme bei der Pla
8. 12 07 Hochwasser 465 18 08 Normalabfluss 464 re _ 29 08 Normalabfluss 462 461 460 459 458 457 456 455 454 70 60 Breite m H m NN 10 05 Normalabfluss 465 12 07 Hochwasser 464 18 08 Normalabfluss 463 4 462 461 460 459 458 457 456 455 454 Breite m c 5 10 m unterhalb der Br cke Abbildung 6 31 Darstellung der vom ADCP aufgezeichneten Sohlenverl ufe w hrend verschiedener Messeins tze im Sommer 2005 123 6 ADCP Messungen Die Erosionen fanden haupts chlich zwischen den beiden Br ckenpfeilern und im rech ten Querschnittsbereich statt am linken Ufer kam es sogar zu einer kleinr umigen Anlandung Die Messung vom 18 August beweist dass die durch das Julihochwasser verursachten Erosionen danach wieder angelandet wurden Einen enormen Sohlaus trag verursachte der Hochwasserabfluss im August Obwohl die ADCP Messungen erst w hrend des abfallenden Astes 16 Stunden nach dem Durchgang des Hoch wasserscheitels durchgef hrt werden konnten wurde ein Sohlaustrag von mehr als 2 m festgestellt Es ist zu erkennen dass sich der Kolk des linken Br ckenpfeilers erheblich in Richtung linkes Ufer ausgedehnt hat Der Grund daf r liegt in der drei dimensionalen Str mungssituation hervorgerufen durch die Lage der Messstelle in einer leichten Rechtskurve Die durch die Kurvenlage hervorgerufenen Se
9. e 4 j ss d r 533 5 10 07 2007 533 0 532 5 i O 5 10 15 20 25 30 35 40 Breite m Abbildung 6 48 Darstellung der vom ADCP aufgezeichneten Sohlenverl ufe w hrend verschiedener Messeins tze Sommer 2006 Sommer 2007 Neben der Auswertung der Sohlh henlagen wurde versucht aus dem Vergleich der BT Daten mit den zus tzlich erfassten Lageinformationen R ckschl sse auf den Ge schiebetrieb im Querschnitt zu ziehen Da die Bottom Track Daten der Messung vom Mai 2007 sehr gro e L cken aufweisen wurde auf eine Auswertung dieser Messung verzichtet Im Folgenden werden die Hochwassermessungen vom August 2006 und vom Juli 2007 betrachtet Abbildung 6 49 beinhaltet die vom ADCP aus den Bottom Track Daten ermittelten Messwege im Vergleich zu den aufgezeichneten Lageinfor mationen der Totalstation Messung vom 8 August sowie zu den nachtr glich re konstruierten Messwegen Messung vom 10 Juli Der aus der Sedimentbewegung an der Sohle resultierende L ngsversatz ist sehr deutlich erkennbar Au erdem f llt in der Darstellung auf dass die Geschiebegeschwindigkeiten bei den beiden Ereignissen ber die Querschnittsbreite sehr unterschiedlich verteilt gewesen sind Die Ergebnisse der Messung vom August 2006 zeigen dass die BT Wege nur im linken Teil des Quer schnitts von den Lageinformationen der Totalstation abweichen Im rechten Bereich de
10. Seilkrananlage best ckt mit sechs Flaschen zu je zwei Liter Inhalt Delfter Flasche f r die Entnahme von grobk rnigeren Schwebstoffen Pumpen zur Durchf hrung von Vielpunktmessungen Alternativ dazu kann beispielsweise der US P61 Suspended Sediment Sampler FISP verwendet werden Abb 3 1 ein isokinetisches Entnahmeger t das im ster reichischen Alpenvorland sehr erfolgreich eingesetzt wird und Haimann 2007 An den gro en schiffbaren Gew ssern Deutschlands werden Schwebstoffpro ben von Schiffen oder Booten aus mit Pumpen gewonnen Abbildung 3 1 Schwebstoffprobenentnahme mit einem US P61 Suspended Sediment Sampler Messger t des hydrographischen Dienstes Tirol 9isokinetisch bedeutet geschwindigkeitsgleich Auf diese Weise wird verhindert dass durch die Pro bennahme eine Ver nderung der Konzentration oder eine Fraktionierung stattfindet und das Messergebnis verf lscht wird 29 3 Entwicklung der Messtechnik Auswertung gewonnener Wasserproben Entnommene Wasserproben k nnen entweder volumetrisch oder gravimetrisch aus gewertet werden Die volumetrische Methode ist ausschlie lich f r die Auswertung mineralischer Schwebstoffe geeignet DVWK125 1986 Die gut durchmischte Was serprobe wird in einen Imhoff Trichter DIN38409 1980 gef llt nach zwei Stunden Absetzzeit wird die Menge der Feststoffe die sich im Bereich der Trichterspitze ab gesetzt hat ber eine Skala abgelesen Im Rahme
11. iges langsames Ziehen des ADCP ber den Gew sser querschnitt Mit Hilfe der Seilkrananlage ist daf r keine menschliche Kraftanstren gung erforderlich au erdem sorgt die gleichm ige beliebig langsame berfahrtge schwindigkeit f r eine hohe gleichm ig verteilte Datendichte 6 3 2 1 Situation im Messquerschnitt Der einzige bayerische Pegel an der Tiroler Achen befindet sich bei Fkm 9 23 na he der Gemeinde Staudach Egerndach und wird vom Wasserwirtschaftsamt WWA Traunstein betrieben Der Querschnitt liegt zwischen einer Linkskurve und einer lang gestreckten Rechtskurve des Flusses zirka 150 m unterhalb einer Stra enbr cke Abb 6 38 Die vom Bayerischen Landesamt f r Umwelt f r den Pegel Staudach an der Tiroler Achen angegebenen Abflussj hrlichkeiten sowie die Wasserstandsmittel und H chst werte LfU 2008 sind in Tab 6 5 zusammengestellt Relativ weiche meist dunkle Gesteine bestehend aus einer tonigen Grundmasse mit Quarz Feld spat Kiesel oder Tonschiefern und Gesteinsbruchst cken 139 6 ADCP Messungen H he m NN 535 5 535 0 534 5 4 534 0 4 533 5 4 533 0 532 5 4 0 10 20 30 40 Breite m MW 533 95 m NN Abbildung 6 38 Lage des Pegels Staudach sowie Form des Pegelquerschnitts NQ 13m s NW 533 45 m NN MQ 35 m s MNW 533 56 m NN HQ _ 350 m s MW _ 533 95 m NN HQs _ 440 m s MHW 536 46 m NN
12. 0 011451 Ty 0 380667 4 15 To Stromst rke A 33Benannt nach dem sterreichischen Physiker Ludwig Boltzmann erlaubt die Boltzmannkonstante die Berechnung der mittleren thermischen Energie eines Teilchens aus der Temperatur 58 4 2 ADCP Messtechnik Ty Stromspannung V Stromst rke und Stromspannung k nnen aus den Rohdaten des ADCP ausgelesen werden Es wird in der Literatur jedoch nicht angegeben wo genau im ADCP diese Werte gemessen werden und ob die Messgr en noch mit einem Faktor f r die Ef fektivit t der Signalgeber Beams multipliziert werden m ssen Die Berechnung von Tp anhand Glg 4 15 ist daher auch mit gewissen Unsicherheiten behaftet Alternativ zur rechnerischen Ermittlung der bertragungsleistung werden in der Literatur ver schiedene Angaben zu ihrer Gr e gemacht So sind beispielsweise in f r verschiedene Ger tetypen die Werte von Ppgw 10 lg Tp angegeben In Wall sind Aussagen ber die bertragungsleistung von zwei Ger ten vom Typ Workhorse RioGrande mit einer Frequenz von 1200 kHz zu finden Tabelle gibt eine bersicht ber die Gr enordnung sowie die Streuung dieses Parameters in der Literatur Autor Ger tetyp Frequenz Sendeleistung Konstante C Deines Workhorse Sentinel 300 kHz 25 Watt 143 5 dB Deines Workhorse RioGrande 600 kHz 8 Watt 139 3 dB Wall Workhorse Sentinel 600 kHz 60 98 Watt Deines Workhorse Sentinel 1200 kHz 3 Watt 129 1 dB
13. Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr N N N N N N N a aa ra Ti has gt ra vV 82 Symposium Planung und Realisierung im Wasserbau Vergleich von Zielvorstellungen mit den Ergebnissen Garmisch Partenkirchen 15 17 Oktober 1998 83 Hauger Stefan Verkehrssteuerung auf Binnenwasserstra en Ein Beitrag zur Optimierung der Schleusungsreihenfolge in Stillwasserkan len und staugeregelten Fl ssen 1998 84 Herbrand Karl Schiffahrtstechnische Untersuchungen der Versuchsanstalt Obernach Ein R ckblick auf ein traditionelles Untersuchungsgebiet der VAO 1998 85 Hartlieb Arnd Offene Deckwerke Eine naturnahe Methode zur Sohlstabilisierung eintiefungsgef hrdeter Flu abschnitte 1999 86 Spannring Michael Die Wirkung von Buhnen auf Str mung und Sohle eines Flie gew ssers Parameterstudie an einem numerischen Modell 1999 87 Kleist Frank Die Systemdurchl ssigkeit von Schmalw nden Ein Beitrag zur Herstellung von Schmalw nden und zur Prognose der Systemdurchl ssigkeit 1999 88 Lang Tobias Geometrische Kriterien zur Gestaltung von Kraftwerkseinl ufen Experimentelle Untersuchungen an Rohr S Turbine und Durchstr mturbine 1999 89 Aufleger Markus Verteilte faseroptische Temperaturmessungen im Wasserbau 2000 90 Knauss Jost Sp thelladische Wasserbauten Erkundungen zu wasserwirtschaftlichen Infrastrukturen der
14. Obwohl sich die Tiroler Achen und der Inn in vielen Aspekten unterscheiden wei sen sie eine gemeinsame Besonderheit auf Beide Gew sser transportieren beachtliche Mengen an Schwebstoffen was weitreichende Konsequenzen mit sich bringt Im Ge gensatz zum Inn f hren die hohen Sedimentfrachten an der Tiroler Achen nicht zu Problemen in der Bewirtschaftung bzw im Unterhalt von Stauanlagen Hier liegen die Herausforderungen die es zu meistern gilt auf dem Gebiet der kologie des Tourismus und der langfristigen Bewirtschaftung des Chiemsees 6 3 1 1 Einzugsgebiet der Tiroler Achen Ihren Ursprung hat die Tiroler Achen in den Kitzb hler Alpen in sterreich Sie ent steht durch den Zusammenfluss der Kitzb hler Ache mit der Reither Ache und der Fieberbrunner Ache Die ersten 55 km legt die Tiroler Achen im Bezirk Kitzb hel 137 6 ADCP Messungen auf sterreichischem Staatsgebiet zur ck wo sie noch einige Vorfluter aufnimmt Da nach berquert sie die deutsch sterreichische Grenze und flie t weitere 24 km durch den Landkreis Traunstein bevor sie in den Chiemsee m ndet Die Tiroler Achen ist ein sommerkaltes alpines Gew sser das durch eine starke Abflussdynamik und wie bereits erw hnt hohe Schwebstofftransportraten charakterisiert wird Das Ab flussgeschehen konzentriert sich auf die Monate April bis August in denen 58 des Jahresabflusses sowie 78 der Jahresschwebstofffracht transportiert werden Die mittlere Schw
15. Durch die Regulierung der Fl sse und die Begradigung ihres Laufs wird das mittle re Flie gef lle erh ht Dies f hrt zu steigenden Sohlschubspannungen was teilweise massive Eintiefungen der Flusssohle zur Folge hat Durch das Abtrennen nat rlicher berschwemmungsfl chen fehlt deren positive Retentionswirkung w hrend Hochwas ser die Hochwassabfl sse werden gr er die Wellen steiler und die Wellengeschwin digkeiten gr er Auch diese Ver nderung beeinflusst die Morphologie der Flusssohle dahingehend dass es h ufiger zu Eintiefungen kommt Der Bau von Speichern und Ausleitungsbauwerken hat in erster Linie eine erhebliche Reduktion der Abflussva riabilit t zur Folge Vor allem gr ere Abfl sse werden durch die Bauwerke gekappt oft kommt es zum vollst ndigen Trockenfallen des verbleibenden Gew sserabschnitts Auch diese Ver nderungen haben erheblichen Einfluss auf die Morphologie der be troffenen Gew sser lvom griechischen anthropos Mensch und von genese Erzeugung Erschaffung Alles vom Men schen Beeinflusste Verursachte oder Hergestellte Als Gegensatz zu anthropogen wird h ufig der Begriff nat rlich verwendet Viele Einfl sse auf die Umwelt k nnen sowohl anthropogen als auch nat rlich bedingt sein wobei eine eindeutige Abgrenzung nicht immer m glich ist 2 Aktueller hydromorphologischer Zustand der Flie gew sser Im Folgenden werden die Auswirkungen von Querbauwerken auf die Gew ssermor phologie um
16. m s Demnach ist die messbare Frequenzverschiebung Af des Schallimpulses je gr er desto gr er die Relativgeschwindigkeit v zwischen Schallquelle Ausbreitungsmedium bzw Empf nger ist 4 2 ADCP Messtechnik Ultraschall Doppler Ger te werden immer h ufiger zur Erfassung von Str mungs geschwindigkeiten im Rahmen des Gew ssermonitorings eingesetzt Die Ger te ar beiten dabei als Sender und Empf nger Wichtigste Voraussetzung zur Anwendung dieser Technik ist das Vorhandensein von Partikeln in der Wassers ule die die akus tischen Signale reflektieren Man geht dabei davon aus dass sich diese Partikel mit der gleichen Geschwindigkeit fortbewegen wie das Wasser auch Die Ultraschallim pulse werden an den Partikeln im Wasser entweder absorbiert oder in alle Richtungen reflektiert Die Reflexionen eines kleinen Teils der ausgesendeten Signale werden vom Messger t wieder aufgefangen und k nnen ausgewertet werden 37 4 Ultraschall Doppler Technik 4 2 1 Das Ultraschall Dopplerger t vom Typ Workhorse RioGrande von Teledyne RD Instruments Ultraschall Doppler Ger te zur messtechnischen Erfassung von Relativgeschwindig keiten werden derzeit von verschiedenen Firmen wie z B Teledyne RD Instruments RDN Nortek Sontek 7 oder OTT 3 angeboten F r die Untersuchungen die dieser Arbeit zugrunde liegen wurde ein Acoustic Doppler Current Profiler ADCP der Firma RDI verwendet Die folgenden Ausf hrungen beziehen sich
17. men und danach von Mitarbeitern des WWA Traunstein ausgewertet Abb 6 51 Die ADCP berfahrten an diesem Tag wurden zwischen 15 15 15 45 durchgef hrt Der Abfluss lag zu Beginn der Schwebstoffmessung bei 158 m s erreichte gegen Mittag seinen Maximalwert von 192 m s und fiel dann bis zum Ende der ADCP Messungen leicht ab Durch die Abflussschwankungen w hrend und zwischen den einzelnen Messungen k nnen die Ergebnisse zwar miteinander verglichen werden die Vorgehensweise ist jedoch mit gewissen Unsicherheiten behaftet weil davon ausge gangen werden muss dass sich vor allem w hrend des Ablaufs von Hochwasserwellen mit dem Abfluss auch die Schwebstoffkonzentrationen ndern Abbildung ist zu entnehmen dass die Schwebstoffkonzentrationen im August 2006 trotz des geringeren Abflusses w hrend der Messungen um einiges gr er waren als im Mai 2007 Der Grund daf r ist in der zeitlichen Entwicklung des Abflusses vor den Messungen zu suchen Wurden die Messungen am 8 August 2006 w hrend des ab steigenden Astes einer Hochwasserwelle mit Omar 7 400 m s durchgef hrt erfasste man im Mai 2007 mit etwa 190 m3 s fast den Scheitel der Hochwasserwelle Aufgrund der starken Auswirkungen der jeweiligen Abflussvorgeschichte auf die Schwebstoffkon zentrationen im Querschnitt ist es nicht m glich eine direkte Beziehung zwischen den Gr en Abfluss und Schwebstoffkonzentrationen aufzustellen 160 6 3 ADCP Messungen an der Tirol
18. mung in Querschnittsmitte was zu erh hten Flie ge schindigkeiten und somit zu einer verst rkten Mobilisierung der Ablagerungen f hrt stellte fest dass nach dem Erreichen des morphologischen Gleichge wichts zwar keine dringenden Bewirtschaftungsma nahmen mehr zu egreifen sind jedoch ein effizientes Monitoring u erst wichtig ist wenn man auch in Zukunft die Betriebssicherheit der Anlagen gew hrleisten und Prognoserechnungen mit numeri schen Modellen durchf hren m chte Vol Mio m 16 Leitdamm 14 sa 12 HQ 1985 10 Leitdammbau H A re 1982 85 8 198285 6 4 2 0 Lj Lj 1 940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 a Verlandung des Stauraums Egglfing b Luftbild des Stauraums bei HQ Abbildung 6 14 Situation im Stauraum des Kraftwerks Egglfing 1T ber den Querschnitt werden ein Kraftwerksblock und ein Wehlfeldblock angeordnet 100 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn Schon vor Jahrzehnten wurde erkannt dass es notwendig ist die Verringerung der Abflussquerschnitte in die Berechnungen der Staukurven miteinzubeziehen und die zu erwartenden neuen Gleichgewichtssohlen zu erfassen Basierend auf Untersuchungen der bereits damals schon im Gleichgewicht befindlichen Staur ume Gars und Teu felsbruck wurde f r die Schwebstoffanlandungen eine charakteristische Grenzschlepp spannung von m 3 N m
19. te werden in vielen Gebieten der Wissenschaft beispielsweise in der Medizin Jensen et al 2006 zur Geschwindigkeitsmessung eingesetzt Je nach Verfahren werden daf r entweder die Laufzeiten oder die Frequenz nderungen der Schallwellen ausgewertet 4 1 Physikalische Grundlagen Physikalisch gesehen kann Schall als eine St rung im Druckfeld eines leitenden Me diums beschrieben werden Die Molek le des Leiters werden in periodische Schwin gungen versetzt wodurch es zu Dichte und Druck nderungen kommt 4 1 1 Schallausbreitung Die Bereiche h heren und niedrigeren Drucks Wellenberge und Wellent ler breiten sich in ruhenden Gasen und Fl ssigkeiten als Longitudinalwellen in festen K rpern auch als Transversalwellen aus Im Vakuum gibt es keine Schallausbreitung Die Schallgeschwindigkeit c ist von den Materialeigenschaften des Ausbreitungsmediums sowie dem Druck und der Temperatur abh ngig Sie ist in Festk rpern am gr ten und in Gasen am kleinsten Formeln zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit werden unter anderem in Grosso und Mader 1972 angegeben Tabelle beinhaltet eine Zusammenstellung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit in S wasser und in Luft bei verschiedenen Temperaturen 2Physikalische Welle auch L ngswelle genannt die in Ausbreitungsrichtung schwingt l3Physikalische Welle die senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung schwingt 33 4 Ultraschall Doppler Technik T
20. und Sohlkontrollen in den Fluss staur umen der Drau sterreichische Wasser und Abfallwirtschaft 54 11 12 S 199 204 Stimpfl G B 2006 Schwebstoffmonitoring an Mur und Raab Diplomarbeit In stitut f r Wasserwirtschaft Hydrologie und konstruktiven Wasserbau Department f r Wasser Atmosph re Umwelt an der Universit t f r Bodenkultur Wien Urick R 1975 Principles of Underwater Sound for Engineers McGraw Hill Book Company Wall G R Nystrom E A und Litten S 2006 Use of an ADCP to Compute Suspended Sediment Discharge in the Tidal Hudson River New York Scientific Investigations Report 5055 United States Geological Survey Westrich B 1981 Verlandung von Flu stauhaltungen Wasserwirtschaft 71 10 S 277 282 WHG 2002 Wasserhaushaltsgesetz J rgen Trittin Bundesminister f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Bundesgesetzblatt Jahrgang 2002 Teil I Nr 59 ausgegeben zu Bonn am 23 August 2002 WRRL 2000 Richtlinie 2000 60 EG des Europ ischen Parlaments und des Rates Europ ische Wasserrahmenrichtlinie WRRL 2006 Good practice in managing the ecological impacts of hydropower schemes flood protection works and works designed to facilitate navigation under the Water Framework Directive Konferenz der Wasserdirektoren Technical Paper WWA D 2008 Wertach vital nat rlich f r Augsburg URL www wwa don bayern de service infomaterial doc wer
21. zwischen 462 4 und 462 9 m NN Die massive Sohlerosion w hrend des Augusthoch wassers f hrte jedoch zu erheblich gr eren Flie querschnitten als im Juli Dies hatte kleinere Flie geschwindigkeiten und kleinere Schubspannungen zur Folge Deshalb ist die ermittelte Geschiebegeschwindigkeit w hrend der Augustmessung niedriger als im Juli Die Untersuchung zeigt sehr deutlich wie wichtig die Messung der aktuellen Sohlenh hen f r die korrekte Erfassung der jeweiligen Abflusssituation ist 6 2 5 3 Echointensit ten und Schwebstoffkonzentrationen Wie bereits in Kap beschrieben k nnen ADCP Messungen auch zur Auswer tung in Hinblick auf Schwebstoffkonzentrationen verwendet werden F r quantitati ve Aussagen sind hier jedoch konventionell durchgef hrte Vergleichsmessungen zur Eichung der ADCP Daten erforderlich Derartige Messungen konnten im Messquer schnitt unterhalb der Nu dorfer Br cke nicht durchgef hrt werden Es liegen ledig lich die Ergebnisse von Einpunktmessungen vor Wie bereits in Kap 6 2 2 beschrieben wurde werden am Pegel Oberaudorf in regelm igen Abst nden Einpunktproben von der Wasseroberfl che entnommen und die Schwebstoffkonzentrationen ermittelt Die Konzentrationswerte w hrend der Zeitfenster der ADCP Messungen sind in Tab noch einmal zusammengefasst Abbildung beinhaltet die vom ADCP w hrend der Messfahrten an der Nu dor fer Br cke erfassten Echointensit ten T Glg 4 22 Dabei handelt es sich um
22. 2005 ist auch die Formel zur Berechnung der Partikeld mpfung enthalten ADCPs k nnen im Gegensatz zu mehrfrequenten Messger ten Smerdon 2007 nicht unterscheiden ob Ver nderungen in der Intensit t des Echosi gnals von Ver nderungen in der Konzentration oder in der Kornverteilungskurve der Schwebstoffe stammen und Reichel und Nachtnebel 1993 Deshalb werden Informationen ber den Korndurchmesser und die Schwebstoffkonzentration ben tigt Nach 2006 besteht zwischen der Konzentration fluvialer Sedi mente und der Partikeld mpfung ein linearer Zusammenhang w hrend der Partikel durchmesser mit der sechsten Potenz Eingang findet Eine M glichkeit der Erfassung der ben tigten Informationen bieten OBS Messungen und LISST Messungen die Aufschluss ber die Konzentration sowie die Kornverteilung der Schwebstoffe geben Alternativ dazu k nnen auch Schwebstoffproben entnommen werden und im Nach gang der ADCP Messung im Labor ausgewertet werden Weil die absolute R ckstreuung und in weiterer Konsequenz auch die Schwebstoff konzentrationen von der Partikeld mpfung ag abh ngig sind diese aber wiederum von den Schwebstoffkonzentrationen abh ngig ist kann man die Fragestellung nicht explizit l sen sondern muss sich dem Ergebnis iterativ n hern In der ersten Zelle eines ADCP Messensembles wird die absolute R ckstreuung zuerst nur unter Ber ck sichtigung der Wasserabsorption ermittelt Daraus ermittelt man mit Hilfe e
23. 32768 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 77 5 27 37 cm NONE dB 0 45 0 430 0 77 205 12 349 84 36 2 201 9 11 0 2 1 115 9 115 9 119 1 116 4 100 0 00 1 02 188 34 351 36 28 3 186 2 2 9 4 7 114 8 114 8 118 0 116 2 100 0 00 1 27 206 57 352 49 27 0 204 8 4 5 32 4 112 8 112 8 115 1 113 7 100 0 00 Abbildung 5 3 Aufbau des Messensembles Nr 1250 mit Referenz BT oben 35 1 5 H 4 6 5 7 8 9 gt oxND Ho at RA UO N I N mo om Qo w N Ei p und NONE unten im ASCII Out Format aufsummierter zur ckgelegter Weg vom Start m verstrichene Zeit seit dem Start s zur ckgelegte Distanz nord s d ost west schr g m GPS Lagedaten Breitengrad L ngengrad Distanz zum Startpunkt Abflussanteile gemessen Oberfl und Sohle extrapoliert m s extrapolierte Abflussanteile an den beiden Ufern m s Abstand zwischen beiden Ufern und dem Start bzw Endpunkt der berquerung m Ausdehnung des messtechnisch erfassten Tiefenbereichs m obere untere Grenze Anzahl der Tiefenzellen Einheit cm oder ft Referenz BT NONE GGA oder VTG Einheit der Intensit t dB oder count Intensit tsskalierungsfaktor dB count Schallabsorptionsfaktor dB m Tiefe der jeweiligen Tiefenzelle m Absolutwert der Flie geschwindigkeit m s Richtung des Geschwindigkeitsvektors Geschwindigkeitskomponenten m s ost west nord s d vertikal Fehler R ckstreuintensit ten Beam 1 4 dB oder count je nach Einstel
24. 6 17 Messquerschnitt an der Nu dorfer Br cke am Inn Zur Validierung der ADCP Messungen konnte auf die angegebenen Durchfl sse an den Staustufen Oberaudorf Fkm 211 3 und Nu dorf Fkm 198 7 sowie auf die an den amtlichen Pegeln Oberaudorf Fkm 211 0 und Rosenheim Fkm 185 5 ermit telten Abflusswerte zur ckgegriffen werden Einzig nennenswerter Zufluss zwischen dem Kraftwerk bzw dem Pegel Oberaudorf und der Messstelle ist der Euzenauer Bach der bei Fkm 203 7 in den Inn m ndet F r dieses Gew sser wird ein MHQ von 6 m s angegeben Da dieser Abfluss innerhalb der Ungenauigkeit der zur Verf gung stehenden Abflusswerte am Inn liegt k nnen der Zufluss vernachl ssigt und die an gegebenen Werte des Kraftwerks und des Pegels Oberaudorf ohne weitere Anpassung f r die Messstelle bernommen werden Auch die Flie zeiten zwischen den beiden Stationen sind aufgrund der geringen Flie l nge von nur zw lf Kilometern vernach l ssigbar Zwischen dem Messquerschnitt und dem Pegel Rosenheim liegen 13 7 Fkm Auf dieser Strecke m nden der Steinbach Fkm 198 5 der Kirchbach Fkm 193 5 und die Rohrdorfer Achen Fkm 186 0 in den Inn Vergleicht man die J hrlichkeiten der beiden Pegel Oberaudorf und Rosenheim Tab 6 2 so ist erkennbar dass die genannten Zufl sse sowie die diffusen Eintr ge aus dem Zwischeneinzugsgebiet bei niedrigen bis mittleren Abfl ssen zwar ihren Beitrag zum Abflussgeschehen am Inn leisten w hrend extremer Hochwasserer
25. A lt 1 beschr nken F r ADCPs mit 600 kHz bzw 1200 kHz Arbeitsfre quenz ergibt sich f r die Schwebstoffkonzentrationsauswertung somit folgendes Korn gr enspektrum Tab 4 5 OO rdp X 0 1 1 0 600 kHz 0 076 mm 0 764 mm 1200 kHz 0 038 mm 0 382 mm Tabelle 4 5 Partikelgrenzdurchmesser dp des Rayleigh Regimes 68 4 2 ADCP Messtechnik 4 2 6 Erfassung des Geschiebetriebs Zus tzlich zu den bereits beschriebenen Anwendungsfeldern der ADCP Technik be sch ftigen sich aktuelle Untersuchungen mit der Frage ob die vom ADCP aufge zeichneten Bottom Track Daten auch in Hinblick auf Geschiebebewegungen ausge wertet werden k nnen Wie in Kap 4 2 3 3 beschrieben wurde zeichnet der ADCP mit Hilfe eines ger teinternen Kompasses seine jeweilige Ausrichtung in Bezug auf die magnetische Nordrichtung w hrend einer Messung auf Die Auswertung des Bottom Track Signals erm glicht die Berechnung der eigenen Geschwindigkeit ber Grund vorausgesetzt die Sohle befindet sich in Ruhe Aus der Kombination dieser beiden Messgr en kann der Weg des ADCP ber Grund ermittelt werden Durch Geschie betrieb werden die Messungen verf lscht weil der ADCP die Bewegung des Sohlmate rials als Eigenbewegung stromaufw rts interpretiert Abb 4 9 entwickelten ein Konzept wie diese Verf lschung der Messwerte ber cksichtigt werden kann Kap 4 2 4 Alternativ dazu kann der vom ADCP berechnete Mess
26. Angabe muss auf GGA GPS Format umge ndert werden Die folgenden Zeilen die die erfassten Daten in den einzelnen Tiefenzellen enthalten sind bei Referenz NONE mit Messwerten gef llt bei Referenz BT enth lt die Aufstel lung anstatt der Flie geschwindigkeiten nur Fehlerwerte 32768 Der Grund daf r liegt in der misslungenen Erfassung der ADCP Bewegung mit dem BT Signal siehe Zeile 2 was eine Umrechnung der Relativgeschwindigkeiten in Absolutgeschwindig keiten unm glich macht Aus diesem Grund m ssen die Geschwindigkeiten mit Refe renz NONE anhand der Lageinformationen der Totalstation umgerechnet und in die Datens tze integriert werden Dies soll an einem Beispiel erl utert werden Die Totalstation zeichnete w hrend des Zeitfensters in dem der ADCP das Ensemble Nr 1250 erfasste die in Tab 5 1 dargestellten Lageinformationen auf Aus diesen Daten k nnen f r das Ensemble Nr 1250 die Geschwindigkeiten des ADCP Tr gerger tes ber Grund ermittelt und die relativen Flie geschwindigkei ten aus dem ASCIH Out File mit Referenz NONE in absolute Fie geschwindigkeiten umgerechnet werden Die Umrechnung der relativen Flie geschwindigkeiten wird am Beispiel der Messzelle in 1 27 m Tiefe durchgef hrt 82 5 3 Tool zur Verkn pfung der ADCP Daten mit Lageinformationen Zeit Rechtswert Hochwert L nge Breite H he 11 58 44 4510336 537 5289082 454 12 1378403 47 7408419 463 215 11 58 4
27. Ergebnisse werden unterteilt in Top Q Measured Q Bottom Q Left Q Right Q und dem sich daraus ergebenden Gesamt durchfluss Total Q dargestellt 5 1 2 Playback Mode Im Nachgang der Messung k nnen die abgespeicherten Daten im so genannten Play back Mode wieder ge ffnet und abgespielt werden Verschiedene Angaben zu den Be dingungen w hrend der Messung wie zum Beispiel die Uferform der Abstand zu den Ufern die Eintauchtiefe des ADCP oder das Verfahren zur Extrapolation der Daten in die messtechnisch nicht erfassbaren Randbereiche k nnen im Nachhinein ge ndert werden Die vom ADCP aufgezeichneten Daten k nnen auf verschiedene Referenzmessungen BT NONE oder GPS bezogen werden 75 5 Mess und Auswerteprogramme ASCII Outputfiles F r eine Weiterbearbeitung bzw Auswertung der Messdaten des ADCP k nnen die Ergebnisse im ASCII Format exportiert werden 9 2 AGILA Das Programm AGILA wurde von der Bundesanstalt f r Gew sserkunde BfG entwi ckelt Die Software arbeitet mit ASCII Files wie sie aus WinRiver exportiert werden k nnen und dient der Auswertung von ADCP Messungen nach der Pegelvorschrift Aufgezeichnete Daten von verschiedenen Messeins tzen k nnen in einer relationalen Datenbank geordnet nach Gew sser Messstelle Da tum und Uhrzeit systematisch abgelegt werden Die M glichkeit der tabellarischen und grafischen Darstellungen der wichtigsten Messergebnisse gibt eine schnelle ber sicht
28. Feldkirchen w hrend des Hochwassers 1999 6 2 2 Randbedingungen f r die ADCP Messungen Die Ergebnisse der bereits vorgestellten Untersuchungen wurden unter anderem dazu verwendet um eine m glichst g nstige Stelle f r die geplanten ADCP Messungen am Inn zu bestimmen Die Wahl fiel auf den Stauraum Nu dorf f r den im Vergleich mit den restlichen Innstaustufen der h chste Sohlaustrag ermittelt worden war 6 2 2 1 Situation im Messquerschnitt Knapp 500 m oberhalb der Staustufe Nu dorf berquert die St 2359 bei Fkm 199 2 den Inn Die Br cke f hrt nahezu rechtwinkelig ber den Fluss Das Bauwerk wird von zwei ber die Breite gleichm ig angeordneten Pfeilern getragen Durch die M g lichkeit den ADCP von der Br cke aus ber den Fluss zu ziehen eignet sich dieser Querschnitt gut f r die geplanten Messungen Wie Abb zeigt weist der Inn in diesem Bereich bei Einhaltung des Stauziels eine Breite von 120 m und eine mittlere Flie tiefe von zirka 5 7 m auf Im Sohlverlauf des trapezf rmigen Querschnitts f nf Meter unterstrom des Br cke sind die Pfeilerkolke noch sehr gut zu erkennen 20 m unterhalb des Bauwerks sind sie bereits verschwunden Abb 6 17 104 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn H he m NN 10 fach berh h nn 5m unterhalb der Br cke 20m unterhalb der Br cke A id Preilerkolke Ni Ah 60 80 100 Breite m Abbildung
29. Gew sser Der Ist Zustand kann so exakt erfasst und die morphologische Situation des betref fenden Gew sserabschnitts beurteilt werden Die gewonnenen Informationen werden beispielsweise zur Kalibrierung und Validierung numerischer Modelle verwendet Zu dem kann im Rahmen eines Monitoringprogramms mit Hilfe von Naturmessungen berpr ft werden ob die durchgef hrten Ma nahmen die erwarteten Auswirkungen und die gew nschte nachhaltige Verbesserung der Situation erbracht haben 2 1 2 Flusssperren Sind in einem Gew sser keine gro en Kopfspeicher vorhanden so gelangen die nat r lichen Sedimenteintr ge aus den alpinen Einzugsgebieten ungehindert in die Fluss mittel und Unterl ufe Aber auch hier wurde w hrend der letzten Jahrzehnte die nat rliche Durchg ngigkeit des Gew ssers durch die Errichtung zahlreicher Querbau werke unterbrochen Der Aufstau an einer Flusssperre bewirkt eine lokale Reduktion des Energiegef lles Verursacht wird diese durch die Erh hung der Wassertiefen bis zu einem Faktor von zirka f nf sowie die Reduktion der Flie geschwindigkeiten etwa bis zum Faktor zehn 1981 Die soeben beschriebenen Ver nderungen der Str mungscharakte ristik bewirken eine Ablagerung der transportierten Feststoffe im Oberwasser der Bauwerke Einfluss auf den Sedimentationsprozess haben der Feststoffeintrag in den Stauraum die Gr e des gestauten Wasserk rpers und die Durchstr mcharakteristik des Stauraums Generell werden
30. Gleichgewichtszustandes Wasserwirt schaft 69 2 S 50 56 Ahammer H 1979b Versuch einer Erfassung des zeitlichen Ablaufs der Verlan dung von Stauhaltungen Beispiel Inn Wasserwirtschaft 69 7 S 243 248 Alpreserv 2007 Sustainable Sediment Management of ALPine RESERVoirs consi dering ecological and economical aspects URL http www alpreserv eu On line Stand 10 03 2008 BayGewZustVO 2004 Bayerische Gew sserbestandsaufnahme und zustandseinstufungsverordnung Dr Edmund Stoiber Bayerischer Minister pr sident bayerisches Gesetz und Verordnungsblatt Nr 5 2004 M nchen den 15 M rz 2004 BayWG 1994 Bayerisches Wassergesetz in der Fassung der Bekanntmachung vom 19 Juli 1994 mit nderungen bis 2007 Bayerische Staatsregierung Borucki H 1989 Einf hrung in die Akustik Wissenschaftsverlag Burz J 1967 Verteilung der Schwebstoffe in offenen Gerinnen in Symposium on River Morphology S 279 296 Deines K L 1999 Backscatter Estimation Using Broadband Acoustic Doppler Current Profilers Oceans 99 MTS IEEE Conference Proceedings 175 Literaturverzeichnis Demel S und Amesmaier Ch 2007 Entlandungssituation an steirischen Wasser kraftwerken in Wasserbausymposium Graz 2006 Stauhaltungen und Speicher Von der Tradition zur Moderne 46 1 Schriftenreihe zur Wasserwirtschaft Techni sche Universit t Graz S 194 209 DIN18123 199
31. Klausotto H usler Erich Abflu induzierte Schwingungen an Zugsegmenten Ursachen Sanierung und allgemeine Folgerungen Herbrand Karl Renner Dietrich Aufnahme und Wiedergabe der Bewegung von Schwimmk rpern mit einem Video Me system Keller Andreas Messungen des Kavitationskeimspektrums im Nachstrom eines Schiffes die ersten Gro ausf hrungsmessungen mit der Laser Streulichtmethode Knauss Jost Neuere Beispiele f r Blocksteinrampen an Flachlandfl ssen Scheuerlein Helmut Der gelbe Flu nach wie vor Chinas Sorge oder die Unerbittlichkeit der Natur gegen ber 4000 Jahren menschlicher Bem hungen Seus G nther J Nochmals Das Muskingum Verfahren Finger bungen zu einem bekannten Thema als gradus ad parnassum sowie neue Gedanken zur Interpretation des Anwendungs bereiches und eine L sung des Problems der Nebenfl sse Treske Arnold Hochwasserentlastung an D mmen Zwei konstruktiv hnliche L sungen im Modellversuch 1981 vergriffen Schmitz Gerd Instation re Eichung mathematischer Hochwasserablauf Modelle auf der Grundlage eines neuen L sungsprinzips f r hyperbolische Differentialgleichungs Systeme 1981 vergriffen Scheuerlein Helmut Der wasserbauliche Modellversuch als Hilfsmittel bei der Bew ltigung von Verlandungsproblemen in Fl ssen Knauss Jost Rundkronige und breitkronige Wehre hydraulischer Entwurf und bauliche Gestaltung Keller Andreas Ma stabseffekte bei der Anfangskavitation 1983 vergriffen Renner
32. Messungen Am Pegel Staudach wurden w hrend der Sommermonate 2006 und 2007 mehrere ADCP Messungen durchgef hrt Die Eins tze konzentrierten sich auch hier auf Si tuationen mit erh htem Abfluss Im Rahmen dieser Arbeit werden die Auswertungen der Messeins tze am 8 August 2006 am 9 Mai 2007 und am 10 Juli 2007 Abb vorgestellt Q m is WSP m NN 200 538 180 160 537 140 120 N 536 100 in 80 m x nt 535 60 40 4 534 533 09 05 2007 10 07 2007 Abbildung 6 40 Abfluss und Wasserstand w hrend der drei ADCP Messungen am Pegel Staudach an der Tiroler Achen Zur Validierung der vom ADCP aufgezeichneten Messwerte konnten die am Pegel Staudach ermittelten Abfl sse verwendet werden Am 8 August 2006 und am 9 Mai 2007 wurden vor der ADCP Messung von der Br cke knapp oberhalb des Pegels Abb konventionelle Schwebstoffmessungen durchgef hrt Eine Abflussmessung mit einem hydrometrischen Fl gel wurde am 9 Mai 2007 vor und am 10 Juli 2007 142 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen nach dem ADCP Einsatz durchgef hrt Diese Daten wurden ebenfalls zur Validierung der ADCP Ergebnisse herangezogen Abbildung zeigt den zwischen Sommer 2006 und 2007 aufgezeichneten Ab fluss am Pegel sowie die Ergebnisse der in dieser Zeit durchgef hrten Schwebstoff Einpunktmessungen SSC mg l Q m s 4000 3000 20
33. Trichterf rmiges Glasgef mit genau definiertem Inhalt und Ableseskala mit Millilitereinteilung llyom griechischen araios d nn und metron Ma Messger t zur Bestimmung der Dichte bzw des spezifischen Gewichts von Fl ssigkeiten 30 3 5 Schwebstoffmessungen stoffgehalts ist die optische Messung der Tr bung Dabei kommen zwei verschiedene Messmethoden zum Einsatz Bei der Reflexionsmethode Streulichtmessung wird die durch Feststoffe im Wasser verursachte Reflexion von emittiertem Licht gemessen Bei der Transmissionsmessung Durchlichtmessung wird die Abschw chung des emittierten Lichts durch Feststoffteilchen im Wasser gemessen Da die Tr bung neben der Konzentration der Schwebstoffe auch von der Korngr e der Kornbeschaffenheit und von der Konzentration der im Wasser gel sten Stoffe abh ngig ist ist die berf hrung der erhaltenen Tr bungswerte in Schwebstoffkon zentrationen schwierig Zur Interpretation der Messergebnisse werden die Tr bungs messger te mit einer Formazinsuspension kalibriert Die Ergebnisse werden entweder in Relation zu den Kalibrierungswerten gesetzt FAU Formazin Attenuation Units FTU Formazin Turbidity Unit FNU Formazin Nephlelometric Units oder mit Hilfe von Korrekturfaktoren in Feststoffkonzentrationen umgerechnet Zur berpr fung der auf diese Art erhaltenen Ergebnisse sind konventionelle Vergleichsmessungen der Schwebstoffkonzentrationen erforderlich M
34. ansteigenden Astes der zweite Welle mehrere Messfahrten mit dem ADCP durchgef hrt werden Ger teeinstellungen Die ADCP Messungen am 08 August 2006 wurden mit folgenden Ger teeinstellungen durchgef hrt WM1 WP1 BM5 BP1 TPO00009 WS10 WNSO WF20 WV170 Im Mai 2007 wurde die Messzellentiefe von 10 auf 20 cm vergr ert Die Messfahrten wurden mit folgender Konfiguration durchgef hrt WM1 WP1 BM5 BP1 TP000020 WS20 WN25 WF20 WV205 W hrend der Messung am 10 Juli 2007 konnte der zur ckgelegte Messpfad des ADCP Tr gerbootes nicht mit externen Lagemessger ten aufgezeichnet werden Aus diesem Grund legte man pro Messensemble zwei Bottom Pings BP2 fest Dadurch sollte die Qualit t der BT Daten verbessert werden was sich auch positiv auf den dar aus berechneten Messweg mit Referenz BT auswirkt Folgende Ger tekonfiguration wurde f r die Messfahrten verwendet 145 6 ADCP Messungen WM1 WP1 BM5 BP2 TPO00009 WS20 WN15 WF20 WV205 Die Messpfade der drei ADCP Messungen sind in Abb dargestellt W hrend des Messeinsatzes im August 2006 berquerte das Tr gerboot mit dem ADCP und dem Prisma an Bord in einem Abstand von zirka sechs Metern stromabw rts des Tragseils der Seilkrananlage die Tiroler Achen Diese Position des Messger ts zum Zugseil der Seilkrananlage wurde w hrend der Messfahrten im Mai 2006 beibehalten Im Zuge des Messeinsatzes im Juli 2007 wurde der Abstand auf etwa vier Meter ver k rzt um
35. auch die auftretenden Frequenzverschie bungen nicht im gesamten Messbereich gleich sind muss zus tzlich noch bekannt 39 4 Ultraschall Doppler Technik sein in welcher Entfernung vom Messger t die akustischen Signale reflektiert wur den Diese Frage wird durch das so genannte Time Gating beantwortet Die Zeit zwischen Aussenden und Empfangen der Schallwellen wird aufgezeichnet und unter Miteinbeziehung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit die zur ckgelegte Entfernung berechnet Die gesamte Zeitspanne w hrend der R ckstreusignale empfangen und aufgezeichnet werden wird in einzelne Zeitfenster unterteilt alle innerhalb eines Zeit fensters ankommenden Daten werden derselben Tiefenzelle zugeordnet Abb 4 5 Ultraschall Doppler Ger t 2 Zeit fenster Abbildung 4 5 Unterteilung in Tiefenzellen durch Time Gating Da das ausgesendete akustische Signal eine gewisse Impulsl nge aufweist werden zu einer bestimmten Zeit T Reflexionen aus unterschiedlichen Entfernungen aufgezeich net Abbildung 4 5 veranschaulicht dieses Ph nomen Zum Zeitpunkt T verl sst die Spitze des Impulses den Sender durch die Impulsl nge verl sst das Ende erst zum Zeitpunkt T den Sender Aufgrund dieses Zeitversatzes erreicht der vordere Teil der Welle fr her eine bestimmte Tiefe als der hintere Teil Beobachtet man die Situation zu Beginn des 2 Zeitfensters so werden hier sowohl Reflexionen aus der Tiefe II vom Impulsanfang als auch a
36. auswerten zu k nnen mussten diese zuerst jeweils mit Referenz BT und Referenz NONE Kap in ASCII Dateien exportiert werden Die von der Totalstation aufgezeichneten Relativwerte wurden anhand bekannter Bezugspunkte in das Gau Kr ger Koordinatensystem transformiert Der Messweg vom 10 Juli 2007 wurde anhand der bekannten Koordinaten der Seilkrananlage des gemessenen Abstands zwischen dem Zugseil und dem ADCP Boot und der dokumen tierten Start und Endpunkte der berfahrten rekonstruiert und nach dem in Kap 5 3 beschriebenen Verfahren in die Datens tze integriert Die so erhaltenen Informationen wurden zusammengef hrt und in einer neuen ASCII Datei mit Referenz GPS abge speichert Diese Datens tze konnten mit der Software AGILA eingelesen und weiter ausgewertet werden 6 3 5 1 Mittlere Flie geschwindigkeiten und Abfl sse Am 8 August 2006 wurden insgesamt sechs Messfahrten durchgef hrt Die erste Querung musste aufgrund eines in Gew ssermitte angetriebenen Baumstamms un terbrochen werden die restlichen f nf Messfahrten konnten erfolgreich beendet und f r die anschlie ende Auswertung verwendet werden Abbildung 6 44 a zeigt den am Pegel aus den erfassten Wasserst nden berechneten Abfluss und die Einzelergebnisse der ADCP Fahrten mit Referenz BT und Referenz GPS Es ist zu sehen dass die Auswertung der erfassten Daten mit Referenz BT zu einer Untersch tzung der Ergebnisse f hrt Die unter Ber cksichtigung der extern erfas
37. bei idealen Messbedingungen Der erforderliche Zeitaufwand betr gt nur einen Bruchteil dessen was f r vergleichbare konventionelle Geschwindigkeitsmessun gen veranschlagt werden muss Des Weiteren erm glicht die Auswertung der ADCP Daten auch R ckschl sse auf zus tzliche Messgr en wie beispielsweise Geschiebegeschwindigkeiten und Schwebstoffkonzentrationen Als Nachteil im Vergleich zu herk mmlichen Methoden k nnen die hohen Anschaffungskosten und die erforderliche intensive Einarbeitung in die Messtechnik genannt werden Um bestm gliche Ergebnisse zu erzielen ist die Optimierung einer Vielzahl von Parametern und Einstellungen erforderlich wozu die Kenntnis aller w hlbaren Einstellungen und der jeweiligen Einsatzbereiche unerl sslich ist 3 3 Abflussmessungen Auch zur Erfassung des Abflusses stehen heute eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren und Methoden zur Verf gung Ihr Anwendungsbereich h ngt stark von den Randbedingungen im jeweiligen Gew sser ab Die direkte messtechnische Erfassung 23 3 Entwicklung der Messtechnik des Abflusses in der Einheit Volumen pro Zeit ist sehr aufw ndig und in den meisten F llen nicht in die Praxis umzusetzen Deshalb wird fast immer auf indirekte Me thoden zur ckgegriffen und der Abfluss aus anderen erfassten Messgr en wie der Flie geschwindigkeit und dem Wasserstand berechnet Direkte Messverfahren Zur direkten Abflussmessung z hlt die volumetrische Erfassung des Ab
