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Turm des Gezeitenmessers in St. Malo

EIN Gezeitenmessgerät ist ein Instrument zu Wasserstand messen.

Methoden zur Messung des Wasserstands

Um alle hydrographischen Messungen auf eine bestimmte Bezugsebene zurückzuführen, muss in Gezeitengebieten ein Gezeitenmesser verwendet werden. Die Messung des Wasserstands kann auf folgende Weise erfolgen:

• Spur;
• Digitaler Füllstandsmesser (DNM);
• Elektrisches Messgerät;
• Druckmessung;
• Rückecholot;
• Radar-Füllstandsmesser (RNM);
• Schritt für Schritt Anleitung;

Spur

Spur

Den Wasserstand lässt sich am einfachsten mit a ablesen Spur. Ein nicht-registrierender Pegel besteht in der Regel aus einer emaillierten Stahlplatte mit Zentimeterteilung, die, an einem Mast oder einer Kaimauer befestigt, senkrecht im Wasser steht, so dass die Höhe des Wasserstand kann relativ zu einer bestimmten Referenzebene gelesen werden. Nachteilig ist jedoch, dass eine kontinuierliche Erfassung des Wasserstandes zumindest ohne visuelle menschliche Überwachung nicht möglich ist. Infolgedessen ist das nicht registrierende Messgerät für die Durchführung einer hydrographischen Vermessung eigentlich völlig ungeeignet.

Digitaler Füllstandsmesser (Schwimmersystem)

Der Digital Level Meter (DNM) besteht aus einem senkrecht im Wasser stehenden Rohr mit Öffnungen, durch die das Wasser im Rohr auf gleicher Höhe wie außen steht (die Einlauföffnung liegt unterhalb des niedrigsten Wasserspiegels). Im Messrohr ist ein Schwimmer aufgehängt, der über ein Metallschwimmband und Gray-Code-Scheiben kontinuierlich den Wasserstand registriert. Die Position des Schwimmers kann manchmal direkt abgelesen werden (nach dem Prinzip des schreibenden Echolots), manchmal nur durch Öffnen einer sogenannten Schwimmerluke. Um zuverlässige Informationen über den Wasserstand zu erhalten, ist der Messstab mit dem Digital Level Meter mit einem Wellendämpfer ausgestattet, wodurch das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Zulauföffnung und dem Innenrohrdurchmesser etwa 1:4 beträgt. Zur Datenkommunikation, -speicherung und -präsentation ist der digitale Füllstandsmesser mit Schwimmersystem mit Signalsplittern, Semi-Online-Loggern, Grenzwertschaltern, Signalmultiplexern, digitalen Anzeigefenstern und ggf. einem Füllstandslautsprecher ausgestattet. Über eine Telemetrieverbindung können Daten zum Festland gesendet werden. Die Verbindung mit dem internen Multifunktionalen Präsentationssystem (MFPS) von Rijkswaterstaat ist eine der Optionen. Das Digital Level Meter überprüft sich ständig selbst auf die Zuverlässigkeit der Messwerte. Der einzige Nachteil dieses Systems ist, dass es relativ wartungsintensiv ist: Das Schwimmerrohr, das in einem Behälter mit Wasser hängt, hat mit sich absetzenden Sedimenten zu kämpfen, sodass der Messstab regelmäßig gereinigt werden muss. Der digitale Füllstandsmesser mit Schwimmersystem ist eine Hydro-Instrumentation-Abteilung der Nationales Institut für Küste und Meer (Teil von RWS) selbstentworfenes System. Da bestimmte Teile in Zukunft nicht mehr lieferbar sind (ua weil RIKZ dieses System selbst konstruiert hat), werden künftig alle DNMs durch Radar-Füllstandsmesser ersetzt (siehe unten).

Gezeitenanzeige registrieren

Elektrische Anzeige

Das elektrische Messgerät, das an einer Plattform oder einer anderen festen Anordnung befestigt ist, besteht aus einem Rohr, in dem Elektroden übereinander angeordnet sind. In geringem Abstand vom Rohr mit Elektroden befindet sich eine Kupferplatte im Wasser. Die Lage des Wasserspiegels kann nun durch Messung des elektrischen Widerstandes zwischen der Platte und jeder der Elektroden bestimmt werden. Da gegeben ist, dass die Elektroden unter Wasser einen geringeren Widerstand haben als die Elektroden über Wasser, kann der Wasserstand gemessen werden.

Druckmessung

Ein Manometer vom Typ Manometer ist am Boden angebracht und basiert auf der physikalischen Tatsache, dass der hydrostatische Druck an einem Punkt unter Wasser von der Höhe der Wassersäule über diesem Punkt abhängt. Um Druck in Höhenunterschiede (Wasserstandsänderungen) umrechnen zu können, ist die Kenntnis der Dichte des Wassers notwendig. Für diese Art von Messgerät sind zwei Methoden im Umlauf:

• ein luftgefüllter Druckkörper, der mit einem Manometer am Ufer verbunden ist. Der Druck der Wassersäule kann auf einen luftgefüllten Balg oder auf einen Kristall aufgebracht werden. In letzterem ändert der Kristall aufgrund des auf ihn ausgeübten Drucks seine Form und gibt ein schwaches elektrisches Signal ab, das messbar ist;
• eine vorgespannte Membrane, deren Verformung von einem induktiven Wegmesser in eine umgewandelt wird elektrische Spannung, deren Signal an Land verkabelt und per Telemetrie an ein Aufnahmeschiff übertragen und dann verarbeitet wird.

