How to measure stream flow rate/de

Diese Seite beschreibt einfache Methoden zur Bestimmung des Durchflusses kleiner Bäche und Flüsse sowie andere Hilfsmittel, die zu diesem Zweck verwendet werden können.

Der Volumenstrom ist das Gesamtvolumen einer Flüssigkeit, das innerhalb einer bestimmten Zeit an einem festen Punkt in einem Fluss oder Bach vorbeifließt. Er ist vergleichbar mit der Geschwindigkeit, mit der ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen strömt (siehe Abbildung 1). Volumenströme können in verschiedenen Volumen/Zeit-Einheiten gemessen werden, zum Beispiel:

• Liter pro Sekunde (l/s)
• Kubikfuß pro Sekunde (ft³/s)
• Gallonen pro Minute (gal/min)
• Kubikmeter pro Sekunde (m³/s)

Haushaltsübliche Geräte oder spezielle Messgeräte können zur Bestimmung der Durchflussmengen von Rohren, Abwassersystemen und Haushaltsgeräten verwendet werden. Durchflussdaten werden für Kleinwasserkraftanlagen , Abwassersysteme , Regenwassernutzung , Wasserbilanzierung , Absetzraten, Grundwasserstatistiken und andere wasserbezogene Informationen genutzt. Zur Bestimmung des Durchflusses größerer Gewässer wie Flüsse oder hinter Staudämmen werden Messgeräte eingesetzt. ^{[ 1 ]}

Die Eimermethode ist eine einfache Möglichkeit, die Durchflussrate mithilfe von Haushaltsgegenständen zu messen. Man benötigt dazu eine Stoppuhr, einen großen Eimer und idealerweise zwei bis drei Personen. So messen Sie die Durchflussrate mit der Eimermethode:

1. Messen Sie das Volumen des Eimers oder Behälters. Bedenken Sie, dass ein typischer 5-Gallonen-Eimer oft weniger als 5 Gallonen fasst.
2. Suchen Sie entlang des Bachlaufs nach einer Stelle mit einem Wasserfall. Falls sich keiner finden lässt, kann mithilfe eines Wehrs ein Wasserfall künstlich errichtet werden (siehe Abbildung 4).
3. Messen Sie mit einer Stoppuhr, wie lange der Wasserfall braucht, um den Eimer mit Wasser zu füllen. Starten Sie die Stoppuhr gleichzeitig mit dem Beginn des Füllvorgangs und stoppen Sie sie, sobald der Eimer voll ist. Halten Sie den Eimer nicht unter die Wasseroberfläche, um ihn zu füllen, da dies nicht der tatsächlichen Durchflussmenge entspricht.
4. Notieren Sie die Zeit, die zum Füllen des Eimers benötigt wird.
5. Wiederholen Sie die Schritte zwei und drei etwa sechs- bis siebenmal und bilden Sie den Durchschnitt. Es empfiehlt sich, einige Probeläufe durchzuführen, bevor Sie Daten aufzeichnen, um ein Gefühl für die benötigten Zeitabläufe und Messungen zu bekommen.
6. Daten sollten nur dann gelöscht werden, wenn größere Probleme auftreten, wie z. B. Treibgut aus dem Bach, das den Wasserfluss behindert.
7. Die Durchflussrate ist das Volumen des Eimers geteilt durch die durchschnittliche Zeit, die zum Füllen des Eimers benötigt wurde. ^{[ 2 ]}

Hier ein Beispiel anhand von Daten zur Durchflussrate des Jolly Giant Creek auf dem Gelände der Cal Poly Humboldt : Mit diesen Daten ergibt sich die volumetrische Durchflussrate (Q) aus dem Volumen des Eimers (V) geteilt durch die durchschnittliche Zeit (t).

