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Wassermessung
Voraussetzung für jede seriöse Planung eines Wasserkraftwerkes sind möglichst detaillierte Abflusswerte des Gewässers. Es gibt trockene und nasse Jahre. Aus diesem Grund sollte für eine Beurteilung der Mittelwert über 10 Jahre verwendet werden und davon die zwei extremsten Werte (am meisten und am wenigsten) gestrichen werden. Da diese Wassermessungen eine zu lange Vorbereitungszeit verursachen, werden einige Messwerte mit den bekannten Abflusswerten von benachbarten Gewässern erweitert.
Für die Messung der Abflussmenge eines Gewässers gibt es folgende 4 Methoden:
- Füllzeit. Die Abflussmenge ist Volumenveränderung pro Zeit. Je nach Situation ist ein grosses Stauvolumen (See, Auffangbecken ...) oder eine Brunnenstube vorhanden oder man leitet das Gewässer temporär in einen Behälter (z.B. Regenfass) um. Wenn das Messvolumen exakt bestimmt werden kann, ergibt diese Messung die beste Genauigkeit. Als Beispiel: Ein kleiner Bach ist unter einer Strasse durchgeleitet und fällt danach einen Meter wieder ins Bachbett hinab. Dann stellt man ein Regenfass mit 120 Litern darunter und stoppt gleichzeitig die Zeit. Das Regenfass ist nach 5 Sekunden voll. Um die Abflussmenge zu rechnen, nimmt man einfach die 120 Liter, teilt diese durch die 5 Sekunden und erhält eine Abflussmenge von 24 Liter pro Sekunde.
- Stauwehr. Das Gewässer wird mit einem Wehr gestaut und fliesst über eine geometrisch definierte Abflussöffnung aus. Diese Messmethode eignet sich durch die einfache Niveaumessung auch für eine automatische Messung und erreicht eine gute Genauigkeit, wenn die Abflussöffnung nicht verstopft wird und die Niveaumessung weit genug von der Abflusskante entfernt liegt. Je nach Form der Abflussöffnung ergeben sich folgende Beziehungen:
- Bei einer rechteckigen scharfkantigen Öffnung ist die Abflussmenge [m³/s] die Wehrbreite [m] mal 1.86 m1,5/s mal die Stauhöhe [m] hoch 1,5.
- Bei einer gleichseitigen dreieckförmigen Öffnung (Spitze nach unten) ist die Abflussmenge [m³/s] 1,46 m0,5/s mal die Stauhöhe [m] hoch 2,5.
- Geschwindigkeit. Die Abflussmenge ist Strömungsgeschwindigkeit mal Gewässerquerschnitt. Bei dieser Methode gibt es 2 Schwierigkeiten, die Bestimmung der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit bei turbulenten Strömungen und die Bestimmung des Querschnittes eines natürlichen Gewässers. Die Messung erfordert wenig Aufwand, ist aber ungenau, im besten Fall +/- 20%. Für die Ermittlung der Geschwindigkeit gibt es folgende Methoden:
- Mit einem Strömungsmessgerät (Flügelrad, Ultraschall ...) kann über den Querschnitt eines Gewässers die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden.
- Die Geschwindigkeit kann auch mit einem im Gewässer treibendem Objekt (an der Oberfläche oder untergetaucht) bestimmt werden (Weg durch Zeit). Diese Methode birgt aber grosse Fehlerquellen.
- Als Schwimmobjekt kann auch ein Markierstoff dienen, den man sehen oder messen kann. Das Problem liegt im Bestimmen der "Wolkenmitte" bei starker Verdünnung.
- Verdünnung. Vor allem bei Gewässer mit turbulenter Strömung kann mit der Verdünnung eines Markierstoffes (Tracer) die Abflussmenge bestimmt werden. Wenn Salz verwendet wird, kann zum Beispiel die Veränderung der Leitfähigkeit des Wassers gemessen werden. Es gibt 2 Methoden:
- Der Markierstoff wird kontinuierlich hinzugefügt und weiter unten wird die Konzentration gemessen.
- Eine bestimmte Menge des Markierstoffes wird auf einmal in das Gewässer eingebracht und weiter unten wird die Konzentration über eine gewisse Zeit integriert.
Auswertung der Messung
Mindestrestwassermengen nach schweizerischem Gewässerschutzgesetz
|Abflussmenge Q347||Restwassermenge||für weitere 10 l/s|
|60 l/s||50 l/s||8,0 l/s|
|160 l/s||130 l/s||4,4 l/s|
|500 l/s||280 l/s||31,0 l/s|
|2'500 l/s||900 l/s||21,3 l/s|
|10'000 l/s||2'500 l/s||150,0 l/s|
|60'000 l/s||10'000 l/s||0,0 l/s|
Daraus ergibt sich untenstehendes Diagramm:
Ausnahmen für die Mindestwassermenge können die Kantone für folgende Fälle ansetzen:
- Für Gewässer über 1700 m ü. M. deren Abflussmenge Q347 kleiner als 50 l/s bis 1000 m unterhalb der Wasserentnahme.
- Bei Wasserentnahmen aus Nichtfischgewässern bis zu einer Restwasserführung von 35% der Abflussmenge Q347.
- Wenn bei einem Gewässer in der Nähe auf die Wasserentnahme verzichtet wird (Schutz- und Nutzungsplanung).
- In Notsituationen für befristete Entnahmen.