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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Ermittlung ausgewählter

Ermittlung ausgewählter Eingangsgrößen 76 _________________________________________________________________________ und Reliefenergie des Einzugsgebietes und der Windrichtung treten orographische Effekte unterschiedlicher Intensität auf. Diese betreffen in Mitteleuropa vor allem zyklonale Niederschläge. Konvektive Regenereignisse dürften über größeren Seeflächen in Häufigkeit und Intensität etwas abgeschwächt auftreten, da die Erwärmung der Landflächen bei sommerlicher Einstrahlung stärker ist. Je nach Ausprägung der Beckenlage ist daher mit einer mehr oder minder deutlich ausfallenden Verringerung der Niederschläge auf Seeflächen gegenüber den meist exponierteren Stationen und Messpunkten im Umland der Gewässer zu rechnen. 5.6 Windmessung Die Messung der Windgeschwindigkeit wird mit Anemometern verschiedener Bauart vorgenommen. Rotations- bzw. Schalenanemometer erfassen die Luftbewegung durch stern- oder kreuzförmig angeordnete und drehbar gelagerte Halbschalen. Der Wind fängt sich in diesen Schalen, die dadurch ausgelöste Drehbewegung wird mechanisch oder elektrisch erfasst. Im Staudruckanemometer erfolgt eine manometrische Erfassung des windgeschwindigkeitsabhängigen Staudruckes in einer Röhre. Diese ist rechtwinklig abgebogen und wird mit ihrer Öffnung gegen den Wind gerichtet. Die Wirkungsweise eine Hitzdrahtanemometers basiert auf der Abkühlung eines elektrisch aufgeheizten Drahtes, die über die Veränderung des Widerstandes ermittelt wird. Für die Bestimmung räumlich und zeitlich feinskaliger Fluktuationen der Luftbewegung erfolgt die Windbestimmung vorrangig mit hochsensiblen Ultraschallanemometern. Im Ersatz zu instrumentellen Messungen kann eine überschlägige Bestimmung der Windgeschwindigkeiten auf Grundlage von Beobachtungen (Blätter, Pflanzen, Wasseroberflächen, Rauchfahnen u. v. m.) nach der BEAUFORT - Skala vorgenommen werden. Eine Einbeziehung dieser Werte in Verdunstungsberechnungen sollte aber vermieden werden. Bei der Ermittlung der Verdunstung nach den verschiedenen Ansätzen der Massentransportund Kombinationsgleichungen ist zu beachten, daß die Modalitäten der Windmessung mit den Eichbedingungen der genutzten Verfahren übereinstimmen. Dies betrifft vor allem die Höhen, in denen die Messung stattfinden und den Zeitpunkt der Messung bzw. die Art der Mittelwertbildung. In vielen rechnerischen Ansätzen der Verdunstungsbestimmung ist die Bezugshöhe für die Windmessung mit 2 m definiert. Liegen Messungen aus größeren Höhen vor, lassen sich diese entsprechend Gleichung 5.6-1 (MATTHES & UBELL 1983) umrechnen. (5.6-1) u2 = C * uz mit: C ... Korrekturfaktor entsprechend Tabelle 5-4.

Ermittlung ausgewählter Eingangsgrößen 77 _________________________________________________________________________ Tab. 5-4: Umrechnungsfaktoren C für Windmessungen in verschiedenen Höhen (nach MATTHES & UBELL 1983) Messhöhe z (m) Korrekturfaktor (C) 3 0,94 4 0,92 Vielfach bildeten Einzelmessungen der Windgeschwindigkeiten zu einem Zeitpunkt (meist 14°° Uhr) die Grundlage der Berechnung der Eichfunktionen. Günstiger sind mehrterminige Bestimmungen und eine geeignete Akkumulation zu Mittelwerten oder aber Windwegmessungen. Hier wird keine Dokumentation der aktuellen Geschwindigkeit, sondern eine zeitlich integrierende Bestimmung der Luftbewegung relativ zum Gerät vorgenommen. Dies erfolgt mit einem Schalenanemometer, dessen Drehachse mit einem Zählwerk verbunden ist. Aufgrund der räumlichen Variabilität der Windverhältnisse, vor allem in Abhängigkeit von den Reliefbedingungen, ist bei der Übertragung von Windmessungen nahegelegener Stationen auf ein konkretes Gewässer große Vorsicht geboten (vgl. 4.6.1). 5 0,89 5.7 Messung des Durchflusses an Zu- und Abflüssen Für die Messung des Durchflusses an fließenden Gewässern gibt es eine Reihe von Methoden, auf die hier nur kurz eingegangen werden soll. Weiterführend ist auf verschiedene Zusammenfassungen (DYCK & PESCHKE 1995, MANIAK 1993 u. a.) zu verweisen. In diesen werden auch neuere Entwicklungen, wie z. B. die Ultraschallmessung der Fließgeschwindigkeiten, erläutert. Das gebräuchlichste Verfahren zur Bestimmung des Durchflusses in einem Querschnitt ist die Messung mit einem hydrometrischem Flügel. Es erfolgt hierbei eine Ermittlung der Fliessgeschwindigkeiten in dem vorher zu vermessenden Profil. Über Querschnittsfläche und mittlere Fließgeschwindigkeit ist dann der Abfluss zu berechnen. Die Vermessung des Querschnittes wird im Regelfall mit Peilstangen oder Loten verschiedenster Bauart vorgenommen. Die Bestimmung der Fließgeschwindigkeiten erfolgt mit einem Messflügel. Im klassischen Aufbau besteht dieser aus einem schraubenförmigen Schaufelrad, das durch die Fließbewegung des Wassers in eine Drehbewegung gesetzt wird. Über elektrische Impulse werden die Umdrehungen pro Zeiteinheit gezählt und mittels gerätespezifischer Eichfunktionen in Fließgeschwindigkeiten umgerechnet. Im Ersatz zum Messflügel werden in neuerer Zeit oftmals induktiometrisch arbeitende Geräte eingesetzt. Bei diesen wird durch das fließende Wasser zwischen zwei Messelektroden eine Spannung induziert, die durch parallele Messungen der Leitfähigkeit und der Temperatur des Wassers in eine Fließgeschwindigkeit umgerechnet werden kann. 10 0,78 15 0,72 20 0,68

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