Durchflussmessung

•   Durchflussmessung mithilfe von Gefäßen

Die Durchflussmessung mithilfe von Gefäßen stellt die simpelste Messmethode im Feldpraktikum dar. Dazu wird der Durchfluss in ein Gefäß geleitet und die Zeit bis zum Erreichen eines festgelegten Gefäßvolumens gestoppt. Der Durchfluss errechnet sich anschließend aus dem Volumen in Liter geteilt durch die benötigte Zeit in Sekunden.

• Durchflussmessung mithilfe von Messflügel

Bei der Verwendung eines Messflügels (ebenso wie beim Einsatz von magnetisch-induktiven Strömungssonden) erfolgt die Bestimmung der Fließgeschwindigkeit zum durchflossenen Querschnitt. Das zu messende Fließgewässer wird dazu in mehrere Messlotrechte eingeteilt. Entlang dieser Messlotrechten werden in vorher festgelegten Wassertiefen (z.B. 0,5 m, 1 m, 1,5 m, ...) die Fließgeschwindigkeiten gemessen. Daraus ergibt sich ein logarithmisches Geschwindigkeitsprofil. Der Durchfluss einer Messlotrechten ergibt sich später aus dem Produkt der Fließgeschwindigkeiten der Messpunkte, der Wassertiefe an der Messlotrechten sowie der Breite zwischen den benachbarten Messlotrechten.

• Weitere Durchflussmessmethoden

Weitere komplexere Messmethoden zur indirekten Durchflussmessung sind elektromagnetisch-induktive Strömungssonden sowie die Salzverdünnungsmessung.
Die physikalische Grundlage der elektromagnetisch-induktiven Strömungssonden bildet das Faraday´sche Induktionsgesetz. Dabei wird ein Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung ausgebildet. Die vom Wasser induzierte elektrische Spannung ist dabei proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Fließgewässers.
Diese Messmethode wird vorzugsweise bei Fließgewässern mit Fließgeschwindigkeiten < 0,1 m/s, starken Verschmutzungen und Feststofftransport im Wasser sowie bei Massenentwicklungen von Fadenalgen eingesetzt.

Bei der Salzverdünnungsmethode (oder auch Tracermethode) wird dem Wasser ein Markierungsstoff (Träger) zugesetzt. Anschließend wird der Salzgehalt des Wassers durch Konzentrationsbestimmung der entnommenen Wasserproben ermittelt oder durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Fließgewässers.

Niederschlagsmessung

• Niederschlagsmessung mithilfe des Hellmann-Zylinders

Die Niederschlagsmessung mithilfe eines Hellmann-Zylinders erfolgt in 24 h-Intervallen, jeweils von 7 Uhr bis 7 Uhr des nächsten Tages. Die Ablesung der Niederschlagsmenge erfolgt dank spezieller Skalierung in mm/m2. Bedingt durch diese Versuchsaufbau lassen sich nur Punktmessungen und Tageswerte ermitteln, die Dauer und Intensität von Niederschlägen lässt sich so nicht erfassen. Auch birgt dieses Messverfahren diverse Messfehler. Aus dem Hellmann-Zylinder kann der Niederschlag durch Sonneneinstrahlung verdunsten (Vorratsverdunstung liegt in Deutschland bei ungefähr 1,4 %). Außerdem kann es zu Benetzungsfehlern kommen, bei denen Niederschlagsflüssigkeit im Auffangtrichter zurückbleibt (im Norddeutschen Tiefland beträgt dieser Fehler ungefähr 5,6 %). Die Aufstellung des Messzylinders führt zu einer Deformierung des Strömungsfeldes des Windes. Dadurch können feste Niederschläge (z.B. Schnee) aus dem Niederschlagsmesser "herausgeweht" werden. Mithilfe von so genannten Windschutzringen lässt sich dieser Windfehler jedoch minimieren.

Temperaturmessung

Verschiedene Temperaturwerte werden von den Studenten aufgenommen. Darunter sind die aktuelle Lufttemperatur in 2 Meter und 0,5 Meter über Boden, die maximale Temperatur eines Zeitintervalles (Tag) in 2 Meter und 0,5 Meter über Boden und die minimale Temperatur eines Zeitintervalles (Tag) in 2 Meter und 0,5 Meter über Boden. Meteorologische Stationsthermometer: sind Thermometer in Stabform mit Quecksilberfüllung. Der Messbereich beträgt zumeist -35 °C bis + 40 (+45) °C. Als Skaleneinteilung sind 1/5 K oder 1/10 K gebräuchlich.

