DE2114260B2 - Vorrichtung zur messung von regenintensitaeten - Google Patents
Vorrichtung zur messung von regenintensitaetenInfo
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Description
45
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Regenintensitäten mit einer dem Regen ausgesetzten
Auffangfläche, mit einem eine Abflußöffnung aufweisenden Meßbehälter zur Aufnahme des auf die
Auffangfläche fallenden Regenwassers, und Einrichtungen zur Ermittlung der Regenintensität aus der
Steighöhe des Regenwassers im Meßbehälter.
Durch die US-PS 22 51 352 ist eine Vorrichtung zur Messung von Regenintensitäten bekannt, bei der das auf
eine vorgegebene Beregnungsfläche fallende Wasser einen mit einer Abflußöffnung versehenen Meßbehälter
zugeführt wird. Der Meßbehälter hat über die Höhe seiner Seitenwandung mit in Richtung nach oben
verminderten Abständen gleich bemessene Auslaßöffnungen. Gemessen wird die jeweilige, im Meßbehälter
vorhandene Wassermenge als Gewicht, das nach dem Wägeprinzip auf ein Schreibgerät übertragen wird. Es
handelt sich nicht um eine unmittelbare Bestimmung der Regenintensität aus der Steighöhe. Auch sind durch die
Anwendung der übereinander angeordneten Ausflußöffnungen nur sprungweise Messungen möglich, die
nicht zu einer genauen Messung führen.
Aus der CH-PS 346 710 ist eine Einrichtung zur Messung und Registrierung der als Niederschlagsintensität
definierten minütlichen Niederschlagshöhe bzw. menge bekannt Dabei gelangt der von einem Trichter
aufgefangene Niederschlag zunächst in ein Stapelgefäß, sodann durch ein der Füllung und Entleerung dienendes
Kolbenventilsystem in ein Schwimmgefäß. Die Registrierung des sich der Niederschlagsintensität entsprechend
einstellenden Wasserstandes im Schwimmergefäß erfolgt mittels eines Schwimmers, auf dessen
Führungsstab ein Schreibschlitten ruht, der seinerseits
von einer Arretiervorrichtung in beliebiger Stellung
fixiert oder freigegeben werden kann. Das Kolbenventil und die Arretiervorrichtung des Schreibers werden von
einem Synchronmotor mit einer Kurvenscheibe und einem Auslenkhebel so betätigt daß durch eine jeweils
über eine Minute sich erstreckende Arbeitsphase eine treppenartige Aufzeichnung der Niederschlagsintensitäten
mit rechtwinkligen Koordinaten resultiert. Die aufwendige Einrichtung gestattet nicht die unmittelbare
Messung der Regenintensitäten aus der Steighöhe.
Die DL-PS 21 978 beschreibt eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchflußmessung mit der Maßgabe,
daß zwei ganz oder teilweise durchsichtige Gefäße übereinander angeordnet und durch eine Düse zur
Stauung der Flüssigkeit sowie durch ein Luftdruckausgleichsrohr verbunden sind und das eine Gefäß mit einer
Skala versehen ist. Zur Messung der Regenintensität aus der Steighöhe ist die bekannte Vorrichtung nicht
ausgelegt.
Schließlich ist es bekannt, die Füllstandshöhe eines
Behälters kapazitiv zu messen, vergl. Grave. Elektrisches
Messen nichtelektrischer Größen. Akad. Verlagsges. Leipzig 1962, S. 260-266.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, einfache und sichere Vorrichtungen zu schaffen, mit der
eine unmittelbare Messung der Regenintensität aus der Steighöhe und die Fernübertragung der Meßwerte
möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Messung von Regenintensitäten, mit einer dem
Regen ausgesetzten Auffangfläche, mit einem eine Abflußöffnung aufweisenden Meßbehälter zur Aufnahme
des auf die Auffangfläche fallenden Regenwassers, und Einrichtungen zur Ermittlung der Regenintensität
aus der Steighöhe des Regenwassers im Meßbehälter, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Einrichtung
zur Ermittlung der Regenintensität einen Kondensator umfassen, dessen eine Elektrode vom Regenwasser im
Meßbehälter und dessen andere Elektrode von einem auf der Außenseite des Meßbehälters angebrachten
metallischen Belag gebildet ist, dessen Breite zur Oberseite des Meßbehälters hin gemäß der reziproken
Wurzel aus der Steighöhe abnimmt.
