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=Querschnitt und Fließgeschwindigkeit= | ==Querschnitt und Fließgeschwindigkeit== | ||
==Querschnitt== | ===Querschnitt=== | ||
Die Querschnittsmessung erfolgt an einer geeigneten Messstelle, an der möglichst laminare Fließbedingungen herrschen und ein Querschnitt durch punktuelle Messungen der Wassertiefe möglichst genau dargestellt werden kann. Dazu wird zunächst die Breite des Flussbettes b gemessen und dann in regelmässigen Abständen (je nach Breite, z.B. alle 5 cm) die Wassertiefe h ermittelt. Die Querschnittsfläche A ergibt sich aus | Die Querschnittsmessung erfolgt an einer geeigneten Messstelle, an der möglichst laminare Fließbedingungen herrschen und ein Querschnitt durch punktuelle Messungen der Wassertiefe möglichst genau dargestellt werden kann. Dazu wird zunächst die Breite des Flussbettes b gemessen und dann in regelmässigen Abständen (je nach Breite, z.B. alle 5 cm) die Wassertiefe h ermittelt. Die Querschnittsfläche A ergibt sich aus | ||
[[File:Abflussmessung.png|mini|hochkant=1]] | [[File:Abflussmessung.png|mini|hochkant=1]] | ||
==Fließgeschwindigkeit== | ===Fließgeschwindigkeit=== | ||
Die Fließgeschwindigkeit kann entweder direkt, zum Beispiel mit einem hydrometrischen Messflügel, schwimmenden Festkörper oder durch Tracermethoden bestimmt werden. | Die Fließgeschwindigkeit kann entweder direkt, zum Beispiel mit einem hydrometrischen Messflügel, schwimmenden Festkörper oder durch Tracermethoden bestimmt werden. | ||
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=Tracer: Salz­verdünnungs­methode= | ==Tracer: Salz­verdünnungs­methode== | ||
In Gebirgsbächen ist die direkte Messmethode oft durch turbulente Fliessbedingungen, starkes Gefälle oder einen geringen Wasserstand erschwert. Hier eignen sich Durchflussmessungen mit Tracern. Tracer sind meist flüssige Markierungsstoffe, welche oberhalb der Messstelle eingegeben werden und deren Ankunftszeit nach Durchmischung in verdünnter Konzentration an der Messtelle dokumentiert wird. | In Gebirgsbächen ist die direkte Messmethode oft durch turbulente Fliessbedingungen, starkes Gefälle oder einen geringen Wasserstand erschwert. Hier eignen sich Durchflussmessungen mit Tracern. Tracer sind meist flüssige Markierungsstoffe, welche oberhalb der Messstelle eingegeben werden und deren Ankunftszeit nach Durchmischung in verdünnter Konzentration an der Messtelle dokumentiert wird. | ||
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==Elektrische Leitfähigkeit der Hintergrundkonzentration== | ===Elektrische Leitfähigkeit der Hintergrundkonzentration=== | ||
Durch mineralischen Eintrag liegt eine Hintergrundkonzentration von Salzen vor, welche bereits einen Ausgangswert der Leitfähigkeit ''Lf<sub>0</sub>'' > 0 bedingen. Um die durch die Salzkonzentration erhöhte Leitfähigkeit bestimmen zu können, muss die im Gewässer vorhandene Leitfähigkeit ''Lf<sub>0</sub>'' bestimmt und später vom Messwert ''Lf'' abgezogen werden. | Durch mineralischen Eintrag liegt eine Hintergrundkonzentration von Salzen vor, welche bereits einen Ausgangswert der Leitfähigkeit ''Lf<sub>0</sub>'' > 0 bedingen. Um die durch die Salzkonzentration erhöhte Leitfähigkeit bestimmen zu können, muss die im Gewässer vorhandene Leitfähigkeit ''Lf<sub>0</sub>'' bestimmt und später vom Messwert ''Lf'' abgezogen werden. | ||
==Erstellung einer Kalibrierungsgerade== | ====Erstellung einer Kalibrierungsgerade==== | ||