Die Schwimmkörpermethode (auch Querschnittsmethode genannt) dient zur Messung der Durchflussmenge größerer Bäche und Flüsse. Sie wird berechnet, indem die Querschnittsfläche des Gewässers mit der Fließgeschwindigkeit multipliziert wird. Zur Messung der Durchflussmenge mit der Schwimmkörpermethode:

1. Suchen Sie eine Stelle im Bachlauf, die als Querschnitt des Bachlaufs dienen soll.
2. Messen Sie mithilfe eines Meterstabs oder eines anderen Messinstruments die Tiefe des Bachs in gleichen Abständen entlang seiner Breite (siehe Abbildung 3). Diese Methode ähnelt der manuellen Berechnung einer Riemann-Summe für die Breite des Flusses.
3. Sobald diese Daten erfasst sind, multipliziert man jede Tiefenmessung mit dem jeweiligen Messintervall und addiert alle Werte. Diese Berechnung ergibt die Fläche eines Bachquerschnitts.
4. Wählen Sie eine Länge des Bachlaufs, typischerweise länger als die Breite des Flusses, um einen schwimmenden Gegenstand hinunterzuspülen (Orangen eignen sich hervorragend). ^{[ 3 ]}
5. Messen Sie mit einer Stoppuhr die Zeit, die der Schwimmer benötigt, um die gesamte Strecke des Bachs von Schritt 4 an zurückzulegen.
6. Wiederholen Sie Schritt fünf 5-10 Mal und ermitteln Sie die durchschnittliche Zeit, die der Schwimmkörper für die Strecke durch den Bach benötigt. Werfen Sie den Schwimmkörper in unterschiedlichen Entfernungen vom Ufer ins Wasser, um einen genaueren Durchschnittswert zu erhalten.
7. Um die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit zu bestimmen, teilt man die in Schritt 4 ermittelte Strömungslänge durch die in Schritt 6 ermittelte mittlere Zeit.
8. Die in Schritt 7 ermittelte Geschwindigkeit muss mit einem Reibungskorrekturfaktor multipliziert werden. Da die Strömung an der Oberfläche eines Bachs aufgrund der Reibung am Bachbett schneller ist als am Grund, gleicht der Reibungskorrekturfaktor die Strömung aus. Bei rauem oder felsigem Grund multiplizieren Sie die Geschwindigkeit mit 0,85. Bei glattem, schlammigem, sandigem oder glattem Felsgrund multiplizieren Sie die Geschwindigkeit mit einem Korrekturfaktor von 0,9.
9. Die korrigierte Geschwindigkeit multipliziert mit der Querschnittsfläche ergibt den Volumenstrom pro Zeiteinheit. (Achten Sie darauf, bei der Messung des Querschnitts und der Geschwindigkeit einheitliche Längen-/Abstandseinheiten zu verwenden, z. B. Meter, Fuß.)

Wehre sind kleine Dämme, die zur Messung des Durchflusses kleiner bis mittelgroßer Bäche (einige Meter oder breiter) eingesetzt werden können. Sie lassen überschüssiges Wasser über die Wehrkrone fließen und bilden so einen Wasserfall (siehe Abbildung 4). Wehre erhöhen den Höhenunterschied und sorgen so für einen gleichmäßigeren Wasserfluss, was präzisere Durchflussmessungen ermöglicht. Wichtig ist jedoch, dass das gesamte Wasser des Bachs in das Wehr geleitet wird, damit der Durchfluss korrekt erfasst wird. Außerdem muss verhindert werden, dass sich Sedimente hinter dem Wehr ablagern. Scharfkantige Wehre eignen sich am besten. Es gibt viele verschiedene Wehrtypen, darunter breitkantige Wehre, scharfkantige Wehre, Kombinationswehre, V-förmige Wehre und Wehre mit minimalem Energieverlust.

Durchflussmesser sind Geräte, die den Durchfluss in einem Gewässer durch direkte Messung der Strömung erfassen. Es gibt viele verschiedene Arten von Durchflussmessern, die gebräuchlichsten sind jedoch der Zwergdurchflussmesser, der Wirbeldurchflussmesser, die Durchflusssonde und der Strömungsmesser, die im Folgenden beschrieben werden:

• Wikipedia:Volumetrischer Durchfluss
• Volumenstrommessung