38. berfahrtsrichtung Abbildung 6 33 Vergleich der BT Geschwindigkeitskomponenten mit den aus den dGPS Daten berechneten Geschwindigkeitsvektoren 1 Messung am 12 Juli 2005 127 6 ADCP Messungen v Flie richtung cm s vm dGPS vm BT 120 v BT 1 v BT 2 l f j v BT 3 a v BT 4 100 4 R gt v BT 5 o v BT 6 x vH 80 4 u o P Ey Ar T g al 60 Ah er S AN 29 lo u p 24 o ua W7 k FL 0 age 40 4 DL SEGEN a i AL Pen _ T oia En le 7 Be onh rg 20 1 j g SEE Ai ka o A R Be n l bE p uf m ut 20 ONS 0 20 40 60 80 100 120 Breite m a Komponenten in Flie richtung v berfahrtsrichtung cm s vm dGPS vm BT 80 v BT 1 v BT 2 1 v BT 3 a v BT 4 70 ji o v BT 5 v BT 6 x o Se 60 px E E E PF 50 h a a a Ho p T w o E t r z 4 h i m B gt 40 e MIAD E A zit et Yy Bier Sum ra 30 o mg y VA Ze j D A kei i oE 1 ax a S N SAd Vz ee IM Yat o o 3 g ER moi 1 N rS 380 Ag 20 An ji o Too Su ae z nb Mi Kd srt Ha 10 46 Zr ee s AS moe 6 T 2 T T T 0 20 40 60 80 100 120 Breite m b Komponenten in berfahrtsrichtung Abbildung 6 34 Vergleich der BT Geschwindigkeitskomponenten mit den aus den dGPS Daten berechneten Geschwindigkeitsvektoren 2 Messung am 12 Juli 20
39. ckstreust rke dB C Konstante dB Tr Temperatur C Tp Sendeleistung W L Wellenl nge des ausgesendeten Signals m R schr ge Entfernung zum Reflektor m a Absorptionsgrad Ko Umrechnungsfaktor dB Counts E aufgezeichneter Messwert RSSI Wert Counts E aufgezeichneter Messwert in vollkommen klarem Wasser Counts Die R ckstreust rke Sy entspricht dem Parameter TS in Glg Sie steht f r die Ver nderung des Signals durch die reflektierenden Partikel und ist von deren Beschaffenheit Gr e Dichte Form und Konzentration abh ngig Ist dieser Wert bekannt kann daraus auf die Schwebstffkonzentrationen in der jeweiligen Messzelle geschlossen werden Die Konstante C ist in Glg mit dem Grundrauschen oder dem Ambient Noise Level NL gleichzusetzen Der zweite Term lg Tr L Tpl steht f r den Source Level SL also die Lautst rke des ausgesendeten Signals Die beiden folgenden Terme bilden die bertragungsverlste 2 TL Dabei wird mit 20 lg R die D mpfung aufgrund geometrischer Ausbreitung des Signals ber cksichtigt 2 amp R beinhaltet die Absorption des Signals entlang des zur ckgelegten Wegs Der letzte Term beinhaltet den Reveberation Level RL also das vom Messger t emp fangene und aufgezeichnete Echosignal 97 4 Ultraschall Doppler Technik Die Konstante C h ngt von verschiedenen Ger teparametern der Boltzmannkonstan te33 und der Temperatur ab Sin
40. das Tr gerboot stabiler in der Str mung halten zu k nnen ein m gliches Schlingern zu verhindern und so den Messweg anhand der eingestellten konstanten berfahrtsgeschwindigkeit besser nachvollziehen zu k nnen Der Vergleich der erfass ten Lagedaten mit den bekannten Koordinaten der Seilkrananlage zeigt dass die von der Totalstation aufgezeichneten Messwerte eine zufrieden stellende Genauigkeit aufweisen GK Hochwert 5293820 08 08 2006 09 05 2007 5293815 lt gt 10 07 2007 5293810 5293805 5293800 Zugseil der Seilkrananlage 5293795 GK Rechtswert Abbildung 6 43 Aufgezeichnete Messwege am Pegel Staudach an der Tiroler Achen Referenz BT versus Referenz GPS Ein Blick auf die anhand der Kompass und BT Daten des ADCP ermittelten Mess 146 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen wege Abb vom August 2007 und vom Juli 2007 verdeutlicht die Notwendigkeit einer externen Lageerfassung Die mit Referenz BT berechnete Bootsbewegung weist vor allem im linken Bereich des Querschnitts einen erheblichen L ngsversatz auf Grund daf r sind wie auch bei den Hochwassermessungen am Inn Sedimentbewe gungen im Bereich der Sohle Bei der ADCP Messung im Mai 2007 verlor der ADCP ber weite Strecken hinweg den Kontakt zur Sohle und konnte keinen Messweg er mitteln in diesem Fall sind die Messwerte mit Referenz BT unbrauchbar 6 3 5 Auswertung der ADCP Messungen Um die aufgezeichneten Daten
41. der Ausbau des Hochwasserschutzes sowie das Inkrafttreten neuer Gesetze und Vorschriften erfordern eine umfangreiche Dokumentation aller Vorg nge in unseren Gew ssern Mit den der zeit vorhandenen etablierten Messmethoden sind diese Forderungen jedoch oft nur unzureichend und unter hohem Aufwand zu erf llen Aus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Anwendbarkeit der ADCP Technik zur Erfas sung hydromorphologischer Vorg nge genauer untersucht Nachdem Ver nderungen in einem Flie gew sser vor allem w hrend Hochwasserabfl ssen stattfinden wurde der Fokus der Untersuchungen auf Situationen mit erh htem Abfluss gelegt 1 2 Gliederung Die vorliegende Arbeit besteht aus sieben Kapiteln Nach der bereits gegebenen Ein f hrung in die Thematik wird in Kapitel 2 ein berblick ber den aktuellen hydro morphologischen Zustand unserer Flie gew sser gegeben Dabei wird vor allem auf die Auswirkungen anthropogener Eingriffe wie beispielsweise den Bau von Fluss und Talsperren eingegangen Des Weiteren werden die wichtigsten Zielvorgaben der Eu rop ischen Wasserrahmenrichtlinie sowie die daraus resultierenden Anforderungen an das Gew ssermonitoring kurz umrissen Anschlie end gibt Kapitel 3 einen berblick ber die Entwicklung der Messtechnik auf dem Gebiet der Hydraulik und der Hydromorphologie Die g ngigsten Methoden zur Messung von Wasserst nden Flie geschwindigkeiten Abfl ssen Geschiebebewe gungen sow
42. der gemittelten Sohlenverl ufe mit Referenz BT und GPS ADCP Messung am 24 August 2005 r cksichtigen dass die berfahrten in unterschiedlichen Abst nden zur Br cke durch gef hrt wurden Abb und Abb 16 24 W hrend der ersten beiden berfahrten am 12 Juli wurde der ADCP etwa 7 10 m unterhalb der Br cke ber den Quer schnitt gezogen Bei der Messung am 24 August wurde der Sohlenverlauf im Abstand von 5 10 m von der Br cke erfasst Diese beiden Messungen k nnen daher vergli chen werden Die restlichen vier berfahrten der ersten ADCP Messung am 12 Juli fanden 25 35 m unterhalb der Br cke statt die Querungen der zweiten Messung im Juli liegen 10 25 m unterhalb der Br cke Abbildung 6 31 zeigt die w hrend der ADCP Messungen erfassten Sohlenlagen Daf r wurden die Messwerte in drei Gruppen unterteilt Messfahrten 25 35 m 10 25 m und 5 10 m unterhalb der Br cke In Abb 6 31 a Jund 6 31 b sind neben den Ergebnissen von ADCP Messungen w hrend Normalabflussverh ltnissen nur die gemessenen Soh lenlagen w hrend des Julihochwassers eingetragen W hrend des Augusthochwassers konnten die berfahrten nur mit geringem Abstand zur Br cke durchgef hrt werden Der Vergleich der Hochwassersohlen vom Juli mit dem danach dokumentierten Nor malzustand am 18 August zeigt sehr deutlich dass es durch den Hochwasserabfluss zu einer Sohlenerosion von bis zu 70 cm gekommen ist Der Austrag der Sohle fand 121 6 ADCP Mess
43. des guten Zustands f r nat rliche Gew sser bzw die Erreichung des guten kologischen Potentials f r erheblich ver nderte sowie k nstliche Gew sser ist nach Irmer et al nur f r 12 aller Gew sser wahrscheinlich f r 26 unsicher und f r die restlichen 62 unwahrscheinlich Die Gr nde f r die Zielverfehlung sind oft im schlechten hydromorphologischen Zustand sowie in der fehlenden Durchg n gigkeit der Gew sser zu suchen Aus diesem Grund hat das Bayerische Landesamt f r Umwelt auf Basis bisher gewonnener Erfahrungen bei der Umsetzung der WRRL den sogenannten Ma nahmenkatalog Hydromorphologie erstellt in dem erg nzende Ma nahmen zur Reduktion der bekannten Defizite zusammengefasst und die Verbes serungspotentiale f r die einzelnen Qualit tskomponenten beurteilt werden Zustand eines Oberfl chenwasserk rpers der sich in einem zumindest guten kologischen und chemischen Zustand befindet Ma zog 7ustand eines erheblich ver nderten oder k nstlichen Wasserk rpers der nach Anhang V der WRRL entsprechend eingestuft wurde WRRL 2000 13 2 Aktueller hydromorphologischer Zustand der Flie gew sser Diese Problematik ist jedoch nicht nur auf Bayern bzw Deutschland begrenzt son dern f r alle Mitgliedstaaten der Europ ischen Union g ltig Deshalb wurde bei ei 5 im Juni 2005 beschlossen sich st rker mit der nem Treffen der Wasserdirektoren Hydromorphologie der Gew sser zu befassen und besondere Schwer
44. e 14 80993 M nchen 4lKartesisches Koordinatensystem das es erlaubt kleine Gebiete der Erde in metrischen Koordi naten Rechtswert und Hochwert darzustellen Viele amtliche topografische Karten mit gro en und mittleren Ma st ben bauen darauf auf 2Software der Cremer Programmentwicklung CP GmbH zur Verwaltung bzw Berechnung von Vermessungspunkten sowie zur Planausgabe Geografische Koordinaten geograf Breite und geograf L nge dienen der Beschreibung der Lage eines Punktes auf der Erde Diese wird daf r in 360 L ngengrade und 180 Breitengrade aufgeteilt 79 5 Mess und Auswerteprogramme Prisma Nordrichtung Nullrichtung 1 379 rad 79 1 ra j RW prisma RW a x sin n 2 Standpunkt OO RW prisma 4535763 75 RW 4535759 60 HW 5293766 63 HW prisma HW a x cos n 2 HW prisma 5293787 97 Abbildung 5 2 Verwendete trigonometrische Zusammenh nge zur Koordinatenumrechnung weil im Falle einer Lageerfassung mit GPS die Daten auch in diesem Format in den ASCII Files abgespeichert werden w rden Nach der Umrechnung werden die La geinformationen durch lineare Interpolation auf die Zeitstempel der ADCP Daten umgerechnet F r die Erg nzung bzw Zusammenf hrung der verschiedenen Datens tze ben tigt man die ADCP ASCII Out Files mit Referenz BT und Referenz NONE sowie die umgewandelten Lageinformationen der Totalstation Abbildung 5 3 zeigt einen Aus schnitt eines w hrend Hochwass
45. ermittelt was am Oberen Inn einem Abfluss von etwa 700 m s entspricht 1979a Die auf Basis der damals vorliegenden Erkenntnisse ermittelten Gleichgewichtssoh len wurden anfangs auch zur Berechnung der Wasserspiegelverl ufe w hrend der Be messungshochwasser herangezogen Die Untersuchung einiger abgelaufener Ereignisse zeigte aber bald dass diese Annahme den realen Abflussbedingungen w hrend Hoch wasser nicht entsprach So wurde beispielsweise w hrend des Hochwassers im Sommer 1954 an der Staustufe Ering trotz des raschen Anstiegs der Wasserf hrung ein nur geringer Anstieg des Wasserspiegels beobachtet der bei Verwendung der bekannten Gleichgewichtssohlen nicht nachvollzogen werden konnte Es wurde versucht anhand von aufgezeichneten Pegelwerten auf die Ausr umprozesse w hrend Hochwasser zu schlie en Bald wurde die Frage nach der Ber cksichtigung dieser R umwirkung und der Einf hrung von so genannten Hochwassersohlen f r die Wasserspiegellagenberech nung bei gro en Hochwasserereignissen aufgeworfen Dies erforderte die Untersuchung des zeitlichen Verlaufs der Verlandungen stellte fest dass die Ver und Entlandung von Staur umen kein kontinuierlicher Prozess ist sondern vom je weiligen Verlandungsgrad der Staustufe den zugef hrten Sedimenten vom Oberlieger und den hydraulischen Randbedingungen w hrend des Abflussereignisses abh ngt Er beobachtete dass bei rasch ansteigenden Hochwasserwellen mit steilen sten die k r z
46. gerboote Links River Boat von OceanScience Mitte Aluboot des Ingenieurb ros Schmid Rechts Messboot des WSA Heidelberg 4Tngenieurb ro Schmid Hundsgasse 6 76889 Kapsweyer 25Wasser und Schifffahrtsamt Heidelberg Vangerowstra e 12 69115 Heidelberg 44 4 2 ADCP Messtechnik 4 2 3 3 Messtechnische Erfassung der ADCP Bewegung Um aus den ermittelten Relativgeschwindigkeiten zwischen dem ADCP und den Par tikeln im Wasser auf die Absolutgeschwindigkeiten der Str mung schlie en zu k nnen sind Informationen ber die Bewegung des ADCP erforderlich Diese k nnen auf zwei verschiedene Arten erfasst werden Ger teinterne Erfassung der ADCP Bewegung Die ger teinterne Ermittlung des ADCP Messpfads erfolgt durch Kombination des ger teinternen Kompasses mit den R ckstreuinformationen des so genannten Bottom Pings Das Bottom Track Signal wird vom ADCP in jedem Messensemble erg nzend zu den Water Pings ausgesendet um die Sohle abzutasten Im Gegensatz zu den Water Pings werden f r die Abtastung der Sohle m glichst lange Signale verwendet um zu gew hrleisten dass die gesamte Strahlbreite des Signals zur selben Zeit von der Sohle reflektiert wird Dies erm glicht eine gr ere Genauigkeit in der Auswertung der R ckstreusignale ber das Time Gating Kap und die Laufzeit zwischen dem Aussenden und dem Empfangen der Schallimpulse kann die Schr gentfernung zwischen ADCP und Sohle berechnet werden die mittels trigonometri
47. gr bere K rner eher in den Bereichen der Stauwur zeln abgelagert w hrend sich sehr feine Stoffe erst im Nahbereich der Flusssperre absetzen Die Anlandungen wirken sich negativ auf die Einhaltung der geforderten Mindestfreiborde und den Nachweis der schadlosen Hochwasserabfuhr aus k nnen die Schiffbarkeit eines Gew sserabschnitts beeintr chtigen und die Gew sserg te be einflussen Vor allem die feink rnigeren Ablagerungen k nnen au erdem zu einer Kol 2 1 Anthropogene Eingriffe mation der Sohle f hren Die Verbindung zum flussbegleitenden Grundwasserk rper wird unterbrochen und die charakteristischen Grundwasserschwankungen in Fluss n he werden unterbunden Durch die Kolmation des Schotterl ckenraums geht au Berdem wichtiger Lebensraum f r die Flora und Fauna im Fluss verloren Eberstaller erat 2007 Im Unterwasser f hrt die Unterbrechung des Feststofftransports zu einem Transport defizit das oft rasch fortschreitende Erosionsraten und die damit einher gehenden Probleme mit sich zieht Eine Eintiefung des Flusses hat weitreichende kologische wasserwirtschaftliche landschaftliche und sicherheitsrelevante Konsequenzen Dieser Umstand birgt vor allem f r die Betreiber von Flusssperren gro e Herausforderun gen denn die abgelagerten Sedimente k nnen im Regelfall nur durch Herstellung des urspr nglichen Flie gef lles w hrend einer Staulegung von der Str mung abtranspor tiert werden 2007 Die Notwendigkeit re
48. hohen Schwebstoffkonzentrationen die in unmittelbarer N he zur Sohle transportiert wird beobachtete am Fraser River Ka nada das gleiche Ph nomen Eine exakte Unterscheidung zwischen Geschiebetrieb und sohlnahem Schwebstofftransport ist mit der ADCP Technik nicht m glich Es ist davon auszugehen dass derart schwierige Fragestellungen auch unter Verwendung konventioneller Methoden nicht beantwortet werden k nnen Die Ergebnisse der Messung vom 10 Juli 2007 zeigen eine etwas gleichm igere Ver teilung der Sedimentgeschwindigkeitskomponenten ber die Querschnittsbreite Aus Gr nden der bersichtlichkeit ist in der Darstellung in Abb auf eine un terschiedliche Signatur der einzelnen berfahrten verzichtet worden Die Anteile der Bootsgeschwindigkeit Referenz BT in berfahrtsrichtung pendeln auch hier um einen Mittelwert von v8 0 2 m s was der an der Seilkrananlage eingestellten berfahrtsgeschwindigkeit entspricht Die Komponenten in Flie richtung liegen im rechten Bereich des Querschnitts nahe Null Der Anstieg der Geschwindigkeitskurve beginnt hier jedoch schon wesentlich fr her als im August 2006 War damals die Ge schiebegeschwindigkeit nur auf den linken 15 m zu beobachten so erstreckt sich bei dieser Messung die Sedimentbewegung an der Sohle auf einen 25 m breiten Bereich Dieser Unterschied entspricht auch den Differenzen der Flie geschwindigkeitsvertei lungen bei beiden Messungen Im Juli 2007 liegt das Maximum der tie
49. ich von den Wasserwirtschafts mtern Landshut Rosenheim und Traunstein unterst tzt den hilfsbereiten Kollegen vor Ort die keine M hen scheuten und stets bereit waren den ADCP durch die Fluten zu ziehen bin ich zu gro em Dank verpflichtet Trotz der geringen Durchfl sse boten auch die ADCP Testmessungen in Obernach jede Menge an Herausforderungen die es zu meistern galt Doch mit vereinten Kr ften und der Unterst tzung der gesamten Obernacher Mann und Frauschaft konnte jedes Problem gel st werden 173 Ein herzliches Dankesch n f r die vielen Schaufeln Sand die handwerkliche Hilfe und auch f r die vielen offenen Ohren denen ich bei Problemen mein Leid klagen konnte Abgesehen von den ADCP Messungen verbrachte ich jedoch die meiste Zeit in M n chen am Lehrstuhl Ich m chte diese Gelegenheit n tzen um mich noch einmal ganz herzlich bei meinen ehemaligen Kollegen f r das konstruktive Arbeitsklima die gute Zusammenarbeit die kreativen Gespr che die Unterst tzung bei Problemen aber auch den vielen Spa den wir hatten und die legend ren Abende im Steinheil zu danken Jungs es war eine tolle Zeit und ich m chte keinen Tag davon missen Auch der guten Seele des Lehrstuhls Frau Dorothea Petry geb hrt mein Dank denn ohne sie w re der Lehrstuhlalltag sicher nicht immer so reibungslos verlaufen Abschlie end m chte ich mich bei meinem pers nlichen Umfeld f r die immer w hrende Unterst tzung beda
50. im vom Ufer n chstgelegenen Messensemble m Betrachtet man die in Abb dargestellte Situation so ergeben sich folgende Teil abfl sse Der aus den ADCP Daten berechnete Abfluss betr gt Qapcp 146 7 m s ol 4 Ultraschall Doppler Technik Der mit Hilfe des in Glg 4 8 aufgef hrten Potenzgesetzes berechnete Teilab fluss nahe der Wasseroberfl che ist Q1 63 5 m s Der mit dem Potenzgesetz berechnete Teilabfluss nahe der Sohle betr gt Q2 26 5 m s Die Teilabfl sse an den beiden Ufern betragen Q3 0 4m s und Q4 0 5 m s Der Abstand vom Ufer bis zur ersten Messlotrechten betrug w hrend der Messungen jeweils 2 m die Uferform kann als dreieckig beschrieben werden berh hte Darstellung in Abb 4 11 Aus der Zusammenstellung ergibt sich ein Gesamtabfluss von Q Quncr Q Q2 Q3 Q4 237 6 m s 4 10 Der messtechnisch erfasste Anteil betr gt in diesem Fall 62 des Gesamtabflusses der gr te zu extrapolierende Teilabfluss ist der im Bereich der Wasseroberfl che Der Einfluss der ufernahen Bereiche ist praktisch vernachl ssigbar Einfluss der ADCP Geschwindigkeit Die Geschwindigkeit mit der der ADCP ber den Messquerschnitt bewegt wird hat gro en Einfluss auf die erfasste Datenmenge Der ADCP braucht eine bestimmte Zeitspanne um die Daten in einem Ensemble zu erfassen Die Dauer ist unter anderem abh ngig von der Anzahl der ausgesendeten Messsignale pro Ensemble d
51. mehr ans Ziel In Mueller und Wagner 2006 ist nachzulesen dass am USGS bereits ein dementsprechendes Auswertetool programmiert wurde Dieses liest ASCII Files 3lUnited States Geological Survey http www usgs gov Stand 08 Februar 2008 32LC Loop Correction Software http hydroacoustics usgs gov movingboat LC1 shtml Stand 08 Februar 2008 54 4 2 ADCP Messtechnik ein wie sie aus den kommerziellen ADCP Programmen exportiert werden k nnen und arbeitet die oben beschriebenen Berechnungsschritte ab 4 2 5 Ermittlung von Schwebstoffkonzentrationen Obwohl ADCPs eigentlich zur messtechnischen Erfassung von Flie geschwindigkei ten konzipiert wurden k nnen die aufgezeichneten Daten auch zur Ermittlung von Schwebstoffkonzentrationen herangezogen werden Dazu wird die vom ADCP abge speicherte Intensit t der empfangenen Echos RSSI Received Signal Strength Indi cator ausgewertet Zwischen den Echointensit ten und den Schwebstoffkonzentratio nen kann zwar eine Proportionalit t nachgewiesen werden weil diese Beziehung aber von vielen Parametern beeinflusst wird sind umfangreiche Korrekturen notwendig um diese Faktoren zu eliminieren Wall et al 2006 und 1996 Die im Folgenden verwendeten Formeln und Beziehungen gehen auf die von 11975 formulierte Sonargleichung zur ck Folgende Parameter alle in der logarith mischen Einheit dB finden in der Beziehung Eingang Sendeger t SL Source Leve
52. um die Ver nderungen im Pegelquerschnitt erfassen zu k nnen Die ADCP Daten wurden auch in Hinblick auf die Geschiebegeschwindigkeiten im Querschnitt ausgewertet Dazu wurden die vom ADCP erfassten Boat Velocities also die Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Messger t und der Sohle untersucht Die Auswertung der Messwerte vom August 2006 und vom Juli 2007 brachte sehr aussage kr ftige Ergebnisse Bei der Interpretation der Geschiebegeschwindigkeiten ist jedoch zu ber cksichtigen dass das Bottom Track Signal nicht zwischen echtem Geschie betransport und sohlnahem Schwebstofftransport unterscheiden kann Wird in den untersten Zentimetern der Wassers ule eine Schicht mit hohen Schwebstoffkonzentra 164 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen tionen vergleichbar mit einem Tr bestrom transportiert so wird diese vom Bottom Track Signal des ADCP als Sohle interpretiert Eine Unterscheidung zwischen die sen beiden Ph nomenen ist zur Zeit noch nicht m glich und kann auch mit Hilfe konventioneller Methoden nicht bewerkstelligt werden Die Auswertung der Echointensit ten in Hinblick auf Schwebstoffkonzentrationen brachte sehr wertvolle Erkenntnisse ber die Anwendbarkeit der ADCP Technik auf diesem Gebiet Zeitnah zu den ADCP Messungen im August 2006 und im Mai 2007 wurden ungef hr 150 m oberhalb des Pegels Vielpunktmessungen der Schwebstoffkon zentrationen durchgef hrt Die Ergebnisse dieser Messungen wurden zur Auswertun
53. und Siedlungsbedingungen im Altertum 1987 Mtalo Felix Geschiebeabzug aus Kan len mit Hilfe von Wirbelr hren 1988 Yalin M Selim Scheuerlein Helmut Friction factors in alluvial rivers Yalin M Selim On the formation mechanism of dunes and ripples Keller Andreas Cavitation investigations at one family of NACA hydrofoils at different angles of attack as a contribution to the clarification of scale effects at cavitation inception 1988 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 Schmitz Gerd H Str mungsvorg nge auf der Oberfl che und im Bodeninneren beim Bew sserungslandbau Grundlagen Kritik der herk mmlichen Praxis und neue hydrodynamisch analytische Modelle zur Oberfl chenbew sserung 1989 Muckenthaler Peter Hydraulische Sicherheit von Staud mmen 1989 vergriffen Kalenda Reinhard Zur Quantifizierung der hydraulischen Versagenswahrscheinlichkeit beweglicher Wehre 1990 Knauss Jost Kopais 3 Wasserbau und Geschichte Minysche Epoche Bayerische Zeit vier Jahrhunderte ein Jahrzehnt 1990 Kiefer Ernst Martin Liedl Rudolf Schmitz Gerd H und Seus G nther J Konservative Str mungsmodelle auf der Basis krummliniger Koordinaten unter besonderer Ber cksichtigung von Wasserbewegungen im unges ttigt ges ttigten Boden 1990 Hartung Fritz Der gyptische Nil 190 Jahre im Spiel der Politi
54. wichtig Bei der Verwendung von externen Lagemessger ten die sich auf die geografische Nordrichtung beziehen ist die f r den Ort der Messung angegebene Deklination zu ber cksichtigen Die pro Messensemble veranschlagte Zeitspanne wird von der Messsoftware vor allem in Abh ngigkeit der angegebenen maximalen Flie tiefe und der Anzahl der Messpings pro Ensemble berechnet Um ungen tzte Pausen zwischen den einzelnen Messensembles zu verhindern sollte die maximale Flie tiefe m glichst genau angegeben werden Vor allem wenn der Verdacht auf eine bewegliche Gew ssersohle besteht sollte auf externe Messger te zur Aufzeichnung des Messpfads nicht verzichtet werden Die Verwendung von GPS Antennen stellt zur Zeit die einzige M glichkeit dar um zus tzlich erfasste Lagedaten direkt in die ADCP Datens tze zu implemen tieren 7 3 Ausblick Vor allem auf dem Gebiet der Schwebstoffkonzentrationsmessung mit der ADCP Technik besteht noch erheblicher Untersuchungs und Forschungsbedarf In erster Linie werfen die beiden unbekannten Kalibrierparameter die zur Umrechnung der Echointensit ten in Schwebstoffkonzentrationen ben tigt werden noch Fragen auf Untersuchungen in tidebeeinflussten Gew ssern belegen zwar die zeitliche Varianz beider Gr en ob diese Schwankungen in Binnengew ssern auch vorhanden sind wurde jedoch noch nicht untersucht Umfangreiche ADCP Messungen mit zeit und ortsgleich dazu durchgef hrten Vielp
55. zur Br cke ber den Fluss gezogen Referenz BT versus Referenz GPS Wie der Vergleich der erfassten dGPS Lagedaten mit den Br ckenkoordinaten deut lich macht weisen die Messwerte eine durchaus zufrieden stellende Genauigkeit auf Die vom ADCP anhand der Kompass und der Bottom Track Daten ermittelten Mess pfade zeigen ein vollkommen anderes Bild Die mit Referenz BT Kap berech nete ADCP Bewegung weist einen erheblichen L ngsversatz auf Abb 16 32 Grund daf r sind die Sedimentbewegungen im Sohlbereich die vom ADCP wie bereits in Kap beschrieben als Eigenbewegung flussaufw rts interpretiert werden Aber nicht nur die Qualit t der Messwerte auch die Quantit t der Daten wird je nach verwendeter Referenzierung durch die Messbedingungen beeintr chtigt Betrachtet man Abb 6 25 so ist der Unterschied in der Messwertdichte klar erkennbar Mit 113 6 ADCP Messungen GK Hochwert 5289120 11 30 12 45 9289110 GE 15 20 16 05 5289100 5289090 i EE TAAN ee i ER Bug 5289080 fi x 5289070 i REA St 2359 4 5289060 19 5289050 p 4510230 4510250 4510270 4510290 4510310 4510330 4510350 4510370 GK Rechtswert Abbildung 6 23 GPS Spur der Messfahrten an der Nu dorfer Br cke am Inn Hochwassermessung am 12 Juli 2005 Referenz BT werden weit weniger Messensembles angezeigt als mit Referenz NO NE Der Grund daf r liegt in den fehlenden Information
56. 0 mm breite Messlatte aus widerstandsf higem Material Stahl Kunststoff mit einer Ma einteilung von 1 cm oder 2 cm verwendet 17 3 Entwicklung der Messtechnik werden Je nach den rtlichen Gegebenheiten werden lotrechte Latten Treppenlatten oder Schr gpegellatten verwendet Die Ermittlung des Wasserstands erfolgt durch Ablesung an der Messskala Schwimmerpegel Hier wird der Wasserstand mit Hilfe eines Schwimmk rpers erfasst Zum Schutz ge gen Wind Wellen Str mung und Treibzeug sollte der Schwimmer in einem Schacht untergebracht sein der eine direkte Verbindung zum Gew sser aufweist Prinzip der kommunizierenden Gef e Die jeweilige H henlage des Schwimmers wird auf nach geschaltete Ger te bertragen und aufgezeichnet Druckluftpegel Aus einer Leitung wird Gas Stickstoff oder Druckluft in einen mit dem Gew sser in direkter Verbindung stehenden Schacht eingeperlt Diese Art der Wasserstandsmes sung wird deshalb auch Einperlverfahren genannt Der Druck der notwendig ist um das Gas gegen den anstehenden Wasserdruck ins Wasser einzubringen ist proportio nal zum Luftdruck auf der einen Seite der Leitung und zur H he der Wassers ule auf der anderen Seite der Leitung Bei Kenntnis dieser Beziehung kann daraus der jeweilige Wasserstand berechnet werden Drucksondenpegel Auch hier wird ein Schacht nahe dem Gew sser ben tigt der eine direkte Verbindung mit diesem aufweist Eine Drucksonde Druckmessdose reagier
57. 00 1000 O 400 300 200 100 O 01 08 2006 01 12 2006 01 04 2007 01 08 2007 Abbildung 6 41 Abfluss und gemessene Schwebstoffkonzentrationen am Pegel Staudach an der Tiroler Achen 6 3 3 Messinstrumentierung F r die Messungen an der Tiroler Achen wurde ein ADCP vom Typ Workhorse Rio Grande von RDI mit einer Frequenz von 1200 kHz verwendet Das Messger t und das Tr gerboot River Boat von OceanScience Kap wurden vom WWA Landshut zur Verf gung gestellt die Messeins tze vor Ort wurden mit personeller Unterst tzung des WWA Traunstein durchgef hrt Das ADCP Tr gerger t wurde mit Hilfe der am Pegel installierten Seilkrananlage ber den Querschnitt gezogen In Verl ngerung der Ger teachse des ADCP war auf dem Tr gerger t ein 360 Prisma 143 6 ADCP Messungen befestigt das von einer am Ufer befindlichen Totalstation automatisch verfolgt wurde Abb 6 22 Abbildung 6 42 Totalstation von Leica am Ufer und ADCP Boot mit 360 Prisma Bei der Messung im Juli 2007 war die Lageerfassung mit der Totalstation aus orga nisatorischen Gr nden nicht m glich Hier wurde der Messpfad anhand der bekann ten Koordinaten der Seilkrananlage im Nachhinein rekonstruiert und in die ADCP Datens tze integriert Die folgenden Kapitel beinhalten die Auswertung der Messda ten sowie die Interpretation der Ergebnisse Der Vorgang der Umformatierung und Implementierung der Lageinformationen in die A
58. 01 An der bayerischen Wertach die bis vor etwa 150 Jahren ein weit verzweigter al piner Wildfluss war wurden aufgrund des steigenden Bedarfs an Siedlungsraum und landwirtschaftlichen Nutzfl chen ab 1860 umfangreiche Regulierungsma nahmen durchgef hrt Aus einem nat rlichen Wildfluss wurde ein reguliertes verbautes Gew sser Im Jahr 1997 wurde das Projekt Wertach Vital mit dem Ziel begonnen durch den Einbau von Rampen eine weitere Eintiefung des Flusses zu verhindern und gleichzeitig den Hochwasserschutz zu erh hen den kologischen Zustand zu verbessern und im Stadtgebiet von Augsburg ein Naherholungs gebiet zu schaffen Umfangreiche Monitoringprogramme sollen den Erfolg der Ma nahmen dokumentieren WWA D 2008 Der Betrieb der beiden aufeinander folgenden Innkraftwerke Kirchbichl und Langkampfen in Tirol sterreich wird ebenfalls durch die Anlandung von Se dimenten im Stauraum beeintr chtigt Bei Hochwasser werden beide Staur ume Alpreserv ist Teil des von der EU initiierten INTERREG IIIB Programms an dem 17 Projektpart ner Innen aus f nf L ndern teilnehmen Ziel ist es die Probleme der Verlandung von Speichern im alpinen Raum auf internationaler Ebene zu diskutieren und gemeinsame L sungen zu erar beiten Knoblauch et al 2005 10 2 2 Europ ische Wasserrahmenrichtlinie gleichzeitig gesp lt ein umfangreiches Monitoringsystem dokumentiert die Ef fektivit t der Sp lungen und deren Au
59. 05 128 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn v Flie richtung cm s vm dGPS vm BT 120 v BT 2 a v BT 4 v BT 5 a v BT 6 100 zur o v BT 7 80 4 PYA ar lt o 1 60 2 bi 40 i 20 0 Run H 20 0 20 40 60 80 100 120 Breite m a Komponenten in Flie richtung vm dGPS vm BT v BT 2 v BT 4 v BT 5 v BT 6 o v BT 7 a z Fz m R a 5 Ah EN r s EA MM a i a ofj N ibd A ET te WN P ri e u k 2 B i O Se 00 o m ai T T T 2 60 80 100 120 Breite m b Komponenten in berfahrtsrichtung Abbildung 6 35 Vergleich der BT Geschwindigkeitskomponenten mit den aus den dGPS Daten berechneten Geschwindigkeitsvektoren Messung am 24 August 2005 129 6 ADCP Messungen Erstaunlich ist dass f r das Ereignis im August das w hrend der ADCP Messungen einen h heren Abfluss aufwies als im Juli eine geringere Geschiebegeschwindigkeit ermittelt wurde Vergleicht man jedoch die Abflusssituation w hrend der beiden Messungen genauer so wird der Grund daf r ersichtlich Im August waren die er fassten Flie geschwindigkeiten trotz des gr eren Abflusses um 10 kleiner als im Juli Abb und 16 30 Der Grund daf r liegt in der Gr e der Flie querschnit te W hrend der Messungen lag der am Kraftwerk Nu dorf gehaltene Wasserspiegel
60. 11 65 m Rosenheim 187 5 1960 Blockbauweise 8 85 m Feldkirchen 173 1 1970 Blockbauweise 9 00 m Wasserburg 159 9 1938 Blockbauweise 7 05 m Teufelsbruck 147 2 1938 Blockbauweise 7 25 m Gars 137 5 1938 Blockbauweise 7 35 m Jettenbach 128 0 1922 Ausleitungsbauwerk Neu tting 91 1 1951 Blockbauweise 6 80 m Perach 83 0 1977 Pfeilerkraftwerk 5 35 m Stammham 75 4 1955 Blockbauweise 5 65 m Braunau Simbach 61 1 1953 Blockbauweise 12 10 m Ering 48 0 1942 Blockbauweise 9 65 m Egglfing 35 3 1944 Blockbauweise 10 50 m Sch rding Neuhaus 18 8 1961 Blockbauweise 11 16 m Passau Ingling 4 2 1965 Blockbauweise 10 41 m Tabelle 6 1 Kraftwerke am bayerischen Inn Innwerk 1992 m NN m NN 470 329 468 1981 328 1981 gt Zs 464 muNN zr pp 3250 mann N 484 IN 1997 326 1997 462 2001 325 2001 Anlandung 460 324 einer Insel 458 323 4 Em 456 U 322 454 4 ans om 321 AR 452 320 450 319 0 25 50 75 100 125 150 0 100 200 300 400 500 600 m m a Fkm 199 Stauraum Nu dorf b Fkm 36 Stauraum Egglfing Abbildung 6 13 Zeitliche Entwicklung der Sohlh hen in zwei Staur umen am Inn Im Stauraum von Nu dorf kam es zu einer An
61. 143 144 147 164 167 167 169 170 171 175 1 Einleitung Die folgende Einf hrung soll dem Leser die aktuellen Fragestellungen und Herausfor derungen bei der messtechnischen Erfassung von hydromorphologischen Prozessen in Flie gew ssern n her bringen und die daraus entstandene Motivation f r die auf den kommenden Seiten beschriebenen Untersuchungen darstellen Im Anschluss daran wird ein kurzer berblick ber die Gliederung der vorliegenden Arbeit gegeben 1 1 Einf hrung Durch die immer dichtere Besiedlung gew ssernaher Gebiete und das steigende Scha denspotential in diesen Bereichen w chst der Wunsch die Vorg nge in einem Gew s ser besser verstehen zuk nftige Entwicklungen und Ver nderungen voraussagen und eventuell regulierend eingreifen zu k nnen Die wachsende Sensibilit t unserer Umwelt gegen ber f hrt des Weiteren auch zu steigenden Anforderungen an die kologische Qualit t der Wasserk rper Nutzungs bzw Interessenskonflikte erschweren oft das Erreichen definierter Zielvorgaben und stellen den verantwortlichen Bauingenieur vor gro e Herausforderungen Fundierte Kenntnisse ber den Ist Zustand sowie eine soli de Datenbasis sind daher wichtige Voraussetzungen f r die erfolgreiche Bearbeitung verschiedener wasserbaulicher und wasserwirtschaftlicher Fragestellungen Die messtechnische Erfassung des Abflussgeschehens in einem Gew sser stellt mittler weile einen elementaren Bestandteil der Wasserwirt
62. 5 4510336 650 5289082 486 12 1378418 47 7408422 463 215 11 58 46 4510336 660 5289082 483 12 1378419 47 7408421 463 215 Tabelle 5 1 Lagemessung der Totalstation vpr 12 0cm s vl 27 0 12 0 15 0 cm s upr l 3 54cm s ved 204 8 3 55 208 34 cm s Das Ergebnis der Datenzusammenf hrung ist in Abb f r das Messensemble Nr 1250 dargestellt 5 8 24 11 58 45 7 1250 1 3 830 3 450 164 190 11 150 32768 32768 32768 32768 0 00 0 00 0 00 0 00 5 66 0 00 6 40 5 78 21 14 63 26 1 90 13 29 13 43 47 7408422 12 1378418 12 00 3 55 100 03 9 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 37 cm GGA dB 0 45 0 430 0 77 206 868 353 282 24 2 205 44 32768 32768 115 9 115 9 119 1 116 4 100 0 01 1 02 190 446 355 090 16 3 189 74 32768 32768 114 8 114 8 118 0 116 2 100 0 01 1 27 208 887 355 882 15 208 34 32768 32768 112 8 112 8 115 1 113 7 100 0 01 Abbildung 5 4 Aufbau des Messensembles Nr 1250 mit Referenz GPS GGA im ASCII Out Format Die so erg nzten Dateien k nnen im Anschluss mit weiterf hrenden Auswertepro grammen beispielsweise AGILA Kap ge ffnet werden Das Ergebnis einer der artigen Bearbeitung bzw Erg nzung der Datens tze ist in Abb dargestellt Der Unterschied in den Ergebnissen ist deutlich zu sehen W hrend die mittlere Flie geschwindigkeit im Querschnitt bei Referenz BT 1 03 m s betr gt wird unter Mit einbeziehung der Lageinformationen der Totalstation Refer
63. 5 2 AGILA amp 0 a 3 ce ee 5 3 Tool zur Verkn pfung der ADCP Daten mit Lageinformationen N m 0 oann m 17 19 23 25 27 33 33 33 34 37 38 39 41 49 59 69 73 73 73 75 76 77 vii Inhaltsverzeichnis 6 1 ADCP Messungen an der Versuchsanstalt in Obernach 6 1 1 Versuchsaufbau und Durchf hrung 2 222 222 ESEBE ELLE MEERE EEE EEE 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn 2 22 2222 6 2 1 Hintergrund der Messungen 2 2 222 2 20 6 2 2 Randbedingungen f r die ADCP Messungen 2 2 2 2 6 2 3 Messinstrumentierung ooo a a 6 2 4 Durchf hrung der ADCP Messungen o aaa aaa 6 2 5 Auswertung der ADCP Messungen ooo aaa 6 2 6 Zusammenfassung der Ergebnisse o o oao aa 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen oaoa a 6 3 1 Hintergrund der Messungen 2 2 a a 6 3 2 Randbedingungen f r die ADCP Messungen 2 2 2 2 6 3 3 Messinstrumentierung 3 34 Ya sa a Sa Bas dran 6 3 4 Durchf hrung der ADCP Messungen 222 222 2020 6 3 5 Auswertung der ADCP Messungen 2 222222 202 0 6 3 6 Zusammenfassung der Ergebnisse 2 2 2222 2 20 7 Fazit 7 1 Zusammenfassung der Naturmessungen 2 2 22 22222 7 2 Empfehlungen f r die Durchf hrung von ADCP Messungen L3 AUSH 2 ae ee en AE ne ee ee aF Danksagung Literaturverzeichnis viii 85 85 85 89 94 95 95 104 110 111 115 134 137 137 139
64. 6 DIN 18123 Bestimmung der Korngr enverteilung Normenaus schuss Wasserwesen NAW im DIN Deutsches Institut f r Normung e V Deut sche Norm DIN38409 1980 DIN 38409 9 Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser Abwasser und Schlammuntersuchung Summarische Wirkungs und Stoffkenngr en Bestim mung des Volumenanteils der absetzbaren Stoffe in Wasser und Abwasser Nor menausschuss Wasserwesen NAW im DIN Deutsches Institut f r Normung e V Deutsche Norm DIN4049 1994 DIN 4049 3 Hydrologie Teil 3 Begriffe zur quantitativen Hydrolo gie Normenausschuss Wasserwesen NAW im DIN Deutsches Institut f r Normung e V Deutsche Norm DVWK125 1986 Regel 125 Schwebstoffmessungen Deutscher Verband f r Was serwirtschaft und Kulturbau e V DVWK Regeln zur Wasserwirtschaft DVWK127 1992 Regel 127 Geschiebemessungen Deutscher Verband f r Wasser wirtschaft und Kulturbau e V DVWK Regeln zur Wasserwirtschaft Eberstaller J Zauner G Friedl Th und Kerschbaumer G 2001 Sedimenta tion in Flussstauhaltungen kologische Aspekte sterreichische Wasser und Abfallwirtschaft 53 11 12 S 269 275 Elsner T 2005 Flussraum Agenda Alpenraum Sedimentologische Untersuchun gen von Schwebstoffdaten Workpackage ist zustandserfassung und analyse In stitut f r Hydrotechnik Ingenieurgemeinschaft Prof Dr Bechteler GmbH Modell gew sser Tiroler Achen Fiedler K Steinb
65. Christian Johann Doppler 1803 1853 sterreichischer Physiker und Mathematiker Sein Haupt werk ber das farbige Licht der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne des Himmels das der Entdeckung des Doppler Effekts gleichgesetzt wird verlas er im Mai 1842 vor der K niglich B hmischen Gesellschaft der Wissenschaften 35 4 Ultraschall Doppler Technik b Beobachter in Bewegung Abbildung 4 2 Doppler Effekt bei bewegtem Empf nger c Schallgeschwindigkeit m s vp Geschwindigkeit des Empf ngers vg Geschwindigkeit des Senders um Geschwindigkeit des leitenden Mediums a Winkel zwischen vg und der Verbindungslinie Sender Empf nger b Winkel zwischen vg und der Verbindungslinie Sender Empf nger Winkel zwischen vy und der Verbindungslinie Sender Empf nger Dieser mathematische Zusammenhang ist in Abb grafisch dargestellt Es ist er kennbar dass nur die Geschwindigkeitsanteile parallel zu der Verbindungslinie zwi schen Sender und Empf nger eine Frequenzverschiebung verursachen Das Ma der Frequenzverschiebung l sst sich nach 1996 auch ganz allgemein formulieren Af f 4 3 36 4 2 ADCP Messtechnik eitendes Medium Empf nger Abbildung 4 3 An der Doppler Verschiebung beteiligte Geschwindigkeitsanteile Af Frequenzverschiebung 1 s ausgesendete Frequenz 1 s v Relativgeschwindigkeit ma gebende Anteile nach Abb m s c Schallgeschwindigkeit
66. DCP Datens tze wurde bereits in Kap 5 3 beschrieben 6 3 4 Durchf hrung der ADCP Messungen Auch an der Tiroler Achen mussten f r die Durchf hrung der ADCP Messungen verschiedene Randbedingungen ber cksichtigt werden 144 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen Messbedingungen Das Hochwasserereignis im August 2006 erreichte seinen Maximalabfluss von knapp 400 m s bereits am 07 August Aufgrund der gro en Mengen an Treibgut waren zu diesem Zeitpunkt keine ADCP Messungen m glich Die Tiroler Achen f hrte s te Baumst mme Str ucher und ganze B ume mit sich und eine Kollision mit dem Tr gerboot des ADCP durfte nicht riskiert werden Neben der Gefahr des Messge r tverlustes w re durch einen derartigen Zwischenfall wom glich auch die maximale Tragkraft der Seilkrananlage berschritten worden was enorme Sch den sowie eine erhebliche Gef hrdung des Messpersonals zur Folge gehabt h tte Am Tag nach dem Scheiteldurchgang der Hochwasserwelle war die Treibgutmenge zur ckgegangen und es konnten mehrere ADCP Querungen durchgef hrt werden Im Mai 2007 gelang es den Scheitelabfluss der Hochwasserwelle von knapp 200 m s zu erfassen Im Juli 2007 kam es zum Ablauf zweier Wellen mit bis zu 170 m s innerhalb von zw lf Stunden Der erste Scheitel erreichte den Pegelquerschnitt am 10 Juli um 02 00 Uhr fr h Aus Sicherheitsgr nden war zu diesem Zeitpunkt keine Messung m glich Im Laufe des Tages konnten jedoch w hrend des
67. Die Einzelfahrten der Messungen k nnen aber auch aus der Datenbank geladen und weiterbearbeitet werden Unter Anderem k nnen Ausrei er in den Geschwindig keitswerten oder falsche Lageinformationen des Bottom Track in den Datens tzen gel scht oder inaktiv gesetzt und die Gl ttung der fm Linie erh ht bzw reduziert werden Adler und Nicodemus 2000 Das wichtigste in AGILA implementierte Tool ist jedoch die Mittelwertbildung aus den Messdaten mehrerer ADCP berfahrten in einem Messquerschnitt eine Vorge hensweise die in der Fachliteratur z B in 1993 oder 2003 ausdr cklich empfohlen wird Dabei werden alle vorhandenen Informationen ber die Messung auf einen Bezugsquerschnitt bezogen der normal zur ermittelten Hauptflie richtung angenommen wird Die Daten der einzelnen berfahrten werden zuerst berlagert danach wird der Mittelwert gebildet Im Zuge der Auswertung von ADCP Messungen mit AGILA k nnen auch die Ver f lschung des Bottom Tracks durch Geschiebetrieb und die sich daraus ergebende Untersch tzung des Gesamtabflusses ausgeglichen werden wenn daf r keine externen Lageinformationen zur Verf gung stehen Kap 4 2 3 3 Voraussetzung daf r ist dass die Gr e des Geschiebetriebs entlang des Messwegs ungef hr gleich gro bleibt Q gesamt QADCP F AQ 2 5 1 AQ L ngsversatz Uberfahrtszeit Querschnittsfl che m 76 5 3 Tool zur Verkn pfung der ADCP Daten mit Lageinformationen Um die Gr e d