Die Leitfähigkeit kann in Salzkonzentration umgerechnet werden, wenn eine annähernd lineare Beziehung angenommen wird. Zu einer bestimmten Menge Wasser (z.B. 10 l) wird schrittweise eine geringe Menge Salz (z.B. 5 g) zugegeben, durch Rühren aufgelöst, und dann die Leitfähigkeit ''Lf'' bestimmt (Tabelle 1). Nach Abzug der Hintergrundleitfähigkeit ''Lf<sub>0</sub>'' von den Messwerten ''Lf<sub>i</sub>'', kann der Anstieg der Leitfähigkeit mit steigender Tracerkonzentration ''c'' [g/l] durch eine lineare Regressionsgerade m oder durch Mittlung der einzelnen Werte wie folgt ermittelt werden: | Die Leitfähigkeit kann in Salzkonzentration umgerechnet werden, wenn eine annähernd lineare Beziehung angenommen wird. Zu einer bestimmten Menge Wasser (z.B. 10 l) wird schrittweise eine geringe Menge Salz (z.B. 5 g) zugegeben, durch Rühren aufgelöst, und dann die Leitfähigkeit ''Lf'' bestimmt (Tabelle 1). Nach Abzug der Hintergrundleitfähigkeit ''Lf<sub>0</sub>'' von den Messwerten ''Lf<sub>i</sub>'', kann der Anstieg der Leitfähigkeit mit steigender Tracerkonzentration ''c'' [g/l] durch eine lineare Regressionsgerade m oder durch Mittlung der einzelnen Werte wie folgt ermittelt werden: | ||
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{| class="wikitable gelände" style="border: 1px solid black" | | {| class="wikitable gelände" style="border: 1px solid black" | | ||
|+ class="farbe1" |<span style="color: black">Tabelle 1: Messwerte zur Erstellung der Kalibrierungsgerade</span> | |+ class="farbe1" |<span style="color: black">Tabelle 1: Messwerte zur Erstellung der Kalibrierungsgerade</span> | ||
| | | class="farbe1" coolspan="3" |'''Messung (i''') | ||
| | | class="farbe1" coolspan="3" |'''Tracerzugabe [g]''' | ||
| | | class="farbe1" coolspan="3" |'''Tracergesamtmenge [g]''' | ||
| | | class="farbe1" coolspan="3" |'''Tracerkonzentration c [g/l]''' | ||
| | | class="farbe1" coolspan="3" |'''Elektrische Leitfähigkeit ''Lf'' [mS/cm]''' | ||
| | | class="farbe1" coolspan="3" |'''''Lf'' – ''Lf<sub>0</sub>'' [mS/cm]''' | ||
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==Eingabemenge des Tracers== | ===Eingabemenge des Tracers=== | ||
Die für die Durchflussmessung benötigte Tracermenge ist in erster Linie von der Größe des Durchflusses abhängig. Wird als Tracer Kochsalz NaCl eingesetzt, wird für die Messung eines Durchflusses von ''Q'' = 1 m<sup>3</sup>/s eine Salzmenge von 10 kg benötigt. Wenn längere Durchmischungsstrecken erforderlich werden, weil lange Fließzeiten vorliegen und/oder Retentionsräume auf der Fließstrecke vorhanden sind, müssen höhere Salzmengen eingesetzt werden. Ebenso sind höhere Salzmengen erforderlich, wenn bereits die Hintergrundkonzentration im Gewässer hoch ist, damit sich der durch die Salzeingabe hervorgerufene Gang der Leitfähigkeitswerte eindeutig von der Hintergrundleitfähigkeit abhebt. Das eingegebene Lösungsvolumen darf die Abflussmenge nicht beeinflussen. Die Eingabe erfolgt möglichst rasch. | Die für die Durchflussmessung benötigte Tracermenge ist in erster Linie von der Größe des Durchflusses abhängig. Wird als Tracer Kochsalz NaCl eingesetzt, wird für die Messung eines Durchflusses von ''Q'' = 1 m<sup>3</sup>/s eine Salzmenge von 10 kg benötigt. Wenn längere Durchmischungsstrecken erforderlich werden, weil lange Fließzeiten vorliegen und/oder Retentionsräume auf der Fließstrecke vorhanden sind, müssen höhere Salzmengen eingesetzt werden. Ebenso sind höhere Salzmengen erforderlich, wenn bereits die Hintergrundkonzentration im Gewässer hoch ist, damit sich der durch die Salzeingabe hervorgerufene Gang der Leitfähigkeitswerte eindeutig von der Hintergrundleitfähigkeit abhebt. Das eingegebene Lösungsvolumen darf die Abflussmenge nicht beeinflussen. Die Eingabe erfolgt möglichst rasch. | ||
