Entwicklung eines Verfahrens zur zweidimensionalen Messung der Strömungsgeschwindigkeit der Wasseroberfläche von Flüssen mittels Radar zur Bestimmung von Durchflussmengen

• Applicant: Dr. Nicole Braun
• Subject Area: Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
• Term: from 2005 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5454282

Ziel dieses Vorhabens ist es, mit Hilfe eines Radarmesssystems die Strömung an der Wasseroberfläche von Flüssen flächenhaft zu vermessen. Die so gewonnenen Oberflächenströmungen sollen für die Ermittlung von Durchflussmengen genutzt werden. Das verwendete Messsystem besteht aus einem X-Band Radar, das den Doppler- Versatz des Radarsignals für jede Entfernungszelle entlang des Radarstrahls abtastet. Die Messungen werden bei verschiedenen Azimut-Winkeln von zwei Positionen aus durchgeführt, um daraus zweidimensionale Bewegungsfelder zu errechnen. Zur Ermittlung der Oberflächenströmung muss der Einfluss des Windes auf die Bewegung der Wasseroberfläche ermittelt und von der vom Radar gemessenen Gesamtbewegung der Wasseroberfläche abgezogen werden. Die Bestimmung dieses Windeinflusses auf die Radar- Rückstreuung von der Wasseroberfläche und der daraus errechnete Doppler-Versatz bei unterschiedlichen Windsituationen (Windrichtung relativ zum Flusslauf, Windgeschwindigkeit, Temperaturdifferenz Luft/Wasser, Homogenität des Windfeldes) bildet den Schwerpunkt der im Rahmen des beantragten Projektes vorgesehenen Untersuchungen. Dazu werden bei verschiedenen Windsituationen Feldexperimente durchgeführt. Neben den Radarmessungen wird das Strömungsprofil entlang des Flussquerschnitts mit Hilfe von Ultraschall-Messungen von Bord eines Bootes aus vermessen. Der Teil dieses Profils, der die Strömung an der Oberfläche repräsentiert, dient zur Validierung der aus den Radarmessungen gewonnenen Strömungen. Im Messbereich des Radars wird sowohl der Flussquerschnitt als auch die Topographie der angrenzenden Uferbereiche bestimmt, die im Falle eines Hochwassers überschwemmt werden. Aus den gewonnenen Oberflächenströmungen bei bekanntem Flussquerschnitt werden mit Hilfe eines bestehenden Modells (SIMK-Kalibrierverfahren) exemplarisch Durchflussmengen errechnet und mit den aus akustischen Messungen gewonnenen Durchflussmengen verglichen. Die Möglichkeiten und Grenzen der Anwendung eines Radars zur Messung von Oberflächenströmungen werden untersucht und eine Abschätzung zur Eignung dieses Verfahrens für den automatischen Messbetrieb wird gegeben.

• DFG Programme: Research Grants