In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß das Verhältnis der Auffangfläche
zur Querschnittsfläche der Abflußöffnung zwecks Einstellung des Auflösungsvermögens einstellbar ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher
erklärt. Es zeigt
F i g. 1 als Stand der Technik die mit einem gebräuchlichen Regenmesser erhaltene Regenhöhenkurve,
bei welcher die Regenhöhe N in mm über der Zeit Tm Minuten aufgetragen ist,
F i g. 2 eine Vorrichtung zur unmittelbaren Messung
von Regenintensitäten und/oder Regenspenden und
Fig,3 auf der linken Bildhälfte die graphische
Darstellung der in der Beschreibung definierten Funktionen i proportional fz bzw. r proportional | "z
und auf der rechten Bildhälfte die metallische Wirkfläche
der Fig.2 in einem in eine Ebene ausgebreiteten
Zustand.
Bei der Bemessung von Abwassertransporteinrichtungea
wie Kanalisation in offener und geschlossener Bauart sowie zur Auslegung von Fördereinrichtungen
und zur Inhaltsbestimmung von Regenspeicheranlagen richten sich derea Abmessungen nach der abzuführenden
oder abgeführten Niederschlagsmenge und deren Zulaufdauer.
Unter Regenspeicher sind auch solche Einrichtungen zu verstehen, welchen Niederschläge durch Bachläufe
zugeführt werden, z. B. Talsperren.
Die Niederschlagsmenge φ eines Regens, welche in
der Zeiteinheit T auf eine beregnete Fläche F niedergeht, beträgt
Forme! 1
T=F- N
Die einen Regen kennzeichnende Größe r errechnet sich aus Formel 1 zu
Formel 2
r = F
und wird in der Literatur üblich als Regenspende bezeichnet. In der vorstehenden Formel bedeutet:
r = Regenspende
F = Beregnungsfläche
N = Niederschlagshöhe
Γ = Beregnungsdauer
Formel 3
10000
N (mm)
T (n.inT "
T (n.inT "
N
Das Verhältnis =. kennzeichnet die Heftigkeit, mit waren, um hieraus zutreffende Bemessungsgrößen abzuleiten. Bei den bisher gebräuchlichen Verfahren wird lediglich die Niederschiagshöhe /V in mm entweder in Auffanggefäßen gemessen oder mit bekannten Regenmessern registriert. Bei den registrierenden Geräten wird nach Fig. 1 die Regenhöhe N in mm in ihrem zeitlichen Ablauf als Kurve (1) der Funktion N= f(T) auf Papierstreifen aufgezeichnet
Das Verhältnis =. kennzeichnet die Heftigkeit, mit waren, um hieraus zutreffende Bemessungsgrößen abzuleiten. Bei den bisher gebräuchlichen Verfahren wird lediglich die Niederschiagshöhe /V in mm entweder in Auffanggefäßen gemessen oder mit bekannten Regenmessern registriert. Bei den registrierenden Geräten wird nach Fig. 1 die Regenhöhe N in mm in ihrem zeitlichen Ablauf als Kurve (1) der Funktion N= f(T) auf Papierstreifen aufgezeichnet
Bei diesen Diagrammen nach F i g. 1 ist die Steigerung der Kurve zu einem Zeitpunkt Ti ein Maß für die
Regenintensität Es gut für einen Kurvenpunkt
i = tang* =
IN (mm)
1 T(min)'
1 T(min)'
Die Auswertung von F i g. 1 entsprechenden Regenaufzeichnungen nach Regenintensitäten ist außerordentlich
mühsam und zeitlich sehr aufwendig, da die Intensität /während eines Regens häufig wechselt und
die untersuchten Intervalle zur Erzielung einer brauchbaren Genauigkeit sehr klein sein müssen. Das wird
besonders deutlich, wenn bedacht wird, daß ein Kalenderjahr durchschnittlich bis zu 200 Einzelregen
aufweist und ein Regen oft bis zu 30 unterschiedliche Intensitäten aufweisen kann.