68. Dietrich Schiffahrtstechnische Modellversuche f r Binnenwasserstra en Ein neues System und neue Auswertungsm glichkeiten 1984 vergriffen Sonderheft Erhaltung und Umbau alter Wehre Wasserbau im historischen Ensemble drei Beispiele aus dem Hochwasserschutz bayerischer St dte 1984 vergriffen Knauss Jost Heinrich B Kalcyk H Die Wasserbauten der Minyer in der Kopais die lteste Flu regulierung Europas 1984 vergriffen Hartung Fritz Ertl Walter Herbrand Karl Das Donaumodell Straubing als Hilfe f r die Planung und Bauausf hrung der Staustufe Straubing 1984 Hahn Ulrich Lufteintrag Lufttransport und Entmischungsvorgang nach einem Wechselsprung in flachgeneigten geschlossenen Rechteckgerinnen 1985 Bergmann Norbert Entwicklung eines Verfahrens zur Messung und Auswertung von Str mungsfeldern am wasserbaulichen Modell 1985 Schwarz J rgen Druckstollen und Drucksch chte Bemessung und Konstruktion 1985 vergriffen Schwarz J rgen Berechnung von Druckstollen Entwicklung und Anwendung eines mathematischen Modells und Ermittlung der felsmechanischen Parameter 1987 Seus G nther J Edenhofer Johann Czirwitzky Hans Joachim Kiefer Ernst Martin Schmitz Gerd Zunic Franz Ein HN Modellsystem f r zweidimensionale station re und instation re Str mungen beim Hochwasserschutz von St dten und Siedlungen 1987 Knauss Jost Die Melioration des Kopaisbeckens durch die Minyer im 2 Jt v Chr Kopais 2 Wasserbau
69. Erfassung hydromorphologischer Vorg nge bei Hochwasser mit Hilfe von ADCP Messungen von Katharina Fiedler Dr Ing Katharina Fiedler Lehrstuhl und Versuchsanstalt f r Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Universit t M nchen nm Technische Universit t M nchen Lehrstuhl f r Wasserbau und Wasserwirtschaft 80290 M nchen Arcisstra e 21 Tel 089 289 23161 Germany Fax 089 289 23172 E Mail wabau bv tum de Versuchsanstalt f r Wasserbau und Wasserwirtschaft Oskar von Miller Institut 82432 Obernach Walchensee Tel 08858 9203 0 Germany Fax 08858 9203 33 E Mail obernach bv tum de ISSN 1437 3513 ISBN 978 3 940476 12 8 Berichte des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt f r Wasserbau und Wasserwirtschaft Herausgegeben von Prof Peter Rutschmann Ordinarius f r Wasserbau und Wasserwirtschaft TU M nchen Druck und Einband Meissner Druck GmbH Oberaudorf Kurzfassung Aufgrund der st ndigen Weiterentwicklung numerischer Modelle und den damit stei genden Anspr chen an Naturmessdaten zur Eichung dieser Modelle sowie dem In krafttreten neuer Richtlinien und Gesetze z B EU WRRL gewinnt die messtech nische Erfassung hydromorphologischer Prozesse in Flie gew ssern immer mehr an Bedeutung Die ADCP Technik stellt hier eine zukunftstr chtige M glichkeit dar Sie wird bereits seit Jahren erfolgreich zur Abflussmessung eingesetzt die Auswertung der erfassten Daten in Hinblick auf Geschiebege
70. F llen findet die ADCP Messung von der Wasseroberfl che aus statt Das Ger t wird knapp unter der Wasseroberfl che ber den Messquerschnitt bewegt die vier Beams blicken dabei nach unten Je nach Messbedingungen kommen da bei verschiedene Tr gerger te zum Einsatz In kleineren Flie gew ssern wird meist das von OceanScience entwickelte River Boat ein 1 2 m langer 0 8 m breiter und 6 kg schwerer Trimaran verwendet Tr gerboote dieser Gr enordnung wie auch der 2lLeitstrahl Richtstrahl Messstrahl gt R mischer Gott des Ein und Ausgangs Er hat zwei Gesichter und kann daher sowohl nach vorne als auch nach hinten blicken 23OceanScience 105 Copperwood Way Suite J Oceanside CA 92054 USA 43 4 Ultraschall Doppler Technik mobiles ADCP ADCP an der Sohle Abbildung 4 7 Einsatzbereiche des ADCP Aluminium Katamaran des Ingenieurb ros Schmid k nnen von einer Br cke oder einem Steg aus ber das Gew sser bewegt werden oder an einem Pegelquerschnitt von der dort installierten Seilkrananlage gezogen werden In gr eren Gew ssern wie z B den gro en schiffbaren Fl ssen in Deutschland werden ADCP Messungen oft mit bemannten Booten oder Messschiffen durchgef hrt Auch ferngesteuerte Boote sind mittlerweile im Einsatz So besitzt beispielsweise das WSA Heidelberg ein trai lerbares Messboot das wahlweise bemannt oder ferngesteuert bewegt werden kann Abb FEB Abbildung 4 8 ADCP Tr
71. HQio 530 m s HW _ 537 97 m NN HQ 1o0 870 m s Tabelle 6 5 J hrlichkeiten am Pegel Staudach an der Tiroler Achen Neben der kontinuierlichen Erfassung des Wasserstands werden am Pegel Staudach fast t glich Wasserproben entnommen und in Hinblick auf die Schwebstoffkonzentra tionen ausgewertet Dabei handelt sich um Einpunktentnahmen von der Wasserober fl che mit bis zu zehn Liter Es ist zu ber cksichtigen dass mit diesen Messungen nicht die mittlere Schwebstoffkonzentration im Flie querschnitt erfasst werden kann hat mehr als 11000 Einpunktmessungen seit 1971 den erfassten Abfl s sen gegen bergestellt um eine m gliche Beziehung zwischen dem Abfluss und den Schwebstoffkonzentrationen zu finden Abbildung 6 39 zeigt das Ergebnis der Auswer tung Die Datenmenge weist eine erhebliche Streuung auf was auch in der geringen Korrelation zu erkennen ist Die beste Anpassung liefert die potentielle Trendlinie generell muss jedoch festgestellt werden dass die Absch tzung von Schwebstoffkon zentrationen anhand vorhandener Abflussdaten nur sehr grobe Richtwerte liefern kann und f r eine ausreichend genaue Erfassung auf jeden Fall Schwebstoffkonzentrations messungen durchgef hrt werden sollten 140 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen c nes a mar x1 59 64 ES mke 0 3835 0 3835 AN X y 6 9796x 106 25 5069 R2 0 1302 H ER 28 EL ee mamm nr nen
72. Helfern Helfeshelfern und Wegbegleitern der letzten Jahre geb hrend Dank zu zollen und dabei trotzdem eine angemessene K rze der Ausf hrungen zu wahren Besonderer Dank geb hrt meinem Doktorvater Herrn Univ Prof em Dr Ing Theodor Strobl Er nahm mich am Lehrstuhl mit wahrlich v terlicher F rsorge auf stand mir all die Jahre mit Rat und Tat zur Seite und hatte immer eine besch tzen de Hand ber seinen Haufen junger Wilder wie er uns Assistenten manchmal im Scherz nannte Das einzigartige Arbeitsklima das ma geblich zum Gelingen unserer Arbeiten beitrug ist vor allem ihm zu verdanken Aber auch sein Charisma sein fach licher Weitblick und sein Verhandlungsgeschick mit dem er auch den skeptischsten Gespr chspartner von seinen Ideen berzeugen und die schwierigsten Diskussionen in eine positive Richtung lenken konnte haben mich sehr beeindruckt und werden mir immer als Vorbild in Erinnerung bleiben Dar ber hinaus m chte ich Univ Prof Dr Ing habil Michael Manhart und o Univ Prof Dr techn Gerald Zenz f r die bernahme der Koreferate danken Univ Prof Dr Ing Peter Rutschmann danke ich f r die bernahme des Pr fungsvorsitzes Ein gro es Dankesch n auch an die Auftraggeber des operativen Entwicklungsvorha bens der E ON Wasserkraft GmbH und dem Bayerischen Landesamt f r Umwelt die ma geblich zur Finanzierung meiner Promotion beigetragen haben Bei der Durchf h rung der ADCP Messungen wurde
73. Interagency Conference on Research in the Watersheds Benson USA United States Department of Agricul ture Agricultural Research Service S 95 100 Grosso V A Del und Mader C W 1972 Speed of Sound in Pure Water Journal of the Acoustical Society of America 52 5B S 1442 1446 Haimann M 2007 Schwebstoffmonitoring an der Sulm und an der Enns Diplom arbeit Institut f r Wasserwirtschaft Hydrologie und konstruktiven Wasserbau De partment f r Wasser Atmosph re Umwelt an der Universit t f r Bodenkultur Wien Hanes D M Vincent C E Huntley D A und Clarke T L 1988 Acoustic mea surements of suspended sand concentration in the C2S2 experiment at Stanhope Lane Prince Edward Island Marine Geology 81 S 185 196 Hofer B und Reindl R 2001 Der Kampf und die kleinen Erfolge der Betreiber von Wasserkraftanlagen gegen Stauraumverlandungen sterreichische Wasser und Abfallwirtschaft 53 11 12 S 282 287 Innwerk 1992 Bayerischer Inn Ausbau der Wasserkraft zwischen Kiefersfelden und Passau Innwerk Aktiengesellschaft T ging Irmer U Naumann S und Schrader N 2007 Anforderungen an die Bewirtschaf tung der Bundeswasserstra en aus gew sser kologischer Sicht unter dem Blickwin kel der Europ ischen Leitf den Wasserstra en Verkehrswege und Lebensraum in der Kulturlandschaft Ber cksichtigung kologischer Belange an Bundeswasser stra en Jen
74. Nachmittag des 12 Juli betrug der L ngs versatz nur mehr 320 m Bei einer berfahrtszeit von insgesamt 15 min l sst sich daraus eine mittlere Geschiebegeschwindigkeit von 0 36 m s absch tzen W hrend des Augusthochwassers ergab sich ein L ngsversatz von 670 m Die beiden berfahr ten dauerten insgesamt 24 min woraus sich eine mittlere Geschiebegeschwindigkeit von knapp 0 47 m s ergibt Um noch mehr Informationen in Hinblick auf die Geschiebegeschwindigkeiten zu erhalten wurden die vom ADCP aufgezeichneten Bootsgeschwindigkeiten mit Re ferenz BT genauer untersucht Die f r jedes Ensemble in vektorieller Form abge speicherten Werte wurden aus den ASCII Dateien ausgelesen und in Komponenten parallel sowie rechtwinkelig zur Hauptstr mungsrichtung umgerechnet Auch die aus den dGPS Daten berechneten Vektoren der Bootsgeschwindigkeit wurden in diese beiden Komponenten zerlegt Nachdem die ADCP Fahrten ann hernd rechtwinke lig zur Hauptstr mungsrichtung durchgef hrt wurden sollten die Geschwindigkeits anteile in Flie richtung um den Wert Null schwanken Wie in den Abb 6 34 a und 6 35 a zu sehen ist erf llen die dGPS Werte diese Erwartung F r die mit Referenz BT berechneten Bootsgeschwindigkeitsanteile in Flie richtung ist das nicht der Fall Obwohl streckenweise keine Bottom Track Informationen erfasst wer den konnten lassen die Darstellungen R ckschl sse auf die Geschiebegeschwindigkeit w hrend der Messungen zu Der Verlau
75. North Sea coast Dissertation Christian Albrechts Universit t zu Kiel Mathematisch Naturwissenschaftliche Fakult t Sachgebiet Geowissenschaften Poerbandono und Mayerle R 2003 Effectiveness of Acoustical Backscatter Mea surements from Acoustical Profilers for Estimation of Suspended Sediment Con centration in IEEE OES Seventh Working Conference on Current Measurement Technology S 207 210 P schl S 2001 Erfahrungsbericht Sedimentation in einer Kraftwerkskette s terreichische Wasser und Abfallwirtschaft 53 11 12 S 292 298 RDI 1996 Principles of Operation A Practical Primer Second edition for broad band adcps RD Instruments RDI 1999 When to Use Differential GPS in Place of Bottom Track Acoustic doppler current profilers application note fsa 006 RD Instruments RDI 2002 WorkHorse Commands and Output Data Format RD Instruments RDI 2003 WinRiver I User s Guide International Version RD Instruments Reichel K G und Nachtnebel H P 1993 Suspended Sediment Monitoring in a fluvial Environment Advantages and Limitations applying an Acoustic Doppler Current Profiler Water Resources 28 4 S 751 761 Rennie C D Millar R G und Church M A 2002 Measurement of Bed Load Velocity using an Acoustic Doppler Current Profiler Journal of Hydraulic Engi neering 128 5 S 473 483 Schiller H 1977 Hochwasseruntersuchung Inn Hoch
76. P Messung lag der Abfluss bei fast 1100 m s und sank bis zur zweiten Messung auf 116 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn Q m s 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 KW Oberaudorf KW Nu dorf Q Ref BT Q Ref GPS O MQ Ref GPS Fehlmessung Fehlmessung Abbildung 6 26 Abflussergebnisse der ADCP Messungen im Vergleich mit Pegel und Kraftwerksdaten ADCP Messung am 12 Juli 2005 ungef hr 1000 m s ab Das Stauziel am Kraftwerk Nu dorf war anfangs um 1 35 m abgesenkt der Wasserspiegel lag bei 462 6 m NN Bis zur zweiten Messung wurde das Stauziel wieder um 30 cm angehoben und der Wasserspiegel lag bei 462 9 m NN Dies f hrte zu einem Anstieg der Wasserspiegelbreite im Messquerschnitt von 120 m auf 121 m sowie zu einer gr eren Flie tiefe von 4 8 m im Vergleich zu 4 6 m w hrend der ersten Messung Abbildung zeigt die Darstellung der aus den Einzelfahrten gemittelten Flie geschwindigkeitsverteilungen sowie der gemittelten Sohlenverl ufe mit Referenz BT und mit Referenz GPS In dieser Darstellung wird der Grund f r die zu niedrig er mittelten Abfl sse mit Referenz BT klar Bei Referenzierung der ADCP Daten auf das Bottom Track Signal werden einerseits die Querschnittsbreite und andererseits die Flie geschwindigkeiten untersch tzt W hrend bei Referenz GPS die aus den er
77. PC 10 o 10 20 30 Luft 325 331 337 343 349 Wasser 1348 1407 1449 1484 1511 Tabelle 4 1 Schallausbreitungsgeschwindigkeit c m s in Luft und Wasser bei verschiedenen Temperaturen Zwischen der Schallgeschwindigkeit c in m s der Schallwellenl nge A in m und der Frequenz f in 1 s besteht folgender Zusammenhang B A f 4 1 Anhand der Frequenz wird Schall in Infraschall lt 16 Hz H rschall 16 Hz 20 kHz und Ultraschall gt 20 kHz unterteilt Borucki 1989 Die menschliche Wahrnehmung des H rschalls wird dadurch erm glicht dass die Druckwellen das Trommelfell in Schwingungen versetzen Diese werden im Innenohr in elektrische Signale umgewan delt welche wiederum vom Gehirn als Ger usch interpretiert werden Wendet man Gleichung f r eine Schallwelle an der unteren H rgrenze in Luft bei 20 C an so erh lt man eine dazugeh rige Wellenl nge von etwa 20 m die Wellenl nge von Schall an der oberen H rgrenze in Luft betr gt zirka 1 7 cm Akustische Messverfahren arbeiten meist im Ultraschallbereich Besondere Bedeutung hat die Ausbreitung von Schall im Wasser wo sich elektroma gnetische Wellen z B Radiowellen und Licht nur schlecht ausbreiten k nnen und beschr nkte Reichweiten besitzen Technische Anwendung findet das Ph nomen der Schallausbreitung heute vor allem in der Navigation und der Ortung unter Wasser Der verwendete Frequenzbereich liegt
78. PO00020 WS10 WN20 WF10 Der Wechsel des Water Mode von WM 5 auf WM 8 w hrend der beiden Messungen wurde aufgrund der steigenden Flie geschwindigkeiten im Laufe des Versuchs vor genommen Bei beiden Versuchen begann die eingebaute Sohle bei Erreichen einer mittleren Flie geschwindigkeit von um 1 m s zu erodieren und wurde im weiteren Verlauf vollkommen abgetragen Parallel zu den Aufzeichnungen des ADCP wurde mit dem Ultraschallsensor der Wasserspiegelverlauf an der Messstelle dokumentiert Die visuelle Dokumentation der Sohlh hen aus dem linken Beobachtungsschacht diente zur Validierung der ADCP Daten 6 1 2 Auswertung der Versuchsdaten Die Versuche an der VAO brachten wertvolle Erkenntnisse ber die Arbeitsweise des ADCP die Genauigkeit der Messwerte und die Einsatzgrenzen dieser Technik unter bestimmten Randbedingungen Die Ergebnisse zeigen deutlich dass die Mess technik in der Lage ist zeitliche Ver nderungen von Sohlh hen zu dokumentieren Abbildung 6 5 und 6 6 zeigen die vom ADCP aufgezeichneten Sohlenlagen sowie die Ergebnisse der visuellen Beobachtung aus dem linken Schacht Normalerweise mittelt die ADCP Software WinRiver die gemessenen Flie tiefen der vier Messstrahlen und zeigt das Ergebnis als Sohlenh he f r die Lotrechte unter der Ger teachse an Eine getrennte Darstellung der vier H henlagen ist nicht m glich Um die von den vier Strahlen aufgezeichneten Abst nde getrennt darstellen zu k nnen wurden die Da
79. Querschnitt berechnet werden Ist die Anlage einmal installiert so erlaubt sie die permanente messtechnische Erfassung der mittleren Flie geschwindigkeit im Querschnitt Radarwellen Radarwellen mit bekannter Frequenz werden von einem Sender auf die Wasserober fl che gesendet wo sie reflektiert werden Durch die Flie geschwindigkeit des Was sers kommt es dabei zu einer Frequenzverschiebung Aus dem Frequenzunterschied zwischen den ausgesendeten Radarwellen und den empfangenen Reflexionen kann die Flie geschwindigkeit an der Wasseroberfl che berechnet werden Mit Hilfe empirischer Formeln kann diese Gr e verwendet werden um die mittlere Flie geschwindigkeit im Querschnitt abzusch tzen was jedoch mit gewissen Ungenauigkeiten behaftet ist Particle Image Velocimetry PIV Die Particle Image Velocimetry ist eine optische Methode zur ber hrungslosen Mes sung von Geschwindigkeiten Das Messprinzip beruht auf der physikalischen Defini tion der Geschwindigkeit als Quotient von Differenzen Die momentane Position von Partikeln in der Str mung wird mit geeigneten Kameras zu zwei Zeitpunkten aufge zeichnet die Geschwindigkeitsvektoren werden im Anschluss ber Kreuzkorrelation der beiden Bilder berechnet Bis vor Kurzem nur in sehr kleinskaligen Anwendungsbereichen wie beispielswei se Modellversuchen zu finden gewinnt die PIV Technik mehr und mehr auch f r Naturmessungen an Bedeutung Grund daf r ist vor allem die Entwicklung in de
80. acher F Strobl Th und Zunic F 2008 Sohlen und Abfluss messungen Vorteile und Grenzen der ADCP Technik Wasserwirtschaft 97 1 2 S 27 31 FISP 2008 Operator s Manual for the US P 61 Al Point Integrating Suspended Sediment Sampler Federal Interagency Sedimentation Prpject URL fisp wes army mil Catalog_Page_US_P 61A1 htm Online Stand 01 05 2008 Fujita I Tsubaki R und Deguchi T 2007 PIV Measurement of Large Scale River Surface Flow during Flood by using a High Resolution Video Camera from a Helicopter in 2007 Hydraulic Measurements amp Experimental Methods Con ference Lake Placid USA Environmental amp Water Resources Institute of the American Society of Civil Engineers and International Association of Hydraulic Engineers S 344 349 176 Literaturverzeichnis Gartner J W 2002 Estimation of Suspended Solids Concentrations Based on Acoustic Backscatter Intensity Theoretical Background in Turbidity and Other Sediment Surrogates Workshop Gartner J W 2004 Estimating suspended solids concentrations from backscat ter intensity measured by acoustic Doppler current profiler in San Francisco Bay California Marine Geology 211 S 169 187 Gray J R Melis Th S Patino E Larsen M C Topping D J Rasmussen P P und Figueroa Alamo C 2003 U S Geological Survey Research on Surro gate Measurements for Suspended Sediment in First
81. al ADCPs Kap14 2 3 2 haben Laufzeitverfah 22 3 3 Abflussmessungen ren den Nachteil dass sie an beiden Ufern eine Anbindung an die Infrastruktur ben tigen und nur die mittlere Flie geschwindigkeit im Querschnitt ermitteln w hrend H ADCPs mehrere Messwerte entlang der Gew sserbreite aufzeichnen was vor allem bei heterogenen Geschwindigkeitsverteilungen die Genauigkeit des Ergebnisses erh ht Der Einsatz der PTV Methode zur Flie geschwindigkeitsmessung in nat rlichen Gew ssern wird erst seit Kurzem untersucht Erste Erfahrungen zeigen dass sich das Verfahren besonders gut dazu eignet gro r umige Vorg nge wie bei spielsweise Mischprozesse beim Zusammenfluss von Gew ssern makroskalige Wirbelstrukturen und Hochwasserabfl sse vom Helikopter aus ber hrungslos und damit auch gefahrlos zu erfassen Voraussetzung daf r ist die opti sche Erkennung der Str mungen durch Oberfl chenwellen Schaum Treibgut oder hnlichem Der Vorteil der Technik liegt in der verh ltnism ig schnel len Erfassung von Oberfl chengeschwindigkeiten entlang ganzer Flussabschnit te Angaben ber die Genauigkeit der Messergebnisse liegen aufgrund fehlender Vergleichsmessungen noch nicht vor Die Ultraschall Dopplertechnik stellt auf dem Gebiet der Flie geschwindigkeits messung sicher die zukunftstr chtigste Methode dar Ihre Vorteile liegen in der hohen erfassbaren Messwertdichte und der gro en Messgenauigkeit von lt 2
82. assdaten in vektorieller Form east west north south up down abgespeichert wobei der Einfluss einer m glichen vom ger teinternen Neigungsmesser erfassten vertikalen Auslenkung des ADCP beispielsweise durch Roll und Stampfbewegungen des Tr gerger tes auf der Was seroberfl che bei der Ermittlung der Geschwindigkeitsanteile ber cksichtigt wird Der vierte Strahl dient der Ermittlung der so genannten Error Velocity der Fehlerge schwindigkeit Sie ist die Differenz der aus den verschiedenen Beam Kombinationen errechneten Geschwindigkeitsvektoren und ein wichtiger Kennwert f r die Homoge nit t der Str mung bzw die Qualit t der Messwerte 4 2 3 2 Station re ADCP Messung und Moving Boat Methode Prinzipiell k nnen ADCPs auf verschiedene Weise zur Erfassung von Geschwindig keitsdaten eingesetzt werden Eine M glichkeit dabei ist der station re Einbau an der Sohle senkrecht nach oben blickend oder im Uferbereich H ADCP horizontal ausgerichtet Alternativ dazu k nnen die Messstrahlen des ADCP den Wasserk rper von der Oberfl che aus senkrecht nach unten blickend durchdringen Im Fall eines station ren Einbaus entsprechen die erfassten Relativgeschwindigkeiten den Absolut werten der Flie geschwindigkeit da sich das Messger t in Ruhe befindet Es k nnen aber nur Daten entlang einer Messlinie gesammelt werden fl chenhafte Messungen im gesamten Flie querschnitt sind hier nicht m glich Abb 4 7 In den meisten
83. au der letzten beiden Kraftwerke Nu dorf 97 6 ADCP Messungen und Oberaudorf die in den Jahren 1982 bzw 1992 fertig gestellt wurden war der Inn bis auf die Restwasserstrecke zwischen der Wehranlage Jettenbach und der Wieder einleitung bei T ging durchgehend ausgebaut Abbildung zeigt den Verlauf des bayerischen Inn die wichtigsten Zufl sse mit ihren Einzugsgebieten sowie die Lage der einzelnen Kraftwerke Erg nzend dazu beinhaltet Tab 6 1 eine Zusammenstellung der Kraftwerke am bayerischen Inn Bayern Passau Deutschland Donau x ANAS NG AASSSSSS SS SAAANA i a i aaaea a a a AAAA S NSN NSN NSIS SISI SSI NSIN SINS S S TO ba AANANNSS SSNS SSS SSNS NNNSNN SS S nn S NN AAAA NSSS SNINA RRAN S ANS AAAA SSSSAS SS SS SS ASSSSSNSSNN ASSNNSN ay OAT SANS ASSNSAN AANS NSSS SSS SSS N p r SSS aa RSN P Ao gt gt gt ans Z Z222 Atti i LELLLE F RGFFFLE 2 LE BERLLLEES Abbildung 6 12 Einzugsgebiet des Inn wichtigste Zufl sse und Kraftwerke 6 2 1 3 Verlandungsproblematik am Inn Durch die Errichtung von Staustufen kam es zu einer erheblichen Reduktion des Energieliniengef lles Der Weitertransport von Sedimenten wurde dadurch unterbun den und gro e Mengen davon setzten sich in den Staur umen ab Abb 16 13 98 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn Kraftwerk Fkm Fertigstellung KW Typ Fallh he Oberaudorf 211 0 1992 Pfeilerkraftwerk 12 53 m Nu dorf 198 7 1982 Pfeilerkraftwerk
84. aus der weiteren Auswertung ausgeschlossen wir das Ergebnis der ersten Einpunktauswertung vom 12 Juli Die ermittelten 70 mg l erscheinen verglichen mit anderen Messungen bei hnlichen Abflusssituationen im Verh ltnis zum Ab fluss viel zu niedrig Somit verbleiben vier Messungen am 10 Mai am 12 Juli am 18 August und am 29 August Anhand dieser Daten wurden die Variablen A und B aus Glg bestimmt um den Zusammenhang zwischen ADCP Echointensit ten und Schwebstoffkonzentratio nen beschreiben zu k nnen Das Ergebnis ist in Abb 6 37 dargestellt Das Bestimmt heitsma der Ausgleichsfunktion betr gt R 0 6 Betrachtet man aber die direkte Gegen berstellung der gemessenen und der berechneten Schwebstoffkonzentrationen so wird die unzureichende Qualit t dieser Absch tzung offensichtlich Die Ergebnisse der Messungen vom 10 Mai und vom 18 August bei Normalwasserabfluss stim men noch ganz gut berein Die beiden anderen Punkte der Messungen vom 12 Juli und vom 29 August liegen jedoch weit von der Ideallinie Gerade mit 45 Neigung entfernt Der Versuch zwischen den gemittelten R ckstreuinformationen von ADCP Messungen und konventionell durchgef hrten Einpunktmessungen die zudem auch nicht zeitgleich durchgef hrt worden sind einen Zusammenhang zu finden ist wohl nicht zielf hrend Die darin beinhalteten Ungenauigkeiten sind zu gro um eine gesi cherte Beziehung zwischen den Messwerten des ADCP und den wahren Sch
85. bdecken Die Beh lter zum Auffangen des Ge schiebes m ssen in regelm igen Abst nden geleert werden Einrichtungen dieser Art bieten den Vorteil Geschiebe ber lange Zeitr ume bis zu einem Jahr aufnehmen zu k nnen Zwischen den Entleerungen sind die Bauwerke praktisch wartungsfrei was Personal und somit auch Kosten spart Mobile Geschiebef nger Der gro e Vorteil mobiler Fangeinrichtungen ist die Flexibilit t bei der Wahl des Mess querschnitts sowie bei der Festlegung der Position f r die Einzelmessungen innerhalb eines Querschnitts Um zu verhindern dass Material unter der Fangeinrichtung hin durch transportiert werden kann sollte das Entnahmeger t m glichst dicht an der Sohle aufliegen Das Einbringen eines Geschiebesammlers auf die Gew ssersohle f hrt zwangsweise zu einer Ver nderung der Stromlinien im Nahbereich des Sammlerein laufs Deshalb spielt bei der Auswertung der Fangmenge die Effizienz des Sammlers eine entscheidende Rolle Dabei handelt es sich um das Verh ltnis des gesammelten Geschiebes zu dem im ungest rten Bereich gleicher Breite auf der Flusssohle transpor tierten Geschiebe DVWK127 1992 Aufgrund der von Gew sser zu Gew sser stark 25 3 Entwicklung der Messtechnik variierenden Randbedingungen werden mobile Geschiebef nger in Hinblick auf die jeweiligen Anforderungen oft als Einzelanfertigungen ausgef hrt enth lt eine kurze Beschreibung der im deutschsprachigen Raum am h ufigsten
86. beinhaltet Die unter Ber cksichtigung der extern erfassten Lageinformationen ermittelten Ab fl sse zeigen eine durchaus zufrieden stellende bereinstimmung mit den Pegelwerten sie liegen innerhalb eines Schwankungsbereiches von 5 Die Fl gelmessungen decken sich ebenfalls sehr gut mit den Ergebnissen der Abflussberechnung aus den gemessenen Pegelst nden 148 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen Q m s 14 00 14 30 15 00 15 30 16 00 16 30 a Abflusswerte Pegeldaten ADCP Werte BT und GPS H he m NN Sohle Ref GPS Sohle Ref BT wm Ref GPS m Ref BT 10 15 20 25 30 Breite m b mittlere Sohlen und vm Linien BT und GPS Abbildung 6 44 ADCP Messung am 8 August 2006 149 6 ADCP Messungen Q m s Q Pegel 5 Q Fl gelmessung Q Ref BT 13 00 13 30 14 00 14 30 15 00 15 30 16 00 H he m NN 538 5 537 5 536 5 Sohle Ref GPS Sohle Ref BT wm Ref GPS 534 5 w Ref BT 535 5 533 5 532 5 15 20 25 Breite m b mittlere Sohlen und vm Linien BT und GPS Abbildung 6 45 ADCP Messung am 9 Mai 2007 150 6 3 ADCP Messungen an der Tiro
87. ben gezeigt dass A und B zwar einen hohen Korre lationskoeffizienten von r gt 0 8 aufweisen aber nicht ber die Zeit konstant sind sondern von nderungen der sedimentologischen Eigenschaften der Schwebstoffe her vorgerufen durch die Tidestr mung in der Weser beeinflusst werden Abbildung 4 13 aus Aardoom und Mol 2005 zeigt diesen Zusammenhang Aus diesem Grund sollten an jeder Messstelle zu Beginn eines ADCP Einsatzes f r Schwebstoffkonzentrationsmessungen die Gr e sowie die zeitliche Varianz der Va riablen A und B mit Hilfe von Vergleichsmessungen bestimmt werden Nur so kann festgestellt werden ob sich die beiden Gr en konstant ber die Zeit verhalten oder ob bei jeder ADCP Messung eine Kalibrierung der Parameter notwendig ist 62 4 2 ADCP Messtechnik WSP m _Wasserspiegel __ Nordenham 06 00 09 00 12 00 15 00 18 00 21 00 Abbildung 4 13 Beeinflussung der Variablen A und B durch die Tidestr mung an der Weser Aardoom und Mol 2005 4 2 5 2 N herungsl sung Aufgrund des hohen Rechenaufwands der soeben beschriebenen iterativen Berech nung wurden alternativ dazu vereinfachte Ans tze zur Ermittlung der Schwebstoff konzentrationen entwickelt Poerbandondo und Mayerle 2004 f hrt die beiden daf r entwickelten Ans tze auf Die in Glg 4 18 enthaltene N herung geht davon aus dass der Logarithmus des Konzentrationsverh ltnisses in zwei Punkten proportional zur Diff
88. chronisiert werden Mit dem Befehl Start Pinging be ginnt der ADCP Messsignale auszusenden Die Daten werden aber erst gespeichert wenn der Anwender den Befehl Start Transect gegeben hat Die dementsprechenden Befehle zum Beenden hei en analog dazu Stop Transect und Stop Pinging Darstellung der Messwerte W hrend der Messungen k nnen die erfassten Daten online am Bildschirm dar gestellt werden Dies erm glicht eine sofortige Kontrolle der Datenmenge und Qua lit t und ein rasches Eingreifen wenn eine Ver nderung von Messparametern oder Ger teeinstellungen notwendig wird Die Flie geschwindigkeiten k nnen wahlweise mit Referenz BT NONE oder GPS dargestellt werden Bei Referenz NONE wird davon ausgegangen dass sich das Messger t in Ruhe befindet Die erfassten Re lativgeschwindigkeiten werden ohne Ber cksichtigung der Bewegung des Messger tes abgespeichert Das bedeutet Informationen ber die Relativgeschwindigkeiten in den einzelnen Messzellen eines Ensembles k nnen auch dann abgespeichert wer den wenn keine Bottom Track Informationen vorliegen Bei Referenz BT werden die Flie geschwindigkeiten unter Ber cksichtigung dieser Daten in absolute Geschwindig keiten umgerechnet und abgespeichert bei Referenz GPS dienen externe Lagedaten als Grundlage f r die Umrechnung der Relativgeschwindigkeiten Die Software ermittelt bereits w hrend der Messfahrt aus den Geschwindigkeits und Lageinformationen den Durchfluss Die
89. chsten personellen Aufwand An Pegelquerschnitten werden meist permanente Aufzeichnungen des Wasserspiegels mit Hilfe von Schwimmpegeln Druckluftpegeln oder Drucksondenpegeln durchgef hrt Alle drei Verfahren liefern bei g nstigen Be dingungen Messwerte mit einer Genauigkeit im Millimeterbereich sind aber vor allem bei Hochwasser anf llig auf Verstopfung durch Verschlammung oder Ver klausung Im Winter k nnen die aufgezeichneten Daten durch Eisbildung verf lscht werden Erschweren derartige Randbedingungen den erfolgreichen Betrieb von kon ventionellen Pegelanlagen so bieten Ultraschallpegel eine m gliche Alternative 3 2 Geschwindigkeitsmessungen Wasserstandsmessungen ohne zus tzliche Informationen lassen nur Aussagen ber die relative Ver nderung des Abflusses zu So kann man beispielsweise aus einem steigenden Wasserstand auf einen ebenfalls zunehmenden Abfluss schlie en M ch te man absolute Abflussinformationen sind zus tzliche Geschwindigkeitsmessungen notwendig Eventuelle Einschr nkungen der Durchf hrbarkeit Mindest oder H chst geschwindigkeiten die Notwendigkeit infrastruktueller Einrichtungen an den Ufern der zeitliche und personelle Aufwand sowie die gew nschte Quantit t und Qualit t der Ergebnisse sollten bei der Wahl der Messmethode ber cksichtigt werden Folgen de Messger te bzw verfahren stehen zur Erfassung von Flie geschwindigkeiten zur Verf gung Fiedler et al 2008 Tracer Trac
90. d ADCPs sehr robuste Messger te mit denen innerhalb kurzer Zeit eine Vielzahl von Str mungsparametern ermittelt werden k nnen Auch aufgrund des verbesserten Personenschutzes durch ferngesteuerte Ger te und der M glichkeit einer weiterf hrenden Datenauswertung zur Erfassung morphologischer Prozesse kommen diese Ger te immer fter zum Ein satz Am Lehrstuhl f r Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Universit t M n chen fanden Untersuchungen zur Erfassung hydromorphologischer Vorg nge in Flie gew ssern mit Hilfe von ADCP Messungen statt Die Durchf hrung der Messungen sowie die dabei gewonnenen Erkenntnisse und Ergebnisse werden auf den folgenden Seiten ausf hrlich beschrieben 6 1 ADCP Messungen an der Versuchsanstalt in Obernach Um sich mit der Messtechnik vertraut zu machen die verschiedenen Ger teeinstellun gen zu testen und die m glichen Einsatzbereiche des ADCP zu untersuchen wurden im Sommer 2005 an der Versuchsanstalt f r Wasserbau und Wasserwirtschaft in Ober nach VAO erste Testmessungen durchgef hrt Es kam ein ADCP der Firma RDI vom Typ Workhorse RioGrande mit einer Frequenz 1200 kHz zum Einsatz Das Ger t wurde f r die Dauer der Versuche von der Bundesanstalt f r Wasserbau BAW zur Verf gung gestellt wurde 6 1 1 Versuchsaufbau und Durchf hrung Die Versuche fanden in einem 235 m langen rechteckigen Betonkanal mit einem Gef lle von 0 5 am Freigel nde der VAO statt Abb 16 1 Der 2 5
91. d alle ben tigten Variablen bekannt kann C nach Glg berechnet werden 1999 Alternativ dazu k nnen jedoch auch die in 1999 angegebenen Werte verwendet werden Diese sind in Tab ZU sammengestellt Bei der Festlegung von C ist zu ber cksichtigen dass diese Gr e f r die Ergebnisse nicht von Bedeutung ist solange man die vom ADCP erfassten Messgr en an Naturmessdaten der Schwebstoffkonzentration eichen kann 8 K F By cos C 10 1g T 4 14 K Boltzmannkonstante K 1 387 J K F Faktor f r den vom Empf nger aufgezeichneten Schallimpuls Bw Bandbreite des Schallimpulses dB 8 Winkel zwischen den Messtrahlen und der Vertikalen Ex Effektivit t der vier Signalgeber d Durchmesser der Signalgeber m Die Temperatur Tr wird vom internen Thermometer des ADCP gemessen und in den Datenfiles mit der Einheit C abgespeichert Die Sendeleistung Tp ist neben verschiedenen Hardwareparametern ma geblich von der Stromversorgung des Mess ger tes abh ngig und schwer erfassbar Theoretisch ist es zwar m glich ihre Gr e mit Hilfe von Hydrophonen messtechnisch zu erfassen diese Messungen stellen in der Regel aber eine gro e Herausforderung f r das durchf hrende Personal dar und sind mit Unsicherheiten behaftet Bei Kenntnis von Stromst rke und Spannung der ge r teinternen Stromversorgung kann nach Wall et al 2006 die bertragungsleistung mit Glg 4 15 berechnet werden Tp To
92. d der Erosion der 60 cm hohen Sandsohle H B 1 2 dass die L ngsgeschwindigkeiten von der Querschnittsmitte zu den Eckbereichen hin auf bis zu 64 ihres Maximalwertes absinken Abb 16 9 Betrachtet man den Vorgang der Erosion der eingebauten Sandsohle so sind grund s tzlich zwei verschiedene Ph nomene zu unterscheiden Partikel geben aufgrund der angreifenden Schubspannung ihre station re Lage auf und bewegen sich h pfend und springend entlang der Sohle stromabw rts sie bezeichnet man als Geschiebe Partikel werden von der Str mung aufgenommen verlieren den Kontakt zur Sohle und bewegen sich in unterschiedlichen H henschichten mit der Str mung weiter sie bezeichnet man als Schwebstoffe Schwebstoffe bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit fort wie die Wasser partikel der Str mung diese Annahme ist auch Voraussetzung f r die Auswertung der ADCP Signale zur Ermittlung von Flie geschwindigkeiten werden diese doch an Partikeln in der Wassers ule reflektiert Die Geschwindigkeit mit der sich Geschie be fortbewegt ist hingegen abh ngig von der angreifenden Schubspannung und dem 91 6 ADCP Messungen Beobachtungsfenster da 2 10 m 2 10 m Ableseskala eingebauter Sohlanpolster a L ngsschnitt b Querschnitt Abbildung 6 7 ungleichm ige Erosion des Sohlenpolsters u Flie richtung eingebaute Sandsohle Abbildung 6 8 Aufnahmen des sch
93. d des Schlingern des Tr gerbootes gleich Null Die Komponenten der Bootsgeschwindigkeit in berfahrtsrichtung entsprechen der eingestellten Geschwindigkeit an der Seilkrananlage Wie in Abb zu sehen ist schwanken die aus den Bootsgeschwindigkeiten berechneten Komponenten in berfahrtsrichtung am 8 August 2006 im Bereich von vP 0 08 0 4 m s der Mittelwert liegt bei vP 0 2 m s Dieses Ergeb nis entspricht der an der Seilkrananlage eingestellten Geschwindigkeit Die Kompo nenten vertikal zur berfahrtsrichtung weisen hingegen eine gro e Schwankung von 156 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen vert v 0 1 1 m s auf Im rechten Bereich des Querschnitts pendeln die Werte um Null was ein Indiz f r eine ruhende Sohle ist Der Mittelwert der Geschwindig keitsanteile im linken Bereich deutet darauf hin dass im Sohlbereich die Sedimente mit einer Geschwindigkeit von bis zu 0 7 m s stromabw rts bewegt werden Der Grund f r die starke lokale Konzentration der Geschiebegeschwindigkeiten im linken ufernahen Bereich ist unter anderem in den Geschwindigkeitsverteilungen zu suchen Wie Abb zeigt hat der Verlauf der tiefengemittelten Flie geschwindigkeiten ebenfalls im linken Uferbereich sein Maximum und f llt im weiteren Verlauf ber die Gew sserbreite deutlich ab Es ist aber auch nicht ganz auszuschlie en dass es sich bei den erfassten Bewegungen nicht um Geschiebetransport handelt sondern um eine Schicht mit sehr
94. dass mit Hilfe von ADCP Messungen innerhalb kurzer Zeit eine gro e Anzahl von Flie geschwindigkeitsinformationen im Messquerschnitt erfasst wer den kann Dies erm glicht vor allem bei heterogenen Geschwindigkeitsverteilungen beispielsweise bei stark gegliederten Querschnitten eine genauere Abflussermittlung als das mit punktuellen Fl gelmessungen m glich w re Die allgemeinste Gleichung zur Berechnung des Abflusses aus bekannten Geschwindig keitswerten in einem beliebigen Querschnitt lautet Simpson und Oltmann 1993 Q r Vs ds 4 6 Qi gesamter Abfluss im Messquerschnitt m s V Vektor der mittleren Flie geschwindigkeit m s n Einheitsvektor rechtwinkelig zur Querschnittsrichtung Jsds Integration ber die Querschnittsfl che Die Geschwindigkeitsvektoren werden normal zur Querschnittsfl che ber diese inte griert Im Falle einer ADCP Messung von einem fahrenden Boot aus wird die Eigen geschwindigkeit des Messinstruments folgenderma en ber cksichtigt ds V dz dt 4 7 Q 9x Edea A T ben tigte Zeit f r eine berfahrt s d Flie tiefe m V Vektor der mittleren Bootsgeschwindigkeit m s k Einheitsvektor dt Integration ber die Zeit P dz Integration ber die Flie tiefe 49 4 Ultraschall Doppler Technik Trotz der hohen Datendichte k nnen bestimmte Bereiche des Querschnitts vom ADCP nicht erfasst werden Dazu geh ren alle s
95. de Anzahl von Abfluss messungen die G ltigkeit der Abflusskurve ber das zu erwartende Spektrum von Wasserst nden sicherstellt und dass die hydraulischen Verh ltnisse im Bereich des Messquerschnitts gleichbleibend sind um auch eine zeitliche Konstanz der Abfluss kurve zu gew hrleisten 24 3 4 Geschiebemessungen 3 4 Geschiebemessungen Nach DIN4049 werden alle Feststoffe die an der Gew ssersohle bewegt werden als Geschiebe bezeichnet Dabei handelt es sich um ein Gemisch von K rnern unter schiedlicher Form und Gr e mit einer Dichte von 2500 2700 kg m Die Bewegung erfolgt meist h pfend und rollend wobei der Kontakt zur Sohle nur f r kurze Zeit unterbrochen wird Eine klare Abgrenzung ab welcher Abl sungsdauer die K rner als Schwebstoffe bezeichnet werden existiert nicht In der Regel werden Geschiebetransport und zusammensetzung durch die Entnah me und Auswertung von Proben bestimmt Die Geschiebeentnahme kann dabei mit verschiedenen Ger ten erfolgen Prinzipiell k nnen diese in mobile und station re Fangeinrichtungen unterschieden werden F r die Bestimmung der Kornzusammen setzung ist zudem noch die Unterscheidung in gest rte und ungest rte Proben wich tig Station re Fangeinrichtungen Bei station ren Fangeinrichtungen handelt es sich um in der Gew ssersohle fest instal lierte Vorrichtungen auch Geschiebefallen genannt Sie k nnen entweder die gesamte Sohlbreite oder nur einen Teilbereich a
96. der Wasserkraft wurde auch der Sedimenttransport der Enns sterreich beeintr chtigt Periodische Querprofilmessungen sowie Schwebstoff messungen geben hier Auskunft ber den Eintrag von Feststoffen in die Staur u 2 Aktueller hydromorphologischer Zustand der Flie gew sser me und das Ausma von Anlandungen Wo n tig werden Baggerungen durch gef hrt teilweise kommt es auch zur Sp lung von Staur umen Die Erreichung eines morphologischen Gleichgewichtszustand ist an der Enns noch nicht in Sicht P schi 2001 F r das Flusskraftwerk Bodendorf das als Kopfspeicher an der Mur ster reich fungiert wurde im Rahmen des INTERREG IIIB Projekts Alpreserv ein umfangreiches Geschiebemanagementprogramm verbunden mit einem lang j hrigen Monitoring ausgearbeitet Alpreserv 2007 Auch an der bayerischen und sterreichischen Donau wurde der Geschiebe und Schwebstofftransport durch den Bau von Flusskraftwerken ber weite Strecken beeintr chtigt J hrliche Aufmessungen der Querprofile sowie t gliche Schweb stoffmessungen werden f r die laufende berwachung der Sedimentsituation her angezogen Als aktive Ma nahmen sind Geschiebefallen aber auch die Zugabe von Geschiebe im Unterwasser der Anlagen Kraftwerk Freudenau unterhalb von Wien zu nennen Anlandungen von Feinsediment werden bei Bedarf ebenfalls ausger umt Sp lungen werden an den Staustufen der Donau nicht durchgef hrt Schimpf und Harreiter 20
97. des ADCP WinRiver rechnet den RSSI Wert E in Counts nach diesem N herungsansatz in die Echointensit t EI um Nach Stimpfl wird dabei jedoch der Einfluss der Partikeld mpfung as vernachl ssigt Nachdem in den wenigsten F llen die f r die Berechnung von ag erforderlichen Informationen vorlie gen und diese auch nur mit erheblichem Messaufwand ermittelt werden k nnen ist dieses Vorgehen bei der Ermittlung einer N herung aber durchaus legitim 65 4 Ultraschall Doppler Technik 4 2 5 3 Anwendungsgrenzen Nach 2003 m ssen bei der Verwendung von ADCP Messung zur Er mittlung von Schwebstoffkonzentrationen zwei Einschr nkungen des Anwendungs spektrums ber cksichtigt werden Aufgrund der einfrequenten Arbeitsweise kann der ADCP nicht zwischen n derungen in der Sieblinienverteilung und nderungen in der Konzentration der Partikel unterscheiden Deshalb sind zus tzliche Vergleichsmessungen erforder lich Diese Problematik wurde bereits in den vorangegangenen Kapiteln behan delt Die bereits aufgef hrten Formeln und Ans tze zur Beschreibung des Zusammen hangs zwischen den Echointensit ten der ADCP Signale und den vorhandenen Schwebstoffkonzentrationen gelten nur innerhalb der Grenzen des Rayleigh Re gimes 2005 Aus diesem Grund k nnen ADCP Messungen zur Ermittlung von Schwebstoffkonzentrationen nur innerhalb eines bestimm ten Korngr enspektrums verwendet werden Auf diese Einschr nkung soll im Folg
