Abflussmessung

Meistens wird der Abfluss nicht direkt gemessen, sondern über die gemessene Wassertiefe berechnet, da dieser eine Funktion der Wassertiefe ist. Kleine Abflüsse wie an Quellen können auch direkt gemessen werden, z. B. mit einem Eimer und einer Stoppuhr.
Für Abflüsse, die sich mit der o. g. Methode nicht messen lassen, da sie zu groß sind, gibt es standardisierte Profile, die in das Gewässer oder Gerinne eingebaut werden. Am bekanntesten ist das Thompsonwehr, bei dem der Abfluss nur vom Öffnungswinkel und der Überfallhöhe abhängt. Da der Öffnungswinkel konstant ist, ist der Abfluss letztendlich nur von der Überfallhöhe abhängig.
Abflüsse in großen unregelmäßigen und evtl. gegliederten Querschnitten werden über die Wassertiefe berechnet. Die Wassertiefe wird an Lattenpegeln, Druckluftpegeln und Schwimmerschreibpegeln abgelesen. Die letzten beiden Pegel schreiben den Wasserstand kontinuierlich auf Registrierpapier auf. Sie eignen sich daher für abgelegene Orte, wo tägliche Ablesungen nicht möglich sind. Bei Lattenpegeln muss täglich abgelesen werden.
Um bei diesen Querschnitten aus der Wassertiefe den Abfluss berechnen zu können, muss die Form / Geometrie des Querprofils senkrecht zur Fließrichtung vermessen werden. Nach der Formel von Manning-Strickler lässt sich der Abfluss (Q) dann wie folgt berechnen:

Q = v × A in m³/s

v = kST × rhy2/3 × I0.5 in m/s

kST = Rauigkeitsbeiwert in m1/3/s
rhy = hydraulischer Radius in m2/3
I = Wasserspiegelgefälle (i. d. R.  parallel dem Sohlgefälle) in m/1000 m bzw. ‰
A = Profilquerschnitt senkrecht zur Fließrichtung in m²

Flügelmessung

Auch in unregelmäßigen Querschnitten kann man Abflüsse messen. Dazu wird die Flügelmessung verwendet. Je nach Wassertiefe und Strömung im Gewässer stellt man sich dazu ins Gewässer, macht die Messung vom Boot oder von der Brücke aus oder verwendet eine Seilkrananlage. Dazu wird die Gewässerbreite mit dem Maßband gemessen und die Lage der Messlotrechten, die im Uferbereich dichter sind, festgelegt und mit Kreide auf dem Maßband markiert.

Zweipunktmethode

Bei der Zweipunktmethode wird die Fließgeschwindigkeit in 20 % und in 80 % der Wassertiefe der Messlotrechten gemessen. Dazu wird die Anzahl der Umdrehungen n des Messflügels in einer bestimmten Zeit (z. B. 100 s) gezählt. Aus der flügeleigenen Eichformel (z. B. v = 0,1028 x n + 0,015) wird durch Einsetzen der Umdrehungen n pro Sekunde die Fließgeschwindigkeit an diesem Punkt berechnet. Die mittlere Geschwindigkeit vm einer Messlotrechten erhält man durch Mittelwertbildung der beiden gemessenen Geschwindigkeiten in 20 % und 80 % Tiefe. Trägt man die Geschwindigkeiten senkrecht zur Messlotrechten auf, erhält man die Geschwindigkeitsfläche der Messlotrechten.

Die halbe Breite b zwischen den zwei benachbarten Messlotechten, multipliziert mit der Tiefe t und der mittleren Geschwindigkeit vm ergibt den Abfluss ΔQ an der Messlotrechten. Durch Aufsummieren von ΔQ erhält man den Gesamtabfluss Q.

Durch rechnerische Verfahren, wie z. B. die Simpsonformel oder durch Polynome dritten Grades, die zwischen den benachbarten Messlotrechten angepasst werden, lässt sich die Geschwindigkeitsfläche für das Querprofil berechnen.

Bsp. einer Abflussmessung nach dem Zweipunkt-Verfahren in 0,8 und 0,2 t
Stat. t
in m
b
in m
A=b×t
in m²
Messung in vm
in m/s
ΔQ in m³/s
0,8 t 0,2 t
U in
100 s
0,8 t
in m
v0,8
in m/s
U
in 100 s
0,2 t
in m
v0,2
in m/s
10,40 0,30                    
10,60 0,38 0,18 0,0665 154 0,34 0,17 84 0,08 0,10 0,14 0,009
10,75 0,41 0,15 0,0615 186 0,33 0,21 118 0,08 0,14 0,18 0,011
10,90 0,40 0,23 0,0900 224 0,32 0,25 140 0,08 0,16 0,21 0,018
11,20 0,35 0,40 0,1400 268 0,28 0,29 210 0,07 0,23 0,26 0,036
11,70 0,31 0,50 0,1550 292 0,25 0,32 214 0,06 0,23 0,28 0,043
12,20 0,31 0,50 0,1550 328 0,25 0,35 198 0,06 0,22 0,29 0,044
12,70 0,30 0,50 0,1550 324 0,24 0,35 226 0,06 0,25 0,30 0,047
13,20 0,27 0,50 0,1350 362 0,22 0,39 224 0,05 0,25 0,32 0,043
13,70 0,26 0,50 0,1300 381 0,21 0,41 264 0,05 0,29 0,35 0,046
14,20 0,29 0,40 0,1160 320 0,23 0,34 236 0,06 0,26 0,30 0,035
14,50 0,30 0,23 0,0675 258 0,24 0,28 192 0,06 0,21 0,25 0,017
14,65 0,31 0,13 0,0388 220 0,25 0,24 198 0,06 0,22 0,23 0,009
14,75 0,28 0,13 0,0350 156 0,22 0,18 118 0,06 0,14 0,16 0,006
14,90 0,21                    
                       
    ΣA 1,3453             ΣQ 0,364

b = 4,50 m
tm = A / b = 1,3453 / 4,50 = 0,30 m
tmax = 0,41 m
v = Q / A = 0,364 / 1,3453 = 0,27 m/s
vo = 0,41 m / s
v / vo = 0,27 / 0,41 = 0,658 ≈ 2/3

Vielpunktmethode

Bei der Vielpunktmethode wird wie bei der Zweipunktmethode verfahren, nur mit dem Unterschied, dass man sich nicht auf zwei Messungen in einer Messlotrechten beschränkt, sondern in gleiche Tiefenabschnitte unterteilt. Für jedes Teilstück werden die Flügelumdrehungen je 100 Sekunden gezählt. Die entsprechenden v-Werte werden durch Einsetzen in jedem Flügel eigene Eichformel berechnet. Die berechneten v-Werte werden über der Tiefe t aufgetragen und die Geschwindigkeitsfläche fv nach der Additionsmethode berechnet. Daraus lässt sich die mittlere Geschwindigkeit vm = fv / t berechnen.

Auswertung

NQ, MQ, HQ in m³/s
NNQ, MNQ, MHQ in m/s
Nq, Mq, Hq, NNq, MNq, MHq in l / (s × ha)