==Durchmischungsstrecke wählen== | ===Durchmischungsstrecke wählen=== | ||
Folgende Faustregeln gelten für den Versuchsaufbau | Folgende Faustregeln gelten für den Versuchsaufbau | ||
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</math> | </math> | ||
==Zeitintervall für die Messungen der Leitfähigkeit festlegen== | ===Zeitintervall für die Messungen der Leitfähigkeit festlegen=== | ||
Das Zeitintervall zwischen den Leitfähigkeitsmessungen ''dt'' sollte klein genug gewählt werden, um Änderungen und Spitzenwerte möglichst genau zu erfassen. Nach Abklingen der Spitzenwerte, kann das Zeitfenster erweitert werden - bei Bedarf mehrmals. Der Zeitpunkt der Umstellung des Zeitintervalls muss notiert werden, um die Durchgangskurve richtig zu berechnen. | Das Zeitintervall zwischen den Leitfähigkeitsmessungen ''dt'' sollte klein genug gewählt werden, um Änderungen und Spitzenwerte möglichst genau zu erfassen. Nach Abklingen der Spitzenwerte, kann das Zeitfenster erweitert werden - bei Bedarf mehrmals. Der Zeitpunkt der Umstellung des Zeitintervalls muss notiert werden, um die Durchgangskurve richtig zu berechnen. | ||
==Messung und Erstellung der Durchgangskurve== | ===Messung und Erstellung der Durchgangskurve=== | ||
Für die Messung der Durchgangskurve dient Tabelle 2 als Vorlage. Die Tracerkonzentration ''c(t)'' [mg/l] wird dabei im Nachhinein aus der gemessenen Leitfähigkeit minus der Hintergrundleitfähigkeit ''Lf'' – ''Lf<sub>0</sub>'' anhand des Umrechnungsfaktors aus der Kalibrierungsgeraden m berechnet. | Für die Messung der Durchgangskurve dient Tabelle 2 als Vorlage. Die Tracerkonzentration ''c(t)'' [mg/l] wird dabei im Nachhinein aus der gemessenen Leitfähigkeit minus der Hintergrundleitfähigkeit ''Lf'' – ''Lf<sub>0</sub>'' anhand des Umrechnungsfaktors aus der Kalibrierungsgeraden m berechnet. | ||
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==Berechnung der Abflusmenge== | ===Berechnung der Abflusmenge=== | ||
Unter der Annahme, dass die Abflussmenge ''Q'' [m<sup>3</sup>/s] konstant ist, ergibt sich ''Q'' aus der eingegebenen Tracermenge ''M'' [mg] und dem Integral der gemessenen Tracermenge ''c(t)'' [mg/m<sup>3</sup>] multipliziert mit dem jeweiligen Zeitintervall ''dt'' [s]. | Unter der Annahme, dass die Abflussmenge ''Q'' [m<sup>3</sup>/s] konstant ist, ergibt sich ''Q'' aus der eingegebenen Tracermenge ''M'' [mg] und dem Integral der gemessenen Tracermenge ''c(t)'' [mg/m<sup>3</sup>] multipliziert mit dem jeweiligen Zeitintervall ''dt'' [s]. | ||
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<br />Q = 1.25 x 10<sup>-4</sup> m<sup>3</sup>/s | <br />Q = 1.25 x 10<sup>-4</sup> m<sup>3</sup>/s | ||
=Referenzen= | ==Referenzen== | ||
=Weiterführende Indormationen und Literatur= | ==Weiterführende Indormationen und Literatur== | ||
=AutorInnen= | ==AutorInnen== | ||
{{Vorlage:Autor|1= Julia Holzmüller, Andrea Mazon, Miriam Dühnforth}} | {{Vorlage:Autor|1= Julia Holzmüller, Andrea Mazon, Miriam Dühnforth}} | ||
[[Kategorie: Gelände Methoden]] | [[Kategorie: Gelände Methoden]] |
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