98. deshalb auf dieses Ger t Gegr ndet wurde RDI im Jahr 1981 von Fran Rowe und Kent Deines 11996 1983 wurde das erste ADCP produziert mit dem kontinuierliche Messungen durch gef hrt werden konnten drei Jahre sp ter umfasste das Programm bereits drei ver schiedene Modelle die in einem Frequenzbereich von 75 1200 kHz arbeiteten Aber erst 1991 machte die Entwicklung der ADCP Technik mit dem Verkauf des ersten Breitband Ger tes einen gro en Sprung nach vorne Breitband ADCPs weisen im Vergleich zu ihren auf Schmalband Technik basierenden Vorg ngern aufgrund ihrer um das 100 fache h heren Bandbreite eine um fast das 100 fache kleinere Streuung der Messwerte auf Lag zu Beginn der Entwicklung der Fokus vor allem auf Ger ten f r den Einsatz in maritimen Gew ssern so wurden im Laufe der Jahre mehrere Modelle entwickelt die f r den Messeinsatz in Binnengew ssern geeignet sind Mit dem ADCP vom Typ Workhorse RioGrande Abb steht nun seit einigen Jahren ein robustes Ger t zur mobilen Geschwindigkeitsmessung in mittleren bis gro en Gew ssern zu Verf gung Die Technik des Workhorse RioGrande ist in einem 7 6 kg schweren Zylinder aus Po lyurethan untergebracht Das Ger t verf gt ber vier voneinander unabh ngig arbei tende akustische Sender und Empf ngereinheiten einen Kompass ein Thermometer und einen Vertikalgyro zur Erfassung der vertikalen Auslenkungen des ADCPs w h 5Teledyne RDI Europe Les Ner
99. die Berechnung m ssen eine Vielzahl von Daten wie beispielsweise die Eingangsgr en der Schwebstoffkonzentrationen sowie die Korngr Benverteilungen aufgrund der fehlenden Messwerte anhand von Erfahrungswerten abgesch tzt werden F r niedrige bis mittlere Abfl sse gelingt dies zwar einigerma Ben gut es musste jedoch schon des fteren festgestellt werden dass die gew hlten N herungswerte vor allem bei Hochwasser massiv von den realen Bedingungen ab 107 6 ADCP Messungen weichen Erschwerend kommt hier noch dazu dass die Beziehung zwischen Abfluss und Schwebstoffkonzentrationen zus tzlich durch Vorabsenkungen sowie Sp lungen an den Oberliegerkraftwerken Langkampfen und Oberaudorf beeinflusst wird So mit k nnen die w hrend Hochwasser auftretenden Schwebstoffkonzentrationen nur sehr schwer abgesch tzt und derartige Ereignisse mit hydromorphologischen Model len nicht ausreichend genau nachgebildet werden Der Versuch das Hochwasser 2005 mit Hilfe eines eindimensionalen instation ren hydromorphologischen Tools HEC RAS 4 0 Beta nachzurechnen best tigte diese Einsch tzung Die starken Umbil dungsprozesse w hrend des Hochwassers im Stauraum Nu dorf konnten in keiner Weise nachgebildet werden 6 2 2 2 Abflusssituation im Sommer 2005 Die Abflusssituation im Bereich zwischen Oberaudorf und Rosenheim f r die Som mermonate 2005 ist in Abb dargestellt Wie zu sehen ist kam es in dieser Zeit zum Ablauf zwei
100. die erfassten Echointensit ten bei dieser Messung in Oberfl chenn he am gr ten sind und in Sohln he berhaupt keine Daten aufgezeichnet wurden Dies deutet darauf hin dass die ADCP Technik mit der hier verwendeten Frequenz von 1200 kHz an ihre Grenzen gesto en ist Auf grund der hohen Anzahl von Partikeln in der Wassers ule wird ein zu gro er Teil der Messsignale absorbiert und gelangt nicht mehr zum Messger t zur ck Der Grund f r die schlechten Ergebnisse der Messung der Echointensit ten kann aber auch in der Korngr enverteilung der Schwebstoffe liegen In Tab wird f r eine Messfre quenz von 1200 kHz der Anwendungsbereich auf d 0 038 0 382 mm begrenzt In wird angegeben dass die Schwebstoffe am Inn vorwiegend aus der Ton und Schlufffraktion stammen selten aber auch Gr en bis zu 0 2 mm erreichen k n nen was vor allem bei gro en Hochwasserereignissen eintritt Das bedeutet es kann davon ausgegangen werden dass sich beim Augusthochwasser 2005 die Korngr en verteilung der Schwebstoffe verg berte wodurch der Faktor rdp A nahe 1 r ckte In diesem Bereich werden die Echosignale sehr komplex was ihre Auswertung erheb lich erschwert und zu falschen Ergebnissen bzw Fehlwerten f hren kann Bei dem Versuch eine Beziehung zwischen den ADCP Werten und den Ergebnissen der Ein 132 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn punktprobenentnahmen aufzustellen wird diese Messung daher nicht ber cksichtigt Ebenfalls
101. dkirchen bereinstimmt In diesen drei Bereichen liegen Auswertungen von umfangreichen Sohlprobenentnah men vor Die aus den gewonnenen Proben ermittelten Sieblinien in den drei Staustu fen sowie das Sieblinienband des an der VAO verwendeten Sandes sind in Abb dargestellt Siebdurchgang Oberaudorf Siebdurchgang 100 T 100 7 Nu dorf s30 80 70 60 50 0 80 70 4 60 50 10 100 Abbildung 6 4 Sieblinien von Sohlenproben aus den Innstaustufen Oberaudorf Nu dorf und Feldkirchen im Vergleich zur Sieblinie des Versuchssandes Einbau des Sohlenpolsters im Versuchskanal F r die Versuche wurde der Sand lagenweise eingebaut und mit Schaufeln verdichtet Danach wurde die Sohle zum Schutz vor Erosion mit einer Folie abgedeckt und der Kanal langsam geflutet Abb 16 4 Anschlie end wurde die Schutzfolie wieder ent fernt Der Durchfluss durch das System wurde langsam von Null an gesteigert und auf dem maximal erreichbaren Niveau festgehalten Der Wasserspiegel konnte w h rend des gesamten Versuches durch ein Sch tz im Unterwasser ann hernd konstant gehalten werden Der ADCP war wie bereits beschrieben w hrend der gesamten 88 6 1 ADCP Messungen an der Versuchsanstalt in Obernach Versuchszeit station r in der Mitte des Kanals befestigt F r die Messungen wurden folgende Ger teeinstellungen des ADCP gew hlt WM5 WP10 BM5 BP10 TPO00020 WS10 WN20 WF10 WM8 WP10 BM5 BP10 T
102. e Mode aufgezeichnet Die Software WinRiver erm glicht die Kommunikation zwischen dem Computer dem ADCP und m glichen anderen Messger ten ber serielle Schnittstellen im RS 232 Format Die Verbindung zum ADCP sowie zu anderen verwendeten Messger ten kann entweder ber ein Datenkabel oder ber Modem hergestellt werden Eingabe verschiedener Messparameter Vor Beginn einer jeden Messung muss der Anwender verschiedene Informationen zu den vor Ort herrschenden Messbedingungen z B Uferform maximal zu erwarten de Wassertiefen Flie geschwindigkeiten und Bootsgeschwindigkeiten angeben Des 73 5 Mess und Auswerteprogramme Weiteren sind verschiedene ger tespezifische Parameter wie beispielsweise die ADCP Eintauchtiefe sowie der Abstand zwischen Uferlinie und jeweils erstem Messensemble einzugeben All diese Informationen werden in einer Konfigurationsdatei gespeichert und k nnen im Nachgang der Messung ver ndert werden Ger teeinstellungen F r s mtliche messrelevanten Ger teeinstellungen existieren Default oder Standard werte die so genannten Fixed Commands Diese Werte k nnen vom Anwender bei Bedarf berschrieben werden Die folgende Zusammenstellung beinhaltet die wich tigsten und am h ufigsten ben tigten Befehle WMX Water Profiling Mode X WP XX XX Pings pro Messensemble BM X Bottom Tracking Mode X BP X X Bottom Pings pro Messensemble WS XX Zellentiefe XX cm WN XX XX Tie
103. e bei der Entnahme von Schwebstoffproben sind der hohe Personal und Zeitaufwand der f r die Gewinnung und Auswertung der Proben ben tigt wird Die Forderung einer ungest rten Wasserprobe ist zudem nicht immer zu erf llen weil manche Entnahmeger te Wirbel oder Turbulenzen ver ursachen und die nat rlichen Schwebstoffverteilungen dadurch lokal gest rt werden Des Weiteren beschr nkt sich die gewonnene Datenmenge auf punkt oder linien f rmige Informationen ein fl chiges Verteilungsbild kann dadurch nicht gewonnen werden Optische sowie akustische Messungen zur Erfassung von Schwebstoffkonzen trationen sind zwar in der Durchf hrung wesentlich einfach hier gilt es jedoch gro e Herausforderungen bei der Auswertung der Messdaten zu meistern Die aufgezeich neten Daten sind nicht nur von den Konzentrationen der Schwebstoffe sondern auch von einer Vielzahl anderer Parameter abh ngig die ber cksichtigt werden m ssen Deshalb sind aufw ndige Kalibrierungen der Messger te bzw umfangreiche Zusatz messungen notwendig um die erfassten Daten eindeutig interpretieren zu k nnen Optische Messungen liefern zudem nur punktuelle Informationen meist aus dem Uferbereich des Gew ssers wo die Ger te eingebaut sind und erfordern daher eine Extrapolation von den messtechnisch erfassten Bedingungen in einem Punkt auf die mittlere Schwebstoffkonzentration im gesamten Querschnitt 32 4 Ultraschall Doppler Technik Akustische Messger
104. e in Verl ngerung der Achse des ADCP ein 360 Prisma befestigt das w hrend der Messung von der Totalstation automatisch verfolgt werden konnte Abb 6 42 Pro Messwert der Totalstation werden die jeweilige Uhrzeit im Format hh mm ss die schr ge Distanz in m sowie der Winkel zur Vertikalen und der Horizontal winkel zu einer beliebig einstellbaren Nullrichtung in rad abgespeichert Diese La geinformationen m ssen vor der Implementierung in die ADCP Files entsprechend umgewandelt und umformatiert werden Zuerst werden die von der Totalstation auf gezeichneten Relativkoordinaten in Gau Kr ger Koordinaten umgerechnet Daf r m ssen die Koordinaten des Ger testandorts sowie der Winkel zwischen dem festge legten Horizontal Nullwinkel und Norden bekannt sein Die Umrechnung erfolgt dann unter Verwendung trigonometrischer Zusammenh nge Abb 5 2 Aus den Punktinformationen im Gau Kr ger Format werden weitere in den ADCP Daten sp ter ben tigte Variabeln wie beispielsweise die Geschwindigkeitsvektoren pro Messensemble ber Grund oder der seit dem Start der Messung zur ckgelegte Weg berechnet und tabellarisch aufgelistet Mit Hilfe der Software CAPLAN k nnen die Gau Kr ger Koordinaten im n chs ten Schritt in geografische Koordinaten umgerechnet werden Dies ist erforderlich 39Elektronischer Tachymeter zur selbstt tigen Richtungs und Distanzmessung 40Leica Geosystems GmbH Vertrieb Triebstra
105. e und vm Linien der Einzelfahrten mit Referenz BT in AGILA ADCP Messung am 9 Mai 2007 151 6 ADCP Messungen Am 10 Juli 2007 konnten w hrend des ansteigenden Astes der nachlaufenden von zwei aufeinander folgenden Wellen mit erh htem Abfluss acht Messfahrten durchgef hrt werden Nach dem ADCP Einsatz wurde der Abfluss am Pegel mit Hilfe von Fl gel messungen messtechnisch erfasst Abbildung 6 47 a beinhaltet den am Pegel aus den erfassten Wasserst nden berechneten Abfluss das Ergebnis der Fl gelmessung sowie die Einzelergebnisse der Messfahrten mit dem ADCP Bei den Pegel Abflusswerten ist zu ber cksichtigen dass es sich hierbei um Rohda ten handelt F r die Berechnung des Abflusses aus den Wasserst nden wurde ein ETA Wert von 0 6 verwendet Vergleicht man den Pegelabfluss mit dem Ergebnis der Fl gelmessungen so ergibt sich ein Unterschied von 7 6 Die Auswertung der Fl gelmessungen lieferte eine ETA Wert von 0 864 des Messeinsatzes Das bedeutet dass der Pegelquerschnitt w hrend der Messung am 10 Juli 2007 eine gr ere Abfluss kapazit t besa als durch die damals verwendete Abflusskurve angenommen Unter diesem Aspekt m ssen auch die Ergebnisse der ADCP Messungen beurteilt werden Die Grafik in Abb 6 47 a zeigt dass die aus den ADCP Daten berechneten Abfl sse unabh ngig von der verwendeten Referenzierung durchwegs ber den Pegelwerten liegen Auch das bereits bekannte Ph nomen dass aufgrund vorhandene
106. ebieten In Deutschland wurden zehn derartige Flussgebiete definiert n mlich Donau Elbe Ems Maas Oder Rhein Eider Schlei Trave War now Peene und Weser 2002 Die sechs erstgenannten erstrecken sich ber die politischen Grenzen hinaus und werden gemeinsam mit den benachbarten Anrainer staaten bewirtschaftet Die europ ische Wasserrahmenrichtlinie wurde vom EU Parlament verabschiedet und trat am 22 12 2000 in Kraft Ihr Ziel ist die Schaffung eines Ordnungsrahmens f r den Schutz der Binnenoberfl chenge w sser der bergangsgew sser der K stengew sser und des Grundwassers zwecks Vermeidung einer weiteren Verschlechterung sowie Schutz und Verbesserung des Zustands der aquatischen kosysteme und der direkt von ihnen abh ngenden Land kosysteme und Feuchtgebiete im Hinblick auf deren Wasserhaushalt 11 2 Aktueller hydromorphologischer Zustand der Flie gew sser F rderung einer nachhaltigen Wassernutzung auf der Grundlage eines langfris tigen Schutzes der vorhandenen Ressourcen Anstreben eines st rkeren Schutzes und einer Verbesserung der aquatischen Um welt unter anderem durch spezifische Ma nahmen zur schrittweisen Reduzierung von Einleitungen Emissionen und Verlusten von priorit ren Stoffen und durch die Beendigung oder schrittweise Einstellung von Einleitungen Emissionen und Verlusten von priorit ren gef hrlichen Stoffen Sicherstellung einer schrittweisen Reduzierung der Verschm
107. ebstofffracht liegt bei zirka 240000 t pro Jahr 2005 Durch den steigenden Besiedelungsdruck im 19 Jahrhundert wurde die Tiroler Achen umfangreich reguliert was die kologischen Randbedingungen stark ver nderte Der Fluss wurde auf einen trapezf rmigen Querschnitt beschr nkt entlang der Ufer wur den Hochwasserschutzdeiche errichtet Erst in den letzten Jahren begannen die ver antwortlichen Beh rden das Gew sser wieder kologisch aufzuwerten Durch den abschnittsweisen R ckbau von Ufersicherungen wurde neben der Verbesserung der kologischen Situation auch der Hochwasserr ckhalt verbessert Langfristiges Ziel ist es mit den Ma nahmen wieder eine dynamische Wildflusslandschaft mit Kiesb nken und intakten Auw ldern zu schaffen WWA T 2008 6 3 1 2 Verlandung des Chiemsee M ndungsdeltas Wie viele andere Voralpenseen auch entstand der Chiemsee Ende der letzten Eiszeit vor zirka 10000 Jahren Urspr nglich bedeckte der See eine Fl che von fast 240 km Heute ist er mit einem Volumen von 2 Mrd m und einer Fl che von 80 km immer noch der gr te See Bayerns Sein Einzugsgebiet betr gt knapp 1400 km Davon ent fallen rund 952 km auf die Tiroler Achen die mit 68 der Jahreswasserfracht den bedeutendsten Zufluss in den Chiemsee darstellt Durch die hohen Schwebstoff und Geschiebefrachten des Flie gew ssers wird die Verlandung des Sees erheblich gef r dert was sich vor allem im Bereich der Hirschauer Bucht zeigt wo e
108. ebstoffmessung in Bayern eine lange Tradition Die erste Schwebstoffmessstelle wurde 1924 am Lech in 27 3 Entwicklung der Messtechnik F ssen eingerichtet Sechs Jahre sp ter im Jahr 1930 wurde mit der systematischen Schwebstoffmessung in Bayern begonnen Derzeit werden vom Bayerischen Landes amt f r Umwelt LfU bzw den zust ndigen Wasserwirtschafts mtern 40 Schweb stoffmessstellen an 33 bayerischen Fl ssen unterhalten Ziel der Schwebstoffmessung ist die Bestimmung der Konzentration g l bzw kg m und in manchen F llen auch der Zusammensetzung Sieblinie organische Bestandtei le Mineralogie der Schwebstoffe Generell k nnen daf r verschiedene Verfahren her angezogen werden Bis zum heutigen Zeitpunkt werden an den bayerischen Schweb stoffpegeln bis auf sehr wenige Ausnahmen nur Einpunktprobenentnahmen durch gef hrt die im Hinblick auf die Schwebstoffkonzentrationen ausgewertet werden Um von diesen Daten auf die mittlere Schwebstoffkonzentration im Querschnitt schlie en zu k nnen sind zus tzliche Vielpunktmessungen erforderlich Diese Messungen sind in Ermangelung geeigneter Messger te oft mit gro en Schwierigkeiten behaftet und werden auch wegen des enormen daf r ben tigten Personalaufwands immer seltener durchgef hrt Der jeweilige Beginn der Aufzeichnungen die Anzahl der seitdem durchgef hrten Messungen die Existenz von Zusatzmessungen wie beispielsweise der Sieblinienbe stimmung vo
109. eering Centers River Analysis System 1D Programm des US Army Corps of Engineers http www hec usace army mil 108 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn Q m s SSC mg l 2800 2400 2000 4 1600 4 1200 800 4 400 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 01 05 05 31 05 05 01 07 05 31 07 05 31 08 05 30 09 05 Abbildung 6 19 Abfluss im Sommer 2005 an der Staustufe Nu dorf bei Fkm 198 7 Durchfluss mit Unsicherheiten behaftet sind In diesem Fall liefert das Kraftwerk Nu dorf die genaueren Abflusswerte Die Abflussberechnung am Pegel Oberaudorf bei Fkm 211 0 brachte deutlich zu hohe Abflusswerte und wurde deshalb nicht in die Grafik aufgenommen Abbildung 6 21 zeigt den am Pegel Rosenheim und an den Kraftwerken Oberau dorf und Nu dorf erfassten Ablauf des Augusthochwassers am Inn Am Kraftwerk Oberaudorf musste das Stauziel um bis zu sieben Meter abgesenkt werden F r den Zeitraum des Hochwasserscheitels liegen hier keine Abflusswerte vor Beim Vergleich des angegebenen Abflusses am Kraftwerk Nu dorf mit dem Abfluss am Pegel Rosen heim ist zu ber cksichtigen dass auch hier das Stauziel um bis zu 2 5 m abgesenkt wurde Durch die Beeinflussung des Oberwasserstands wurde w hrend des ansteigen den Astes der Hochwasserwelle der Abfluss ber die Wehre erh ht und ist deshalb nicht mehr direkt mit den Pegelwerten vergleichbar Am Pegel Oberaudorf f hrte die Berechnung des Abflusses anhand der gem
110. eignisse ist ihr Einfluss jedoch vernachl ssig bar Das bedeutet dass bei Hochwasser auch der Pegel Rosenheim zur Validierung der Abflussmessungen an der Nu dorfer Br cke herangezogen werden kann Vom Bayerischen Landesamt f r Umwelt LfU werden f r die Pegel Oberaudorf und Rosenheim oberhalb der Mangfallm ndung die in Tab zusammen gestellten J hrlichkeiten angegeben LfU 2008 105 6 ADCP Messungen Pegel Oberaudorf Pegel Rosenheim NQ 52 m s NQ 79 m s MQ _ 307 m s MQ _ 316 m s HQ _ 1360 m s HQ2 1400 m s HQs 1500 m s HQs 1540 m s HQio 1700 m s HQio 1750 m s HQ100 2250 m s HQ100 2300 m s Tabelle 6 2 J hrlichkeiten an den Pegeln Oberaudorf und Rosenheim am Inn Zus tzlich zur kontinuierlichen Aufzeichnung des Abflusses werden am Pegel Oberau dorf regelm ige Probenentnahmen an der Wasseroberfl che zur Ermittlung der Schweb stoffkonzentrationen durchgef hrt F r die hydrologischen Jahre 1981 2004 wurden am Landesamt f r Umwelt LfU 6400 regul re Einpunktmessungen ausgewertet Anhand dieser Daten wurde versucht eine Beziehung zwischen dem Abfluss und den Schwebstoffkonzentrationen am Pegel Oberaudorf zu finden Abb 6 18 Aus der Darstellung ist zu sehen dass mit keiner der erzeugten Trendlinien eine zufrie den stellende bereinstimmung mit den Datens tzen erreicht werden konnte Die potentielle Funktion weist zwar die beste Korrelation auf die visuelle b
111. eine aus allen verwertbaren berfahrten berechnete mittlere Verteilung ber den Quer schnitt 130 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn 10 05 2005 Elm 89 dB m 12 07 2005 1 Elm 120 dB m 12 07 2005 2 Elm 115 dB m 18 08 2005 Elm 91 dB m 24 08 2005 Elm 96 dB m 29 08 2005 Elm 101 dB 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 m Abbildung 6 36 Gemittelte Verteilung der Echointensit ten I w hrend mehrerer ADCP Messungen an der Nu dorfer Br cke am Inn 131 6 ADCP Messungen Datum Uhrzeit Konzentration Pegelabfluss TT MM JJJJ hh mm Img l m3 s 09 05 2005 09 00 15 281 14 05 2005 06 00 18 233 12 07 2005 12 00 70 786 12 07 2005 18 00 207 703 16 08 2005 18 00 40 506 24 08 2005 11 30 1208 24 08 2005 14 00 1447 24 08 2005 19 00 1705 29 08 2005 07 00 415 501 29 08 2005 13 00 410 558 Tabelle 6 3 Ergebnisse der Schwebstoffeinpunktauswertungen am Pegel Oberaudorf Der Vergleich der in Tab angegebenen Schwebstoffkonzentrationen mit den ge mittelten Echointensit ten der ADCP Messungen Abb zeigt dass Konzentra tionen und Intensit ten innerhalb bestimmter Grenzen proportional zueinander sind Als eindeutiger Ausrei er in den ADCP Daten muss das Ergebnis vom 24 August ge wertet werden Im Vergleich mit den restlichen E Daten erscheint der Wert von nur 96 dB viel zu klein In Abb 16 36 ist auch zu sehen dass
112. eit der betroffenen Flussabschnitte f hrte Bis heute hat sich daran auch nichts ge ndert Es wurde ein Tool entwickelt mit dem der Sohlaustrag ber cksichtigt werden konnte Das modifi zierte Modell konnte kalibriert und validiert und die Studie erfolgreich abgeschlossen werden Was blieb waren viele unbeantwortete Fragen bez glich der Systematik des Sohl austrags am Inn Eine umfangreiche Literaturrecherche zeigte den gro en Bedarf an Naturmessungen um diesen Vorgang messtechnisch zu erfassen Aber welche Technik ist f r derartige Messungen geeignet Durch die Wiederanlandung w hrend des ab steigenden Astes der Hochwasserwelle ist es nicht m glich die Hochwasserprofile nach Ablauf des Ereignisses zu erfassen Der Einsatz herk mmlicher Messger te w hrend Hochwasser ist wiederum mit gro en Schwierigkeiten verbunden Die ADCP Technik bot sich hier als vielversprechende Alternative an und erste Testmessungen an der Versuchsanstalt in Obernach erbrachten den Beweis Mit Hilfe von ADCP Messungen k nnen Informationen ber Sedimentbewegungen im Mess querschnitt erfasst werden Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Testmessungen wurde in Zusammenarbeit mit der E ON Wasserkraft GmbH und dem Bayerischen Landesamt f r Umwelt das operative Entwicklungsvorhaben Erfassung des Abflus ses an Pegeln mit bewegter Sohle initiiert Dieses Projekt brachte erste wichtige Erkenntnisse und legte den Grundstein f r weiterf hrende Untersuchun
113. en Verwendung ber cksichtigt werden Tracer und Schwimmermessungen sind mit relativ geringem Aufwand durch f hrbar liefern aber nur eine mittlere Flie geschwindigkeit im betrachteten Ab schnitt Diese Technik wird f r den Einsatz in Wildb chen und alpinen Ge w ssern empfohlen wo der Einsatz alternativer Methoden mit Schwierigkeiten verbunden ist und Ungenauikeiten in den Ergebnissen von mehreren Prozent in Kauf genommen werden k nnen Hydrometrische Fl gel bieten den Vorteil dass das zust ndige Messpersonal meist langj hrige Erfahrungen im Umgang mit dieser Technik hat Sind die Messger te kalibriert k nnen Geschwindigkeitsmessungen ohne das Einstellen von Ger teparametern durchgef hrt werden Die Technik ist robust und einfach zu bedienen und die Ergebnisse weisen bei g nstigen Messbedingungen eine Genauigkeit von 2 5 auf Nachteilig wirkt sich vor allem in gro en Mess querschnitten der hohe Zeitaufwand aus So ben tigt beispielsweise die Erfas sung der Geschwindigkeitsverteilung in einem 50 m breiten Querschnitt mit Hilfe von Fl gelmessungen zwei Stunden oder mehr w hrend eine ADCP Messungen trotz h herer Messwertdichte und mindestens gleichwertiger Ergebnisqualit t in maximal 30 Minuten beendet ist Das Laufzeitverfahren wird dann eingesetzt wenn eine permanente Erfassung der Flie geschwindigkeiten erforderlich ist Im Vergleich zur Geschwindigkeits messung mit station ren Horizont
114. en ber die Bootsgeschwin digkeiten Der ADCP ist zwar in der Lage in vielen Messensembles die jeweiligen Sohlenh hen zu erfassen kann aber streckenweise keine Bootsbewegung ber Grund berechnen Sind diese Daten nicht vorhanden kann die Software aus den erfassten Re lativgeschwindigkeiten keine Absolutgeschwindigkeiten berechnen und die Messzellen in den betroffenen Ensembles bleiben bei Referenz BT leer Dieses Ph nomen wurde w hrend beider Messeins tze im Juli und im August beob achtet Aufgrund der vielen Fehlensembles bei Referenz BT und der starken Verf l schung der erfassten Daten durch den Geschiebetrieb im Querschnitt konnten ohne Ber cksichtigung der dGPS Werte keinerlei verwertbare Informationen ber die Si tuation im Querschnitt gewonnen werden Die Auswertesoftware geht davon aus dass sich das Messger t selbst in Ruhe befindet Die er fassten Relativgeschwindigkeiten werden deshalb ohne weitere Umrechnung bzw Referenzierung abgespeichert 114 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn GK Hochwert 5289120 5289110 13 45 15 15 5289100 5289090 5289080 5289070 5289060 5289050 4510230 4510250 4510270 4510290 4510310 4510330 4510350 4510370 GK Rechtswert Abbildung 6 24 GPS Spur der Messfahrten an der Nu dorfer Br cke am Inn Hochwassermessung am 24 August 2005 6 2 5 Auswertung der ADCP Messungen Wie bereits im vorangegangenen Kapitel besch
115. enden n her eingegangen werden Die Abschw chung oder D mpfung eines akustischen Signals ist stark frequenzabh n gig Hochfrequente Wellen haben eine kurze Reichweite niederfrequente Wellen eine dementsprechend l ngere siehe Tab 4 2 Aus diesem Grund wird die Arbeitsfrequenz eines Messger ts in erster Linie nach der erforderlichen Reichweite festgelegt M chte man die aufgezeichneten Messdaten auch zur Ermittlung von Schwebstoffkon zentrationen heranziehen kann man auf verschiedene in der Fachliteratur angegebene Ans tze zur ckgreifen Wie Abb zeigt haben das Verh ltnis von Partikeldurch messer zu Wellenl nge Hanes et al 1988 sowie die vorhandene Datenbasis einen entscheidenden Einfluss auf die Anwendbarkeit der unterschiedlichen Modelle In Rei ist nachzulesen dass es mit Hilfe von Naturmessungen praktisch unm glich ist alle ben tigten Partikelkennwerte zu erfassen die notwen dig w ren um eine deterministische Beziehung zwischen den Schwebstoffen und der akustischen R ckstreuung herzustellen 38 John William Strutt 3 Baron Rayleigh 1842 1919 Der englische Physiker erhielt 1904 f r die Bestimmung der Dichte der wichtigsten Gase und f r die Entdeckung des Argons den Physik Nobelpreis 66 4 2 ADCP Messtechnik For 3MHz 2 Rayleigh Diffraction Geometric 0 Scattering Shadewing 6 MHz 104 3MHz Attenuation m de i v or f f q RR di Z Z rn i i 4 i 0
116. enen quantitativen Messungen k nnen auch qua litative Aussagen ber den Transport von Feststoffen an der Sohle getroffen werden DVWRTT 103 Bei Akustischen Messungen werden mit Hilfe von Unterwassermikrophonen Hy drophonen die Ger usche aufgezeichnet die die von der Str mung transportier ten K rner beim Aufschlagen auf einen eingebrachten Metallk rper verursachen Der derzeitige Stand der Forschungen auf diesem Gebiet erm glicht jedoch noch keine quantitativen Aussagen Erfahrungen haben au erdem gezeigt dass die Methode nur bei grobk rnigem Material einsetzbar ist 26 3 5 Schwebstoffmessungen Als weitere Methode der qualitativen Geschiebemessung gilt die Zugabe von speziell gekennzeichnetem Material Die K rner werden mit Farbe mit lumines zierenden Partikeln durch radioaktive Stoffe oder durch radioaktive Aktivierung markiert Eine weitere M glichkeit besteht in der Zugabe von magnetischem Geschiebe Derartige Messungen mit Hilfe von Tracern werden vor allem in ti debeeinflussten Gew ssern durchgef hrt Auch der Einsatz von Unterwasserkameras erm glicht qualitative Aussagen ber den Transport von Geschiebe Der Anwendungsbereich ist jedoch auf klare Ge w sser mit ausreichender Sichtweite beschr nkt Entnahme von Sohlmaterial Auch f r die Entnahme von Sohlmaterial zur Bestimmung der Kornverteilung ste hen verschiedene Ger te zu Verf gung Mit Hilfe von Greifern Sch rfger ten und Bodensa
117. enz GPS eine mittlere Flie geschwindigkeit von 1 69 m s berechnet Verantwortlich f r diesen Unterschied ist unter anderem der Geschiebetrieb im Messquerschnitt In Abb ist aber auch zu erkennen dass bei Referenz BT die Messwerte nicht nur zu niedrig sind son dern dass auch wie zu Beginn des Kapitels bereits beschrieben weniger Daten zur Abflussberechnung verwendet werden Der mit Referenz BT ermittelte Gesamt 83 5 Mess und Auswerteprogramme Referenz GPS ZINN agni Vm 1 69 m s et re b 118m hm 5 7 m Q 1140 m ls Tiefe unter WSP m Ym proj m s 40 50 60 70 80 Abstand vom Nullpunkt m Referenz BT Vm 1 03 m s b 62m hm 5 0 m Q 320 m s E v a 2 Z amp L z E D g Z 5 pa u k H Abbildung 5 5 Ermittelte Flie geschwindigkeitsverteilung in einem Messquerschnitt mit Geschiebetrieb abfluss im Messquerschnitt wird im Vergleich zu den GPS referenzierten Ergebnissen schlussendlich um etwa 70 untersch tzt was einen enormen Fehler darstellt Die Ber cksichtigung der aufgezeichneten Lageinformationen einer Totalstation kann da her als sehr effektive M glichkeit bezeichnet werden um den durch Geschiebetrieb verursachten Fehler in der Auswertung der ADCP Daten zu kompensieren und trotz schwieriger Messbedingungen zufriedenstellende Messergebnisse zu erhalten 84 6 ADCP Messungen Wie bereits in den vorangegangenen Kapiteln dargelegt sin
118. er den Bei ann hernd gleichf rmigen Sohlmaterial das durch den Radius r beschrieben werden kann kann der Geschiebetrieb aber auch ohne Ber cksichtigung dieser beiden Variablen sondern nur in Abh ngigkeit der Korngr e und der Dichte des Sohlmate rials berechnet werden Glg F 25 Somit l sst sich mit Hilfe von ADCP Messungen der Geschiebetrieb im Messquerschnitt ermitteln 4 mw V Ps T 3 4 25 2002 haben hierzu umfangreiche Messungen am Fraser River in Ka nada durchgef hrt Der Messquerschnitt wies eine Breite von 510 m und eine kiesige Sohle mit geringem Sandanteil auf die Flie tiefen lagen zwischen zwei und sieben Metern Parallel zu den ADCP Messungen bei bettbildendem Abfluss wurden kon ventionelle Geschiebesammler eingesetzt um unabh ngig von den ADCP Daten In formationen ber den vorhandenen Geschiebetrieb zu erhalten Es zeigte sich dass die aus den ADCP Werten ermittelten Geschiebegeschwindigkeiten eine hohe Streu ung aufwiesen und daher eine zeitliche Mittelwertbildung der Daten notwendig war Ein Zeitintervall von mindestens 25 Minuten wird deshalb f r die Mittelwertbildung als notwendig bezeichnet um ausreichend gute Ergebnisse zu erhalten Das bedeutet dass kurzzeitige Schwankungen in der Geschiebebewegung wie zum Beispiel beim 70 4 2 ADCP Messtechnik Vorhandensein von Transportk rpern zwar nicht erfasst werden k nnen die mittle re Geschiebegeschwindigkeit aber eine sehr gute Korrelation m
119. er kommen vor allem bei turbulenten innomogenen Geschwindigkeitsverteilun 6 engl to trace verfolgen aufsp ren Substanzen die in sehr geringen Konzentrationen noch detektiert werden k nnen und deshalb als Markierungsstoffe verwendet werden um verschiedene Prozesse in der Natur verfolgen und quantifizieren zu k nnen 19 3 Entwicklung der Messtechnik gen beispielsweise in Wildb chen zur Anwendung Voraussetzung sind ein konstanter Durchfluss sowie eine vollst ndige Durchmischung des Tracers entlang einer definier ten Beobachtungsstrecke Werden diese Randbedingungen gew hrleistet k nnen aus der Verteilungscharakteristik des Tracers die mittlere Flie geschwindigkeit und der Abfluss ermittelt werden Schwimmer Der Einsatz von Oberfl chen und Tiefenschwimmern liefert punktuelle Geschwin digkeitswerte die verwendet werden k nnen um mit Hilfe empirischer Formeln die mittleren Flie geschwindigkeiten im Querschnitt abzusch tzen Diese Vorgehensweise beinhaltet allerdings gewisse Ungenauigkeiten Hydrometrischer Fl gel Die Fl gelmessung stellt die derzeit am weitesten verbreitete Methode der Geschwin digkeitsmessung dar Ein frei drehbarer hydrometrischer Fl gel wird mit der Ger te achse gegen die Flie richtung in den Wasserk rper eingetaucht und die Fl gelschaufel durch die Str mung in Bewegung versetzt Ein Z hlger t erfasst die Umdrehungen pro definierter Zeiteinheit nach mindestens 30 sec oder ze
120. er maximalen Tiefe aus der die Echos kommen sowie verschiedenen Wasserparametern z B Temperatur Salzgehalt Au erdem ist zwischen dem Aussenden der Signale und dem Beginn des Aufzeichnens der Echos eine kurze Pause erforderlich Grund daf r ist der Umstand dass das ausgesendete akustische Signal nachklingt bzw nachhallt und dadurch die ankommenden Echos gest rt werden Die erforderliche Nachhallzeit entspricht bei 600 kHz einem blank Bereich von zirka 1 m bei 1200 kHz sollte im Idealfall ein Mindestabstand bis zur ersten Messzelle von 0 5 m eingehalten werden 11996 Ist die Messung in einem Ensemble beendet sendet der ADCP das n chste akustisches Signal aus In der Regel k nnen 1 2 Messungen pro Sekunde durchgef hrt werden Die Zellbreite ergibt sich aus dem Weg den das Tr gerger t 30Messstrahl Messlinie entlang der Daten gesammelt werden 92 4 2 ADCP Messtechnik w hrend der Messung eines Ensembles zur ckgelegt hat Als grober Richtwert gilt dass die Geschwindigkeit des ADCPs auf keinen Fall die Flie geschwindigkeit im Querschnitt bersteigen soll Ber cksichtigung von Geschiebetrieb Die einfachste Methode einer Verf lschung des Messpfads durch Geschiebetrieb und der dadurch verursachten Untersch tzung des Abflusses zu entgehen ist die Verwen dung von dGPS Daten Die GPS Technik ist aber nicht an allen Standorten einsetz bar Dichter Bewuchs der Ufer hohe Bauwerke enge T ler oder ung nsti
121. er Achen 08 08 2006 Mittelwert 1580 mg 10 15 20 25 09 05 2007 Mittelwert 1020 mgA 10 15 20 5 Schwebstoff Konzentrationen on M Abbildung 6 51 Mittels Vielpunktmessungen ermittelte Verteilungen der Schwebstoffkonzentrationen am Pegel Staudach Aus den gemittelten El Verteilungen der beiden ADCP Eins tze wurden jene Werte ausgelesen deren Lage im Querschnitt ungef hr mit jener der konventionellen Pro benentnahmen bereinstimmt Diese Daten wurden den Schwebstoffkonzentrationen 161 6 ADCP Messungen gegen bergestellt und die Variablen A und B aus Glg ermittelt Die Ergebnisse dieser Vorgehensweise sind in Abb dargestellt SSC ADCP mg l gt E k O N 2 D 2 0 0 400 800 1200 1600 2000 El dB SSC Proben mg l Abbildung 6 52 Aus den ADCP Echointensit ten berechnete Schwebstoffkonzentrationen Betrachtet man die Geraden die f r die beiden Messungen die Beziehung zwischen den EI Werten des ADCP und dem Logarithmus der Schwebstoffkonzentrationen dar stellen so f llt auf dass die Neigung der beiden Linien gleich ist In beiden F l len ist A 0 1 B hingegen variiert von 16 19 Das Bestimmtheitsma betr gt f r beide Messungen nur etwas mehr als 0 2 was als relativ schlechte bereinstim mung gewertet werden muss Betrachtet man jedoch die Gegen berstellung der aus den ADCP Mes
122. er Hochwasser F r das Freignis am 12 Juli wurde ein Wiederkehr intervall von f nf Jahren angegeben Bei dem Ereignis Mitte August handelt es sich um das in vielen Teilen Bayerns schadbringende Augusthochwasser 05 das im Bereich der Messstelle die Gr enordnung eines HQ1oo erreichte In der Darstellung sind auch die am Pegel Oberaudorf ermittelten Schwebstoffkonzentrationen eingetra gen Wie bereits im vorherigen Kapitel erl utert sind diese Werte das Ergebnis der Auswertung von Einpunktprobenentnahmen an der Wasseroberfl che Wie Abb 6 20 zeigt wurde der Scheitelabfluss des Julihochwassers am 12 Juli 2005 gegen 02 00 nachts erreicht Die an den Kraftwerken Oberaudorf und Nu dorf im Vier telstundentakt angegebenen Abflusswerte liegen zwischen dem 11 07 2005 12 00 und dem 12 07 2005 12 00 im Mittel um 11 bzw 140 m s auseinander Der Euzenauer Bach f hrte in dieser Zeit bis zu 12 5 m s ab Der Unterschied in den angegebenen Abfl ssen der beiden Kraftwerken ist daher in den Ungenauigkeiten der berfall berechnung an den Wehrfeldern zu suchen In Abb ist zu erkennen dass am Kraftwerk Oberaudorf der Oberwasserstand um bis zu vier Meter abgesenkt wurde w hrend das Stauziel am Kraftwerk Nu dorf nur um 1 5 m abgesenkt wurde Es ist davon auszugehen dass f r eine derartige Absenkung wie sie in Oberaudorf vorge nommen wurde der verwendete berfallbeiwert u und damit auch der berechnete 48HEC RAS Hydrologic Engin
123. er Messfahrten ist in Abb 111 6 ADCP Messungen sn GPS Antenne Laptop re Am Boot station re GPS Antenne Abbildung 6 22 ADCP Tr gerboot mit GPS Antenne GPS Referenzstation am Ufer eingetragen W hrend der Messeins tze im Juli und August stellte die Abflusssitua tion im Messquerschnitt eine gro e Herausforderung f r das durchf hrende Personal dar Das Tr gerboot inklusive aller an Bord befindlichen Instrumente wurde durch gro e Mengen an Treibgut gef hrdet die der Inn mobilisiert hatte Die im Quer schnitt vorhandenen Oberfl chengeschwindigkeiten von 3 m s und mehr erforderten eine Zugkraft von bis zu 80 kg um das Tr gerboot in der Str mung zu halten Auch die durch die Br ckenpfeiler verursachten stehenden Wellen die sich v f rmig ins Un terwasser ausbreiteten erschwerten die Durchf hrung der Messungen erheblich Auf die erfassten Messwerte hatten die Br ckenpfeiler ebenfalls einen negativen Einfluss Durch die verst rkten Turbulenzen und den erh hten Lufteintrag kam es vermehrt zu Fehlensembles und L cken in der Datenerfassung Als weiterer Faktor der die Messungen ung nstig beeinflusste muss die str mungsung nstige Form des ADCP Tr gerbootes selbst genannt werden Durch den hohen Str mungswiderstand wurde das Ziehen des Bootes ber den Querschnitt erschwert au erdem wurden durch die Turbulenzen am Bootsbug gro e Mengen an Luftbl schen unter den ADCP trans portiert Diese f hrten ebenfalls zu ei
124. er aufgezeichneten Messensembles mit Referenz BT und Referenz NONE im ASCII Out Format Anhand dieses Beispiels soll die Vor gehensweise bei der Zusammenf hrung der ADCP Daten mit den Messwerten der Totalstation beschrieben werden Die darin enthaltenen Werte haben folgende Bedeutung Zeile Feld Beschreibung 1 1 7 Datum in yy mm dd und Zeit in hh mm ss hh 1 8 Ensemblenummer 1 10 12 Pitch Roll und Heading 1 13 Wassertemperatur C 2 1 4 Geschwindigkeit ber Grund mit Referenz BT m s ost west nord s d vertikal Fehler 2 5 von einem externen Messger t erfasste Flie tiefe m 2 6 8 GPS H hendaten m NN 2 9 12 Flie tiefen der Beams 1 4 m OU a n A www r 5 3 Tool zur Verkn pfung der ADCP Daten mit Lageinformationen 5 8 24 11 58 45 7 1250 1 3 830 3 450 164 190 11 150 rer 32768 32768 32768 0 00 0 00 0 00 0 00 5 66 0 00 6 40 5 78 21 63 26 1 90 13 29 13 43 30000 0000000 30000 0000000 32768 32768 2 15 9 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 37 cm BT dB 0 45 0 430 0 77 32768 32768 32768 32768 32768 32768 115 9 115 9 119 1 116 4 100 2147483647 1 02 32768 32768 32768 32768 32768 32768 114 8 114 8 118 0 116 2 100 2147483647 1 27 32768 32768 32768 32768 32768 32768 112 8 112 8 115 1 113 7 100 2147483647 5 8 24 11 58 45 7 125 1 3 830 3 450 164 190 11 150 32768 32768 Z32768 32768 0 00 0 00 0 00 0 00 5 66 0 00 6 40 5 78 0 00 63 26 0 00 0 00 30000 0000000 30000 0000000 32768
125. er fungiert der Fluss wieder als nat rliche Grenze zwischen Deutschland und sterreich Bei Passau schlie lich m ndet der Inn nach 517 Flie kilometern und 2193 berwundenen H henmetern in die Donau Von seinem gesamten Einzugsgebiet von 26072 km entfallen 1945 km auf schweizer Staatsgebiet 7767 km auf sterreichl und die verbleibenden 16357 km auf bayerisches Gebiet Schiller 11977 6 2 1 2 Geschichtliche Entwicklung des Inn Die Geschichte des bayerischen Inn ist noch relativ jung Das Inntal und das Rosen heimer Becken wurden von den letzten Vorst en der W rmeiszeit vor mehr als 10000 Jahren geformt Nach dem R ckzug des Inngletschers entstand im Bereich des heutigen Chiemgaus und des Bayerischen Oberlandes ein Gletschersee von 300 km Fl che der sich nach und nach mit Geschiebe f llte Erst als vor zirka 10000 Jahren der letzte Endmor nenwall bei Wasserburg brach begann der See auszulaufen Bis in das fr he 19 Jh war der Inn ein unverbauter unregulierter frei flie ender Fluss Aufzeichnungen aus dieser Zeit ist zu entnehmen dass das stark verzweigte m andrierende Gew sser eine Breite von bis zu 2200 m in Anspruch nahm Abb 6 11 45Die W rmeiszeit benannt nach der W rm einem Nebenfluss der Amper ist die j ngste gro r u mige Vergletscherung die ber den Alpenraum hinausging 96 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn 0 heute Gen Abbildung 6 11 Entwicklung des Inn im Bere
126. ere Zeitspanne der Sohlerosion durch einen intensiveren R umungsvorgang kompen siert wird und kurze Hochwasserereignisse bei gleich hohem Scheitel zu einer st rkeren Ausr umung f hren als lange flache Hochwasserwellen Mit Hilfe hydromorphologischer Simulationsmodelle gelingt es zunehmend besser die Vorg nge und Umbildungsrozesse in den Staur umen am Inn nachzubilden und die zu k nftige Entwicklung sowie die Vorg nge bei den ma gebenden Bemessungsszenarien zu prognostizieren Wie jedoch bereits in Kap 1 1jerw hnt sind f r die Kalibrierung und die Validierung derartiger Modelle umfangreiche und belastbare Naturmessdaten erforderlich Die Verfasser mehrerer Gutachten zur Untersuchung der am Inn immer noch bestehenden Fragestellung nach der zeitlichen hydromorphologischen Entwick lung nennen daher das Fehlen von Naturmessdaten als gr tes Problem bei der nu merischen Simulation und empfehlen dringend die verst rkte Erfassung s mtlicher 101 6 ADCP Messungen sedimentologischer Parameter wie beispielsweise Sohlenverl ufe und Sohlenzusam mensetzungen sowie Schwebstoffkonzentrationen und zusammensetzungen 6 2 1 4 Numerische Simulationen an der TUM Im Rahmen einer Studie zur Absch tzung der Leistungsf higkeit des bayerischen Inn wurden am Lehrstuhl f r Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Univer sit t M nchen TUM numerische Simulationen durchgef hrt Zur Ermittlung der maximalen Kapazit t der Flie qu
127. erenz der beiden zugeh rigen absoluten Echointensit ten ist Die alternative 63 4 Ultraschall Doppler Technik Vorgehensweise basiert auf einer linearen Beziehung zwischen den absoluten Echoin tensit ten und dem Logarithmus der Schwebstoffkonzentrationen Glg 4 19 10 lg SSC SSC EI EI 4 18 10 lg SSC A EI B 4 19 SSC Schwebstoffkonzentrationen mg l SSC Suspended Sediment Concentration EI Echointensit ten dB F r die L sung von Glg 4 18 1999 wird zus tzlich zu den Messwerten EI auch eine Referenzmessung in einer frei w hlbaren Bezugsebene zur Bestimmung der Gr en EI und SSC ben tigt Der Ansatz von Gartner in Glg kommt zwar ohne eine derartige Referenzebene aus hier m ssen aber die Variablen A und B Achsenabschnitt und Steigung der Regressionsgeraden durch Vergleichsmessungen bestimmt werden hat im Oktober 1998 im Zuge umfangreicher Naturmessungen in der Bucht von San Francisco festgestellt dass sich A und B bei ver nderlichen Randbedin gungen Temperatur Tidestr mung Schwebstoffkonzentration Salzgehalt erheblich ndern Die Frequenz des verwendeten Ger ts 1200 bzw 2400 kHz hat hingegen nur geringen Einfluss auf die Parameter Im Rahmen einer Untersuchung des U S Geological Survey zur Auswahl geeigneter Methoden mit denen Schwebstoffe messtechnisch erfasst werden k nnen wurden un ter anderem auch ADCP Messungen diesbez glich ausgewertet 2003 F r die Er