Bei Zuflüssen, welche größer als das Abflußvermögen der Bodenöffnung (4) des Meßbehälters (2) nach F i g. 2
sind, steigt der Flüssigkeitsspiegel im Meßzylinder zu einer Beharrungslage oder Steighöhe ζ an, die ein
direktes Maß für die Regenintensität ist, denn für die Beharrunglage des Flüssigkeitsspiegels gilt die Gleichgewichtsbeziehung
Formel 5
CfzuuuB= Qabfluß
Der Zufluß errechnet sich aus der Beziehung
5a) qzufhß=r ■ A
5a) qzufhß=r ■ A
Wird eine beregnete Einheiisfläche zu 1,0 ha angenommen,
so entfallen auf diese Einheitsfläche 10 000 ltr.
pro 1,0 mm Niederschlagshöhe, bei einer Regenhöhe von A/mm entsprechend N ■ 10000Ur. pro ha. Üblich
wird die Regendauer T in Minuten gemessen, die Regenspende ningegen auf die Zeit in Sekunden
bezogen. Hieraus beträgt die Regenspende
welcher der Niederschlag erfolgt und wird auch als
Intensität / bezeichnet. Hiermit kann Formel 3 auch 55 Formel 7
geschrieben werden als
Der Abfluß errechnet sich für die Bodenöffnung /u
5d) 9«i>//ufl=M · ι · \i · g · ζ
5d) 9«i>//ufl=M · ι · \i · g · ζ
Formel 5 geht durch Gleichsetzen von Formel 5a und 5b über in
Formel 6
Formel 6
r · A = μ ■ f ■ ν 2 ■ g · ζ
mit
mit
r= 166.67 ■ / (Formel4)
wird
A · 166.67 · ί = μ ■ f ■ y2 ■ g ■ ζ
und man erhält für die Regenintensität /damit
Formel 4
r= 166,67 i
(Itr.)
sek. ha
sek. ha
Wie aus Formel 4 hervorgeht, steht die Regenspende r proportional zur Regenintensität /. Die Intensität /ist die
entscheidende Größe für Bemessungen, denn es ist wesentlich, in welcher Zeit T ein Niederschlag N
gefallen ist.
Für den Planenden ist es wichtig zu wissen, von welcher Intensität beobachtete Niederschläge sind oder
In den vorstehenden Formeln bedeutet:
r = Regenspende
A = Auffangfläche
μ = Formbeiwert der Bodenöffnung (4)
/ = Fläche der Bodenöffnung (4)
g = Gravitationskonstante (9,81 m/s2)
u- f- 1/2 · e
K = Beiwert, gebildet aus ~
K = Beiwert, gebildet aus ~
/' = Regenintensität = gesuchte Größe
ζ = Steighöhe im Meßbehälter (2).
ζ = Steighöhe im Meßbehälter (2).
Nach F i g. 2 ist am Meßbehälter (2) für Ablesezwecke eine Skala (5) angebracht, welche eine der Formel 4
oder Formel 7 entsprechende nichllineare Teilung hat und eine Ablesung in den Einheiten r ( ττϊγ~ ) oder / s
1 ermöglicht.
Bei entfernt liegenden oder schlecht zugänglichen Beobachtungsstationen ist es wünschenswert, wenn die
Meßwerte r und i femübertragbar sind. Dazu wurden ι ο die Meßwerte r und / in elektrische Analoggrößen
überführt, welche auf Entfernungen verlustfrei übertragbar sind. Um dies zu erreichen, ist auf den
Außenumfang des Meßbehälter (2), der vorteilhaft aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff besteht,
eine metallische Wirkfläche (6) angebracht, die mit einem Meßbehälterinhalt (14) unter einer angelegten
Meßwechselspannung eines Oszillators (7) einen Kondensator bildet. Die Änderung der Kapazität wird durch
die aufgefangene Niederschlagsmenge erzeugt, welche in dem Meßbehälter jeweils unterschiedlich hoch
ansteigt.
Durch eine besondere Formgebung der Wirkfläche (6) wird erreicht, daß der funktionelle Zusammenhang
von r- f(z)bzv/. /= /"(^linearisiert wird.