• aktuelle Lufttemperatur

Im für hydrometeorologische Anwendungen relevanten Temperaturbereich sind jedoch Quecksilber-Thermometer wegen der besseren Messeigenschaften den Thermometern mit organischen Thermometerflüssigkeiten vorzuziehen.

• maximale Lufttemperatur

Maximumthermometer: sind ebenfalls Quecksilberthermometer. Sie werden zur Messung der höchsten, während eines Messzeitraumes (üblicherweise 1 Tag), aufgetretenen Temperatur verwandt. Die Aufstellung des Maximumthermometers erfolgt nahezu horizontal (Kapselende des Thermometers muss jedoch leicht höher liegen als das Thermometergefäß). Das Maximumthermometer ist ein Thermometer mit Abreißfaden. Deshalb weist die Bauform des Maximalthermometers die Besonderheit auf, dass die Kapillare unmittelbar oberhalb des Thermometergefäßes durch einen eingeschmolzenen Glasstift verengt ist. Dies ermöglicht die Fixierung des höchsten Temperaturwertes: Erhöht sich die Temperatur, dehnt sich das Quecksilber im Thermometergefäß aus und es wird durch die Kapillarverengung in die Thermometerkapillare gedrückt. Die Kapillarverengung ist so beschaffen, dass der Quecksilberfaden bei Abkühlung (und damit verbundener Volumenverminderung des Quecksilbers) abreißt. Damit verbleibt der Quecksilberfaden auf dem Stand des höchsten aufgetretenen Temperaturwertes.

• minimale Lufttemperatur

Minimumthermometer: dienen der Messung des niedrigsten Temperaturwertes während des Messintervalles (üblicherweise 1 Tag). Wegen des Einsatzes zur Messung der tiefen Temperaturextreme haben Minimumthermometer eine Alkohol- oder Toluol-Füllung. Beim Minimumthermometer befindet sich innerhalb der Thermometerkapillare ein beweglicher Glasstift. Fällt die Temperatur, so verringert sich das Volumen der Thermometerflüssigkeit im Thermometergefäß. Infolge der Oberflächenspannung des Meniskus der Thermometerflüssigkeit wird der Glasstift mitgenommen. Steigt die Temperatur hingegen, so verbleibt der Glasstift auf seiner Position, da er von der Thermometerflüssigkeit umströmt wird. Damit sich der Glasstift sich nicht selbständig verlagert, ist das Minimumthermometer exakt horizontal zu justieren. Abzulesen ist der Messwert des Minimumthermometers an dem zum Kapselende weisenden (am dem Thermometergefäß abgewandten) Ende des Glasstiftes.

Psychrometrische Messungen

• Psychrometrische Messungen mithilfe des Aspirationspsychrometers

Für psychrometrische Messungen werden häufig Aspirationspsychrometer verwendet. Dazu wird das Messgerät an einem dünnen Pfahl oder Baum aufgehängt. Das feuchte Thermometer wird mit destilliertem Wasser benetzt und anschließend der Federkraftaspirator gespannt. Dadurch wird ein Luftstrom erzeugt. Die Temperaturunterschiede können in der Regel nach 5 Minuten abgelesen werden. Zur Auswertung werden die Aspirationspsychrometer-Tafeln nach Sonntag verwendet.

Windwegmessung

Die Windwegmessung erfolgt an Schalenkreuzanemometern, die im Messgarten am Windmast in unterschiedlichen Höhen über Grund angebracht sind. Ein Schalenkreuzanemometer befindet sich auf 4 Meter Bodenhöhe, ein weiteres in 10 Meter Höhe. Für die Berechnung des Widnwegs werden Messungen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten benötigt, um die mittlere Windgeschwindigkeit über das Zeitintervall (meist 24 h) berechnen zu können.

Grundwassermessung

• Messungen des Grundwasserstandes mithilfe der Brunnpfeife

Die Brunnenpfeife dient der Messung des Grundwasserstandes. Dazu wird die Brunnenpfeife an einem entsprechend verkürzten Maßbande befestigt. Anschließend wird das Messgerät bis zum Wasserspiegel herabgelassen. Nach Ertönen des Pfeifsignals wird das Bandmaß bis zum Pegelnullpunkt abgesenkt und die Tiefe abgelesen. Nach Hochziehen der Brunnpfeife erfolgt das Abzählen der leer gebliebenen Rillen der Brunnenpfeife. Dabei entspricht eine Rille einem Zentimeter. Der zu ermittelnde Abstich ergibt sich aus dem Wert der Ablesung am Maßband plus der Anzahl der leeren Rillen an der Brunnenpfeife.