128. erl ufen berein Bei Hochwasser berschreiten die Sohl schubspannungen den Grenzwert das Sohlmaterial wird stromabw rts transportiert und die H henlagen der Sohlen sinken dementsprechend stark ab Diese Ph nomene konnten mit Hilfe der ADCP Messungen gut erfasst werden 136 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen Datum Q WSP Vm Im T ve Elm SSC m s m NN m s mn N m m s dB mg 10 05 2005 251 464 0 0 36 5 6 0 3 0 89 16 5 12 07 2005 1 1087 462 6 1 97 4 6 8 9 0 63 120 70 12 07 2005 2 1013 462 9 1 73 4 8 6 7 0 36 115 207 18 08 2005 347 464 0 0 53 9 3 0 6 0 91 45 5 24 08 2005 1163 462 4 1 75 5 7 6 8 0 47 96 1453 29 08 2005 539 463 1 0 80 5 9 1 6 0 101 354 Tabelle 6 4 Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse der ADCP Messungen w hrend der Sommermonate 2005 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen Alternativ zu den Messungen am Inn wurde ein zweiter Fluss in Bayern ausgew hlt an dem ADCP Messungen w hrend erh hter Abfl sse durchgef hrt werden sollten Aufgrund spezieller hydromorphologischer Fragestellungen in dem Gew sserabschnitt sowie organisatorischer Vorteile bei der Messdurchf hrung fiel die Wahl auf den Pegel Staudach an der Tiroler Achen Die Randbedingungen vor Ort sowie die sich daraus ergebenden Besonderheiten werden in den folgenden Kapiteln erl utert 6 3 1 Hintergrund der Messungen
129. erpr fung zeigt jedoch dass mit dieser Trendlinie die Schwebstoffkonzentrationen bei h heren Abfl ssen untersch tzt werden Das bedeutet dass vor allem w hrend der f r den Schwebstofftransport so wichtigen Hochwasserabfl sse die Konzentrationen nur sehr unzureichend abgebildet werden k nnen Erg nzend zu den Einpunktauswertungen wurden seit 1985 insgesamt 23 Vielpunkt messungen in einem Abflussbereich von 340 980 m s durchgef hrt Der Vergleich der daraus berechneten mittleren Schwebstoffkonzentrationen im Querschnitt mit den Ergebnissen der dazugeh rigen direkt davor bzw danach durchgef hrten Einpunkt messungen ergab dass die aus den Vielpunktmessungen berechneten mittleren Kon zentrationen um einen Faktor bis zu 1 25 gr er sind als die Ergebnisse der Einpunkt messungen Die Gr e der Differenz zwischen Einpunktkonzentrationen und mittleren Konzentrationen verh lt sich dabei umgekehrt proportional zum Abfluss Das be deutet dass bei kleineren Abfl ssen die Schwebstoffkonzentrationen einen gr eren Gradienten ber die Flie tiefe aufweisen als bei gro en Abfl ssen Dieses Ph nomen l sst sich damit begr nden dass w hrend gro er Abfl sse die Turbulenzen in der Str mung wesentlich st rker ausgepr gt sind was zu einer besseren Durchmischung der einzelnen Tiefenschichten und somit auch zu einer gleichm igeren Verteilung 106 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn
130. erschnitte wurde unter Verwendung vorhandener Peilprofile aufgenommen bei Normalabflussverh ltnissen ein eindimensionales hydraulisches Modell erstellt und anhand dokumentierter Abfl sse in der Gr enord nung von MQ kalibriert Die anschlie ende Simulation abgelaufener Hochwasserer eignisse zeigte jedoch dass die berechneten Wasserspiegelverl ufe w hrend der Schei telabfl sse um bis zu mehrere Meter ber den dokumentierten Wasserspiegelfixie rungen lagen Dies best tigte die Aussagen verschiedener Untersuchungen Ahammer 1979a 1979b dass die Innsohle w hrend Hochwasserabfl ssen erheb lich ausgetragen wird Es wurde ein Tool entwickelt um den Sohlaustrag im Mo dell ber cksichtigen zu k nnen Die Erosion wurde ber die L nge eines Stauraums als linear zunehmend modelliert mit dem Maximalwert im Nahbereich der Staustu fe Abb 16 15 Im Querschnitt wurde die Sohle zwischen zwei Begrenzungspunkten konstant herabgesetzt Mit Hilfe dieser Erweiterung konnte das numerische Modell anhand zwei dokumentierter Hochwasserereignisse erfolgreich kalibriert und validiert werden In den einzelnen Staur umen wurden Erosionen von bis zu mehreren Metern ermittelt Der gr te Austrag ergab sich im Oberwasser der Staustufe Nu dorf mit 4 m Abb 6 15 Um den zeitlichen Verlauf des Sohlaustrags zu untersuchen wurde f r den Stauraum Feldkirchen eine instation re Simulation der Hochwasserwelle von 1999 durchgef hrt Der zeit
131. erung und Absch tzungsm glichkeiten in der Praxis ISBN 978 3 940476 07 4 206 Seiten Preis 29 80 2008 Wang Ruey wen Aspects of Design and Monitoring of Nature Like Fish Passes and Bottom Ramps ISBN 978 3 940476 10 4 280 Seiten Preis 29 80 2008 Fischer Markus Ungesteuerte und gesteuerte Retention entlang von Flie gew ssern Beurteilung der Wirksamkeit m glicher Ma nahmen unter Verwendung hydrodynamisch numerischer Modellierung ISBN 978 3 940476 11 1 220 Seiten Preis 29 80 2008 Fiedler Katharina Erfassung hydromorphologischer Vorg nge bei Hochwasser mit Hilfe von ADCP Messungen ISBN 978 3 940476 12 8 Preis 29 80 2008 Hoepffner Roland Distributed Fiber Optic Strain Sensing in Hydraulic Concrete and Earth Structures Measuring Theory and Field Investigations on Dams and Landslides ISBN 978 3 940476 13 5 Preis 29 80 2008 Gew ssermorphologie und EU WRRL Beitr ge zur Fachtagung am 24 und 25 Juli 2008 in Wallgau Oberbayern ISBN 978 3 940476 15 9 230 Seiten durchgehend farbige Abbildungen Preis 34 80 2008
132. es Fehlers in der Eigenbewegung ermitteln zu k nnen ist eine so genannte Schleifenfahrt notwendig Abb 14 9 Im Gegensatz zur realen Situation schlie t sich der vom ADCP aufgezeichnete Bottom Track nicht sondern weist am Schluss eine L cke einen L ngsversatz auf Dieser entspricht dem ber die Quer schnittsbreite akkumulierten Ausma des Geschiebetriebs Unter Verwendung dieses Abstands kann abgesch tzt werden um wie viel der Gesamtabfluss dadurch unter sch tzt wird 5 3 Tool zur Verkn pfung der ADCP Daten mit Lageinformationen Wie in den vorangegangenen Kapiteln bereits beschrieben kann der ADCP prinzi piell seinen eigenen Weg ber Grund ohne zus tzliche Messger te ermitteln Unter bestimmten Randbedingungen kann dieses Verfahren jedoch nicht angewendet wer den Bei Geschiebetrieb interpretiert der ADCP die Bewegung des Sohlmaterials als eigene Bewegung stromaufw rts was in weiterer Folge zu einer Untersch tzung der absolu ten Flie geschwindigkeiten und des daraus berechneten Abflusses im Messquerschnitt f hrt Kap 4 2 3 3 ADCP Messungen mit Referenz Bottom Track BT werden aber auch dann pro blematisch wenn die BT Signale die Sohle zeitweise nicht erreichen die reflektier ten Signale den ADCP nicht erreichen oder aus den empfangenen Signalen keine eindeutigen Relativgeschwindigkeiten berechnet werden k nnen Dies ist vor allem bei Hochwasser mit sehr turbulenter Str mung gro en Sohlbewegunge
133. eschwindigkeit m s A Querschnittsfl che normal zur Hauptstr mungsrichtung m QTC korrigierter Abfluss m3 s QTM gemessener Abfluss m s ndern sich Flie tiefe Str mungsgeschwindigkeit und Geschiebegeschwindigkeit ent lang des Messpfads so ist eine genauere Betrachtung der BT Verf lschung erfor derlich Es wird davon ausgegangen dass die Geschiebegeschwindigkeit proportional zur sohlnahen Flie geschwindigkeit in den einzelnen Ensembles ist ADCPs k nnen die untersten 6 10 der Flie tiefe aufgrund der bereits beschriebenen St rungen durch die Side Lobes nicht erfassen Setzt man aber ein logarithmisches Geschwin digkeitsprofil ber die Tiefe an k nnen die sohlnahen Werte aus der vorhandenen Datenmenge nach Glg 4 8 extrapoliert werden Mit Hilfe der auf diese Weise er mittelten sohlnahen Flie geschwindigkeiten wird die berechnete mittlere Geschiebe geschwindigkeit Vn f r jedes Ensemble gewichtet Die Berechnung des Abflussanteils Qme erfolgt durch Aufsummierung aller Ensembles Nicht zu vernachl ssigen ist in diesem Fall auch die Korrektur der messtechnisch nicht erfassbaren Abflussanteile Q1 und Q Abb 4 11 die durch Multiplikation der Werte mit dem Faktor Qmc Qm erfolgt Mueller und Wagner 2006 und Mueller und Wagner 2007 So schnell und einfach wie bei der durch Glg 4 11 ausgedr ckten N herungsl sung kommt man wenn man die Schritt f r Schritt Korrektur des Messpfads w hlt nicht
134. essenen Wasserst nde aufgrund massiver Umlagerungen im Pegelquerschnitt zu einer erheblichen bersch tzung der Ergeb nisse w hrend des Scheiteldurchgangs der Hochwasserwelle fiel der Pegel vollst ndig 109 6 ADCP Messungen di Stauziel KW Oberaudorf sJ m i a 1500 i 470 1000 1 h 467 500 R 464 0 i _ 461 Abbildung 6 20 Zeitpunkt der ADCP Messungen w hrend des Hochwassers im Juli 2005 aus Da die Aufzeichnungen am Pegel Oberaudorf f r die folgenden Untersuchungen nicht verwendbar sind wurden sie in Abb nicht aufgenommen Der Scheitelabfluss des Hochwassers wurde an der Messstelle in der Nacht vom 23 auf den 24 August erreicht und lag in der Gr enordnung von knapp 2500 m s Beide Hochwasserereignisse konnten mit Hilfe von ADCP Messungen w hrend des ab steigenden Astes der Welle dokumentiert werden Die dabei verwendeten Messger te die Vorgehensweise bei der Durchf hrung der Messungen aufgetretene Probleme die Auswertung der Messungen sowie die daraus resultierenden Ergebnisse und Erkennt nisse werden im Folgenden dargelegt 6 2 3 Messinstrumentierung F r die Messungen an der Nu dorfer Br cke wurde ein ADCP vom Typ Workhorse RioGrande der Firma RDI mit einer Frequenz von 1200 kHz verwendet Die Mes sungen wurden unter Leitung der TUM vom Ingenieurb ro Schmid durchgef hrt die Rohdaten wurden der TUM zur Aus
135. essung mittels radioaktiver Strahlung Nach DVWK125 1986 kann die Schwebstoffkonzentration auch mit Hilfe von Gam ma Sonden erfasst werden Diese sind mit langlebigen Isotopen wie z B Cd 241 ausgestattet und arbeiten mit dem Prinzip der Transmission oder der oder Am R ckstreuung Auch hier ist eine Umrechnung auf Schwebstoffgehalte sehr schwierig weil die gemessene Strahlenminderung bei beiden Methoden neben der Konzentration auch von der Kornzusammensetzung der Schwebstoffe und von den im Wasser gel sten Stoffen abh ngig ist Die untere Nachweisgrenze f r eine Erfassung der Schwebstoff konzentration mit Hilfe radioaktiver Strahlung ist mit 300 400 mg l relativ hoch Messung mit Ultraschall Dopplerger ten Seit einigen Jahren wird auch an der Auswertung der Messdaten von Ultraschall Dopplerger ten zur Ermittlung von Schwebstoffkonzentrationen gearbeitet Aufge zeichnete Informationen ber Menge und Beschaffenheit der reflektierten Ultraschall signale werden verwendet um R ckschl sse auf die Konzentrationen von Partikeln in der Str mung ziehen zu k nnen In Kap 4 2 5 wird dieses Verfahren inklusive seiner Vor und Nachteile sowie der Anwendungsgrenzen beschrieben 31 3 Entwicklung der Messtechnik Bei der Wahl einer geeigneten Methode zur Messung von Schwebstoffkonzentrationen sind die jeweiligen Vor und Nachteile sowie die Anwendungsgrenzen der verschiede nen Verfahren zu ber cksichtigen Nachteil
136. eurteilen zu k nnen ist der Vergleich mit Messwerten aus Normalabflusszeiten erforderlich An der Tiroler Achen liegt zus tzlich zu den bereits beschriebenen ADCP Eins tzen eine weitere Messung am 3 April 2007 w hrend Normalabfluss vor Da die Tiroler Achen ein frei flie endes Gew sser ohne Querbauwerke und somit ohne Stauzielregelung ist variieren die Wasserspiegel in Abh ngigkeit des Abflusses sehr stark W hrend der ADCP Messung im April 2007 betrug der Abfluss etwa 28 m s der Wasserspiegel lag um mehr als 1 3 m tiefer als bei den Hochwassermessungen Daraus resultieren sehr geringe Flie tiefen von im Mittel nur 0 7 m und aufgrund des sehr flach auslau fenden rechten Ufers eine erhebliche Reduktion des messtechnisch erfassbaren Flie querschnitts Abbildung 6 48 zeigt die mit dem ADCP erfassten Querschnittsverl ufe w hrend der vier Messeins tze Wie zu sehen ist hat sich der Pegelquerschnitt innerhalb der durch die Messeins tze umfassten Zeitspanne von elf Monaten geringf gig ver ndert Unabh ngig vom Ab fluss ist eine leichte Anlandungstendenz von 2006 auf 2007 erkennbar Vor allem im mittleren Bereich des Querschnitts ist die Sohle um bis zu 20 cm nach oben gewandert Die Messergebnisse vom Juli 2007 zeigen dass die Anlandungen im linken Bereich wieder abgetragen wurden Lediglich auf den mittleren 7 m des Flie querschnitts ist die Sohle h her als 2006 W hrend der ADCP Messung am 8 August 2006 betrug der unter de
137. f der zu ber cksichtigenden Komponenten in Abb 6 33 a zeigt dass in der Mitte des Querschnitts Werte bis zu 100 cm s erreicht wurden Im Zuge der zweiten ADCP Messung w hrend des Julihochwassers wurden nur mehr Geschiebegeschwindigkeiten bis zu 80 cm s festgestellt Abb 6 34 a was auf den geringeren Abfluss zur ckzuf hren ist Die Auswertung der Bootsgeschwin digkeiten w hrend der Hochwassermessung im August ergab ebenfalls Werte bis zu 80 cm s Abb l6 35 a Die Aussagekraft der BT referenzierten Bootsgeschwindig keiten kann durch den Vergleich der Komponenten in Uberfahrtsrichtung mit den dGPS Werten best tigt werden Abb und l6 35 b W hrend aller drei Messungen weisen die gemittelten Geschwindigkeitsanteile eine deutlich erkenn bare bereinstimmung auf 126 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn v Flie richtung cm s 120 vm dGPS vm BT v BT 1 v BT 2 v BT 3 a v BT 4 o v BT 5 o v BT 6 0 20 40 60 80 100 120 Breite m a Komponenten in Flie richtung sn cm s 80 vm dGPS vm BT v BT 1 v BT 2 v BT 3 v BT 4 70 o v BT 5 v BT 6 a SE 2er 60 e 50 Bi E il Er n e R 40 a aike e OQ Ko g 20 N A H 5 Ke N gt 10 P aan 0 mi T 0 20 40 60 80 100 120 Breite m b Komponenten in
138. fengemittelten Flie gschwindigkeiten zwar auch im linken Bereich des Flie querschnitts der Abfall in Richtung des rechten Ufers f llt aber lange nicht so deutlich aus wie bei der Messung im August 2006 Dementsprechend ist die Sohle auch auf einem gr eren Bereich der Querschnittsbreite in Bewegung Der berechnete Mittelwert der Geschwindigkeiten in Flie richtung erreicht maximal vu 0 3 m s Durch die Differenzen im Abfluss sind derma en gro e Abweichungen nicht erkl rbar weil hier nur Unterschiede von wenigen Prozent beobachtet wurden Es ist daher davon auszugehen dass im August 157 6 ADCP Messungen 2006 die Auswertung der Geschiebegeschwindigkeiten durch den sohlnahen Trans port von Schwebstoffen nach oben hin verf lscht worden ist Der Grund f r dieses Ph nomen muss ereignisbezogen gesucht werden Eine M glichtkeit stellt ein durch Starkregen Uferanbr che oder Murabg nge verursachter erh hter Sedimenteintrag im Oberwasser dar der tempor r zu einer sohlnahen Abfuhr von gro en Mengen an Sedimenten gef hrt haben k nnte 158 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen v berfahrtsrichtung cm s gt Fan Fahrt 2 Fahrt 3 Fahrt 4 Fahrt 5 Mittelwert 60 20 20 0 5 10 20 25 30 35 Breite m gt v Flie richtung cm s L Fahrt 1 Fahrt 4 Fahrt 2 Fahrt 5 Fahrt 3 Vlittelwert
139. fenzellen pro Ensemble WF XX Abstand zwischen ADCP und erster Messzelle XX cm Der Water Profiling Mode steuert die Messimpulse zur Erfassung der Str mungspara meter in der Wassers ule Der Standardmode ist WM 1 Dieser Modus ist sehr robust und unter den meisten Messbedingungen einsetzbar 2002 Vom Water Profiling Mode werden unter anderem die L nge der vom ADCP ausgesendeten Impulse die Energie sowie die zeitliche Aufeinanderfolge der einzelnen Messsignale beeinflusst Diese Einstellungen haben Einfluss auf die Qualit t der Ergebnisse wie zum Beispiel die Empfindlichkeit der Auswerteroutine gegen ber St reinfl ssen und die Standard abweichung der Ergebniswerte Der Bottom Tracking Mode regelt die Abtastung der Sohle in jedem Messensemble durch den so genannten Bottom Ping des ADCP Da die Ger teeinstellungen Einfluss auf die zeitliche Abfolge sowie die Beschaffenheit der Messstrahlen haben und die Routinen zur Ermittlung der Flie geschwindigkeiten direkt beeinflussen k nnen sie im Nachhinein nicht mehr ge ndert werden Durchf hren einer Messung Um die Kommunikation mit dem ADCP und eventuell noch weiteren Messger ten 74 5 1 WinRiver herzustellen m ssen im Acquire Mode die verwendeten COM Ports also die verwen deten seriellen Steckpl tze definiert werden Im Anschluss daran sollte die Kommu nikation zwischen dem Messcomputer und allen verwendeten Messger ten getestet und die Uhren aller Ger te syn
140. flusses mit kalibrierten Messgef en oder Messbeh ltern Dieses Verfahren liefert zwar exakte Ergebnisse kann aber nur bei kleinen Durchfl ssen von mehreren Litern pro Sekunde angewendet werden Auch die Tracermessung die bereits in Kap B 2 erw hnt wurde z hlt zu den direkten Methoden der Abflussmessung Indirekte Messverfahren Eine weitere M glichkeit der Abflussermittlung bieten Messwehre Messr hren oder Messgerinne Aus den erfassten Messwerten Flie tiefe und Flie geschwindigkeit und den bekannten Querschnittsabmessungen kann der Abfluss anhand der g ltigen ber falls bzw Flie formeln berechnet werden Die Anwendung dieser Methode ist jedoch mit erheblichem baulichen Aufwand verbunden Zudem stellen die Bauwerke meist einen schwerwiegenden Eingriff in das nat rliche Gew sser dar Geschwindigkeitsinformationen in nat rlichen frei flie enden Gew sserabschnitten k nnen bei bekannter Querschnittsfl che auch unter Verwendung der Kontinuit ts gleichung Q A v zur Berechnung des Abflusses herangezogen werden Stehen meh rere Messwerte im Querschnitt zur Verf gung so wird dieser in Teilfl chen unterteilt die Teilabfl sse berechnet und anschlie end aufsummiert In den meisten F llen wird der Abfluss jedoch aus kontinuierlich erfassten Wasserst nden und einer zuvor auf gestellten Wasserstand Abfluss Beziehung auch Abflusskurve genannt ermittelt Dieses Verfahren setzt allerdings voraus dass eine ausreichen
141. ft merk blatt 2 4 2 Meselhe E Peeva T und Muste M 2004 Large Scale Particle Image Velocimetry for Low Velocity and Shallow Water Flows Journal of Hydraulic Engineering 130 9 S 937 940 Mueller D S und Wagner C R 2006 Application of the Loop Method for Cor recting Acoustic Doppler Current Profiler Discharge Measurements biased by Se diment Transport Scientific Investigations Report 5079 United States Geological Survey Mueller D S und Wagner C R 2007 Correcting Acoustic Doppler Current Pro filer Discharge Measurements Biased by Sediment Transport Journal of Hydraulic Engineering 133 12 S 1329 1336 NGDC 2005 US UK World Magnetic Model Epoch 2005 0 Main Field Decli nation D URL http www ngdc noaa gov geomag WMM data wmm D05 pdf Online Stand 30 April 2008 Patino E und Byrne M J 1998 Use of Acoustic Instruments for Estimating Total Suspended Solids Concentrations in Streams The South Florida Experience URL http water usgs gov osw techniques TSS Patino pdf Online Stand 27 02 2008 Poerbandondo und Mayerle R 2004 Assessment of Approaches for Converting Acoustic Echo Intensity into Suspended Sediment Concentration 3rd FIG Regio nal Conference for Asia and the Pacific 178 Literaturverzeichnis Poerbandono 2003 Sediment transport measurements and modelling in the Mel dorf Bight tidal channels German
142. g Diese Vorgehensweise liefert die genauesten Ergebnisse sie erfordert aber umfangreiche Zusatzmessungen um Kenntnis ber alle f r die L sung erforderlichen Parameter zu erhalten Aufgrund der impliziten Formulie rung kann das Problem nur auf iterativem Wege gel st werden was einen hohen Rechenaufwand mit sich bringt N herungsl sung Bestimmte Annahmen werden getroffen um die Berechnung zu vereinfachen sowie Anzahl und Umfang der zus tzlich erforderlichen Messun gen zu reduzieren Daf r muss man gewisse Ungenauigkeiten der Ergebnisse in Kauf nehmen 4 2 5 1 Iterative Berechnung Die Berechnung von Schwebstoffkonzentrationen anhand der vom ADCP aufgezeich neten R ckstreuintensit ten erfolgt in zwei Schritten Zuerst m ssen die vom ADCP empfangenen und aufgezeichneten relativen Echointensit ten in absolute Werte um gerechnet werden Anhand von Vergleichsmessungen kann danach eine Beziehung zwi schen den absoluten Echointensit ten und den Schwebstoffkonzentrationen formuliert werden Unter Verwendung dieser Information werden dann die Schwebstoffkonzen trationen in allen ADCP Messzellen berechnet 96 4 2 ADCP Messtechnik F r die Berechnung der absoluten R ckstreuwerte entwickelte der amerikanische Elek troingenieur und Mitbegr nder von RDI Kent L Deines eine l sbare Form der in Glg dargestellten aktiven Sonargleichung 1999 r GF F 20 gR 2 a R Kc E E 413 Sy absolute R
143. g der Echointensit ten und zur Beurteilung der Qualit t dieser Vorgehensweise heran gezogen W hrend anhand der konventionellen Messungen im August 2006 wesentlich h here Konzentrationen ermittelt wurden als im Mai 2007 lagen die Echointensit ten der ADCP Messungen im Mai 2007 h her als jene im August 2006 Abb 16 53 Innerhalb einer Messung kann jedoch durchaus ein Zusammenhang zwischen den El Werten des ADCP und den konventionell ermittelten Schwebstoffkonzentrationen ge funden werden Abbildung 6 52 stellt dieses Ph nomen sehr deutlich dar Die Gegen berstellung der beiden Kalibriergeraden zeigt zwar eine bereinstimmende Steigung von 0 1 der Ordinatenwert der beiden Auswerteergebnisse unterscheidet sich jedoch Als Grund daf r k nnen beispielsweise unterschiedliche Korngr enverteilungen der Schwebstoffe w hrend der beiden Ereignisse genannt werden Hier ber liegen jedoch keine Informaionen vor Systematische Probenentnahmen zur Auswertung der Korn gr enverteilungen im Querschnitt w rden hier wertvolle Erkenntnisse liefern Be trachtet man den grafischen Vergleich der aus den ADCP Daten berechneten und der konventionell erfassten Schwebstoffkonzentrationen so ist zwar eine gewisse Streuung der Einzelwerte zu sehen die aus den Daten berechneten Mittelwerte der jeweiligen Messungen liegen jedoch fast exakt auf der Geraden die eine vollkommene ber einstimmung der beiden Ergebnissen darstellt Das bedeutet dass bei Ken
144. g erkl rbar Zum Einen ist der Schnittpunkt der ADCP Beams mit der Sohle aufgrund der vertikalen Auslenkung der Strahlen abh ngig von der Sohlenh he Mit fortschreitendem Abtrag also gr erer Flie tiefe wandert dieser Punkt gering f gig nach oberstrom bzw unterstrom Abb 6 7 a Au erdem erfasste der ADCP die Sohlenlagen eher in Kanalmitte w hrend die Beobachtungen aus dem Schacht nur die Situation am u ersten Rand des Querschnitts widerspiegeln Abb 6 7 b Die Flie geschwindigkeit haben jedoch im Mittelbereich des Querschnitts ihr Maxi mum und nehmen zu den Berandungen hin ab wodurch in Wand und Sohlenn he die Schubspannungen kleiner sind was wiederum zu einer verminderten Erosion im Vergleich zum Mittelbereich f hrt Umfangreiche Untersuchungen zur Geschwindig keitsverteilung in Flie querschnitten von best tigten diesen Sachver halt Die Ergebnisse zeigten f r einen Rechteckkanal mit einem Seitenverh ltnis von 90 6 1 ADCP Messungen an der Versuchsanstalt in Obernach Tiefe unter Kanal OK m WSP Ultraschall Beam 1 ADCP Beam 2 ADCP Beam 3 ADCP littelwert 1 4 Beobachtungsfenster mittlere Geschw BB ZZ SESENSSONDSIEGGGGGGGEOEANE 15 25 15 35 15 45 15 55 16 05 16 15 16 25 16 35 Zeit min Abbildung 6 6 zeitlicher Verlauf der Sohlenlagen w hren
145. g und dem ADCP In einem derartigen Fall werden also zus tzliche Lageinformationen ben tigt um die Eigenbewegung des ADCP zu ber cksichtigen und die Messdaten dementspre chend in absolute Flie geschwindigkeiten umzurechnen Eine M glichkeit bieten in diesem Zusammenhang dGPS Messungen Kap 4 2 3 3 Sie haben den Vorteil dass die berechneten Lageinformationen w hrend der Mes sung direkt in die ADCP Files integriert werden k nnen Die Software WinRiver bietet die M glichkeit die relativen Flie geschwindigkeiten auch auf GPS Daten zu referenzieren hier sind also keine zus tzlichen Auswerteroutinen erforderlich um die 78 5 3 Tool zur Verkn pfung der ADCP Daten mit Lageinformationen GPS Daten in der Berechnung der Flie geschwindigkeiten und der Abfl sse zu be r cksichtigen GPS Antennen sind jedoch teuer in der Anschaffung und ihr Einsatz ist nicht immer m glich wie in Kap 4 2 3 3 dargelegt wurde Eine weitere M glichkeit stellt die Erfassung des ADCP Messwegs mit geod tischen Messger ten und die nachtr gliche Implementierung dieser Datens tze in die ASCII Out Files dar Dabei muss das vorgegebene Format der Output Files gewahrt werden um die Bearbeitung der erg nzten Dateien mit weiterf hrenden Auswerteprogrammen zu erm glichen F r die gegenst ndlichen Untersuchungen wurde der w hrend ADCP Messungen aufgezeichnete Messpfad zus tzlich von einer Totalstation von Leica erfasst Am Tr gerger t wurd
146. ge Wit terungsverh ltnisse k nnen den Kontakt zu den GPS Satelliten unterbrechen bzw verhindern In einem derartigen Fall ist man auf die Bottom Track Daten des ADCPs angewiesen Um die Gr e des entlang einer berfahrt akkumulierten Fehlers im Messweg ermit teln zu k nnen ist eine so genannte Schleifenfahrt notwendig Abb F 12 Im Ge gensatz zur realen Situation schlie t sich bei vorhandenem Geschiebetrieb der vom ADCP aufgezeichnete Bottom Track nicht sondern weist am Schluss eine L cke bzw einen L ngsversatz auf Ufer Str mung Ufer P E linie linie DMG eigentlicher BT Pfad ein Abbildung 4 12 Schleifenfahrt mit L ngsversatz aufgrund von Geschiebetrieb Unter Verwendung dieses Abstands DMG Distance Made Good kann abgesch tzt werden um wie viel der Gesamtabfluss dadurch untersch tzt wird Im einfachsten Fall geht man davon aus dass die Geschiebebewegung und die Str mungsverh ltnisse ent lang des Messwegs ann hernd konstant sind Die mittlere Geschiebegeschwindigkeit 53 4 Ultraschall Doppler Technik und der daraus resultierende Abflussfehler k nnen nach Glg 4 11 berechnet werden Mueller und Wagner 2006 und Mueller und Wagner 2007 _ DM u De mb gt Qmb Vm A gt Qrc Qrm Qm 4 11 DMG L ngsversatz der Schleifenfahrt m T f r die Schleifenfahrt ben tigte Zeit s Qmb Abflussdifferenz aufgrund von Geschiebetrieb m3 s Vab mittlere Geschiebeg
147. gelm iger Sp lun gen um den Sedimenthaushalt im Gleichgewicht zu halten wurde bereits vor meh reren Jahrzehnten erkannt und teilweise in die Betriebsvorschriften der betroffenen Anlagen aufgenommen Durch die fehlende Ber cksichtigung kologischer Aspekte beim Sp lvorgang kam es in der Folge aber zu spektakul ren Sch den der Gew s ser kologie vor allem der Fischpopulationen Die Vorf lle erweckten gro es Interesse und beeinflussten die ffentliche Meinung dahingehend dass Sp lungen mit gro er Skepsis und Misstrauen betrachtet und immer st rker abgelehnt wurden W hrend der nachfolgenden Betriebsjahre wurde die Verlandungssituation der Flussstaur ume immer dramatischer Die daraus resultierenden Probleme zwangen die Betreiber der Anlagen zu einem abermaligen Umdenken Die folgende Aufz hlung soll einen berblick ber die laufenden Ma nahmen zum Sedimentmanagement an den wichtigsten Fl ssen sterreichs und Bayerns geben um die Aktualit t der soeben dargestellten Problematik zu verdeutlichen Sie erhebt jedoch keinen Anspruch auf Vollst ndigkeit An der Drau sterreich werden j hrliche Querprofilaufnahmen durchgef hrt um die Entwicklung der Stauraumverlandungen zu dokumentieren Die Daten dienen als Grundlage f r die Planung von Stauraumsp lungen und Kiesbagge rungen sowie zur Kontrolle der Effektivit t bzw Nachhaltigkeit der get tigten Ma nahmen Steiner und Moser 2002 Durch den Ausbau
148. gen Die vorliegende Arbeit versteht sich als Einstieg in die Thematik der Schwebstoff und Geschiebemessung mittels ADCP Vor allem im alpinen und voralpinen Raum Mittel europas wird die ADCP Technik erst seit kurzem zur Abflussmessungen eingesetzt Die am Lehrstuhl f r Wasserbau und Wasserwirtschaft durchgef hrten Untersuchun gen haben das Potential dieser Messtechnik aber auch weiteren Forschungsbedarf aufgezeigt Umfangreiche Untersuchungen sind noch notwendig um unter Verwen dung der aufgezeichneten ADCP Daten in Zukunft auch quantitative Aussagen zu Schwebstoffkonzentrationen und Geschiebetrieb zu erm glichen Katharina Fiedler Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1 Einf hrung 24 4 2er a a a nd a er 12 Bledeuns e se sagsag eier Da ee ae ars a 21 1 Talsperren 203 8 2 40 0 a a ia ak ah Den a re a a a a Bel ee ee E DEE EEE 3 Entwicklung der Messtechnik 3 1 asserstandsmessungen sau zu 0 0 a u aa 40 wa 3 2 Geschwindigkeitsmessungen 2 22 22 2 nr nn N E ee ae E a a a ee et ee De ee Er a ee er ee 4 Ultraschall Doppler Techni 4 1 Physikalische Grundlagen 4254 8 4A 8 een 411 1 Schallausbreitung 45 u 4 aa na aa ar 4 1 2 Der Doppler Eftekt 2 22 2 man nennen 4 2 ADOP Messtechnikl 22 2 2 2 CE m men 4 2 1 Das Workhorse RioGrande von RDI OORTE ERRERONSER e na a aa ee ER De de en 51 WiRiverj en ne Ra ne RD Dr a ne ee ee ea ara De ee de be den a a ee
149. gkeiten W hrend des Rundwegs des vom ADCP ausgesendeten akustischen Impulses ber die Partikel in der Wassers ule und wieder zur ck erf hrt der Impuls eine zweifache Doppler Verschiebung Das erste Mal bei der Reflexion an den Partikeln in der Str mung und das zweite Mal beim Wiederauftreffen auf das Messger t Gleichung muss demnach folgenderma en modifiziert werden Af 2 f 4 4 Des Weiteren muss noch ber cksichtigt werden dass nur jene Anteile der Relativge schwindigkeit eine Doppler Verschiebung hervorrufen die die Distanz zwischen Mess ger t und Partikeln ver ndern Glg 4 2 und Abb 4 3 Akustische Signale die recht winkelig zur Str mung ausgesendet werden werden daher an den Partikeln reflektiert und vom Messger t wieder empfangen ohne dass eine nderung der Frequenz festell bar w re Aus diesem Grund werden akustische Signale zur Geschwindigkeitsmessung immer schr g zur Hauptflie richtung Abb ausgesendet 41 4 Ultraschall Doppler Technik akustisches MRE Geschwindigkeitsvektor Abbildung 4 6 Auslenkung der ausgesendeten Messimpulse Der Winkel zwischen akustischem Signal und Str mungsrichtung muss dement sprechend in Glg 4 4 implementiert werden sodass sich schlussendlich folgender Zusammenhang ergibt RDI 1996 Af 2 f Z cos 4 5 Je steiler die Messstrahlen zur Str mungsrichtung angeordnet werden desto gr er wird der Winkel desto klei
150. h ttd mme 1992 Symposium Betrieb Unterhalt und Modernisierung von Wasserbauten Garmisch Partenkirchen 29 31 Oktober 1992 Heilmair Thomas und Strobl Theodor Erfassung der sohlnahen Str mungen in Ausleitungs strecken mit FST Halbkugeln und Mikro Flowmeter ein Vergleich der Methoden 1994 Godde Dominik Experimentelle Untersuchungen zur Anstr mung von Rohrturbinen Ein Beitrag zur Optimierung des Turbineneinlaufs 1994 Knauss Jost Von der Oberen zur Unteren Isar Alte und neue Wasserbauten rund um die Benediktenwand Bachumleitungen Treibholzf nge durchschwallte Rohre eine besondere Entlastungsanlage Sohlensicherung an der Unteren Isar Sohlstufenkonzept Belegung der Sohle mit gr eren Steinen in offener Anordnung 1995 Knauss Jost Argolische Studien Alte Stra en alte Wasserbauten Talsperre von Mykene Flu umleitung von Tiryns Hydra von Lerna K stenpass Anigraia 1996 Aufleger Markus Ein Beitrag zur Auswertung von Erddruckmessungen in Staud mmen 1996 Heilmair Thomas Hydraulische und morphologische Kriterien bei der Beurteilung von Mindestabfl ssen unter besonderer Ber cksichtigung der sohlnahen Str mungsverh ltnisse 1997 Maile Willibald Bewertung von Flie gew sser Bioz nosen im Bereich von Ausleitungskraftwerken Schwerpunkt Makrozoobenthos 1997 Knauss Jost Olympische Studien Herakles und der Stall des Augias Kladeosmauer und Alpheiosdamm die Hochwasserfreilegung von Alt Olympia 1998
151. h bezeichnet wenn es in einem Magnetfeld selbst zum Ma gneten wird 47 4 Ultraschall Doppler Technik Abbildung 4 10 Isogenenkarte Stand 2005 NGDC 2005 tivgeschwindigkeiten nur die Messdaten des ADCP so werden alle Werte auf ein und denselben Nordpol bezogen und die Gefahr einer Datenverf lschung durch die Verwendung unterschiedlicher Bezugspunkte ist nicht gegeben 4 2 3 4 Ermittlung der absoluten Flie geschwindigkeiten Wie bereits erw hnt entsprechen die vom ADCP ermittelten Relativgeschwindigkei ten nur dann den realen Flie geschwindigkeiten wenn sich das Ger t in Ruhe befindet Wird der ADCP w hrend der Messung bewegt muss seine Eigenbewegung im Zu ge der Datenauswertung ber cksichtigt werden Dazu k nnen entweder die erfassten Daten des Bottom Track verwendet werden oder wenn vorhanden dGPS Daten Nachdem s mtliche vom ADCP erfassten Geschwindigkeitsinformationen in vektori eller Form gespeichert werden kann die Eigengeschwindigkeit des ADCP durch vek torielle Addition der ADCP Bewegung und der Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Messger t und den Partikeln im Wasser ber cksichtigt werden Als Ergebnis erh lt man die absoluten Flie geschwindigkeit der Str mung in Nord S d und in Ost West Richtung 48 4 2 ADCP Messtechnik 4 2 4 Berechnung des Abflusses Ein wesentlicher Vorteil der ADCP Technik gegen ber herk mmlichen Fl gelmessun gen ist der Umstand
152. hebung der mittleren Sohle um bis zu sechs Meter Durch die Pfeilerbauweise der Staustufe erfolgte die Sohlen nderung fast konstant ber die gesamte Flussbreite Abb 6 13 a Wie durch das Beispiel Egglfing verdeutlicht wird stellt sich die Situation am Unteren Inn ganz anders dar Die Staur ume in diesem Bereich sind sehr breit und aufgrund 46 Wehrfelder und Turbinen sind wechselweise ber den Querschnitt angeordnet 99 6 ADCP Messungen der hier angewendeten Blockbauweise der Staustufen kam es zu sehr unregelm i gen Anlandungen und Inselbildungen im Oberwasser der Bauwerke Abb 6 13 b Der Verlandungsprozess dauerte an den Staustufen zwischen der Salzachm ndung und der Innm ndung in die Donau insgesamt 30 Jahre Anfang der 70 er Jahre erreichte der Fluss hier wieder ein morphologisches Gleichgewicht Der Verlandungs grad der Staur ume ist relativ hoch Als Beispiel soll hierf r der Stauraum Egglfing genannt werden der zu 57 mit Sedimenten vorwiegend schlufiigen bis tonigen Schwebstoffen gef llt ist 2001 Die fortschreitende Verlandung der breiten Staur ume konnte nur mit massiven Gegenma nahmen gestoppt werden So wurden zus tzlich zu lokal durchgef hrten Baggerungen in den Staubereichen von Braun au Ering und Egglfing Leitd mme errichtet Abb 6 14 Diese Strukturen bewirken in Kombination mit ausreichend hohen Abfl ssen so genannten Initialereignissen eine Konzentration der Str
153. hkeiten der ADCP Technik und deren Anwendungsgrenzen gebracht Die Auswertung der vom ADCP erfassten Geschwindigkeiten unter Miteinbeziehung extern ermittelter Lage informationen in diesem Fall dGPS Werte brachte f r beide Hochwasserereignisse zufrieden stellende Ergebnisse Der aus den Einzelfahrten gemittelte Abfluss weist ei ne gute bereinstimmung mit den Vergleichsdaten der benachbarten Kraftwerke auf Trotz der letztendlich guten Ergebnisse war die Durchf hrung der Messungen jedoch mit Schwierigkeiten behaftet die sich auch in den erfassten Messwerten widerspie geln Streckenweise konnten keine Daten erfasst werden sondern mussten inter bzw extrapoliert werden Um die Messdaten auswerten und daraus die bereits aufgef hrten Informationen ge winnen zu k nnen ist eine Aufzeichnung des zur ckgelegten Messwegs mit Hilfe von externen Ger ten wie in diesem Fall GPS Antennen zwingend erforderlich Der vom ADCP unter Verwendung des Bottom Track Signals ermittelte Messpfad wird durch den Sedimenttransport im Bereich der Sohle massiv verf lscht Ein Vergleich der Bot 134 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn tom Track Aufzeichnungen mit dem wahren Messweg erm glicht R ckschl sse auf die Geschiebegeschwindigkeit w hrend der Messfahrten im Querschnitt So konnte festgestellt werden dass w hrend der beiden Hochwasserereignisse ein erheblicher Sedimenttransport im Bereich der Sohle stattfand w hrend die Sohle bei den No
154. hn Impul se Diese Messgr e kann anhand einer durch Eichmessungen ermittelten Beziehung in die punktuelle Flie geschwindigkeit umgerechnet werden Soll der gesamte Flie querschnitt messtechnisch erfasst werden und ist ein Durchwaten nicht m glich so ben tigt man einen Steg eine Br cke oder eine Seilkrananlage um die Vielpunkt messungen durchf hren zu k nnen Magnetische Induktion Lokale Flie geschwindigkeiten k nnen auch unter Verwendung des Faraday schen Ge setzes erfasst werden Ein durch Spulen erzeugtes Magnetfeld wird durch hindurch str mendes Wasser ver ndert wodurch elektromagnetische Induktion entsteht Diese kann messtechnisch erfasst und anhand bekannter Zusammenh nge in die Flie ge schwindigkeit umgerechnet werden Michael Faraday 1791 1867 Englischer Physiker und Chemiker der 1931 das Ph nomen der elektromagnetischen Induktion entdeckte 8Das Entstehen elektrischer Spannung entlang einer Leiterschleife durch die nderung des magne tischen Flusses 20 3 2 Geschwindigkeitsmessungen Laufzeitverfahren Die Anwendung des Laufzeitverfahrens erfordert die Installation zweier schr g zu einander angeordneter Sender bzw Empf ngereinheiten auf beiden Seiten des Ge w ssers Ein Ultraschallsignal wird einmal schr g mit und einmal schr g gegen die Flie richtung von einem Ufer zum anderen gesendet Aus dem Unterschied der Lauf zeiten kann die mittlere Flie geschwindigkeit im
155. hwindigkeitsmessung in Staud mmen 2007 Wasserbau an der TU M nchen Symposium zu Ehren von Prof Theodor Strobl am 16 M rz 2007 in Wallgau Oberbayern 2007 Haselsteiner Ronald Hochwasserschutzdeiche an Flie gew ssern und ihre Durchsickerung 2007 Schwarz Peter und Strobl Theodor Wasserbaukunst Oskar von Miller und die bewegte Geschichte des Forschungsinstituts f r Wasserbau und Wasserwirtschaft in Obernach am Walchensee 1926 1951 120 Seiten Preis 9 80 2007 Flutpolder Hochwasserr ckhaltebecken im Nebenschluss Beitr ge zur Fachtagung am 19 und 20 Juli 2007 in Wallgau Oberbayern ISBN 978 3 940476 03 6 240 Seiten durchgehend farbige Abbildungen Preis 34 80 2007 Assessment of the Risk of Internal Erosion of Water Retaining Structures Dams Dykes and Levees Intermediate Report of the European Working Group of ICOLD ISBN 978 3 940476 04 3 220 Seiten Preis 29 80 2007 14 Deutsches Talsperrensymposium 14th German Dam Symposium and 7th ICOLD European Club Dam Symposium Beitr ge zur Tagung am 17 bis 19 September 2007 in Freising Contributions to the Symposium on 17 19 September 2007 in Freising Germany ISBN 978 3 940476 05 0 570 Seiten Preis 49 80 2007 Niedermayr Andreas V Rampen kologisch weitgehend durchg ngige Querbauwerke ISBN 978 3 940476 06 7 240 Seiten Preis 29 80 2008 Hafner Tobias Uferr ckbau und eigendynamische Gew sserentwicklung Aspekte der Modelli
156. ich von Rosenheim Fotografien von ausgestelltem Bildmaterial im Innmuseum in Rosenheim Im Innmuseum in Rosenheim ist nachzulesen dass st ndige Verlagerungen des Fluss betts und hohe Geschiebefrachten sowie Grenzstreitigkeiten zwischen Bayern und sterreich der Grund f r erste lokale Regulierungsma nahmen waren Im Jahre 1847 wurde in einem bereinkommen zwischen Bayern und sterreich die Normalbreite des Inn auf 117 m festgelegt Damit war der Grundstein f r die Gro e Innkorrek tion gelegt Der Abschnitt zwischen Kiefersfelden und Windshausen wurde bis 1883 ausgebaut von Windshausen bis zur M ndung der Attel wurden die Korrektionsma nahmen erst gegen 1900 fertig gestellt Restarbeiten auf diesem Abschnitt erstreckten sich bis 1920 Ausbau der Wasserkraft Am bayerischen Inn begann der Ausbau der Wasserkraft mit der Planung des Aus leitungskraftwerks T ging im Jahr 1917 Die Anlage wurde 1922 fertig gestellt Im Jahr 1938 folgten die Laufkraftwerke Wasserburg Teufelsbruck und Gars 1942 bzw 1944 wurden am Unteren Inn die Anlagen Ering und Egglfing gefolgt von Neu tting 1951 Braunau Simbach 1953 und Stammham 1955 erreichtet Am Oberen Inn wurde 1960 das Kraftwerk Rosenheim fertig gestellt In den Jahren 1961 und 1965 wurde die Kraftwerkskette am Unteren Inn mit den Anlagen Sch rding Neuhaus und Passau Ingling geschlossen Das Kraftwerk Feldkirchen wurde 1970 fertig gestellt gefolgt von Perach das 1977 ans Netz ging Mit dem B
157. ie dem Transport von Schwebstoffen Vor und Nachteile sowie Anwen dungsgrenzen werden kurz beschrieben Kapitel 4 beinhaltet die physikalischen Grundlagen der Doppler Technik und stellt die verwendete Ultraschall Doppler Messtechnik vor Das Prinzip der Messung von Rela tivgeschwindigkeiten wird beschrieben und die Ausn tzung dieses Effekts zur L sung 1 2 Gliederung verschiedener Fragestellungen wie der messtechnischen Erfassung von Flie und Geschiebegeschwindigkeiten erl utert Der Vorgehensweise bei der Auswertung der ADCP R ckstreudaten zur Ermittlung von Schwebstoffkonzentrationen wird dabei besonderes Augenmerk geschenkt Im darauf folgenden Kapitel 5 wird ein kurzer berblick ber die im Rahmen der durchgef hrten Untersuchungen verwendete Software gegeben Erg nzend zur Be schreibung der kommerziellen Programme zur Durchf hrung und Auswertung von ADCP Messungen wird ein selbst entwickeltes Tool vorgestellt das der Zusammen f hrung von ADCP Daten mit den Lageinformationen externer Messger te dient Kapitel 6 bildet das Herz der vorliegenden Arbeit Dieser Abschnitt beinhaltet die durchgef hrten ADCP Messungen sowie die Auswertung der Daten Zuerst werden die Testmessungen an der Versuchsanstalt in Obernach beschrieben sowie die daraus gewonnenen Erfahrungen dargelegt Dem folgen die Beschreibung der Hochwassermes sungen am Inn die Darstellung der Datenauswertung sowie die Zusammenfassung der wichtigsten E