Zur Fernübertragung der Meßwerte r, / oder ζ wird der Oszillator (7) mit einem kapazitiven Sender (8)
verbunden, an welchen Anzeige- und sonstige Auswertgeräte (10), (11) und (12), anschließbar sind. Da die
Werte rund /funktionell mit der Steighöhe ζ verknüpft sind, wird die Begrenzungsfunklion der Wirkfläche (6)
aus der 1. Funktionsableitung der Formel 7 gewonnen. Diese Begrenzungsfunktion errechnet sich hieraus zu
Formel 8
— — — t\
—
de 2 Vz
und stellt eine semiquadratische Hyperbel (13) dar, die in
Fig.3, rechte Bildhälfte, wiedergegeben ist. Für den Wert Z=NuII liefert die Funktion nach Formel 8 den
Wert /'=00. Da der Umfang des Meßbehälters, wie z. B. eines Meßzylinders mit dem Durchmesser D, endlich
begrenzt ist, wird vorteilhaft im unteren Meßbereich ein Flächenausgleich (9) nach F i g. 3 vorgenommen. Die
Messung beginnt dann ab der Steighöhe zo und läßt als
unteren Meßwert
Un = ' · ~-dr = K -Z0
J [z
Die Meßvorrichtung ist vorteilhaft so über einem bekannten Regenhöhenmesser angeordnet, daß diesem
die Abflüsse aus dem Meßbehälter (2) zufließen. Auf diese Weise werden im oberen Teil der Vorrichtung die
Regenspende rbzw. Intensität /erhalten und im unteren Teil die Niederschlagshöhen Nbzw. die Regenergiebigkeit
gemessen.
Um eine absolut sichere Aussage über die Zusammenhänge von Regenintensitäten, Niederschlagsmenge und
Abflußmenge zu erhalten, ist eine synchrone Messung dieser verschiedenen Größen von Vorteil. Dies wird
erreicht durch die Maßnahme, elektrische Analogwerte dieser Meßgrößen synchron auf einer gemeinsamen
Schreibstreifenanlage (Mehrfarbenschreiber) zu registrieren. Eine Auswertung der Meßwerte liefert dann
genaue Aussagen über die Regendichte und das Abflußverhalten eines beregneten Gebietes.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
- Patentansprüche:!.Vorrichtung zur Messung von Regenintensitäten, mit einer dem Regen ausgesetzten AuffangPäehe, mit einem eine Abflußöffnung aufweisenden Meßbehälter zur Aufnahme des auf die Auffangfläche fallenden Regenwassers, und Einrichtungen zur Ermittlung der Regenintensität aus der Steighöhe des Regenwassers im Meßbehäker, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Ermittlung der Regenintensität einen Kondensator umfassen, dessen eine Elektrode vom Regenwasser (14) im Meßbehälter (2) und dessen andere Elektrode von einem auf der Außenseite des Meßbehälters angebrachten metallischen Belag (6) gebildet ist, dessen Breite zur Oberseite des Meßbehälters (2) hin gemäß der reziproken Wurzel aus der Steighöhe (z) abnimmt.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß das Verhältnis der Auffangfläche (3) zur Querschnittsfläche der Abflußöffnung (4) zwecks Einstellung des Auflösungsvermögens einstellbar ist
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Dielektrikum des Kondensators bildende Meßbehälter (2) aus Kunststoff besteht.
- 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mit einer Hochfrequenzquelle (7) verbunden ist und daß Einrichtungen (8, 10) zur Registrierung von dem Kapazitätswert entsprechenden elektrischen Ausgangsgrößen vorgesehen sind.
- 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Grenzwertgeber und Zähleinrichtungen (12) enthaltende Auswerteschaltungen zur Ermittlung der Häufigkeit von bestimmten Regenintensitäten vorgesehen sind.
- 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Fernübertragung der Meßwerte vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712114260 DE2114260C3 (de) | 1971-03-24 | Vorrichtung zur Messung von Regenintensitäten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712114260 DE2114260C3 (de) | 1971-03-24 | Vorrichtung zur Messung von Regenintensitäten |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2114260A1 DE2114260A1 (de) | 1972-10-12 |
DE2114260B2 true DE2114260B2 (de) | 1977-03-03 |
DE2114260C3 DE2114260C3 (de) | 1977-10-20 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2114260A1 (de) | 1972-10-12 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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