Momentan Messwertaufnahme vs. Messzeitreihen
Wenn es darum geht an einer Messstelle, z.B. an einem Bewässerungskanal, den vorhandenen Durchfluss zu ermitteln, gibt es generell zwei Möglichkeiten. Einmal die Momentan Wert Ermittlung, d.h. vor Ort einmalig den vorliegenden Durchfluss, mit einem Handmessgerät, zu ermitteln oder die Ermittlung über eine gewisse Zeit, eine Mess-Zeitreihenaufnahme z.B. über 24 Stunden, durch Verwendung, Installation eines mobilen Messsystems.
In erster Linie stellt sich auch hier die Frage nach der gewünschten Genauigkeit.
Gehen wir einmal davon aus, dass beide, zur Verwendung kommenden Systeme die gleiche Messgenauigkeit aufweisen, kann die endgültige Genauigkeit, für den, vor Ort einmalig ermittelten Durchfluss Messwert, durchaus schnell mal um 20-40% daneben liegen (!)
Bei einer Momentan Wert Aufnahme haben sie keine Aussage über den tatsächlichen mittleren Durchfluss eines Tages. Es gibt keinen statischen Durchfluss in Bächen, Flüssen und Kanälen. Jeder Durchfluss unterliegt Schwankungen.
Betrachten wir die Quelle eines Bewässerungskanales. Dieser könnte aus natürlichen Gebirgsbächen, aus installierten Tiefenbrunnen und auch aus gereinigten Industrie-Abwasser gespeist werden. Diese Zuläufe sind selten über 24 Stunden konstant. Die daraus entstehenden Durchflussschwankungen sind somit ebenso unbekannt.
Gründe für die Durchflussschwankungen könnten sein:
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- wenn z.B. ein Industriezufluss nur während den täglichen Betriebszeiten vorliegt, fehlt dieser in der Nacht. In diesem Beispiel würde in dem Bewässerungskanal nachts ein geringerer Durchfluss vorliegen.
- wenn eine Durchflusserhöhung durch Niederschlag im Einzugsgebiet eines Flusses auftritt. Auch Tage nach einem Regen ist der Regennachlauf noch wesentlich.
- wenn im Flusszulauf Wasser entnommen, oder Abwässer eingeleitet werden.
- oder Tiefenbrunnenpumpen zeitzyklisch einspeisen.
- … Etc.
In der nachfolgenden Grafik ist eine Tagesganglinie eines Flusslaufes abgebildet. Diese Zeitreihe wurde mit einem temporär installierten, portablen Durchfluss-Messgerät ermittelt. Hier sind im zeitlichen Verlauf deutlich mehrere Durchflussschwankungen zu sehen.
Je nach parametriertem Messmodus liegen z.B. bei einem 5 Minuten Messzyklus 288 Mess-Datensätze vor, bei einem 2 Minuten Messzyklus 720 Mess-Datensätze.
In der nächsten Grafik ist nun der Mittelwert über alle aufgezeichneten Durchfluss-Messdaten aufgetragen. Hier ist nun die Schwankungsbreite eines Momentan Wertes deutlich zu erkennen.
Wenn nun an dieser Messstelle um eine beliebige Uhrzeit ein Momentan Wert ermittelt wird, dann ist die Genauigkeit in Bezug auf den tatsächlich vorliegenden mittleren Durchfluss sehr eingeschränkt. Nimmt man z.B. die Messung um 10:00 Uhr vor, dann kann man eine Abweichung zum vorliegenden Mittelwert von ca. 40% feststellen. Da hilft auch keine Sorgfalt bei der Messwertaufnahme.
Wenn nun das Messziel, also der Grund für die Durchführung einer Durchfluss-Mengenmessung, eine Mengen-Abrechnung ermöglichen soll, ist eine Messwertunsicherheit von >10% für keinen Beteiligten befriedigend. Eine Messreihe, über 24 Stunden, visualisiert hier zumindest den Verlauf eines Tages und ergibt zumindest einen mittleren Tages Durchfluss-Wert.
Je nach Wichtigkeit eines Durchflussmesspunktes kann eine deutlich längere Mess-Zeitreihe von Vorteil sein.
Was für die Messunsicherheit eines Momentan-Messwertes in Bezug auf einen Tag gilt, gilt auch für einen Tag in Bezug auf einen Monat.
In der nächsten Grafik sind 30 Messtage aufgezeichnet. Auch hier kann man wiederum deutliche Schwankungen der einzelnen Tagesabflüsse zu einander sehen.
Alle Messwerte über einen Tag ergeben einen mittleren Durchfluss Wert für den jeweiligen Tag. Der Mittelwert aus allen mittleren Tagesabflüssen ergibt somit ein Mittelwert für den bemessenen Monat.
In der nachfolgenden Grafik sind die Messtage, der Mittelwert-Verlauf aller Messtage eines Monats (Rot), sowie die Maximal und die Minimal-Wert Grenzen (Orange) über 24 Stunden aufgetragen.
Somit erhält man nun den 24 Stunden-Verlauf des Monats-Mittelwertes, sowie der Verlauf der Max- und Min-Grenzen.
Der Mittelwert aus dem monatlich, mittleren 24 Stundenverlauf ergibt nun den mittleren Duchfluss einer Messstelle für den bemessenen Monat. Dieser Wert ist nun der exakteste bezogen auf die Aussage des vorliegenden Durchflusses im bemessenen Monat.
Die nächste Grafik zeigt nun den ermittelten, mittleren Monats Durchfluss Wert in einer Jahres Grafik.
Würde man nun die Mess-Zeitreihe auf ein Jahr verlängern, würde sich der jeweilige mittlere, monatliche Durchfluss auf ein Jahr ergeben können.
Diese Grafik zeigt nun die 12 mittleren Monats-Durchflüsse eines Jahres in einer 24 Stunden Grafik.
Auch hier lassen sich deutliche Schwankungen in den mittleren, monatlichen Durchflüssen erkennen. Diese nun wiederum gemittelt, ergeben die mittlere Jahres-24 Stunden Abflusskurve, rot eingezeichnet.
Letztendlich wird hier sehr deutlich wie wichtig doch die Frage nach der gewünschten Mess-Genauigkeit ist. Diese ist nicht allein nur durch die geeignete Messtechnik, sondern mit einem großen Anteil auch von der Aufnahmelänge der Mess-Zeitreihen abhängig.