158. in gro fl chiges M ndungsdelta entstanden ist Dieses besteht etwa zu gleichen Teilen aus Kies Sand und Schluff Vorliegende Daten aus langj hrigen Untersuchungen erm glichten die Ermittlung einer seit 1970 mittleren j hrlichen Verlandung von 140000 m 2005 Das Delta schiebt sich dadurch um bis zu 25 m pro Jahr in den See hinaus 138 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen Fast 80 der angelandeten Sedimente kommen aus dem Einzugsgebiet der Tiroler Achen Sie stammen aus der so genannten Grauwackenzone im Raum Kitzb hel von wo aus sie ohne Zwischenlagerung in den See transportiert werden In dieser Hinsicht ist das Einzugsgebiet des Chiemsees einzigartig und mit keinem See am Alpennordrand vergleichbar WWA T 2008 Um die drohende Verlandung des Chiemsees abzuwenden wurde 1980 in der Tiroler Achen bei Fkm 3 eine Geschiebefalle erreichtet Hier werden pro Jahr etwa 20000 m Kies entnommen Es ist davon auszugehen dass sich dadurch die Zusammensetzung der Anlandungen in der Hirschauer Bucht in Zukunft ver ndern wird und die fein k rnigen Fraktionen einen prozentual gr eren Anteil einnehmen werden 6 3 2 Randbedingungen f r die ADCP Messungen F r die Durchf hrung von ADCP Messungen eignen sich vor allem Pegelquerschnitte da sie meist ber eine Seilkrananlage verf gen mit der normalerweise Geschwindig keitsmessungen mit hydrometrischen Fl geln durchgef hrt werden Diese Anlagen erm glichen ein sehr gleichm
159. iner Ka librierungsbeziehung die Schwebstoffkonzentration und verwendet das Ergebnis zur Berechnung der Partikeld mpfung Dieser Wert wir nun in Glg und in weiterer Folge zur Ermittlung der Schwebstoffkonzentrationen ber cksichtigt und der Vorgang so lange wiederholt bis das Ergebnis die gew nschte Genauigkeit aufweist Die so er mittelte Schwebstoffkonzentration wird f r die Berechnung der Partikelabschw chung in der n chsten Zelle verwendet Die Berechnungsschritte werden nun Zelle f r Zel le wiederholt bis das gesamte Ensemble berechnet ist 2005 Durch diese Vorgehensweise k nnen Ver nderungen der Schwebstoffkonzentrationen oder der Kornzusammensetzung ber die Tiefe erfasst und deren Auswirkungen auf die Partikeld mpfung ber cksichtigt werden durch Flie gew sser verursacht Fluviale Sedimente sind das Ergebnis fluvialer Erosion also der durch ein Flie gew sser verursachten Erosion 36Optical Backscatter Sensor 7 Laser In Situ Scattering and Transmissionmetry 61 4 Ultraschall Doppler Technik Die unbekannten Parameter A und B der Kalibrierbeziehung Glg 14 17 m ssen anhand von punktuell durchgef hrten Schwebstoffkonzentrationsmessungen ermittelt werden 10 1g SSC A Sy B 4 17 SSC Schwebstoffkonzentrationen mg l SSC Suspended Sediment Concentration Sy absolute R ckstreust rke dB Untersuchungen von Aardoom und Mol 2005 an der Weser bei Nordenham unter Verwendung von Glg ha
160. ingt auf 2484 m NN aus dem L gh dal Lunghin einem kleinen See oberhalb des Malojapasses im schweizer Kanton Graub nden Im Bereich der keltisch Ine f r Der Flie ende 95 6 ADCP Messungen Gemeinde Samedan m ndet der Flaz in den Inn Das Einzugsgebiet dieses Zuflus ses liegt im ber 4000 m hohen Berninamassiv Vom Berninagletscher der f r einen Gro teil des Abflusses des Flaz verantwortlich ist kommen auch die gro en Mengen an Schwebstoffen die f r den Inn so charakteristisch sind Bei Martina berquert der Inn die Grenze nach sterreich Die aus dem bis zu 3400 m hohen Gebirge der Silvrettagruppe kommende Sanna m ndet bei Landeck in den Inn N chster nennens werter Zufluss ist die tztaler Ache die die s dlich des Inn gelegenen tztaler Alpen entw ssert Im Stadtgebiet von Innsbruck m ndet die Sill in den Inn im weiteren Verlauf des Unteren Inntals kommt als weiterer rechter Zufluss die Ziller hinzu All diese Zufl sse entw ssern hochalpine teilweise vergletscherte Einzugsgebiete und f h ren gro e Mengen an feinen Sedimenten Gletscherschliff etc mit sich Kurz nach Kufstein bildet der Inn f r einige Kilometer die Grenze zwischen sterreich und Deutschland Er flie t weiter in n rdlicher Richtung bis Rosenheim wo die Mang fall einm ndet Im weiteren Verlauf ndert der Fluss seine Richtung immer mehr nach Osten Bei Fkm 68 5 m ndet die Salzach als bedeutendster Nebenfluss in den Inn Ab hi
161. insetzbar Das Messger t kann aufgrund seiner Befestigung auf dem im Wasser schwimmen den Tr gerboot die Flie tiefen nur relativ zur Wasseroberfl che aufzeichnen Um davon auf die absoluten H henlagen der Sohle schlie en zu k nnen wurde an der Messstelle auch ein Ultraschallsensor zur Wasserstandsmessung installiert Ein hy drometrischer Messfl gel der Firma OTT wurde zum Vergleich mit den vom ADCP gemessenen Flie geschwindigkeiten in den Versuchsstand integriert Im orographisch linken Beobachtungsschacht wurden eine Digitalkamera und eine digitale Videoka mera installiert um den Vorgang des Sohlaustrags auch visuell zu dokumentieren Abb 62 Messtechnische Erfassung ver nderlicher Sohlenlagen Die ersten Messungen sollten nicht nur Erkenntnisse ber die Arbeitsweise des ADCP bringen sondern vor allem die Fragestellung kl ren mit welcher Genauigkeit der ADCP Sohlenlagen erfassen kann und wie das Messger t auf erh hte Schwebstoff konzentrationen und bewegliche Sohlen reagiert In den Kanal wurden im entleerten Zustand zwei verschieden hohe Sohlen h 35 cm ha 60 cm ber eine L nge von mehreren Metern im Bereich der Beobachtungsfenster eingebaut In Hinblick auf die 87 6 ADCP Messungen geplanten Naturmessungen am bayerischen Inn wurde als Sohlmaterial eine Mischung aus zwei verschiedenen Sanden verwendet dessen Sieblinie gut mit den bekannten Sieblinien aus den Staur umen Oberaudorf Nu dorf und Fel
162. it dem konventionell erfasstenn Geschiebetrieb auf Aufgrund der Tatsache dass im Messquerschnitt der Term da 1 p aus Glg 4 24 konstant ist konnte folgender linearer Zusammenhang gefunden werden Rennie et al 2002 Js 1 4 Ug 0 046 r 0 93 4 26 Auch der Vergleich der ermittelten mittleren Geschiebegeschwindigkeiten mit den berechneten Schubspannungen 7 zeigte eine erkennbare Korrelation Ug 0 00128 71 r 0 44 4 27 Die grafische Darstellung der in Glg und in Glg formulierten Zusammen h nge ist in Abb enthalten gp kgls m 0 0 04 008 012 016 0 2 ve mis qt N m Abbildung 4 15 Zusammenhang zwischen Geschiebetrieb Sohlschubspannung und ermittelter Geschiebegeschwindigkeit Rennie et al 2002 71 4 Ultraschall Doppler Technik Obwohl die Auswertungen der Messungen am Fraser River zu vielversprechenden Er gebnissen gef hrt haben und eindeutige Zusammenh nge zwischen den verschiedenen untersuchten Parametern gefunden werden konnten ist derzeit noch nicht bekannt ob die in Glg dargestellte Beziehung messstellenspezifisch ist oder allgemeine G ltigkeit besitzt Aus Glg sowie aus Abb ist zu entnehmen dass unter Verwendung des ermittelten Zusammenhangs eine Geschiebegeschwindigkeit berech net wird obwohl kein Geschiebetrieb zu verzeichnen ist gp 0 vG gt 0 Es wird vermutet dass die BT Signale des ADCP durch hohe Schwebstoffkonzentrationen nahe der Sohle verf
163. it der ADCP Software WinRiver Kap eingelesen 6GGA Global Positioning System Fix Data Zeit und Position VTG Track Made Good and Ground Speed Zur ckgelegter Weg und Geschwindigkeit ber Grund National Marine Electronics Association Vereinigung amerikanischer Elektronikhersteller und h ndler der Schifffahrtsindustrie die Stan dards in der Marineelektronik setzt 46 4 2 ADCP Messtechnik und zus tzlich zu den Bottom Track Informationen abgespeichert werden RDI 2003 Die in die Datens tze eingespeisten dGPS Werte k nnen dazu verwendet werden um den zur ckgelegten Messweg unter Verwendung der externen Lageinformationen zu berechnen M chte man die von den dGPS Ger ten aufgezeichneten Lageinformationen in die ADCP Daten integrieren ist zu ber cksichtigen dass sich die beiden Systeme auf unterschiedliche Nordrichtungen beziehen Die dGPS Daten verwenden als Bezug die geografische Nordrichtung die durch die Rotationsachse der Erde festgelegt ist Die vom ADCP erfassten Relativgeschwindigkeiten werden wie bereits in Kap 4 2 3 1 beschrieben unter Verwendung des ger teinternen Kompasses in vektorieller Form east west north south up down abgespeichert In diesem Fall dient als Bezugspunkt der magnetische Nordpol an dem die Feldlinien des Erdmagnetfeldes zusammenlau fen Die beiden Pole liegen ber 1000 km voneinander entfernt wobei der magnetische Nordpol jedes Jahr um mehrere Kilometer wandert Der Wi
164. k 1798 1988 Hartung Fritz Gedanken zur Problematik der Nilwehre D scher Hans Dieter und Hartung Fritz Kritische Betrachtungen zum St tzwehr im Toschka Entlastungsgerinne des Assuan Hochdammes 1991 Schmitz Gerd H Seus G nther J und Liedl Rudolf Ein semi analytisches Infiltrations modell f r F llung und Entleerung von Erdkan len Keller Andreas P Chinese German comparative cavitation tests in different test facilities on models of interest for hydraulic civil engineering 1991 Liedi Rudolf Funktionaldifferentialgleichungen zur Beschreibung von Wasserbewegungen in B den nat rlicher Variabilit t Beitr ge zur Theorie und Entwicklung eines numerischen L sungsverfahrens 1991 Zunic Franz Gezielte Vermaschung bestehender Kanalisationssysteme Methodische Studien zur Aktivierung freier R ckhalter ume unter besonderer Ber cksichtigung der Abflusssteuerung 1991 Eickmann Gerhard Ma stabseffekte bei der beginnenden Kavitation Ihre gesetzm ige Erfassung unter Ber cksichtigung der wesentlichen Einflu gr en 1991 Schmid Reinhard Das Tragverhalten von Erd und Steinsch ttd mmen mit Asphaltbeton Kerndichtungen 1991 Kiefer Ernst Martin Hydrodynamisch numerische Simulation der Wasserbewegung im unges ttigten und ges ttigten Boden unter besonderer Ber cksichtigung seiner nat rlichen Variabilit t 1991 Strobl Th Steffen H Haug W und Geiseler W D Kerndichtungen aus Asphaltbeton f r Erd und Steinsc
165. kund rstr mungen im Querschnitt f hren zu einer erh hten Beanspruchung der Sohle im linken Querschnittsbereich In der Darstellung ist auch zu sehen dass die Sohle f nf Tage nach dem Durchgang der Hochwasserwelle ihre urspr ngliche H henlage noch nicht erreicht hat In dieser Zeit wanderte die Sohle wieder um 0 5 1 m nach oben W hrend die Wiederanlandung im rechten und mittleren Bereich des Querschnitts ann hernd gleichm ig vor sich ging fallen im Bereich des linken Pfeilerkolks erheblich gr ere Anlandungen auf Der durch das Hochwasser nach links verschobene Kolk ist wieder in seine urspr ngliche Lage gewandert was auf die Reduktion des Kurveneinflusses bei geringeren Flie geschwindigkeiten zur ckzuf hren ist Betrachtet man die aufgezeichneten Bottom Track Wege des ADCP genauer und ver gleicht diese mit den parallel dazu durchgef hrten dGPS Messungen so ist aus der Differenz der R ckschluss auf eventuell vorhandene Geschiebebewegungen im Mess querschnitt m glich Abbildung 6 32 beinhaltet die Darstellung des BT Pfads von drei Hin und R ckfahrten w hrend der Hochwasserereignisse im Juli und im August Der Vergleich der dargestellten BT Wege mit den eingetragenen tats chlichen Messwe gen grau zeigt deutlich dass die mit Referenz BT ermittelten ADCP Bewegungen einen erheblichen L ngsversatz aufweisen Nachdem es sich bei den Querungen je weils um eine Hin und eine R ckfahrt handelt sollten sich die Messwege eige
166. l Lautst rke des ausgesendeten Signals Ausbreitungsmedium TL Transmission Loss bertragungsverlust NL Ambient Noise Level Umgebungsger usch Grundrauschen Reflektor TS Target Strength akustische Kraft St rke des Reflektors Das Signal wird vom Sender mit der Intensit t SL ausgesendet Bis es nach einer gewissen Strecke den Reflektor erreicht ist es um den Betrag TL abgeschw cht Nach der Reflexion besitzt es die Intensit t SL TL TS Bis es wieder an sei nem Ausgangspunkt angelangt ist wird es noch einmal um den bertragungsverlust TL des Ausbreitungsmediums reduziert und wird schlussendlich mit der Intensit t SL 2 TL TS empfangen Addiert man das nat rliche Grundrauschen NL noch dazu so erh lt man den so genannten Reveberation Level RL also den Wert der in 59 4 Ultraschall Doppler Technik einer nat rlichen Umgebung nach dem Aussenden eines Messsignals und der Reflexion an einem Gegenstand wieder empfangen und aufgezeichnet wird RES OL 2 TLETT ENL 4 12 Neben mehreren ger tetechnischen und geometrischen Kenngr en ist die Lautst rke des empfangenen Echos von den Eigenschaften des Wassers und der Konzentrati on sowie der Kornzusammensetzung der darin befindlichen Schwebstoffe abh ngig Daher kann keine explizite Formulierung zur Berechnung der Schwebstoffkonzentra tionen aufgestellt werden Zur L sung dieses Problems existieren zwei verschiedene Ans tze Iterative Berechnun
167. ler Achen Wie in Abb zu sehen ist stimmen die Mittelwerte der sechs Querungen mit Referenz BT und Referenz GPS eigentlich gut berein Die mittlere Flie geschwin digkeit bei Referenz BT liegt bei vm Br 2 32 m s mit Referenz GPS wurde eine mittlere Geschwindigkeit von Vm gpg 2 42 m s berechnet Im Vergleich zur Ver teilung der tiefengemittelten Flie geschwindigkeiten vom August 2006 f llt auf dass das damals beobachtete markante Geschwindigkeitsmaximum im Bereich des linken Ufers im Mai 2007 nicht mehr vorhanden war Die vm gps Linie hat ihr Maximum zwar auch in der linken Querschnittsh lfte die Verteilung ist aber um einiges sym metrischer als im August 2006 Die aus den sechs berfahrten gemittelten Sohlenverl ufe mit Referenz GPS und Re ferenz BT weisen eine berraschende bereinstimmung auf Das gute Endergebnis der Datenauswertung mit Referenz BT ist aber lediglich das Resultat einer Mittel wertbildung von zu gro en und zu kleinen Einzelwerten Aufgrund der unzureichenden BT Daten schwanken die aufgezeichneten Gew sserbreiten der Einzelfahrten zwischen 20 und 50 m wie Abb veranschaulicht Aus diesem Grund variieren auch die berechneten Abfl sse zwischen 70 und 250 m s was eine Differenz von 38 bzw 61 vom Mittelwert Qm 181 m s bedeutet Eine Auswertung der Daten mit Referenz BT ist unter diesen Umst nden nicht zielf hrend 30 Abstand vom Nullpunkt m Abbildung 6 46 Darstellung der Sohlverl uf
168. ler Erich Luftsiphons f r den pneumatischen Verschlu von Wassereinlauf ffnungen 1966 vergriffen Seus G nther J Die Anfangskavitation 1966 vergriffen Knauss Jost Schie ender Abflu in offenen Gerinnen mit f cherf rmiger Verengung 1967 vergriffen H usler Erich Bormann Klaus Schie ender bzw str mender Abflu in B chen Schultz Gert A Die Anwendung von Computer Programmen f r das Unit Hydrograph Verfahren am Beispiel der Iller Bauch Wolfram Untersuchungen ber Wasserstandsvorhersagen an einem 600 m langen Modell der Donaustrecke Regensburg Straubing 1967 vergriffen Schultz Gert A Bestimmung theoretischer Abflu ganglinien durch elektronische Berechnung von Niederschlagskonzentration und Retention Hyreun Verfahren 1968 vergriffen Raumer Friedrich von Verteilung von Bew sserungswasser in Kan len Eine Systematik gro er Kanalsysteme zur Verteilung von Bew sserungswasser unter besonderer Ber cksichtigung von Regulier und Me vorg ngen 1968 vergriffen Bormann Klaus Der Abflu in Schu rinnen unter Ber cksichtigung der Luftaufnahme 1968 Scheuerlein Helmut Der Rauhgerinneabflu 1968 vergriffen Koch Kurt Die gegenseitige Strahlablenkung auf horizontaler Sohle 1968 Bauch Wolfram Die Hochwasserwelle im ungestauten und gestauten Flu 1968 Marr Gerhard Vergleich zweier Differenzenverfahren in einem mathematischen Modell zur Berechung von instation ren Abflu vorg ngen in Fl ssen 1970 ve
169. liche Verlauf der Wasserspiegellagen war hier von zwei Pegeln im Stauraum sehr gut dokumentiert worden Nach der Kalibrierung der Modellrauheiten anhand von Mittelwasserabfl ssen wurde das Hochwasserereignis ohne Ber cksichtigung einer m glichen Sohlabsenkung numerisch simuliert und die berechneten mit den gemesse nen Wasserspiegellagen an den beiden Pegeln verglichen Abb 16 16 Es ist deutlich zu sehen dass zu Beginn der Simulationen die berechneten Wasser spiegel mit den gemessenen Werten gut bereinstimmen die Modellrauheiten also ausreichend gut kalibriert wurden Mit dem Anstieg der Hochwasserwelle steigen die 102 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn m NN 470 468 l linkes und rechtes Ufer Br cke der St 2359 i BEE EEE EEE T WSP Fixierung 464 Aug 1985 462 Simulation des HQ 2005 Staustufe 769 Nu dorf 458 17 456 le keilf rmige Erosion der Sohle 452 2 2 r lt 208 207 206 205 204 203 202 201 200 Fkm Abbildung 6 15 Keilf rmiger Sohlaustrag im Stauraum der Staustufe Nu dorf berechneten Wasserspiegel aber schneller an als die gemessenen Die sich daraus er gebenden Differenzen entwickeln sich proportional zu den zeitlichen Ver nderungen des Abflusses Es ist auch erkennbar dass die Unterschiede zwischen Messung und Berechnung mit zunehmender Entfernung von der S
170. lscht wurden Dies w rde bedeuten dass der Zusammenhang zwischen vorhandenem Geschiebetrieb und mit ADCP Messungen erfassten Geschie begeschwindigkeiten messstellenbezogen kalibriert werden muss Auf diesem Gebiet sind noch umfangreiche Untersuchungen erforderlich um diese Erkenntnisse zu ver tiefen ihre G ltigkeit auszudehnen und den Einfluss etwaiger St rfaktoren wie bei spielsweise der Schwebstoffe genauer zu untersuchen 72 5 Mess und Auswerteprogramme Zur Durchf hrung und Auswertung von ADCP Messungen werden verschiedene Pro gramme am Markt angeboten Der Anwender hat die Wahl zwischen der von RDI entwickelten Software die gemeinsam mit dem ADCP verkauft wird und alterna tiven Programmen die oft in Hinblick auf spezielle Benutzergruppen bzw spezielle Anwendungen programmiert wurden Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurden die Originalsoftware von RDI sowie zwei weitere Programme zur weiterf h renden Auswertung der ADCP Daten verwendet Im Folgenden sollen diese Tools kurz beschrieben werden 5 1 WinRiver Die Standardsoftware mit der ADCPs betrieben werden nennt sich WinRiver und wird von RDI vertrieben Das Programm kann zum Durchf hren von ADCP Messungen sowie zum nachtr glichen Abspielen und Bearbeiten der abgespeicherten Daten ver wendet werden F r die durchgef hrten Messungen wurde die Software in der Version 1 06 verwendet 5 1 1 Acquire Mode ADCP Messungen werden im so genannten Acquir
171. lung Prozent g ltige Daten Abflussanteil in der jeweiligen Tiefenzelle m s 81 5 Mess und Auswerteprogramme Die erste Zeile des Ensembles ist unabh ngig von der Referenzierung der Daten und kann daher aus einer der beiden Textdateien Referenz BT oder Referenz NONE bernommen werden In Zeile 2 f llt auf dass mit Referenz BT die Geschwindigkeit des ADCP ber Grund nicht ermittelt werden konnte Um im Zuge einer weiteren Auswertungen die Datens tze mit Rerefenz BT und mit Bezug auf das externe La gemessger t rasch vergleich zu k nnen werden die Werte in Zeile 2 aus der Datei mit Referenz BT bernommen Die Lageinformationen in Zeile 3 werden bei Refe renz NONE nicht abgespeichert und deshalb ebenfalls aus der Datei mit Referenz BT bernommen Die GPS Daten in Zeile 4 fehlen bei beiden Versionen da parallel zur ADCP Messung keine zus tzliche GPS Messung durchgef hrt wurde Diese Varia blen werden aus den Werten der Totalstation berechnet und dementsprechend in die Datens tze eingef gt Die Abflussanteile Zeile 5 sind im ASCII File mit Re ferenz NONE ebenfalls nicht enthalten Diese Werte werden jedoch im Zuge einer weiteren Bearbeitung beispielsweise mit dem Programm AGILA neu berechnet und sind deshalb nicht von Bedeutung Zeile 5 kann daher entweder aus der Datei mit Referenz BT oder mit Referenz NONE weiterverwendet werden In Zeile 6 wird unter anderem die Referenzierung BT bzw NONE dokumentiert Diese
172. m 30 100 300 1000 3000 Grain diameter um Abbildung 4 14 theoretische D mpfung eines akustischen Signals als Funktion der Partikelgr e und der Wellenl nge Hanes et al 1988 Im Regelfall sind von den im Wasser befindlichen Feststoffen bestenfalls Sieblinie und Konzentration bekannt Aus diesem Grund wird f r die Auswertung von ADCP Daten meist auf das Rayleigh scattering model zur ck gegriffen Der Anwendungsbereich dieses Ansatzes beschr nkt sich jedoch auf Partikel deren Umfang mdp kleiner als die Wellenl nge A der akustischen Signale ist Die Wellenl nge ist nach Glg wiederum eine Funktion der Frequenz und der Schallgeschwindigkeit Solange mdp lt A gilt wird der Gro teil der an den Partikeln reflektierten Signalen wieder in die Richtung des Senders zur ckgeworfen Je weiter sich mdp der Gr e von A n hert desto komplexer wird das Echosignal Wird der Partikelumfang gr er als die Wellenl nge pflanzt sich die H lfte der Signalstreuung in die urspr nglichen 67 4 Ultraschall Doppler Technik Ausbreitungsrichtung fort Der Rest wird in alle Richtungen reflektiert und nur ein Bruchteil davon erreicht wieder das Messger t Wird die Partikelgr e hingegen viel kleiner als die Wellenl nge gibt es fast keine Signald mpfung mehr was auch zu Un genauigkeiten bzw Fehlern in der Auswertung f hrt Nach sollte sich daher die Auswertung von akustischen R ckstreusignalen auf den Bereich zwischen 0 1 lt mdp
173. m Einen daran dass Einpunktmessungen nur als N herungswert f r die mitt leren Schwebstoffkonzentrationen im Querschnitt betrachtet werden k nnen und kei ne Aussagen ber die r umliche Verteilung m glich sind Zum Anderen konnten die konventionellen Probenentnahmen nicht zeitgleich mit den ADCP Messungen durch gef hrt werden Zufrieden stellende Aussagen ber die Beziehung zwischen ADCP Echointensit ten und Schwebstoffkonzentration sind nur dann m glich wenn die Pa rameter A und B aus Glg 4 19Janhand von zeitgleich durchgef hrten Eichmessungen im selben Querschnitt bestimmt werden k nnen Umfangreiche Messkampagnen zur Ermittlung dieser Kenngr en und zur Untersuchung ihrer Schwankungsbreiten w ren hier sehr w nschenswert Der Messeinsatz am 24 August hat ganz klar die Grenzen der ADCP Technik aufge zeigt Bei derart turbulenten Str mungsmustern hohen Flie geschwindigkeiten un 135 6 ADCP Messungen regelm iger Wasseroberfl che hohen Schwebstoffkonzentrationen und starkem Ge schiebetransport war die Erfassung verwertbarer Messdaten sehr schwierig Die aufge zeichneten R ckstreuintensit ten sind im Vergleich zu den Ergebnissen der restlichen Messeins tze zu gering aus den tieferen Bereichen des Flie querschnitts liegen gar keine Messwerte vor Es wird davon ausgegangen dass der Zusammenhang zwischen Echointensit ten und Schwebstoffkonzentrationen einen Wendepunkt aufweist F h ren bis zu diesem Punk
174. m Wasserspiegel vom April 2007 533 86 m NN befindliche Teil der durchflossenen Querschnittsfl che 24 5 m Vergleicht man diesen Wert mit den berechneten Querschnittsfl chenanteilen der Messungen im Jahr 2007 so erh lt man f r die Aprilmessung 2007 eine Fl che von 22 8 m 7 f r die Messung im Mai 2007 nur 21 4 m 13 und f r die Messung im Juli 2007 wieder einen Anstieg auf 23 6 m 4 Die Ver nderungen der Sohlenh hen im Pegelquerschnitt liegen also innerhalb einer Schwankungsbreite von 15 Die Auswirkungen auf den Abfluss fallen in der gleichen Gr enordnung aus Regelm ige Abflussmessungen sind daher notwendig um die ETA Werte der Abflusskurve am Pegel an den jeweilgen Zustand der Sohlenlagen anzupassen 5lBei einem zeitlich ver nderlichen Gew sserzustand kann ber einen l ngeren Zeitraum keine g ltige Wasserstands Abflussbeziehung Abflusskurve angegeben werden Mit Hilfe des ETA Verfahrens wird eine Anpassung der Abflusskurve an die jeweiligen Bedingungen erm glicht Das Verfahren setzt voraus dass jede durchgef hrte Abflussmessung absolut korrekt ist und Ab weichungen von der zuletzt g ltigen Abflusskurve nur aus nderungen im Gew sser resultieren 154 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen H he m NN 536 0 555 __WSP 09 05 200 L WSP 10 07 2007 535 0 WSP 08 08 2006 08 08 2006 03 04 2007 09 05 2007 WSP 03 04 2007
175. m breite und 2 1 m tiefe Kanal kann mit einem Abfluss von maximal 5 m s beaufschlagt werden 85 6 ADCP Messungen ersuchskanal Abbildung 6 1 Lageplan der Versuchsstand mit Versuchskanal Der Versuchsstand wurde nach den ersten 100 m Kanall nge aufgebaut An die ser Stelle befinden sich an beiden Seiten des Kanals Beobachtungssch chte von de nen aus die Vorg nge im Gerinne durch Plexiglasscheiben beobachtet werden k nnen Abb 6 2 Messh uschen mit FE Beobachtungsschacht t D ADCP Ger tmit WE ik r Eas ee 1 2 1m 6 a 2 1m pi Abbildung 6 2 Versuchsstand mit Beobachtungsschacht Der f r den ADCP Einsatz konzipierte Schwimmk rper aus Styrodur Abb wur de f r die Dauer der Versuche im Bereich der Beobachtungsfenster in Kanalmitte be festigt Der ADCP ermittelte an diesem Punkt w hrend der gesamten Versuchsdauer die Flie geschwindigkeitsverteilung entlang der Messlotrechten sowie die H henlagen der Sohle im Bereich unter dem Messger t 86 6 1 ADCP Messungen an der Versuchsanstalt in Obernach Abbildung 6 3 ADCP Schwimmk rper aus Styrodur Verschiedene Fragestellungen sollten mit Hilfe der Versuche beantwortet werden Wie genau kann der ADCP die H henlage der Gew ssersohle erfassen Ist eine messtechnische Erfassung von zeitlich variablen Sohlenh hen beispiels weise w hrend Erosion m glich Ist die ADCP Technik auch bei hohen Schwebstoffkonzentrationen e
176. mittlung der gesuchten Konzentrationswerte aus den gemessenen ADCP Daten wurde hier der in Glg dargestellte Ansatz verwendet Mit Hilfe der Ergebnisse einer Messkampagne in Florida konnten die Va riablen a c und e bestimmt werden Eine Abh ngigkeit von der Flie geschwindigkeit d lgv konnte nicht gefunden werden SSC 1027 a b lg Sa clg T d lg v e SSC 10 7 0 07462 0 00084 1g Sa 0 02957 1g T 1 4615 4 20 64 4 2 ADCP Messtechnik Sa Salzgehalt T Temperatur C u Geschwindigkeit m s Zur Berechnung der Echointensit t EI kann nach eine vereinfachte Form von Glg 4 12 verwendet werden Das in der urspr nglichen Beziehung ber ck sichtigte Grundrauschen NZ wird vernachl ssigt weil es sich dabei lediglich um eine additive Konstante handelt und die Ergebnisse der Gleichung in jedem Fall anhand der Kalibriergr en A und B umgerechnet werden m ssen RL SI4 Tea RL K E E 4 21 TL 10 lgR ta R Somit kann die relative R ckstreust rke oder Echointensit t EI an einem bestimmten Punkt entlang der Messgeraden berechnet werden EI Ko E E 1lgR 2 a R 4 22 Auch hier stellt sich das Problem der rechnerischen Ermittlung des Absorptionsgrads a Nach Poerbandondo und Mayerle 2004 kann die Variable vereinfachend ber die gesamte Tiefe auch als konstant angenommen werden da ihre Ver nderung ber die Tiefe nur geringen Einfluss auf die Ergebnisse hat Die Ger tesoftware
177. mykenischen Welt 2001 91 Festschrift aus Anlass des 75 j hrigen Bestehens der Versuchsanstalt f r Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Universit t M nchen in Obernach Oskar v Miller Institut 2001 92 Wildner Harald Injektion von por sem Massenbeton mit hydraulischen Bindemitteln 2002 93 Wildbach Naturversuche Loipersberger Anton und Sadgorski Constantin Schwemmholz in Wildb chen Problematik und Abhilfema nahmen Geschiebeuntersuchungen 1D und 2D Abflussmodelle in einem Wildbach Rimb ck Andreas Naturversuch Seilnetzsperren zum Schwemmholzr ckhalt in Wildb chen Planung Aufbau Versuchsdurchf hrung und Ergebnisse H bl Johannes und Pichler Andreas Zur ber hrungslosen Erfassung der Flie tiefe und Flie geschwindigkeit in einem Wildbachgerinne zum Zeitpunkt des Durchganges der Hochwasserwelle 2002 94 Rimb ck Andreas Schwemmholzr ckhalt in Wildb chen Grundlagen zu Planung und Berechnung von Seilnetzsperren 2003 95 Nothhaft Sabine Die hydrodynamische Belastung von St rk rpern 2003 96 Schmautz Markus Eigendynamische Aufweitung in einer geraden Gew sserstrecke Entwicklung und Untersuchungen an einem numerischen Modell 2003 97 Neuner Johann Ein Beitrag zur Bestimmung der horizontalen Sicherheitsabst nde und Fahrrinnenbreiten f r Wasserstra en 2004 98 G hl Christian Bypasseinrichtungen zum Abstieg von Aalen an Wasserkraftanlagen 2004 99 Haimerl Gerhard Groundwater Recharge in Wadi Cha
178. n Ergebnisse der Naturmessun gen zusammengefasst und Empfehlungen f r die Durchf hrung derartiger Messungen formuliert Der daran anschlie ende Ausblick gibt Hinweise auf noch zu untersuchende Fragestellungen und bestehendes Forschungspotential auf diesem Gebiet 7 1 Zusammenfassung der Naturmessungen Es wurden ADCP Messungen w hrend Hochwasser an der Nu dorfer Br cke am Inn sowie am Pegel Staudach an der Tiroler Achen durchgef hrt Die daf r verwendeten Tr gerger te sind f r Messungen bei derartigen Abflussbedingungen nur bedingt ge eignet In beiden F llen konnten die Boote nur unzureichenden Schutz vor Treibgut bieten Der am Inn verwendete Katamaran aus Aluminium ist zwar stabiler als der an der Tiroler Achen eingesetzte Trimaran erfordert aber aufgrund der str mungs ung nstigen Bugform erhebliche Kraftanstrengungen um dem Str mungswiderstand standzuhalten und das Boot ber das Gew sser zu ziehen Der Trimaran weist eine wesentlich g nstigere Form auf sein geringes Gewicht verhindert jedoch eine stabile ruhige Lage auf der Wasseroberfl che Das Ziehen des Tr gerger tes mit Hilfe der am Pegel Staudach installierten Seilkrananlage erwies sich als sehr komfortabel und vorteilhaft in Hinblick auf eine gleichm ige berfahrtsgeschwindigkeit und einen ge radlinigen senkrecht zur Hauptstr mungsrichtung liegenden Messweg Dies ist f r die Durchf hrung von ADCUP Messungen zwar nicht zwingend erforderlich gew hr leiste
179. n Schwebstoffen sowie die Anzahl der zus tzlich durchgef hrten Viel punktmessungen variieren von Pegel zu Pegel sehr stark Die konkrete Situation an den im Zuge dieser Arbeit untersuchten Pegeln wird in den Kap 6 2 5 3 f r den Pegel Oberaudorf am Inn und 6 3 5 3 f r den Pegel Staudach an der Tiroler Achen n her erl utert Entnahme von Wasserproben Die einfachste Art der Schwebstoffmessung stellt die Entnahme von Wasserproben dar In DVWK125 1986 werden folgende Messger te bzw Hilfsmittel f r die Ent nahme von Wasserproben angef hrt Eimer mit einem Fassungsverm gen von f nf bis f nfzehn Liter f r Oberfl chen entnahmen besonders in kleinen Fl ssen Schwebstoffmessger t System W SCHR DER mit einem Liter Flascheninhalt Wassersch pfer System SCHWEDER WOHLENBERG mit einem Liter Fla scheninhalt Wassersch pfer System HYDRO BIOS f r kleine Flie geschwindigkeiten mit 3 5 oder f nf Liter Fassungsverm gen 28 3 5 Schwebstoffmessungen Doppelr hrenger t des Bayerischen Landesamtes f r Wasserwirtschaft LfW f r Messungen an einer Stange mit Bodenplatte zwei waagrecht angeordnete Zylinder mit je 0 5 Liter Inhalt Vertikal Wassersch pfer System RUTTNER f r tiefe Gew sser mit geringer Str mung integrierender Wassersch pfer System TIMON f r Messungen im K stengebiet der Nordsee Schwebstoffentnahmeger t der Firma OTT f r Vielpunktmessungen an einer
180. n der gravimetrischen Auswertung von Schwebstoffen werden die gewonnenen Wasserproben filtriert die R ckst nde an schlie end in einem Trockenschrank getrocknet und danach gewogen Limitierender Faktor hierbei ist die Porengr e der Filter die im Mittel bei ca 6 1 10 mm liegt IDVWK125 1986 Zur Analyse der Korngr enverteilung von Schwebstoffen k nnen folgende Verfahren verwendet werden Siebanalyse K rner mit einem Durchmesser gr er 0 6 mm k nnen trocken ge siebt werden bei kleineren Korngr en muss eine Nasssiebung durchgef hrt wer den Schl mmanalyse Bei Korngr en von 0 001 0 125 mm wird mit Hilfe eines Ar ometers eine Schl mmanalyse durchgef hrt Das Ver fahren beruht auf der unterschiedlichen Sinkgeschwindigkeit von verschieden gro en Partikeln In zeitlichen Abst nden werden die Dichte nderungen in der Suspension gemessen und anschlie end unter Verwendung von Eichkurven aus gewertet Sedimentationsanalyse Aus den messtechnisch erfassten Verteilungen der Sink geschwindigkeiten wird auf die Kornverteilung der Schwebstoffe geschlossen optische Verfahren nderungen in der optischen Dichte der Suspension w hrend des Sedimentationsvorgangs werden gemessen zus tzlich sind auch Kornform bestimmungen mit Hilfe von Mikroskopen und Ma stabsrastern m glich Tr bungsmessung Ein weltweit sehr verbreitetes Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung des Schweb 10
181. n im Messquerschnitt f hrte zu keinen negativen Beeintr chtigungen der Messungen Ob die ADCP Technik aber auch mit den Schwebstoffkonzentrationen wie sie an den bayerischen Gew ssern w hrend Hochwasser auftreten zurecht kommt kann nur anhand von Naturmessungen festgestellt werden 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn Im Rahmen der Untersuchungen die dieser Arbeit zugrunde liegen wurden am baye rischen Inn ADCP Messungen w hrend erh hter Abfl sse durchgef hrt Im Folgenden werden die geographischen morphologischen und hydrologischen Randbedingungen und die geschichtliche Entwicklung sowie deren Auswirkungen auf die heutige Situa tion des Gew ssers kurz umrissen Die dadurch entstandene spezielle morphologische Situation am Inn war Motivation f r die Durchf hrung der Messungen 6 2 1 Hintergrund der Messungen Aufgrund seines alpinen Einzugsgebietes f hrt der Inn gro e Mengen von feinen Se dimenten mit sich Durch das Fehlen eines gro en Kopfspeichers im Oberlauf wie vergleichsweise der Sylvensteinsee an der Isar oder der Forggensee am Lech k nnen diese Feinteile nicht sedimentiert werden sondern werden vom Fluss weiter trans portiert Aus diesem Grund verf gt der bayerische Inn ber au ergew hnlich hohe Konzentrationen an Schwebstoffen die in Verbindung mit der heutigen Situation des Gew ssers spezielle Problemstellungen und Herausforderungen bringen 6 2 1 1 Einzugsgebiet des Inn Der Inn entspr
182. n und hohen Schwebstoffkonzentrationen der Fall Der ADCP kann aufgrund der fehlenden Da ten seinen eigenen Weg ber Grund nicht mehr ermitteln und in weiterer Folge die aufgezeichneten Relativgeschwindigkeiten des betroffenen Ensembles nicht in ab solute Flie geschwindigkeiten umrechnen Aus diesem Grund werden die erfassten Geschwindigkeitswerte des gesamten Ensembles in der Berechnung des Abflusses bei Referenz BT nicht ber cksichtigt Die Folge sind Bereiche ohne Daten die inter bzw extrapoliert werden m ssen und zu Ungenauigkeiten in der Abflussermittlung f hren Abb B 1 Geschwindigkeitsdaten in Ensembles ohne Sohleninformationen werden beim Datenexport mit Referenz BT ebenfalls nicht abgespeichert und stehen daher f r weitere Auswertungen nicht zur Verf gung T 5 Mess und Auswerteprogramme Geschwindigkeitsverteilung Referenz BT Bottom Top Q Bottom Q ILANA LDI IH Tiefe m 1105 Ensemble Nummer Geschwindigkeitsverteilung Referenz NONE Bottom Top Q Bottom Q Tiefe m Ensemble Nummer Abbildung 5 1 Geschwindigkeitsverteilung mit Referenz BT und Referenz NONE Wie Abb zeigt weist die Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung mit Refe renz BT gro e L cken auf w hrend bei Referenz NONE wesentlich mehr Geschwin digkeitsinformationen zur Verf gung stehen Dabei handelt es sich um die Relativ geschwindigkeiten zwischen den refletierenden Partikeln in der Str mun
183. ner Verringerung der Menge an erfassten Mess werten Auch die hohen Schwebstoffkonzentrationen f hrten vor allem w hrend der Messung im August dazu dass die Messsignale des ADCP nicht die gesamte Was sers ule durchdringen konnten und streckenweise keine Reflexionen aus den gr eren Tiefenschichten empfangen werden konnten 112 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn Ger teeinstellungen Die Ger teeinstellungen des ADCP wurden zwischen den einzelnen Fahrten der bei den Messeins tze nicht ver ndert Die Messungen w hrend des Julihochwassers wur den mit folgender Konfiguration durchgef hrt WM1 WP1 BM5 BP1 TPO00009 WS20 WN50 WF10 WV170 Die Querungen w hrend des Hochwasserereignisses im August fanden mit folgender Ger tekonfiguration statt WM1 WPA BM5 BP5 TPO00001 WS20 WN50 WFO5 WV370 Bei allen berfahrten waren GPS Antennen im Einsatz um den zur ckgelegten Weg des ADCP Tr gerbootes unabh ngig vom ger teinternen Bottom Track aufzuzeich nen Die aufgezeichneten Messpfade sind in Abb und Abb dargestellt Wie zu erkennen ist decken die berfahrten vom 12 Juli einen Bereich von knapp 35 m unterhalb der Br cke ab Grund daf r war der Wunsch die Ausdehnung der Pfeilerkolke in Richtung unterstrom zu erfassen Die sechs berfahrten am 24 Au gust wurden aufgrund der schwierigen Messbedingungen relativ knapp unterstrom der Br cke durchgef hrt Der ADCP wurde in einem Abstand von maximal sieben Metern
184. ner werden die ber den Doppler Effekt erfassbaren Geschwindigkeitskomponenten und desto gr er werden die Ungenauigkeiten der Ge schwindigkeitsmessung Je kleiner der Winkel gew hlt wird desto gr er wird der messtechnisch nicht erfassbare sohlnahe Bereich Grund daf r sind die so genannten Side Lobes Diese st renden Nebenprodukte werden in einem Winkel von 30 40 zum akustischen Hauptsignal ausgesendet Erreichen sie vor der Hauptkeule die Soh le so werden die Messdaten des Hauptstrahls von den R ckstreusignalen der Ne benkeulen berlagert Der dadurch beeintr chtigte sohlnahe Messbereich betr gt in Abh ngigkeit der Auslenkung der Messstrahlen 15 der Flie tiefe bei 30 bzw 6 der Gesamttiefe bei 20 Abb 4 6 20Nebenkeulen Der Teil des ausgesendeten Impulses der nicht in die gewollte Richtung abgestrahlt wird Neben keulen sind unerw nscht weil sie die Hauptkeule schw chen und die Echosignale der Hauptkeule st ren 42 4 2 ADCP Messtechnik Bei handels blichen Ger ten betr gt der Winkel zwischen den einzelnen Beams und der Ger teachse meist 20 30 im Fall des hier verwendeten ADCP Ger tes vom Typ Workhorse RioGrande 20 Das Ger t verf gt ber vier akustische Sensoren die in der so genannten Janus Konfiguration angeordnet sind Abb 4 4 Jeweils drei davon werden zur Berechnung der dreidimensionalen Relativgeschwindigkeiten ver wendet Sie werden mit Hilfe der aufgezeichneten Komp
185. ng von Sedi menten kommt es zu einer Reduktion des Stauraumvolumens Neben den bekannten negativen kologischen und landschaftlichen Folgen hat dies auch wirtschaftliche und sicherheitstechnische Konsequenzen Durch die Reduktion des bewirtschaftbaren Volumens wird die Flexibilit t beim Betrieb der Anlage beeintr chtigt Die Hochwasserschutzwirkung des Reservoirs f r die Unterlieger wird durch die Volumenreduktion ebenfalls eingeschr nkt Betriebseinrichtungen am Absperrbauwerk werden durch Anlandungen von Se dimenten verlegt Maschinenbauliche Anlagen werden durch die in das System eingetragenen Fest stoffe besch digt Abrasion Kavitation 2 1 Anthropogene Eingriffe Ma gebend f r die Entwicklung der Verlandung eines Stauraums sind nach Knoblauch die Stauraumgeometrie die Abflussverteilung und der Feststoffeintrag in den Speicher W hrend sich das Geschiebe meist nahe dem Eintritt in den Speicher ablagert setzen sich die feineren Schwebstoffe ber das gesamte Reservoir verteilt ab 2002 W hrend Hochwasser k nnen zudem gro e Mengen an Schwebstoffen in Form von Tr be oder Dichtestr men entlang der Sohle der Spei chers bis zur Talsperre transportiert werden wo sie sich dann absetzen Die Menge der in einem Stausee abgelagerten Sedimente besteht zu mehr als 80 aus Schweb stoffen der Rest ist Geschiebe Ma nahmen gegen die Verlandung k nnen entweder im Einzugsgebiet z B durch Auffor
186. ngen sowie der gemittelten Sohlenverl ufe mit Referenz BT und Referenz GPS Die Unterschiede in den Ergebnissen sind klar erkennbar Die Auswer tung der Messwerte mit Referenz BT f hrt auch hier zu einer Untersch tzung der Querschnittsfl che sowie der Flie geschwindigkeiten Die aus den berfahrten mit Referenz GPS berechnete mittlere Flie geschwindigkeit variiert zwischen 2 02 und 1 65 m s der Mittelwert liegt bei v ps 1 75 m s Verwendet man das Bottom Track Signal als Referenz erh lt man eine mittlere Flie geschwindigkeit im Quer schnitt von vm Br 1 25 m s Das Stauziel am Kraftwerk Nu dorf schwankte w h rend der Messung zwischen 462 4 und 462 7 m NN was in einer Flie tiefe von 5 5 5 9 m und einer Wasserspiegelbreite von 110 119 m resultierte Mit Referenz BT schwanken die Breiten zwischen 60 130 m was ebenfalls ein klares Indiz f r die gro en Ungenauigkeiten in der Lageerfassung ist 6 2 5 2 Sohlenlagen und Geschiebebewegung Zur Interpretation der aufgezeichneten Hochwassersohlen werden diese mit gemesse nen Sohlenverl ufen w hrend Normalabflussverh ltnissen verglichen Dabei ist zu be 120 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn H he m NN Sohle Ref GPS Sohle Ref BT m Ref GPS wm Ref BT Breite m Abbildung 6 30 Darstellung der gemittelten Geschwindigkeitsverteilungen und