Für die Tiefe eines Drucksensors unter Wasser gilt allgemein:

${displaystyle D={frac {p-p_{a}}{gcdot ho}}}$

Mit:

• p: gemessener Druck
• p_ein: Luftdruck
• g: Erdbeschleunigung
• ρ (rho): Dichte des Wassers

Das Signal wird vom Gezeitenmesser in eine Tiefe umgewandelt und an die verschiedenen Empfänger auf den Schiffen gesendet. Da Temperatur und Salzgehalt, aber auch Schmutz im Sensor den Sensor beeinflussen, muss der Gezeitenmesser kalibriert werden. Das geht so:

Die Abmessungen beziehen sich auf das Kabel, an dem der Sensor befestigt ist. Der Sensor wird in einigen verschiedenen (bekannten) Tiefen aufgehängt und der Computer überprüft, ob der Wert dieser Tiefe entspricht. Falls nicht, wird dies angepasst. Jetzt wissen wir, dass der Sensor einen korrekten relativen Wasserstand B anzeigt. Grundsätzlich möchten Sie die Gezeiten relativ zu einer Referenzebene haben, zum Beispiel das Kartendatum. Normalerweise gibt es in Häfen, deren genaue Höhe auf CD umgerechnet wurde, bekannte Punkte. Wenn Sie diese Höhe mit Ihrem Gezeitenmesser nivellieren, können Sie mit einem Maßband die Entfernung (A) zum Wasser messen. Die Gezeiten relativ zum Kartendatum zu diesem Zeitpunkt sind dann bekannt. Sie können dann in den Computer eingeben, dass die Wassersäule in diesem Moment dieser Gezeiten entspricht.

Der Tidenmesser lässt sich einfach regelmäßig ablesen, indem man die Speicherkarte austauscht und über den Computer ausliest

Neben der Erfassung von Messgeräten, die ihre Daten per Kabel oder Funk an Land senden, gibt es auch Systeme, die ihre Daten in einer Speicherkassette speichern können.

Umkehrsonar

Das Umkehrecholot wird ebenfalls am Boden platziert und misst die Tiefe, indem es die Laufzeit der gesendeten Schallimpulse bis zur Wasseroberfläche misst, wo sie reflektiert werden.

Der Schwinger hängt über der Wasseroberfläche und sendet Schallimpulse an die Wasseroberfläche. Die Wasseroberfläche reflektiert die Impulse und das „Echo“ wird im Geber wieder gesammelt. Die Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des Schallimpulses und dem Empfangen des Echos ist ein Maß für den Abstand zwischen Schallwandler und Wasseroberfläche, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls bekannt ist. Die Schallgeschwindigkeit im Medium, hier der Luft, ist daher sehr wichtig. Die Schallgeschwindigkeit hängt stark von der Temperatur und in weit geringerem Maße von der Luftfeuchtigkeit ab. Daher wird immer eine Temperaturkompensation erforderlich sein. Der Vorteil der akustischen Messung ist, dass es sich um eine berührungslose Messung handelt, es wird von oben bis zur Wasseroberfläche gemessen. Die Mittelung der Messwerte sorgt für das Herausfiltern von Welleneinflüssen. Es gibt kein Teil, das das Wasser berührt oder in das Wasser hineinragt und beschädigt werden kann. Nachteilig ist die Empfindlichkeit beispielsweise gegenüber Wind. Gerade bei größeren Entfernungen (z. B. mehr als 6 Meter) kann das Schallsignal „wegblasen“ und somit den Schallkopf nicht mehr erreichen. Auch Schaum auf dem Wasser auf dem Wasser sowie schwimmende Gegenstände können die Messung stören

Radar-Füllstandsmesser (RNM)

Eine verwandte Anwendung des invertierten Sonars wird über dem Wasser platziert und misst die Laufzeit eines Radarsignals in einer Luftsäule. Hier ist das Radar ob in einem Rohr über dem Wasserspiegel oder nicht und das Radarsignal breitet sich in einer Luftsäule aus. Die Laufzeit des Signals hin und her bestimmt die Entfernung zur Wasseroberfläche. Im Allgemeinen erfolgt die Berechnung durch die Bestimmung der Phasenverschiebung.

Schritt für Schritt Anleitung

Eine in den Baggerarbeiten selten angewendete Messmethode ist die des Stufenmarkierers. Dies ist eine lange, meist in mehrere Abschnitte unterteilte Rute, die senkrecht ins Wasser gelegt wird. Auf diesem Stab werden Elektroden in festen Abständen (5 cm) platziert. Beim Eintauchen in Wasser erzeugen diese Elektroden sozusagen einen Kurzschluss, der den Wasserstand am Trittbrett bestimmt. Das Wasserstandssignal wird dann per Kabel oder Funk gesendet. Ein Vorteil des Stufenstrahlverfahrens ist, dass damit nicht nur die Wellenhöhe, sondern auch die Gezeiten gemessen werden können. Ein Nachteil kann die Konstruktion sein, die benötigt wird, um Dinge zu reparieren. Der moderne Stufenmarkierer ist praktisch unempfindlich gegen Verschmutzung. Bei mechanischen Beschädigungen können die Sektionen schnell und einfach gewechselt werden. Die Kosten sind höher als bei einer Schwimmer- oder Drucksensorinstallation, aber für längerfristige Anwendungen durchaus eine Überlegung wert.