187. nhang auch der w hrend der Messung sin kende Abfluss zu ber cksichtigen ist Abb 6 29 Auch die Abflussangaben an den Kraftwerken stimmen nicht genau berein Der Grund daf r liegt in der prinzipiellen Schwierigkeit der Abflussberechnung bei derartigen Extremsituationen wie sie w h rend des Hochwasserereignisses geherrscht haben Am Kraftwerk Oberaudorf konnte der Abfluss zeitweise gar nicht ermittelt werden am Kraftwerk Nu dorf wirkte sich die starke Absenkung des Stauziels negativ auf die Abflussermittlung aus Deshalb ist in Abb zus tzlich der Abfluss am Kraftwerk Rosenheim angegeben um die Abflusssituation besser darstellen zu k nnen Unter den soeben beschriebenen Um st nden kann die Genauigkeit der aus den ADCP Daten ermittelten Informationen als durchaus zufrieden stellend bezeichnet werden Der aus den ADCP Daten berech nete Abfluss sank im Laufe der Messung von 1320 m s auf 1100 m s der Mittelwert lag bei 1170 m s 119 6 ADCP Messungen Q m s 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 KW Nu dorf g 600 i KW Rosenheim 400 4 Fehlmessung a nn 200 O MQ Ref GPS 0 06 00 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 Abbildung 6 29 Abflussergebnisse der ADCP Messungen im Vergleich mit Pegel und Kraftwerksdaten ADCP Messung am 24 August 2005 Abbildung zeigt die Darstellung der aus den Einzelfahrten gemittelten Flie ge schwindigkeitsverteilu
188. nkel zwischen der geo grafischen und der magnetischen Nordrichtung wird als Deklination bezeichnet Seine Gr e kann aus einer so genannten Isogenenkarte Abb 4 10 abgelesen werden Bei Kenntnis der ortsabh ngigen Abweichung kann diese angegeben und bei der Zusam menf hrung von ADCP und dGPS Daten ber cksichtigt werden In Bayern betr gt die Abweichung zwischen magnetischem und geografischem Nordpol derzeit 0 50 und ndert sich um 2 pro Jahr Aber nicht nur die Abweichung zwischen den Bezugspunkten der beiden Lageortungs systeme dem magnetischer Kompass des ADCP und den dGPS Antennen muss ber cksichtigt werden Auch lokale Gegebenheiten vor Ort k nnen zu einer Verf l schungen der Messwerte f hren Ferromagnetische Gegenst nde und Stromkreise mit Gleichstrom erzeugen ein magnetisches St rfeld durch das die Messungen des magnetischen Kompasses beeinflusst werden k nnen Dieses Ph nomen wird Devia tion genannt Es kann durch spezielle Kalibrierungsprozeduren vor Ort vor Beginn der Messungen bestimmt und in der Auswertung der erfassten Rohdaten dementspre chend ber cksichtigt werden Die Auswirkungen der Deklination und der Deviation m ssen nur dann in Betracht gezogen werden wenn unterschiedliche Lageortunssysteme mit verschiedenen Bezugs punkten herangezogen werden Verwendet man zur Bearbeitung der erfassten Rela Karte mit Linien gleicher Deklination Ein Material wird als ferromagnetisc
189. nken Da sind nat rlich meine Eltern zu nennen die mir meine Ausbildung erm glicht haben und mir auch in schweren Zeiten immer zur Seite stan den Ganz besonderer Dank geb hrt auch meinem Partner J rgen Abgesehen von seiner Hilfe bei der Erstellung Zeitmanagements annahm und die zeitgerechte Fertig stellung meiner Doktorarbeit ma geblich ihm zu verdanken ist bewies er unendliche Geduld und Verst ndnis w hrend der hei en Phase der Arbeit ertrug alle meine Launen und spendete mir Trost und Zuspruch wann immer ich es brauchte DANKE 174 Literaturverzeichnis Aardoom J H und Mol J W 2005 Quantification of sediment concentrations and fluxes from ADCP measurements in Akustische Dopplerger te ADCPs in der Hydrometrie M glichkeiten und Perspektiven einer innovativen Technik Heft 12 05 Forum f r Hydrologie und Wasserbewirtschaftung S 117 130 Adler M 1993 Messungen von Durchfl ssen und Str mungsprofilen mit einem Ultraschall Doppler Ger t ADCP Wasserwirtschaft 83 4 S 192 196 Adler M und Nicodemus U 2000 AGILA Ein neues Computermodell zur Ver arbeitung der Daten von Akustischen Doppler Str mungsmessger ten ADCP Wasserwirtschaft 90 10 S 494 498 Adler M und Nicodemus U 2007 Benutzerhandbuch AGILA 6 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Ahammer H 1979a Die Verlandung der Stauhaltungen des Inn Versuch einer rechnerischen Erfassung des zu erwartenden
190. nnels Downstream of Dams Efficiency and Management Strategies 2004 100 Symposium Lebensraum Fluss Hochwasserschutz Wasserkraft kologie Band 1 Wallgau Oberbayern 16 bis 19 Juni 2004 101 Symposium Lebensraum Fluss Hochwasserschutz Wasserkraft kologie Band 2 Wallgau Oberbayern 16 bis 19 Juni 2004 102 Huber Richard Geschwindigkeitsma stabseffekte bei der Kavitationserosion in der Scherschicht nach prismatischen Kavitatoren 2004 103 Exposed Thermoplastic Geomembranes for Sealing of Water Conveyance Canals Guidelines for Design Supply Installation 2005 104 Workshop Anwendung und Grenzen physikalischer und numerischer Modelle im Wasserbau Wallgau Oberbayern 29 und 30 September 2005 105 Conrad Marco A contribution to the thermal stress behaviour of Roller Compacted Concrete RCC gravity dams Field and numerical investigations 2006 106 Sch fer Patrick Basic Research on Rehabilitation of Aged Free Flow Canals with Geomembranes 2006 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 Deichert chtigung und Deichverteidigung in Bayern Beitr ge zur Fachtagung am 13 und 14 Juli 2006 in Wallgau Oberbayern 2006 Porras Pablo Fiber optic temperature measurements Further Development of the Gradient Method for Leakage Detection and Localization in Earthen Structures 2007 Perzimaier Sebastian Verteilte Filtergesc
191. ntlich schlie en Aus der Darstellung ist jedoch ersichtlich dass die Verf lschung in L ngs richtung ein Vielfaches der eigentlichen Querbewegung des ADCPs ausmacht Grund daf r sind die enormen Sedimentbewegungen im Sohlbereich w hrend der Messungen siehe Kap 4 2 3 3 124 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn w 3se3 s5ueJs q 00 OSZ 007 OSL 00L 0S r N s3 4991 Bamssay Jejesi ye diys uyg y0 9 yea d ys y9ns Sbe1aAYy 0 05 00L Distance North m a 1 Messung am 12 Juli 2005 w 3se3 s5ueysiQg 008 osz ooz ost 00L OS 0 09 00 an sa yos Sumyn sBunwong Bamssay Isjes SbelaAY IBIL diys ug yoy y9e L diys y NS Distance North m b 2 Messung am 12 Juli 2005 w se3 sdueJs q 00 0ST OOZ OSL 00L OS 0 OS 00L N s 4991 s Jull B mss N Isjes abelsAy De diys ung yay yL d ys JINS Distance North m c Messung am 24 August 2005 Aufzeichnungen Abbildung 6 32 Beispielhafte Darstellung der Bottom Track von drei Hin und R ckfahrten w hrend Hochwasser 125 6 ADCP Messungen Der L ngsversatz in Flie richtung bei der ersten Schleifenfahrt am 12 Juli betr gt etwa 750 m Die beiden berfahrten dauerten in Summe 20 min Das bedeutet dass sich das Geschiebe im Querschnitt mit einer Geschwindigkeit von ungef hr 0 63 m s bewegt W hrend des Messeinsatzes am
192. ntnis der beiden Parameter A und B aus Glg 4 19 die mittleren Schwebstoffkonzentrationen im Querschnitt mit Hilfe von ADCP Messungen sehr gut erfasst werden k nnen Um weitere Erkenntnisse ber den zeitlichen Verlauf dieser beiden Variablen zu erlangen und deren Schwankungsbreite bestimmen zu k nnen sind umfangreiche ADCP und Schwebstoffmessungen bei unterschiedlichen Str mungsbedingungen erforderlich 165 6 ADCP Messungen Tabelle beinhaltet eine Zusammenstellung der wichtigsten Messgr en die w h rend der ADCP Messungen am Pegel Staudach an der Tiroler Achen gesammelt wer den konnten Datum Q WSP Vm hm ve Elm SSC m s m NN m s m m s dB mg 1 08 08 2006 150 535 08 2 17 1 77 lt 0 7 118 1580 03 04 2007 29 533 86 1 29 0 68 0 100 09 05 2007 190 535 47 2 42 2 08 126 1020 10 07 2007 160 535 15 2 29 1 79 lt 0 3 123 Tabelle 6 6 Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse der ADCP Messungen vom Sommer 2006 bis zum Sommer 2007 166 7 Fazit Im Rahmen der verschiedenen Untersuchungen und Projekte die dieser Arbeit zu grunde liegen konnten wertvolle Erfahrungen bei der Durchf hrung von ADCP Messungen gewonnen wichtige Erkenntnisse ber die M glichkeiten und Grenzen dieser Technik gesammelt sowie ein berblick ber den aktuellen Stand des Wissens gewonnen werden Im Folgenden werden die wichtigste
193. nung und Ausf hrung der Gesamtentw sserung Busan Korea Bormann Klaus Wasserkraftstudie West Kamerun und Bau der Wasserkraftanlage Batang Agam Indonesien zwei Entwicklungshilfe Projekte unter extremen Bedingungen Raumer Friedrich von Zielvorstellungen und Verwirklichung eines wasserwirtschaftlichen Mehrzweckprojektes in Ecuador Krombach J rgen Der beratende Ingenieur in Entwicklungsl ndern gestern und heute Berater Kontrolleur Entwicklungshelfer oder Gesch ftsmann am Beispiel wasserwirtschaftlicher Projekte 1977 50 Jahre Versuchsanstalt Obernach Feierstunde am 14 10 1976 in Wallgau Hartung Fritz Die Wasserbauversuchsanstalt Obernach im Strom der Zeit Bischofsberger Wolfgang Laudatio f r Professor Dr Ing E Mosonyi Mosonyi Emil Wasserbau Technik oder Kunst 1977 50 Jahre Versuchsanstalt Obernach Ausleitungen aus geschiebef hrenden Fl ssen Seminar am 15 10 1976 in Obernach Cecen Kazim Die Verhinderung des Geschiebeeinlaufes zu Wasserfassungsanlagen Midgley D C Abstraction of water from sediment laden rivers in Southern Africa Jacobsen J C Geschiebefreie Triebwasserfassungen Modellversuche am Beispiel des sogenannten Geschiebeabzuges Scheuerlein Helmut Die Bedeutung des wasserbaulichen Modellversuchs f r die Gestaltung von Ausleitungen aus geschiebef hrenden Fl ssen 1977 Hack Hans Peter Lufteinzug in Fallsch chten mit ringf rmiger Str mung durch turbulente Diffusion 1977 Csallner Klausotto Str m
194. ohlnahen Bereiche deren R ckstreusignale durch die Side Lobes Kap der akustischen Signale gest rt werden Auch aus dem Bereich oberhalb des ins Wasser eingetauchten ADCPs und dem Blank Bereich der durch die Nachhallzeit zwischen Senden und Empfangen zustande kommt k nnen keine Messwerte aufgezeichnet werden Des Weiteren k nnen z B durch Turbulenzen an der Wasseroberfl che Luftblasen unter das Messger t gelangen und die Ausbrei tung der Schallwellen in der Wassers ule blockieren 11996 was zu so genannten Fehlensembles also Ensembles ohne Daten f hren kann Abbildung zeigt das typische Ergebnisbild einer ADCP Messung In diesem Fall sind die Messzellen 25 cm tief die Breite variiert zwischen 0 5 und 1 0 m Deutlich erkennbar sind die nicht erfassbaren Randbereiche Die erste Zelle beginnt in einer Flie tiefe von 0 63 m der sohlnahe Bereich ohne Messwerte nimmt mit einer Dicke von 0 33 m knapp 10 der Gesamtflie tiefe in Gew ssermitte ein Sohle Geschwindigkeitsverteilung m s 7 Top Q Ev Sohl Q 0 25 0 50 0 75 1 00 1 25 1 50 oberfl chennaher nicht erfassbarer Bereich Tiefe m sohlnaher nicht erfassbarer Bereich 50 60 70 30 40 L nge m Abbildung 4 11 Geschwindigkeitsverteilungen einer ADCP berfahrt mit nicht erfassbaren Randbereichen All diese Bereiche werden im Zuge der Abflussermittlung aus den erfassten Ge schwindigkeitswerten durch Interpolations oder Ext
195. punkte auf die Themen Wasserkraft Schifffahrt und Hochwasserschutz zu legen 2006 F r die Auswahl geeigneter Ma nahmen zur Verbesserung der aktuellen Situation eines Gew ssers oder Gew sserabschnittes wird das in Abb schematisch dargestellte Vorgehen empfohlen WRRL 2006 Allgemeine Zusammenstellung aller m glichen Ma nahmen Beschreibung von Ma nahmen Kosten Vor und Nachteilen Standortspezifischer Auswahlprozess Auswirkungen der Ma nahmen auf die Situation Anforderungen an die Wassernutzung bereits get tigte Ma nahmen Liste der lokal einsetzbaren Ma nahmen zur Verbesserung der Situation Durchf hrung der Ma nahmen MONITORING Kontrolle der Effektivit t der Ma nahmen Abbildung 2 1 Vorgehensweise bei der Wahl geeigneter Verbesserungsma nahmen Die Dokumentation der Gew ssersituation durch Beobachtungen und Messungen in der Natur spielt nicht nur im Rahmen der Bestandsaufnahme eine gro e Rolle son dern ist auch ein wichtiges Instrument zur Kontrolle der Effektivit t von bereits durchgef hrten Ma nahmen Eine periodische Erfassung der hydromorphologischen Situation ist f r den Nachweis dass die get tigten Ma nahmen den erw nschten Er folg erbracht haben und sich der Zustand des Gew ssers nachhaltig verbessert hat unerl sslich Mit den heutzutage vorhandenen personellen Resourcen ist dieser For 5Die Konferenz der Wasserdirektoren ist das oberste Entscheidungsgremium bei der Umsetzung de
196. r malabflussmessungen in Ruhe war Erstmalig konnten die H henlagen der Sohle w hrend des Durchgangs einer Hoch wasserwelle messtechnisch erfasst werden Es wurde festgestellt dass wie bereits durch verschiedene Untersuchungen angedeutet die Gew ssersohle w hrend Hoch wasser erheblich erodiert wird W hrend des absteigenden Astes des Augusthoch wassers konnte ein Sohlaustrag von 2 m dokumentiert werden Durch die starken Erosionen kommt es vor allem bei gro en Hochwasserereignissen trotz Absenkung der Stauziele an den Kraftwerken zu einer Vergr erung der Flie querschnitte was zu einer erh hten Abflussleistung bei gleichbleibenden Wasserst nden sowie zu einer verminderten Beanspruchung der Sohle f hrt Auch die Auswertung der Echointensit ten in Hinblick auf Schwebstoffkonzentratio nen brachte wertvolle Erkenntnisse So konnte die Konzentrationsver nderung zwi schen den einzelnen Messeins tzen qualitativ gut nachvollzogen werden Unter Ver wendung von vier ADCP Messungen und zeitnah durchgef hrten Einpunktproben entnahmen wurden versuchsweise die beiden unbekannten Kalibrierparameter in der Beziehung zwischen den ADCP Werten und den Schwebstoffkonzentrationen ermit telt Es wurde jedoch festgestellt dass es nicht m glich ist anhand der wenigen vorhandenen Schwebstoffkonzentrationsdaten eine klar definierte Beziehung zwischen den ADCP Echointensit ten und den Schwebstoffkonzentrationen aufzustellen Dies liegt zu
197. r Datenbearbeitung Es existieren Berichte ber die erfolgreiche Anwendung der Large Scale Particle Image Velocimetry LSPIV zur Erfassung von Oberfl chengeschwin digkeiten in langsam flie enden Gew ssern Meselhe et al 2004 Die Technik wurde aber auch schon zur Erfassung von Oberfl chengeschwindigkeiten und gro en Wir belstrukturen bei Hochwasser eingesetzt Fujita et al 2007 21 3 Entwicklung der Messtechnik Ultraschall Dopplerverfahren F r die Messung von Flie geschwindigkeiten kann auch das Ph nomen der Doppler Verschiebung Kap ausgenutzt werden Akustische Signale im Ultraschallbe reich werden von einem Messger t ausgesendet an Partikeln im Wasser reflektiert und wieder empfangen Durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Sender Reflektor und Empf nger kommt es zu einer Ver nderung der Frequenz der so genannten Doppler Verschiebung ADV Sonden Acoustic Doppler Velocimetry werden zur Erfassung punktueller Geschwindigkeiten verwendet mit Hilfe von ADCP Messungen Acoustic Doppler Current Profiler kann die Flie geschwindigkeitsverteilung im Querschnitt mit sehr hoher r umlicher Aufl sung erfasst werden Auf diese Messtechnik wird in Kap 4 2 genauer eingegangen Bei der Wahl eines Verfahrens zur Messung von Flie geschwindigkeiten sollten die Randbedingungen vor Ort die erforderliche Menge und Genauigkeit der Ergebnis se sowie m gliche Anforderungen an die Messwerte im Zuge einer weiterf hrend
198. r gen Sohlverlaufs w hrend der Versuche dagegen haltenden Widerstand der Partikel Stellt man in der Messsoftware als La gereferenzierung Bottom Track ein so wird der ADCP Weg ber Grund unter der Annahme ermittelt dass die Sohle in Ruhe ist Die aus dem BT Signal ermittelte Relativgeschwindigkeit zwischen ADCP und Sohle wird als Bootsbewegung interpre tiert Kennt man die tats chliche Bewegung des Messger ts die in diesem Fall Null ist so erh lt man auf diese Weise aus den Datens tzen Informationen ber die Geschiebegeschwindigkeit Abbildung zeigt den zeitlichen Verlauf der tiefengemittelten Flie geschwindig keit der Geschiebegeschwindigkeit und der Sohlerosion w hrend der zwei Versuche an der VAO Bei der Erosion der 35 cm hohen Sandsohle wurde der Durchfluss anfangs nur langsam gesteigert Der Austrag der Sohle erfolgte erst gegen Ende des Versuchs innerhalb von 30 Minuten bei einer mittleren Flie geschwindigkeit von etwa 1 2 m s 92 6 1 ADCP Messungen an der Versuchsanstalt in Obernach Abbildung 6 9 Verteilung der Flie geschwindigkeiten in einem rechteckigen Querschnitt in Prozent zur maximalen Geschwindigkeit K lling 1994 Dies schl gt sich auch in den relativ hohen Geschiebegeschwindigkeiten von bis zu 60 cm s nieder mit denen die Sedimente im Bereich der Sohle unter dem ADCP hin durch transportiert wurden Bei der Erosion der 60 cm hohen Sandsohle wurde der Durchfluss anfangs zwar relativ ra
199. r Sediment bewegungen in Sohln he der Gesamtabfluss mit Referenz BT untersch tzt wird trat bei dieser Messung auf Wie in Abb 6 47 b zu sehen ist unterscheidet sich die Quer schnittsfl che mit Referenz BT und mit Referenz GPS um nur 1 m Der Abfluss ist jedoch bei einer Referenzierung auf das Bottom Track Signal um fast 5 geringer Die mittlere Flie geschwindigkeit bei Referenz BT lag bei vm gr 2 22 m s mit Referenz GPS wurde eine mittlere Geschwindigkeit von vm gps 2 29 m s berech net Betrachtet man die Form der vm Gps Linie dieser Messung so ist diese der Verteilung vom Mai 2006 hnlich Die Kurve hat ihr Maximum in der linken H lfte des Quer schnitts die tiefengemittelten Flie geschwindigkeiten sind aber ber einen Gro teil der Querschnittsbreite fast konstant und nehmen erst nahe des rechte Ufers ab 152 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen Q Pegel 5 Q Fl gelmessung 11 00 11 30 12 00 12 30 13 00 13 30 14 00 H he m NN Sohle Ref GPS Sohle Ref BT m Ref GPS wm Ref BT 20 25 30 35 Breite m b mittlere Sohlen und vm Linien BT und GPS Abbildung 6 47 ADCP Messung am 10 Juli 2007 153 6 ADCP Messungen 6 3 5 2 Sohlenlagen und Geschiebebewegung Um die H henlagen der Querschnittsverl ufe w hrend erh htem Abfluss b
200. r Verfahren und Methoden zur ckgreifen die den unter schiedlichsten Aufgabenstellungen gewachsen sind Aber auch die Anspr che an die gewonnenen Messwerte sind stetig gestiegen Auf grund der raschen Fortschritte in der Technik k nnen wir die Natur immer besser ab bilden Probleme immer umfassender untersuchen und Fragestellungen immer exakter beantworten Naturmessdaten sind dabei oft die Grundlage aller Betrachtungen Si mulationen und Auswertungen Jedes noch so komplexe Modell kann nur so gut sein wie die Naturdaten auf deren Basis es aufgebaut wurde Aus diesem Grund ist die Messtechnik und die effiziente Gewinnung von Messdaten heute wichtiger denn je Die folgenden Kapitel sollen einen kurzen berblick ber die Entwicklung der Technik den aktuellen Stand sowie neueste Entwicklungen geben 3 1 Wasserstandsmessungen Nach ist der Wasserstand W der lotrechte Abstand eines Punktes des Wasserspiegels ber oder unter einem Bezugshorizont z B durch einen Pegel nullpunkt festgelegt Der Bezugshorizont sollte so gew hlt werden dass er eindeutig erkennbar ist und zeitlich konstant bleibt F r die Errichtung von Pegelnullpunkten in Pegelquerschnitten sind in klare Vorgaben enthalten Der Wasser stand in einem Flie querschnitt wird im Regelfall in Form einer Punktmessung am Ufer ermittelt Lattenpegel Der Lattenpegel stellt die einfachste Form der Wasserstandsmessung dar Nach LAWA 1997 sollte daf r eine mindestens 10
201. r WRRL Wasserabteilungsleiter der Mitgliedstaaten und Vertreter der EG Kommission dis kutieren zwei mal im Jahr verschiedene Fragestellungen und verabschieden die Leitlinienpapiere der jeweiligen Facharbeitsgruppen 14 2 2 Europ ische Wasserrahmenrichtlinie derung bei Verwendung herk mmlicher Messmethoden wie z B hydrometrischen Fl geln Lotstangen oder Samplern zur Schwebstoffprobenentnahme kaum nachzu kommen Der Einsatz moderner Messinstrumente hingegen erm glicht die Erfassung der erforderlichen hydromorphologischen Kenngr en mit hoher zeitlicher und r um licher Aufl sung der Personalaufwand wird durch die Automatisierung verringert und die M glichkeit der Fernsteuerungen bzw des station ren Einbaus der Messge r te unterwasser machen die Messeins tze sicherer Oft erfordert die neue Technik aber auch kompliziertere Auswerteroutinen sowie zus tzliche Messungen mit konven tionellen Ger ten zur Eichung der Messwerte was die Attraktivit t dieser innovativen Verfahren wieder reduziert Als weitere Nachteile kommen hohe Anschaffungskosten und die Notwendigkeit einer intensiven Einarbeitung in die Technik hinzu 15 3 Entwicklung der Messtechnik Seit dem Beginn der Erfassung von hydromorphologischen Kennwerten hat sich die Messtechnik stark ver ndert Hatte man fr her nur einfache Hilfsmittel beispielswei se zur Messung von Flie geschwindigkeiten zur Verf gung kann man heute auf eine Vielzahl teils hochkomplexe
202. rapolationsverfahren ber cksich tigt F r die Bereiche nahe der Sohle und der Wasseroberfl che wird meist das in 50 4 2 ADCP Messtechnik Glg 4 8 aufgef hrte Potenzgesetz nach Chen f r Gerinne mit freier Oberfl che ver wendet Simpson und Oltmann 1993 295 2 4 8 ux Z0 uU Flie geschwindigkeit im Abstand z zur Gew ssersohle m s ux Schubspannungsgeschwindigkeit m s 2 Abstand zur Gew ssersohle m 20 Rauigkeit der Sohle m Voraussetzung daf r ist eine logarithmische Geschwindigkeitsverteilung ber die Flie tiefe Die Form der Kurve kann durch Variation der Hochzahl zwischen 1 2 und 1 10 an die Verh ltnisse vor Ort angepasst werden Die Unbekannten ux und z k nnen anhand von ADCP Messwerten f r u und z bestimmt werden Mit den so ermittel ten sohlnahen Geschwindigkeiten kann danach unter Verwendung von Glg der gesuchte Durchfluss berechnet werden In den Randbereichen wird der Teilabfluss Q Rang unter Verwendung des n chstliegen den erfassten Geschwindigkeitswertes und der Teilfl che berechnet F r die Konstante C in Glg 4 9 wird im Falle dreieckiger Randfl chen der Wert 0 35 verwendet bei senkrechten Uferberandungen wird 0 91 angesetzt Q Rand C Vm L dm 4 9 C Koeffizient zur Ber cksichtigung der Uferform Vm vom Ufer aus n chstgelegene tiefengemittelte Flie geschwindigkeit m s L Abstand vom Ufer zum n chstgelegenen Messensemble m dm Flie tiefe
203. reich erfasst werden Am Inn gelang es dadurch erstmalig die durch Hoch 168 7 2 Empfehlungen f r die Durchf hrung von ADCP Messungen wasser verursachten Sohlerosionen von 2 m im Nahbereich der Staustufe Nu dorf messtechnisch zu erfassen An der Tiroler Achen wurden Schwankungen der Sohlh hen von bis zu 20 cm beobachtet Analog zur erfolgreichen Erfassung der Sohlh hen war unter Verwendung der aufgezeichneten ADCP Daten auch eine Absch tzung der vorhandenen Geschiebegeschwindigkeiten w hrend der Messungen m glich Am Inn wurde eine mittlere Geschwindigkeit des transportierten Geschiebes von zirka 0 6 m s ermittelt An der Tiroler Achen ergab die Auswertung Geschiebegeschwindigkeiten von bis zu 0 7 m s Die Messungen zeigten auch dass die Str mungsverh ltnisse im Messquerschnitt in Abh ngigkeit der jeweiligen Abflussvorgeschichte sehr unter schiedlich sein k nnen Die Auswertung der erfassten R ckstreuintensit ten der ausgesendeten Messsigna le lieferte vor allem an der Tiroler Achen wertvolle Erkenntnisse ber den Zusam menhang zwischen dieser Messgr e und den Schwebstoffkonzentrationen im Quer schnitt Am Inn lagen keine ausreichenden Vergleichsmessungen zur Auswertung der ADCP Daten vor Anhand der vorhandenen Einpunktmessungen konnten nur sehr grobe qualitative Aussagen ber den Informationsgehalt der ADCP Messwerte ge macht werden An der Tiroler Achen hingegen konnten zwei Vielpunktmessungen von Schwebstoffkonzen
204. rfassung des ADCP Messpfads w hrend der Ein s tze erwies sich als sehr erfolgreich Der aus allen Einzelfahrten berechnete mittlere Abfluss w hrend der ADCP Eins tze weist eine gute bereinstimmung mit den Ver gleichswerten am Pegel auf Die zeitnah durchgef hrten Fl gelmessungen konnten nur bedingt zur Validierung der ADCP Daten verwendet werden weil sich zwischen den beiden Messungen aufgrund des instation ren Abflusses die Str mungsbedingungen nderten Die unterschiedliche Referenzierung der ADCP Daten BT und GPS zeigte deutliche Differenzen in den Ergebnissen auf Aufgrund des Sedimenttransports im Bereich der Sohle war die Verwendung des Bottom Track Signals des ADCP zur Auswertung der Daten nicht zielf hrend Abb 16 49 Wie auch am Inn interpretierte das Ger t die Be wegung der Partikel als Eigenbewegung stromaufw rts was zu einer Untersch tzung der Flie geschwindigkeiten und somit auch zu einer Untersch tzung des Abflusses f hrte F r ADCP Messungen am Pegel Staudach ist daher bei erh htem Abfluss der Einsatz externer Ger te zur Erfassung des Messwegs unbedingt erforderlich Die Sohlenverl ufe der einzelnen Messungen wurden miteinander verglichen um m g liche Ver nderungen w hrend der Zeit feststellen zu k nnen Es stellte sich heraus dass sich die Sohlenh hen zwischen den Messeins tzen im August 2006 und im Juli 2007 um bis zu 20 cm nderten Regelm ige Abflussmessungen sind daher erforder lich
205. rgebnisse und Erkenntnisse Abschlie end werden die ADCP Messungen w hrend erh hter Abfl sse an der Tiroler Achen behandelt Auch hier wird nach ei ner kurzen Beschreibung der Randbedingungen w hrend der Messungen n her auf die Auswertung der Daten eingegangen Eine Zusammenfassung der Ergebnisse schlie t den Abschnitt Die Arbeit endet mit Kapitel 7 das eine Zusammenfassung der wichtigsten erlang ten Ergebnisse und Erkenntnisse beinhaltet und einen kurzen Ausblick gibt Die im Rahmen der Untersuchungen nicht abschlie end gekl rten Fragestellungen werden dargelegt und der sich daraus ergebende Untersuchungs bzw Forschungsbedarf wird formuliert 2 Aktueller hydromorphologischer Zustand der Flie gew sser Heutzutage sind vollkommen naturbelassene Wasserk rper in unseren Breiten sel ten Vor allem in besiedelten Gebieten mit Platzknappheit z B in T lern zw ngt der Menschen das Flie gew sser oft in ein gestrecktes schmales Bett trennt ber schwemmungsfl chen vom Gew sser ab und unterbricht die Durchg ngigkeit durch Querbauwerke Der Bau gro er Speicher und Bauwerke zur Ausleitung von Wasser beeinflusst zudem die Abflusscharakteristik erheblich Der langfristige Gleichgewichts zustand der sich im Laufe der Zeit ber weite Strecken eines Gew sserverlaufs hinweg gebildet hat wird durch diese anthropogenen Eingriffe empfindlich gest rt 2 1 Anthropogene Eingriffe in Abflussgeschehen und Gew ssermorphologie
206. rgriffen Herbrand Karl Der r umliche Wechselsprung 1970 vergriffen Seus G nther J Betrachtungen zur Kontinuit tsbedingung der Hydromechanik Zielke Werner Zur linearen Theorie langer Wellen in Freispiegelgerinnen 1971 H usler Erich Entnahmet rme mit Luftsiphons 1971 vergriffen Herbrand Karl Das Tosbecken mit seitlicher Aufweitung 1971 Knauss Jost Hydraulische Probleme beim Entwurf von Hochwasserentlastungsanlagen an gro en und kleinen Staud mmen 1971 vergriffen Zielke Werner Brechnung der Frequenzganglinien und Eigenschwingungen von Rohrleitungssystemen Zielke Werner Wylie E Benjamin Zwei Verfahren zur Berechnung instation rer Str mungen in Gasfernleitungen und Gasrohrnetzen 1971 Knauss Jost Wirbel an Einl ufen zu Wasserkraftanlagen 1972 vergriffen Kotoulas Dimitrios Die Wildb che S ddeutschlands und Griechenlands Teil 1 1972 vergriffen Keller Andreas Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Problem der modellm igen Behandlung von Str mungskavitation 1973 vergriffen Horn Heinrich Hochwasserabflu in automatisch geregelten Staustufen 1973 Bonasoundas Markos Str mungsvorgang und Kolkproblem am runden Br ckenpfeiler 1973 Horn Heinrich Zielke Werner Das dynamische Verhalten von Flu stauhaltungen 1973 Nr 30 Uslu Orhan Dynamische Optimierung der Flie beiwerte in mathematischen Flu modellen und Nr Nr Nr 31 32 33 34 35 36 37 38 39
207. rieben wurden die vom ADCP auf gezeichneten Informationen mit den Ergebnissen der dGPS Lagemessung verkn pft und anschlie end ausgewertet 6 2 5 1 Mittlere Flie geschwindigkeiten und Abfl sse Am 12 Juli wurden insgesamt 14 Querfahrten durchgef hrt Aufgrund des instatio n ren Abflusses w hrend der Messungen erschien die Bildung eines einzigen Mittel wertes aus allen berfahrten nicht zielf hrend Stattdessen wurden die ersten acht berfahrten zwischen 11 30 und 12 45 sowie die sechs Fahrten zwischen 15 20 und 16 05 zu je einer Gruppe zusammengefasst Abb 16 26 Im ersten Block mussten zwei Fahrten als Fehlmessungen klassifiziert und verworfen werden Bei der ersten Querung konnten nur in den Randbereichen des Querschnitts Informationen ber die Flie geschwindigkeiten gesammelt werden was zu einer erheblichen Untersch t zung der mittleren Flie geschwindigkeit und somit auch des Abflusses f hrte Der aus der zweiten berfahrt berechnete Abfluss weist zwar eine gute bereinstimmung 115 6 ADCP Messungen Velocity Magnitude m s Ref Btm Velocity Magnitude m s Ref None Top Q Sottom Top Q Bottom Q Bottom Bottom Q o 1 200 Jan an Depth m E 2 Oo 735 833 540 638 735 833 930 Ensemble Number Ensemble Number a Referenz BT b Referenz NONE Abbildung 6 25 WinRiver Darstellung der erfassten Geschwindigkei
208. rissen Die Ausf hrungen beschr nken sich auf den alpinen und voralpi nen Bereich Mitteleuropas die beschriebenen Zusammenh nge haben aber prinzipiell berall G ltigkeit 2 1 1 Talsperren Die Alpen stellen eines der Gebiete mit der h chsten Erosionsrate weltweit dar Ne ben dem Abtrag von Feststoffen durch Niederschlag haben Gletscher Lawinen Muren und Bodenerosion gro en Einfluss auf den Feststofftransport der dort entspringenden Flie gew sser 2005 Durch den Bau gro er Talsperren am Rande der Alpen wie z B den Sylvensteinsee den Forggensee oder die gro en Speicher am Rande des sterreichischen Alpenhauptkamms wird die Durchg ngigkeit der Ge w sser unterbrochen Die aus den alpinen Einzugsgebieten ankommenden Feststoffe werden in gro en Mengen in den Speicherseen abgelagert und gelangen ohne gezielte Ma nahmen nicht mehr in den weiteren Gew sserverlauf Der Speicher einer Talsperre weist aufgrund seiner Gr e die grunds tzlichen Cha rakteristiken eines stehenden Gew ssers also eines Sees auf Die Flie geschwindig keiten gehen praktisch auf Null zur ck die Wassertiefe nimmt erheblich zu und es kommt zu einer vollkommenen Unterbrechung des Abflusses sowie aller darin mitge f hrten Stoffe Auch die vom Gew sser transportierten Feststoffe werden im Regelfall vollst ndig im Speicher zur ckgehalten Diese Unterbrechung kann zu erheblichen Beeintr chigungen im Betrieb des Speichers f hren Durch die Anlandu
209. rsuchung ob und wie genau der ADCP zeitlich ver nderliche Sohlh hen abbilden kann wurden zwei unterschiedlich hohe Sandsohlen im Bereich des Messquerschnitts eingebaut und im Laufe der Versuche erodiert Die daraus resultierenden Ver nderungen der Sohlh hen ber die Zeit konnten mit Hilfe der ADCP Messungen einwandfrei erfasst werden Die Ergebnisse der ADCP Messungen konnten anhand visueller Beobachtungen aus einem seitlich angeordneten Schacht best tigt werden Der Vergleich der gemessenen mit den beobachteten Sohlenlagen zeigt dass die vom ADCP aufgezeichneten Daten sehr gut mit den tats chlichen Sohlh hen bereinstimmen Dazu ist jedoch eine ge trennte Auswertung der vier Messstrahlen erforderlich Durch ihre Auslenkung zur Vertikalen treffen sie n mlich an unterschiedlichen Punkten auf die Sohle wodurch auch r umliche Unterschiede im Sohlenverlauf abgebildet werden k nnen So wurde beispielsweise w hrend der Erosion der eingebauten Sandsohle ein in L ngsrichtung 94 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn schr ger Verlauf der Sohlenoberfl che festgestellt Dieses Ph nomen ist durch die von oberstrom nach unterstrom fortschreitende Erosion erkl rbar und konnte durch die visuellen Beobachtungen best tigt werden Die Messgenauigkeit lag im Zentimeter bereich und erf llt die an die Messtechnik gestellten Erwartungen vollst ndig Die durch die Erosion der Sandsohlen hervorgerufene Steigerung der Schwebstoffkon zentratione
210. s ten Lageinformationen ermittelten Abfl sse liegen im Vergleich zu den Pegelwerten innerhalb eines Schwankungsbereichs von 5 was als durchaus zufriedenstellende 147 6 ADCP Messungen bereinstimmung gewertet werden kann Die mittlere Flie geschwindigkeit bei Refe renz BT lag bei vm Br 2 02 m s mit Referenz GPS wurde eine mittlere Geschwin digkeit von vm Gps 2 17 m s berechnet Deutlich erkennbar bei der Betrachtung der Ym Gps Linie ist das linksseitige Maximum des Verlaufs Im Bereich der gr ten Flie tiefen betragen die tiefengemittelten Flie geschwindigkeiten 2 5 m s und nehmen bis zum rechten Ufer hin stetig ab Die sechs Messfahrten vom 9 Mai 2007 konnten allesamt f r die weiterf hrende Aus wertung verwendet werden Abbildung zeigt den am Pegel aus den erfassten Wasserst nden berechneten Abfluss das Ergebnis der Fl gelmessung sowie die Ein zelergebnisse der ADCP Messfahrten mit Referenz BT und Referenz GPS Es ist zu sehen dass die mit Referenz BT ermittelten Abfl sse eine erhebliche Streuung auf weisen und die realen Verh ltnisse sowie unter als auch bersch tzen Der Grund daf r ist wie bereits erw hnt in den l ckenhaften Bottom Track Daten zu suchen Da der ADCP in vielen Ensembles kein BT Signal erfassen konnte fehlen hier die La geinformationen Die betroffenen Ensembles werden verworfen und m ssen anhand der Nachbarensembles inter bzw extrapoliert werden was gewisse Unsicherheiten
211. s ten sechs Querungen berechnete mittlere Flie geschwindigkeit im Querschnitt bei Um gps 1 97 m s liegt wird mit Referenz BT ein Wert von vm gri 1 29 m s erhalten Bei der mittleren Flie geschwindigkeit des zweiten Messblocks verh lt es sich hnlich Mit Referenz GPS wird eine mittlere Flie geschwindigkeit von vm ps2 1 73 m s berechnet mit Referenz BT hingegen erh lt man einen Mittelwert von vm pr2 1 25 m s 117 6 ADCP Messungen H he m NN m Ref BT 1 vm Ref GPS 2 wm Ref BT 2 60 Breite m Abbildung 6 27 Darstellung der gemittelten Geschwindigkeitsverteilungen und der gemittelten Sohlenverl ufe mit Referenz BT und GPS ADCP Messung am 12 Juli 2005 W hrend des Hochwassers im August wurden sieben Querfahrten durchgef hrt Die erste berfahrt wurde erheblich durch Turbulenzen und stehende Wellen an der Was seroberfl che erschwert Aufgrund der widrigen Umst nde zeichnete der ADCP nur im unmittelbaren Uferbereich Daten auf Abb 6 28 Im Zentralbereich des Flie quer schnitts konnten weder Informationen ber die Flie geschwindigkeiten noch ber die jeweiligen H henlagen der Sohle erfasst werden Es wird vermutet dass die hohen Schwebstoffkonzentrationen und das zum Teil durch die Br ckenpfeiler erzeugte tur bulente Str mungsmuster der Grund f r das Scheitern dieser Messfahr
212. s Querschnitts sind die Messpfade ann hernd parallel Betrachtet man hingegen die Lageinformationen vom Juli 2007 so ist die Verf lschung aufgrund des Geschie betriebs ber die Gew sserbreite ann hernd regelm ig verteilt 155 6 ADCP Messungen rechtes Ufer BT Aufzeichnungen BT Aufzeichnungen Str mungs Str mungs richtung richtung gt linkes all _Ufer 10m a Messung am 8 August 2006 b Messung am 10 Juli 2007 Abbildung 6 49 Vergleich der Bottom Track Aufzeichnungen mit den wahren Messwegen Vor allem bei der Messung vom August 2006 erschien es nicht zielf hrend aus dem aufsummierten L ngsversatz des BT Wegs einer berfahrt eine mittlere Geschiebege schwindigkeit im Querschnitt zu berechnen Deshalb wurden die Bottom Track Daten der einzelnen Messensembles genauer untersucht Die vom ADCP mit Referenz BT ermittelten Bootsgeschwindigkeiten wurden in die Komponenten parallel zur ber fahrtsrichtung und parallel zur Flie geschwindigkeit umgerechnet Die Seilkrananlage am Pegelquerschnitt Staudach berspannt das Gew sser nahezu rechtwinkelig zur Hauptstr mungsrichtung Das bedeutet dass auch der ADCP w h rend der Messungen rechtwinkelig zu den Flie geschwindigkeitsvektoren ber den Fluss bewegt worden ist W re im Messquerschnitt kein Geschiebetrieb vorhanden gewesen w ren die Komponenten der Bootsgeschwindigkeit in Flie richtung bis auf kleine Schwankungen aufgrun
213. sch gesteigert was zu einem sprunghaften Anstieg der Flie geschwindigkeiten und der Sedimentgeschwindigkeiten f hrte im weiteren Verlauf des Versuchs erreichte die Beanspruchung der Sohle jedoch nicht mehr die Werte des ersten Versuchs Aus diesem Grund stiegen die Geschiebegeschwindigkei ten an der Sohle auch nur bis 40 cm s an Bei beiden Versuchen f llt der Zeitpunkt an dem die Sedimentgeschwindigkeiten wieder auf Null zur ckgehen ganz deutlich mit dem Ende der Sohlerosion zusammen Die Betonsohle ist erreicht und es findet keine Bewegung an der Sohle mehr statt 93 6 ADCP Messungen Erosion der 35 cm hohen Sandsohle Erosion der 60 cm hohen Sandsohle v cm s Tiefe m v cm s Tiefe m 140 15 140 1 5 120 D 120 100 80 80 a Ai 60 40 b A 40 G G Aa PETE i w a i 20 er 20 m 5 bra F vr re ee PS ans 0 De Fair 0 ur ER ET 10 30 11 00 11 30 12 00 12 30 15 00 15 30 16 00 16 30 17 00 gt BT Geschw Geschiebegeschw tiefengemnittelte Flie geschw Sohltiefe unter Kanal OK Abbildung 6 10 zeitlicher Verlauf der Geschiebegeschwindigkeit der tiefengemittelten Flie geschwindigkeit und der Flie tiefe 6 1 3 Versuchsergebnisse und Schlussfolgerungen Die Testmessungen in einem rechteckigen Kanal an der Versuchsanstalt in Obernach haben durchaus zufriedenstellende Ergebnisse gebracht Zur Unte
214. schaft dar Die dabei gewonnenen Daten dienen als Grundlage f r statistische Untersuchungen und werden als Eingangs gr en f r numerische und physikalische Modelle ben tigt Das Gew ssermanagement sowie die Erfassung und Dokumentation des Abflusses werden in Zukunft einen immer bedeutenderen Stellenwert einnehmen Durch die Erh hung von Rechnerkapazit ten und die Neu und Weiterentwicklung von numerischen Simulationsprogrammen k n nen mittlerweile hydrologische hydraulische morphologische und kologische Frage stellungen f r ganze Flusssysteme mit Hilfe numerischer Modelle vernetzt und ganz heitlich betrachtet werden Dies erm glicht ein besseres Verst ndnis f r berregionale Prozesse im Gew ssersystem 1 Einleitung Jede Untersuchung ist aber nur so gut wie ihre Eingangsgr en Durch die erwei terten M glichkeiten in der numerischen Modellierung steigen die Anforderungen an Qualit t und Quantit t der zur Verf gung stehenden Messdaten um die Modelle dementsprechend kalibrieren und validieren zu k nnen Personelle Einsparungen in der Wasserwirtschaftsverwaltung bei den Wasserkraftbetreibern sowie bei anderen mit der Unterhaltung von Gew ssern betrauten Einrichtungen sind ein weiterer Grund f r den steigenden Bedarf an neuen effektiven Messmethoden die wenig Wartung be n tigen robust sind zuverl ssig arbeiten und trotz geringem Zeitaufwand eine hohe Datendichte liefern Auch die Optimierung von Wasserkraftanlagen
215. scher Formeln in die vertikale Flie tiefe umgerechnet wird Au erdem ermittelt der ADCP aus der Doppler Verschiebung der Sohlenechos die Relativgeschwindigkeit zwischen der Sohle und sich selbst Im Gegensatz zur Flie geschwindigkeitsermittlung ADCP in Ruhe Partikel in Bewegung wird in diesem Fall davon ausgegangen dass sich die Sohle in Ruhe befindet und die erfasste Relativgeschwindigkeit vancp in Abb durch die Bewegung des Messger ts verursacht wird Das beschriebene Verfahren funktioniert nur dann wenn der ADCP die Sohle mit dem BT Signal erfassen kann und kein Geschiebetrieb stattfindet Befindet sich das Sohl material in Bewegung wird die f r die ger teinterne Ermittlung der ADCP Bewegung erforderliche Voraussetzung Vgohle 0 nicht mehr eingehalten Der ADOP interpre tiert die aus dem Geschiebetrieb resultierende Doppler Verschiebung als eigene Be wegung stromaufw rts v ancp in Abb 4 9 Werden die erfassten Relativgeschwin digkeiten zwischen dem ADCP und den Partikeln in der Str mung VwWasser relativ IN Abb mit dem verf lschten ADCP Weg addiert f hrt das zu einer Untersch t zung der Flie geschwindigkeiten V Wasser in Abb 4 9 Erfassung der ADCP Bewegung mit GPS Die ADCP Bewegung kann aber auch mit externen Messger ten erfasst werden In 45 4 Ultraschall Doppler Technik Sohle in Ruhe Str mung Sohle in Bewegung Str mung V wasser relativ eschiebe N trieb Ly
216. schwindigkeiten und Schwebstoffkonzen trationen hingegen ist noch nicht ausreichend erforscht und noch mit Unsicherheiten behaftet Die vorliegende Arbeit behandelt die physikalischen Grundlagen der verwendeten Messtechnik und dokumentiert die Ergebnisse mehrerer ADCP Messungen an zwei bayerischen Fl ssen w hrend Hochwasser Im Zuge der Messungen konnte neben der Erfassung der Flie geschwindigkeiten auch die Ver nderung der Sohlh hen w hrend gro er Abfl sse erfolgreich nachgewiesen werden Des Weiteren war es m glich die Geschiebegeschwindigkeiten sowie deren Verteilung ber die Breite des Gew ssers zu erfassen Die Auswertung der ADCP Daten in Hinblick auf Schwebstoffkonzentratio nen brachte sehr interessante Erkenntnisse ber den Zusammenhang zwischen den vom ADCP aufgezeichneten R ckstreuinformationen und der gew nschten Messgr e zeigte aber auch noch gro en Forschungsbedarf auf Abstract Due to the ongoing developement of numerical models and growing demands on mea sured data for calibration as well as new directives and laws e g EU WRRL coming into force measuring hydrodynamical processes gains more and more importance Here ADCP technology present a seminal possibility Established in discharge mea surement since years data analysis with regard to bed load velocities and suspended sediment concentations is not yet investigated sufficiently and still contains uncer tainties The presented work contains the phy
217. sen J Gran F Udesen J Nielsen M und Nielsen K 2006 Vector blood velocity estimation in medical ultrasound in Proceedings of the 5 International Symposium on Ultrasonic Doppler Methods for Fluid Mechanics and Fluid Enginee ring Laboratory of Food Process Engineering Institute of Food Science Nutrition ETH Z rich S 3 7 Jurisch R 1995 Messungen von Flie geschwindigkeiten und Abfl ssen in Fl ssen mit dem Acoustic Doppler Current Profiler ADCP Wasserwirtschaft 85 10 S 500 503 177 Literaturverzeichnis K lling Ch 1994 Finite Element Simulation der Geschwindigkeitsverteilung in Kan len und teilgef llten Rohrleitungen Dissertation Technische Universit t M nchen Lehrstuhl f r Hydraulik und Gew sserkunde mitteilungsheft des Lehr stuhls Nr 60 Knoblauch H Hartman S und de Cesare G 2005 Sedimentmanagement in al pinen Speichern Das EU INTERREG III Projekt ALPRESERV sterreichische Wasser und Abfallwirtschaft 57 11 12 S 185 190 Knoblauch H Hartmann S und de Cesare G 2007 Ma nahmen gegen die Ver landung von Staur umen im Alpenraum in 14 Deutsches Talsperrensymposium S 234 238 LAWA 1997 Pegelvorschrift L nderarbeitsgemeinschaft Wasser LfU 2008 Hochwassernachrichtendienst URL http www hnd bayern de Online Stand 08 04 2008 LfW 2000 Schwebstoffmessung Bayerisches Landesamt f r Wasserwirtscha
218. sical fundamentals of this technique and pres ents the results of several ADCP measurements on two bavarian rivers during flood Besides recording flow velocities successfully changes in river bed levels during high discharges could be detected Furthermore it was possible to record bed load velocities as well as their distribution along the stream width The examination of ADCP data with respect to suspended sediment conentrations resulted in very interesting findings about the correlation between backscatter intensity recorded by the ADCP and the desired measured variable but also showed great demand for further research Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen meiner T tigkeit als wissenschaftliche Angestellte am Lehrstuhl f r Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Uni versit t M nchen Den Stein bzw das Sedimentkorn ins Rollen brachte eine Studie zur Ermittlung der Leistungsf higkeit des bayerischen Inn die am Lehrstuhl durchgef hrt wurde Im Rahmen numerischer Simulationen stellte sich heraus dass es nicht m glich war das Modell anhand von Wasserspiegelfixierungen w hrend Hochwasser zu kalibrieren Man machte sich auf die Suche nach der Ursache dieses Ph nomens und stellte fest dass es nicht das erste Mal war dass der Inn den Modellierern Kopfzerbrechen bereite te Offensichtlich kam es bei Hochwasser zur Erosion gro er Mengen von Sedimenten in den Staustufen was zu einer Steigerung der Leistungsf higk
219. stung oder im Speicher z B durch Leitbau werke Baggerungen oder Sp lungen get tigt werden Deren Durchf hrung wird je doch ma geblich durch wirtschaftliche technische und rechtliche Aspekte beschr nkt 2005 Die Verhinderung der Verlandung eines Speichers und die Erm glichung des nachhaltigen Betriebs unter Einhaltung aller geltenden Vorgaben ist deshalb eines der vorrangigen Ziele im Rahmen der Speicherunterhalts Die kor rekte Erfassung der morphologischen Vorg nge mit Hilfe von Naturmessungen spielt dabei eine wichtige Rolle Die Messdaten geben Auskunft ber die Beschaffenheit der Sedimente ber das zeitliche Auftreten der Feststoffeintr ge sowie ber die Bahnen von eventuell auftretenden Dichtestr men im Speicher Daraus gewonnene Erkennt nisse k nnen genutzt werden um numerische Modelle zu kalibrieren und zu validieren oder um zielgerichtete Ma nahmen zu entwickeln die dem Feststoffeintrag entgegen wirken Die messtechnische Erfassung des Sedimenttransports in einen bzw in einem Speicher kann aber auch dazu dienen um die Effektivit t bereits durchgef hrter Ma nahmen gegen die Verlandung zu berpr fen So haben beispielsweise Messungen mit optischen und akustischen Ger ten im Speicher Margaritze sterreich ergeben dass die mittels Saugbaggerungen vom Absperrbauwerk in einen Flachwasserbereich des Reservoirs umgelagerten Sedimente in Form von Dichtestr men wieder zur ck zur Talsperre transportiert werden N
220. sungen berechneten Schwebstoffkonzentrationen mit den gemessenen Konzentrationen so kann man erkennen dass die Mittelwerte der beiden Messun gen fast perfekt bereinstimmen So lag die aus den Vielpunktentnahmen berechnete mittlere Schwebstoffkonzentration am 8 August 2006 bei 1580 mg l aus den ADCP Daten wurde ein Mittelwert von 1584 mg l berechnet Am 9 Mai 2007 lag der aus den konventionell ermittelten Schwebstoffkonzentrationen bestimmte Mittelwert bei 1020 mg l das Ergebnis der ADCP Messungen betrug 1006 mg l Das bedeutet dass bei Kenntnis der beiden Parameter A und B die Auswertung der ADCP Daten sehr gute Ergebnisse bringt 162 6 3 ADCP Messungen an der Tiroler Achen 28 08 2006 Elm 118 dB m 113 04 2007 Elm 100 dB m 05 05 2007 Elm 126 dB m 10 07 2007 Elm 123 dB Abbildung 6 53 Gemittelte Verteilung der Echointensit ten EI w hrend mehrerer ADCP Messungen am Pegel Staudach an der Tiroler Achen 163 6 ADCP Messungen 6 3 6 Zusammenfassung der Ergebnisse Am Pegel Staudach an der Tiroler Achen wurden in den Sommermonaten 2006 und 2007 drei ADCP Messungen w hrend erh hter Abfl sse durchgef hrt Abb 16 40 Aus den Messdaten konnten wertvolle Informationen ber die hydromorphologischen Vorg nge w hrend Hochwasser gewonnen und neue Erfahrungen ber die Anwen dungsgebiete der ADCP Technik und deren Grenzen gesammelt werden Der Einsatz einer Totalstation zur zus tzlichen E
221. swirkungen auf die Wasserspiegellagen Zus tzlich zu den Sp lungen werden im Stauraum Langkampfen regelm ige R umungen der dort errichteten Kiesfalle durchgef hrt Hofer und Reindl 2001 Auch bei der Bewirtschaftung der Kraftwerke am bayerischen Inn spielt die Se dimentproblematik eine entscheidende Rolle Seit der Errichtung der Staustufen werden regelm ige Peilungen durchgef hrt um die Entwicklung der Sohlen lagen zu dokumentieren Umfangreiche Baggerungen sichern in den kritischen Bereichen die Einhaltung vorgegebener Maximalwasserst nde sowie die schad lose Abfuhr der Bemessungshochwasser Unterhalb der Salzachm ndung konnte die Verlandungssituation durch den Bau von Leitd mmen entsch rft werden seit den 70 er Jahren herrscht hier ein morphologisches Gleichgewicht Bis auf die Schotterablagerungen im M ndungsbereich der Salzach bestehen die Anlandun gen gr tenteils aus sandigem Feinmaterial bzw schluffig tonigen Schwebstoffen Der Nachweis der Hochwassersicherheit und die Gew hrleistung der Betriebsbe reitschaft erfordern auch hier weiterhin ein umfangreiches Monitoring 2001 Weitere Untersuchungen und Ma nahmenprogramme am Inn werden im folgenden noch ausf hrlicher behandelt 2 2 Europ ische Wasserrahmenrichtlinie Die europ ische Wasserrahmenrichtlinie dient der Harmonisierung des Gew sserschut zes in Europa und der Koordination der Gew sserbewirtschaftung in staats und l n der bergreifenden Flussg
222. t auf den anstehenden Wasserdruck und bertr gt diesen auf nachgeschaltete Ger te die f r die Aufzeich nung verantwortlich sind Ultraschallpegel In diesem Fall ist das Messger t oberhalb der Wasserspiegeloberfl che angebracht Ein Ultraschallimpuls wird ausgesendet an der Grenzschicht Luft Wasser reflektiert und vom Sender wieder empfangen Aus der Laufzeit kann die Entfernung zur Was seroberfl che berechnet werden Da die Schallgeschwindigkeit von der Temperatur und dem Luftdruck abh ngt m ssen diese beiden Faktoren durch den Vergleich der erfassten Laufzeit mit einer Referenzstrecke mit bekannter L nge ber cksichtigt wer den Vorteil dieses Verfahrens ist die ber hrungslose Erfassung des Wasserstands ohne Kontakt zum Wasser Das Messger t kann in sicherem Abstand zur Wasseroberfl che 18 3 2 Geschwindigkeitsmessungen beispielsweise an einem Br ckenpfeiler angebracht werden und ist vor einer m gli chen Besch digung durch Treibzeug gesch tzt Auch die Gefahr der Verklausung des Messschachtes oder der Beeinflussung der Messwerte durch Eisbildung ist in diesem Fall nicht gegeben Welches der hier aufgez hlten Verfahren zur Wasserspiegellagenmessung verwendet wird h ngt immer von den jeweiligen Randbedingungen vor Ort sowie von den An forderungen an die Messwerte ab Die Ablesung des Wasserstands anhand eines Lat tenpegels ist die mit Abstand einfachste Methode mit dem geringsten baulichen aber dem h
223. t die ansteigenden Konzentrationen zu einer gr eren Menge an Reflexionen und somit auch zu h heren R ckstreuwerten so resultiert eine weitere Zunahme der Partikel dazu dass die Signale des ADCP die Wassers ule nicht mehr durchdringen k nnen und keine verwertbaren Reflexionen mehr empfangen werden In diesem Zusammenhang spielt auch die Korngr enverteilung der Schwebstoffe eine gro e Rolle Hierzu liegen am Inn leider nur sehr wenige Naturmessdaten vor Deshalb ist die Ausdehnung des Anwendungsbereichs der ADCP Technik nicht ohne weiteres auf andere Fl sse bertragbar sondern muss von Fall zu Fall ermittelt werden Tabelle 6 4 gibt abschlie end eine Zusammenstellung der wichtigsten Messgr en wie der die w hrend der ADCP Messungen an der Nu dorfer Br cke am Inn gesammelt werden konnten Erg nzt werden die Ergebnisse der ADCP Messungen durch die ermittelten Schubspannungen w hrend der Messungen Die Werte wurden anhand eindimensionaler station rer HEC RAS Simulationen unter Ber cksichtigung der je weiligen Sohlenh hen berechnet Die f r den Inn g ltige kritische Sohlschubspannung Terit 0 6 N m ab der Sohlerosion einsetzt deckt sich gut mit den Ergebnissen der numerischen Simulationen und der ADCP Messungen W hrend normaler Abfluss bedingungen und Einhaltung des Stauziels liegen die Schubspannungen unter dem Grenzwert es herrscht kein Geschiebetrieb und die Sohlenh hen stimmen mit den dokumentierten Sohlenl ngsv
224. t jedoch eine gleichm ige Verteilung der erfassten Messdaten und erleichtert die optische Kontrolle der Messergebnisse vor Ort Das w hrend Hochwasser an beiden Fl ssen mobilisierte Treibgut stellte eine gro e Herausforderung f r das durchf h rende Messpersonal dar da eine Kollision mit dem Tr gerger t nach M glichkeit 167 7 Fazit verhindert werden musste Entsprechende Ausweichman ver waren am Inn einfacher durchzuf hren weil die Lage der herantreibenden Gegenst nde von der Br cke aus besser eingesch tzt werden konnte als vom Ufer der Tiroler Achen aus Die Hochwassermessungen am Inn zeigten sehr deutlich die Anwendungsgrenzen der ADCP Technik Aufgrund der hohen Schwebstoffkonzentrationen der turbulenten Str mungsmuster und der an den Br ckenpfeilern eingetragenen Luftblasen konnten die ausgesendeten Messsignale zeitweise die Wassers ule nicht durchdringen Die erste w hrend des Augusthochwassers durchgef hrte Messfahrt beinhaltete nur im uferna hen Bereich aufgezeichnete Daten auch w hrend der darauf folgenden berfahrten konnten in mehreren Teilbereichen des Querschnitts keine Daten aufgezeichnet wer den Da bei den beschriebenen Messungen die Sohle im Bereich des Messquerschnitts in Bewegung war war die Erfassung des vom ADCP zur ckgelegten Messwegs mit ex ternen Messger ten erforderlich Am Inn kamen GPS Antennen zum Einsatz an der Tiroler Achen wurde eine Totalstation verwendet Beide Systeme wiesen eine
225. t waren Da keinerlei Informationen ber die Flie geschwindigkeiten in Querschnittsmitte vorla gen wurde der Gesamtabfluss trotz Interpolation der Fehlbereiche erheblich unter sch tzt Es wurde beschlossen weitere Querungen zu einem sp teren Zeitpunkt bei besseren Messbedingungen zu versuchen In weiterer Folge wurden noch sechs Messfahrten w hrend des Hochwasserereignis ses durchgef hrt die alle f r die Mittelwertbildung herangezogen werden konnten Abb 6 29 Durch die Auswertung der ADCP Daten mit Referenz GPS und die Mittelung der sechs berfahrtsergebnisse gelang es ausreichend genaue Informatio nen ber die Situation im Messquerschnitt zu erhalten Auch bei diesem Messeinsatz 118 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn H he m vm m s 2 11 6 462 Beami Beam2l i o Beam3 Beam 4 460 T WSP Sohle p vm 458 daed CO H med O 10 20 30 40 50 6 70 8 90 100 110 120 Breite m Abbildung 6 28 Ergebnisse der ersten Messfahrt am 24 August 2005 war die Auswertung der ADCP Daten ohne Ber cksichtigung externer Lageaufzeich nungen nicht zielf hrend Die unter Verwendung der BT Daten ermittelten Abfl sse weisen einen enormen Streubereich zwischen 180 1400 m s auf Die mit Refe renz GPS ermittelten Abfl sse hingegen weichen von ihrem Mittelwert um maximal 12 5 ab wobei in diesem Zusamme
226. tachvital_ flyer2007_1 4 pdf Online Stand 19 05 2008 WWA T 2008 Verlandung des Chiemsee Informationen ber die abschlie Benden Ergebnisse der Rahmenuntersuchung Chiemsee URL Online Stand 24 04 2008 Zauner F 2001 Der Verlandungsprozess in den Stauhaltungen am Unteren Inn sterreichische Wasser und Abfallwirtschaft 53 11 12 S 287 291 180 Bisher erschienene Berichte des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt f r Wasserbau und Wasserwirtschaft Technische Universit t M nchen Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 H usler Erich Energieumwandlung bei einem frei fallenden kreisrunden Strahl in einem Wasserpolster 1962 vergriffen Spiekermann G nter Instabile Formen des Schu strahles beim Abflu unter Sch tzen und seine Kraftwirkungen auf die Sch tzenkonstruktion 1962 vergriffen Linder Gaspar ber die Gestaltung von Durchla ausl ufen 1963 vergriffen Knauss Jost Modellversuche ber die Hochwasserentlastungsanlagen an kleinen R ckhaltespeichern in S dbayern 1963 vergriffen Mahida Vijaysinh Mechanismus der Schnellsandfiltration 1964 vergriffen Rothmund Hermann Energieumwandlung durch Strahlumlenkung in einer Toskammer 1966 vergriffen H us
227. taustufe abnehmen Interpretiert man die zu hoch berechneten Wasserspiegellagen als Resultat der vernachl ssigten Sohlenerosion so best tigen die unterschiedlichen Differenzen an den beiden unter suchten Querschnitten die Annahme dass die Erosion im Nahbereich der Staustufe am gr ten ist und nach oberstrom hin abnimmt Nicht ber cksichtigt wurde bei dieser Simulation eine m gliche Ver nderung der Sohl rauheiten Doch selbst bei Ber cksichtigung von wesentlich glatteren Berandungen w hrend Hochwasser k nnen die gemessenen Wasserspiegellagen ohne Absenkung der Sohlenlagen numerisch nicht abgebildet werden Dies l sst den Schluss zu dass es w hrend Hochwasser zu einer Erosion der Anlandungen in den Staustufen am baye rischen Inn kommt Der Sohlaustrag passiert ohne zeitlichen Versatz zum Anstieg der Hochwasserwelle Geht der Abfluss wieder zur ck landet sich die Sohle wieder mit von oberstrom antransportierten Sedimenten an und nimmt wieder eine hnliche H henlage wie vor dem Ereignis ein 103 6 ADCP Messungen Ah m Q m s Ban wm 2400 KW Feldkirchen u i f 2200 18237 Hn HQso 2000 IZ 1800 1600 AT L 1400 L 1200 L 1000 800 L 600 1 WSP Diff bei Fkm 176 8 u WSP Diff bei Fkm 182 4 0 24 0 0 08 05 99 13 05 99 18 05 99 23 05 99 28 05 99 03 06 99 08 06 99 Abbildung 6 16 Zeitliche Entwicklung der Wasserspiegellagen an zwei Pegeln im Stauraum
228. ten aus den ASCII Out Files ausgelesen Die zeitliche Entwicklung der tiefengemittelten Flie geschwindigkeit in Abb und wurde aus AGILA exportiert Der Unterschied zwischen den erfassten H henlagen der beiden vorderen und der bei den hinteren Messstrahlen des ADCP ist in Abb und deutlich zu erkennen Die Differenz ist dadurch erkl rbar dass die Sohle nicht gleichm ig ausgetragen wur de sondern die Erosion am oberstromigen Ende der eingebauten Sandsohle begann und sich von dort aus in Str mungsrichtung fortpflanzte Abbildung 6 7 a zeigt eine 89 6 ADCP Messungen Tiefe unter Kanal OK m U WSP Ultraschall Beam 1 ADCP Beam 2 ADCP Beam 3 ADCP Beam 4 ADCP Mittelwert 1 4 Beobachtungsfenster mittlere Geschw RUR Betonsohle HN 10 25 1035 1045 1055 11 05 11 15 11 25 11 35 1145 11 55 1205 1215 Zeit min Abbildung 6 5 zeitlicher Verlauf der Sohlenlagen w hrend der Erosion der 35 cm hohen Sandsohle schematische Darstellung dieses Sachverhalts Photos aus dem Beobachtungsschacht best tigen diese These Abb 16 8 Ebenfalls deutlich zu sehen ist dass die vom ADCP aufgezeichneten Sohlenlagen anfangs sehr gut mit den visuellen Beobachtungen bereinstimmen sich aber gegen Ende des Versuchs voneinander entfernen Auch diese Differenzen sind mit der Ver suchsanordnun
229. tieres 5 all e Hector Pintus 06610 La Gaude France 16Nortek AS Vangkroken 2 1351 Rud Norway I ySI Hydrodata Unit 8 Business Centre West Avenue One Letchworth SG6 2HB United King dom ISOTT Messtechnik GmbH amp Co KG Ludwigstr 16 87437 Kempten 19Gyro Gyroscope Neigungsmesser Dabei handelt es sich um einen Drehratensensor der hnlich einem Kreiselkompass aus der Winkelgeschwindigkeit mit der sich das Messger t um seine Achse bewegt die Neigung zur Vertikalen berechnet 38 4 2 ADCP Messtechnik Workhorse Rio Grande ADCP Abbildung 4 4 ADCP Typ Workhorse RioGrande von RDI rend einer Messung Um ein m glichst gro es Einsatzspektrum zu erm glichen wurde das Ger t in zwei verschiedenen Frequenzversionen entwickelt Tab 4 2 Frequenz Bandbreite Strahlweite Messzellentiefe Reichweite kHz kHz gt m m 600 614 4 150 1 5 0 1 8 100 1200 1228 8 300 1 0 0 05 4 30 Tabelle 4 2 Kennwerte des ADCP Typ Workhorse RioGrande von RDI Bei Messeins tzen im Binnenbereich werden meist Ger te mit einer Frequenz von 1200 kHz verwendet nur bei besonders gro en Flie tiefen oder sehr hohen Schweb stoffkonzentrationen kommen auch 600 kHz Ger te zum Einsatz Mit beiden Varian ten k nnen Geschwindigkeiten bis zu maximal 20 m s messtechnisch erfasst werden 4 2 2 Unterteilung in mehrere Tiefenschichten Da die Flie geschwindigkeiten und damit
230. trationen f r die Auswertung der ADCP Daten verwendet werden Die unter Verwendung der Kalibriergleichung berechneten Schwebstoffkonzentrati onsverteilungen weichen zwar etwas von den gemessenen Werten etwas ab es konnte aber eine fast perfekte bereinstimmung zwischen den daraus berechneten mittle ren Schwebstoffkonzentrationen im Querschnitt und dem Mittelwert der konventio nell gemessenen Schwebstoffkonzentrationen festgestellt werden Das bedeutet dass ADCP Messungen bei Kenntnis der beiden Kalibrierprameter auch zur Ermittlung von Schwebstoffkonzentrationen verwendet werden k nnen 7 2 Empfehlungen f r die Durchf hrung von ADCP Messungen Aus den w hrend der Naturmessungen gesammelten Erfahrungen leiten sich folgende Empfehlungen f r die zuk nftige Durchf hrung von ADCP Messungen ab Vor allem bei schwierigen Messbedingungen weisen die Ergebnisse der ADCP Einzelfahrten die ja Momentaufnahmen des Abflusszustands darstellen gro e Schwankungen auf Erst die Mittelung mehrerer Messfahrten gew hrleistet unter 169 7 Fazit derartigen Randbedingungen eine homogene Verteilung der Messgr en ber den Querschnitt und eine zufriedenstellende Qualit t der Ergebnisse Der ger teinterne Kompass sollte regelm ig kalibriert werden um eine Ver drehung der Datens tze im Vergleich zur realen Situation zu vermeiden Eine korrekt angenommene Nordrichtung ist bei der Verwendung zus tzlicher Lage ortungsger te
231. tswerte w hrend einer ADCP Messfahrt bei Hochwasser mit den Angaben der Kraftwerke Nu dorf und Oberaudorf auf es liegen jedoch von dieser Fahrt zu wenige Messwerte vor Der Gro teil der Geschwindigkeitsdaten muss te interpoliert werden und der so ermittelte Geschwindigkeitsverlauf ber die Quer schnittsbreite weicht erheblich von den realen Verh ltnissen ab Aus diesem Grund wurde auch diese Fahrt nicht in der weiteren Auswertung ber cksichtigt Bei den rest lichen sechs Einzelmessungen konnte eine ausreichende Anzahl von Messwerten er fasst werden und die aufgezeichneten Daten fanden Eingang in die Mittelwertbildung Die sechs berfahrten des zweiten Messblocks weisen aufgrund des zur ckgegange nen Abflusses und der verminderten Str mungsturbulenzen eine wesentlich h here Datendichte sowie eine geringere Streuung auf und konnten alle f r die Auswertung herangezogen werden W hrend die Auswertung der ADCP Daten mit Referenz GPS durchaus zufrieden stellende Ergebnisse erbrachte war die Auswertung ohne externe Lageaufzeichnung nicht zielf hrend Abb 6 26 Die aus den BT referenzierten Daten ermittelten Ab fl sse sind um fast 50 zu niedrig w hrend die mit Referenz GPS ermittelten Abfl s se eine gute bereinstimmung mit den an den Kraftwerken berechneten Durchfl ssen aufweisen Die aus den Einzelfahrten gebildeten Mittelwerte weichen um weniger als 5 von den Vergleichswerten an den Kraftwerken ab W hrend der ersten ADC
232. ugern werden so genannte gest rte Proben gewonnen F r die sp tere Aus wertung spielt die Eindringtiefe des Entnahmeger tes in die Gew ssersohle eine wich tige Rolle Des Weiteren muss ber cksichtigt werden dass ein erforderliches Mindest probengewicht f r die Erfassung der Grobkomponenten der Kornverteilung erreicht werden soll regelt die Entnahmemengen und schreibt beispielsweise f r ein gesch tztes Gr tkorn von 2 mm eine Mindestprobenmenge von 150 g vor bei einem Gr tkorn von 50 mm m ssen mindestens 12 kg Sohlmaterial entnommen werden Um eventuell vorhandene vertikale Schichtungen untersuchen zu k nnen werden ungest rte Proben der Sohlenoberfl che ben tigt Diese kann man mit Hilfe von Kernbohrungen Probendurchmesser bei sandiger Sohle bis zu 10 cm bei grobem Material dementsprechend gr er oder mit dem Gefrierkernverfahren gewinnen In zweitem Fall wird eine Gefrierlanze in die Gew ssersohle eingebracht und nach der er forderlichen Einwirkzeit inklusive dem an die Lanze angefrorenen Sohlmaterial wieder entnommen Diese Methoden erm glichen zwar eine Auswertung des Geschiebema terials hinsichtlich seiner Kornzusammensetzung liefern aber keinerlei Informationen hinsichtlich der Menge transportierten Materials pro Zeiteinheit 3 5 Schwebstoffmessungen In den Gew ssern des bayerischen Alpenvorlands besteht ein Gro teil der transpor tierten Feststoffe aus Schwebstoffen Nach LfW 2000 hat die Schw
233. ung des chemischen Zustands der oberirdi schen Gew sser 8 8 berwachung des kologischen und chemischen Zustands der oberirdischen Gew sser berwachungsnetz 8 9 Einstufung des kologischen Zustands des kologischen Potentials und des chemischen Zustands der oberirdischen Gew sser Darstellung der berwa chungsergebnisse BayGewZust VO 2004 Im Zuge der Bestandsaufnahme wurden vorhandene Wassernutzungen einer wirt schaftlichen Analyse unterzogen und s mtliche anthropogene Belastungen der Gew s ser erhoben In der darauf folgenden dritten Phase wurden die f r die Entwicklung des Gew sserzustands ma geblichen Parameter berwacht Die gewonnenen Erkenntnisse flossen in die Aufstellung von Bewirtschaftungspl nen ein Kern dieser Pl ne sind ge zielte Ma nahmenprogramme die den Gew sserzustand verbessern sollen wie z B Renaturierungen Wiederherstellungen der Durchg ngigkeit und die St rkung von Schutzgebieten Die Programme werden alle sechs Jahre aktualisiert Ziel f r das Jahr 2015 ist das Erreichen des so genannten guten Zustands f r alle nat rlichen Gew s ser K nstlichen oder erheblich ver nderten Gew sser soll bis 2015 durch geeignete Ma nahmen zumindest ein gutes kologisches Potential verliehen werden In Deutschland wurden 63 aller Gew sser als nat rlich 23 als erheblich ver ndert und 14 als k nstlich eingestuft Die Erreichung des in der WRRL vorgegebenen Zielzustands
234. ungen vor allem im mittleren und im rechten Bereich des Querschnitts statt Bei der Be trachtung des Sohlenverlaufs vom 29 August ist zu ber cksichtigen dass bei dieser Messung der Abfluss nach dem Durchgang der Hochwasserwelle zwar wieder bis auf 550 m s abgesunken war das Stauziel aber immer noch um einen knappen Meter ab gesenkt war Die Reduktion des Flie querschnitts durch die Stauzielabsenkung f hrte zu ungew hnlich hohen Flie geschwindigkeiten was die Wiederanlandung der Sedi mente erheblich verz gerte F nf Tage nach dem Hochwasserscheitel war die Sohle vor allem im linken Bereich des Querschnitts noch um 1 5 m von ihrer urspr nglichen H henlage entfernt Noch deutlicher zeigt Abb 6 31 c den w hrend der Hochwasserereignisse stattgefun denen Sohlaustrag Im Bereich von 5 10 m unterhalb der Br cke wurden insgesamt f nf ADCP Messungen bei verschiedenen Abfl ssen durchgef hrt Die erste Messung am 10 Mai fand w hrend Normalabfluss statt Die erfassten Sohlenlagen decken sich gut mit dem am 18 August gemessenen Sohlverlauf Das Hochwasser im Juli das zwischen diesen beiden Messungen ablief verursachte einen Sohlaustrag von bis zu 70 cm 122 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn H m NN 12 07 Hochwasser a 13 08 Normalabfluss ie 7 29 08 Normalabfluss 462 461 4 N 460 4 k 459 4 458 4 457 456 4 455 454 130 120 H m NN
235. ungstechnische und konstruktive Kriterien f r die Wahl zwischen Druck und Zugsegment als Wehrverschlu 1978 Kanzow Dietz Ein Finites Element Modell zur Berechnung instation rer Abfl sse in Gerinnen und seine numerischen Eigenschaften 1978 Keller Andreas Prasad Rama Der Einflu der Vorgeschichte des Testwassers auf den Kavitationsbeginn an umstr mten K rpern Ein Beitrag zur Frage der Rolle der Kavitationskeime bei Str mungskavitation 1978 Hartung Fritz 75 Jahre Nilstau bei Assuan Entwicklung und Fehlentwicklung 1979 vergriffen Knauss Jost Flachgeneigte Abst rze glatte und rauhe Sohlrampen Scheuerlein Helmut Wasserentnahme aus geschiebef hrenden Fl ssen H usler Erich Unkonventionelle neuere Stauhaltungswehre an bayerischen Fl ssen als gleichzeitige Sohlsicherungsbauwerke 1979 vergriffen Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr Nr 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 53 54 56 57 58 Seus G nther J Joeres Erhard P Engelmann Herbert M Lineare Entscheidungsregeln und stochastische Restriktionen bei Bemessung und Betrieb von Speichern 1979 vergriffen Meier Rupert C Analyse und Vorhersage von Trockenwetterabfl ssen Eine Anwendung der Systemhydrologie 1980 vergriffen Treske Arnold Experimentelle berpr fung numerischer Berechnungsverfahren von Hochwasserwellen 1980 vergriffen Csallner
236. unktprobenentnahmen sind hierzu notwendig Eine Auswertung der Wasserproben in Hinblick auf Schwebstoffkonzentrationen und Korngr enverteilungen der Schwebstoffe w rde wertvolle Erkenntnisse ber die Ab h ngigkeit der Kalibriervariablen von diesen Gr en bringen Mit den Messungen m sste einerseits ein Gro teil des vorhandenen Abflussspektrums abgedeckt werden 170 7 3 Ausblick andererseits m ssten m gliche jahreszeitlich bedingte Einfl sse wie beispielsweise die unterschiedliche Entstehung von Hochwasserereignissen und daraus resultieren de Unterschiede in den Korngr enverteilungen der Schwebstoffe untersucht wer den Dies bedingt vorerst sicherlich einen erheblichen Mehraufwand an Personal und Zeit W ren jedoch einmal gesicherte Kenntnisse ber die Gr enordnungen sowie die zeitlichen Schwankungen der beiden Kalibrierparameter vorhanden k nnten die vom ADCP aufgezeichneten Echointensit ten eigentlich nur ein Abfallprodukt der Abflussmessung zur Ermittlung von Schwebstoffkonzentrationen verwendet werden Dies w rde langfristig eine erhebliche Verbesserung der Quantit t und Qualit t von Schwebstoffkonzentrationsmessungen bedeuten und gleichzeitig den daf r ben tigten Personalbedarf deutlich senken 171 Danksagung Dank zu sagen ist fast so schwer wie eine Doktorarbeit zu verfassen wenn auch nicht ganz so langwierig Die besondere Herausforderung besteht in diesem Fall darin all den vielen
237. ur mit Hilfe der Naturmessungen war es m glich diese R ckstr mung zu dokumentieren Die erhaltenen Informationen dienen jetzt als Grundlage um die bereits gesetzten Ma nahmen gegen die drohende Verlandung des Speichersees zu berdenken und geeignete Alternativprogramme auszuarbeiten Durch die Errichtung von Talsperren und die damit einhergehende Unterbrechung des Feststofftransports kommt es aber auch zu Problemen im Unterwasser des Quer bauwerks Durch den R ckhalt der transportierten Sedimente im Speicher entsteht im Gew sserabschnitt unterhalb der Sperre ein Sedimentdefizit das zu Eintiefungen des Flussbettes ber weite Strecken hinweg f hren kann Die Erosion der Sohle f hrt 2 Aktueller hydromorphologischer Zustand der Flie gew sser zur Absenkung des flussnahen Grundwasserspiegels wodurch Auw lder trocken fal len und Brunnen beeintr chtigt werden k nnen Zudem wird die Standsicherheit aller im oder am Fluss befindlichen Bauwerke wie z B Rohrd ker Br ckenfundamente Ufermauern und Fundamente von D mmen Deichen oder Stauanlagen gef hrdet Dem Ph nomen der Eintiefung kann durch Zugabe von Geschiebe durch die Erm g lichung einer eigendynamischen Aufweitung des Gew ssers Geschiebeeintrag aus den Uferbereichen 2003 sowie durch bauliche Ma nahmen wie der Errich tung von Rampen begegnet werden Auch hier sind Naturmessungen ein wichtiges Instrument zur Erfassung der Sohlenlagen und des Sedimenttransports im
238. us der Tiefe I vom Impul sende empfangen Aus diesem Grund kommt es zu einer berlappung der einzelnen Tiefenzellen wobei der Grad der berlappung vom Verh ltnis der Impulsl nge zur Zellentiefe abh ngig ist Je k rzer die Impulse und je gr er die Zelltiefen desto 40 4 2 ADCP Messtechnik kleiner die berschneidungen Die Situation in Abb entspricht ungef hr einem Verh ltnis von eins In diesem Fall werden die Informationen einer Zelle vor der Mit telwertbildung dreiecksf rmig gewichtet die Werte aus dem Zentrum der Zelle haben also gr ere Bedeutung als die Daten aus den Randbereichen Liegen kurze Impulse und gro e Zelltiefen vor kann die Berechnung der mittleren Flie geschwindigkeiten in den einzelnen Tiefenzellen ohne Wichtung erfolgen Generell werden m glichst kurze Schallimpulse verwendet um eine hohe Tiefenaufl sung zu erhalten 4 2 3 Berechnung der Flie geschwindigkeiten Die messtechnische Erfassung der Flie geschwindigkeiten in einem Querschnitt er folgt in mehreren Schritten Zuerst werden die Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Messger t und den Partikeln in der Str mung gemessen Ist der ADCP w hrend der Messung in Ruhe entsprechen die erfassten Relativwerte den absoluten Str mungsgeschwindigkeiten Bewegt sich der ADCP w hrend der Messung muss diese Bewegung bei der Berechnung der absoluten Flie geschwindigkeiten ber cksichtigt werden 4 2 3 1 Erfassung der relativen Flie geschwindi
239. utzung des Grund wassers und Verhinderung seiner weiteren Verschmutzung und Beitrag zur Minderung der Auswirkungen von berschwemmungen und D rren F r die Erreichung der formulierten Ziele wurde folgender Zeitplan aufgestellt rechtliche Umsetzung bis 2003 Bestandsaufnahme bis 2004 Erstellung von berwachungsprogrammen bis 2006 Aufstellung von Bewirtschaftungspl nen bis 2009 Umsetzung von Ma nahmenprogrammen bis 2012 Ziel ist das Erreichen des guten Zustands aller Wasserk rper bis 2015 Die WRRL wurde 2002 bzw 2003 durch die Novellierung des Wasserhaushaltsgeset zes des Bundes WHG 2002 und des Bayerischen Wassergesetzes Bay WG 1994 in nationales Recht umgesetzt Das Bayerische Wassergesetz regelt unter anderem die Bewirtschaftung der Gew sser des Freistaates Bayern in den Flussgebietseinhei ten Donau Rhein Elbe und Weser Im Jahr 2004 wurde die Bayerische Gew sser bestandsaufnahme und zustandseinstufungsverordnung BayGewZust VO 2004 neu aufgelegt Sie regelt f r oberirdische Gew sser folgende Punkte 4 Lage Grenzen und Zuordnung der Oberfl chenwasserk rper typspezifische Referenzbedingungen 8 5 Zusammenstellung der Gew sserbelastungen und Beurteilung ihrer Auswir kungen 6 Anforderungen an die Einstufung des kologischen Zustands der oberirdi schen Gew sser 12 2 2 Europ ische Wasserrahmenrichtlinie S 7 Anforderungen an die Einstuf
240. ver wendeten Modelle Die folgenden drei Modelle eignen sich besonders bei sandigen bis kiesigen Gew ssersohlen und k nnen relativ einfach an variable Randbedingungen angepasst werden Der Bed Load Transport Meter Arnhem BTMA stammt aus Holland und gilt als Vorbild f r die Entwicklung weiterer Geschiebef nger Der von der Bundesanstalt f r Gew sserkunde BfG entwickelte Geschiebef n ger ist aus dem BTMA hervorgegangen Auch der HELLEY SMITH F nger stellt eine Weiterentwicklung des BTMA dar Messungen zur quantitativen Erfassung des Geschiebetransports sind um einiges an spruchsvoller als Abflussmessungen Der Einbau station rer Anlagen stellt aufgrund des permanenten R ckhalts der Feststoffe in den Bauwerken einen erheblichen Ein griff in den Geschiebehaushalt des Gew ssers dar Negative Auswirkungen auf die morphologische Entwicklung des unterhalb gelegenen Abschnitts sind dabei nicht auszuschlie en Mobile Geschiebemessungen beeinflussen die Gew ssermorphologie zwar nur unwesentlich sind aber mit einem hohen Personalaufwand verbunden Das Einbringen der Messger te ist zudem nicht berall m glich Die Beschr nkung auf kurzzeitige punktuelle Messungen sowie das Problem der Messwertverf lschung auf grund der lokalen Str mungsbeeinflussung durch den Sammler sind weitere Nachteile die die Gewinnung qualitativ hochwertiger Daten erschweren Qualitative Messverfahren Erg nzend zu den soeben beschrieb
241. wasser der Jahresreihe 1840 1975 6 Bayerisches Landesamt f r Wasserwirtschaft Schimpf H und Harreiter H 2001 Feststoffhaushalt der sterreichischen Donau sterreichische Wasser und Abfallwirtschaft 53 11 12 S 276 280 Schleiss A und Oehy Ch 2002 Verlandung von Stauseen und Nachhaltigkeit wasser energie luft 94 7 8 S 227 234 Schmautz M 2003 Figendynamische Aufweitung in einer geraden Gew sserstrecke Berichte des Lehrstuhls und der Versuchsanstalt f r Wasserbau und Wasserwirt schaft Technische Universit t M nchen Simpson M R 2001 Discharge Measurements Using a Broad Band Acoustic Doppler Current Profiler Open File Report 01 1 United States Geological Survey Simpson M R und Oltmann R N 1993 Discharge Measurement System Using an Acoustic Doppler Current Profiler with Applications to Large Rivers and Estu aries Water Supply Paper 2395 United States Geological Survey 179 Literaturverzeichnis Smerdon A M und Caine St J 2007 A Commercial Multi Frequency Acoustic Backscatter Instrument for Profiling of Suspended Sediment Size Distribution and Load in 2007 Hydraulic Measurements amp Experimental Methods Conference Lake Placid USA Environmental amp Water Resources Institute of the American Society of Civil Engineers and International Association of Hydraulic Engineers S 494 499 Steiner H und Moser A 2002 Verlandungs
242. webstoff konzentrationen aufstellen zu k nnen Ob und innerhalb welcher Grenzen die beiden Kalibrierkonstanten A und B aus Glg an Binnengew ssern schwanken wurde bis heute noch nicht untersucht Der korrekte Weg zur ihrer Bestimmung f hrt auf jeden Fall ber ADCP Messungen mit zeitgleich durchgef hrten Vielpunktmessungen der Schwebstoffkonzentrationen im selben Querschnitt Pro ADCP berfahrt k nnen dann anhand der ermittelten Schwebstoffkonzentrationen im Querschnitt die Gr en f r A und B bestimmt wer den Die nderung der Werte ber die Zeit kann bei einer ausreichenden Menge von Messungen dann im Anschluss an die Einzelauswertungen untersucht werden 133 6 ADCP Messungen 400 350 300 250 150 SSC ADCP mgil S oO D Trendlinie 10 log SSC 0 4 El 20 77 R 0 59 r 0 77 a a D k 100 0 100 200 300 400 El dB SSC Proben mg l Abbildung 6 37 Aus den ADCP Echointensit ten berechnete Schwebstoffkonzentrationen 6 2 6 Zusammenfassung der Ergebnisse An der Nu dorfer Br cke am Inn 500 m oberhalb des Kraftwerks Nu dorf bei Fkm 198 7 wurden w hrend zwei Hochwasserereignissen ADCP Messungen durch gef hrt Diese Messeins tze im Juli und im August 2005 haben wertvolle Erkenntnisse ber die hydromorphologischen Vorg nge w hrend Hochwasser die M glic
243. weg auch durch extern erfasste Lagedaten berschrieben werden um korrekte Ergebnisse zu erhalten Des Weiteren k nnen auch station re ADCP Messungen durchgef hrt werden In diesem Fall ist die Eigengeschwindigkeit des ADCP gleich Null und alle erfassten Relativgeschwindigkeiten sind zugleich die vorhandenen Absolutgeschwin digkeiten Ist der reale Messpfad des ADCP bekannt so erlaubt der Vergleicht mit dem aus den BT Daten berechneten vermeintlichen Messweg R ckschl sse auf die Geschiebebewegung im Messquerschnitt Rennie et al 2002 UG VaGPS VBT 4 23 UG Geschiebegeschwindigkeit m s vacps mittels dGPS erfasste Geschwindigkeit des ADCP ber Grund m s UBT mittels Bottom Track erfasste Geschwindigkeit des ADCP ber Grund m s Die Geschwindigkeit des Geschiebes kann nach Glg berechnet werden In den meisten F llen werden aber Daten ber den Geschiebetrieb in Menge pro Zeitein 69 4 Ultraschall Doppler Technik heit ben tigt Dieser kann unter Verwendung folgenden Zusammenhangs berechnet werden p vg da ps 1 Pp 4 24 9 Geschiebetrieb kg m s ug Geschiebegeschwindigkeit m s da M chtigkeit der transportierten Schicht m ps Dichte des Geschiebematerials kg m p Porosit t des Geschiebematerials Obwohl die beiden Gr en da und p in den wenigsten F llen bekannt sind k nnen sie nach Rennie et al aufgrund ihrer geringen Varianz relativ gut abgesch tzt w
244. wertung und Bearbeitung zur Verf gung ge stellt Der ADCP war auf einem Katamaran aus Aluminium befestigt Ebenfalls auf 110 6 2 ADCP Messungen am bayerischen Inn Q m s WSP m NN 3000 479 Stauziel KW Oberaudorf ADCP Messungen m a a oo gt m a ee du s r T T T 22 08 2005 23 08 2005 24 08 2005 25 08 2005 KW Oberaudorf Fkm 211 3 OW WSP KW Oberaudorf Pegel Rosenheim Fkm 185 5 KW Nu dorf Fkm 198 7 seee OW WSP KW Nu dorf Abbildung 6 21 Zeitpunkt der ADCP Messungen w hrend des Hochwassers im August 2005 dem Boot befanden sich eine GPS Antenne zur Erfassung des Messpfads und der Messlaptop Abb 6 22 Eine zweite station re GPS Antenne am Ufer diente als Re ferenzstation Kap 4 2 3 3 Die GPS Daten wurden w hrend der Messungen separat abgespeichert und im Zuge der Datenauswertung in den ASCII Dateien erg nzt 6 2 4 Durchf hrung der ADCP Messungen Wie in Abb und Abb zu sehen ist erreichten beide Hochwasserwellen in der Nacht ihre Scheitelabfl sse Aus Sicherheitsgr nden konnten deshalb die Maxi malabfl sse nicht erfasst werden Messbedingungen Im Juli wurden w hrend des ablaufenden Astes der Hochwasserwelle zwei ADCP Messungen mit jeweils mehreren berfahrten durchgef hrt Abb 16 20 Auch im August konnten erst w hrend des absteigenden Astes der Hochwasserwelle ADCP Messungen durchgef hrt werden Der Zeitpunkt d
245. zu friedenstellende Genauigkeit der aufgezeichneten Messwerte auf Die AGPS Technik bietet den Vorteil dass die Daten direkt in die ADCP Dateien implementiert werden k nnen Dies erm glicht zum Einen eine sofortige Kontrolle der Messdaten noch w h rend der Messung und zum Anderen die Ber cksichtigung der Daten im Zuge einer weiteren Datenauswertung mit Programmen die nur die ADCP Rohdaten einlesen k nnen Als Nachteil muss erw hnt werden dass die GPS Antennen permanenten Kontakt zu mindestens vier Satelliten ben tigen Am Inn kam es im Bereich der Ufer aus diesem Grund zu tempor ren L cken in den Datens tzen In engen T lern bei dichter Bebauung oder bei schm leren Gew ssern mit Uferbewuchs muss daher mit Problemen bei der Aufzeichnung von GPS Daten gerechnet werden Bei Referenzierung der Datens tze auf die extern erfassten Lageinformationen war die Genauigkeit der Abflussergebnisse an beiden Gew ssern zufriedenstellend Trotz der teils schwierigen Messbedingungen lieferten die ADCP Daten im Vergleich mit anderen zur Verf gung stehenden Daten stets eine gute bereinstimmung In diesem Zusammenhang sei noch erw hnt dass die Durchf hrung von ADCP Messungen nur einen Bruchteil der Zeit ben tigt die beispielsweise Fl gelmessungen in Anspruch nehmen und dabei eine viel h here Datendichte liefert als herk mmliche Messverfah ren Auch die jeweiligen Sohlh hen in den Messquerschnitten konnten an beiden Gew s sern erfolg
246. zwischen 10 Hz und 1 MHz 2001 4 1 2 Der Doppler Effekt Bei homogen schallleitenden Medien erfolgt die Schallausbreitung wenn sich die Schallquelle und das Medium in Ruhe befinden in alle Richtungen symmetrisch Bewegt sich der Sender im Medium oder bewegt sich das Medium um den Erreger so sind die Kreise der Druckwellen nicht mehr konzentrisch die Wellenl nge und damit auch die Frequenz ndern sich Abb 1 34 4 1 Physikalische Grundlagen Abbildung 4 1 Doppler Effekt bei bewegtem Sender Aber auch wenn sich die Position des Beobachters Empf ngers relativ zur Schall quelle ndert kommt es zur Doppler Verschiebung Abb 2 Ist die linke Person in Abb in Ruhe ziehen an ihr in der Zeit AT Ta T vier Wellenberge des aus gesendeten Signals vorbei Bewegt sich die linke Person hingegen auf die Schallquelle zu ziehen an ihr in der gleichen Zeit sieben Wellenberge vorbei die Frequenz ist also gr er Dieses im Alltag oft auftretende Ph nomen der Frequenzverschiebung wird nach sei nem Entdecker Doppler Verschiebung genannt Simpson 2001 Der Unterschied zwischen ausgesendeter und empfangener Frequenz aufgrund von Relativbewegungen des Senders des Empf ngers oder des leitenden Mediums wird mit folgender Formel berechnet Boruckil ct vg cosa vum Cosd fg 4 2 IE Js c vg cosp vm cos 2 fe vom Empf nger wahrgenommene Frequenz fs ausgesendete Frequenz 4

Erfassung hydromorphologischer Vorgänge bei Hochwasser mit

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Erfassung hydromorphologischer Vorgänge bei Hochwasser mit