Forschungsprojekt DeichSCHUTZ: Gesicherte Messergebnisse für trockene Ufer

Forschungsprojekt DeichSCHUTZ: Gesicherte Messergebnisse für trockene Ufer

Bei extremen Hochwasserlagen gelten die Hoffnungen der betroffenen Menschen den Deichen – halten sie oder nicht. Ein Deichbruch wie beim Hochwasser 2013 in Fischbeck (Sachsen Anhalt) verursachte immense Schäden im Landesinneren, die noch heute nachwirken. Das an der Hochschule Bremen laufende Forschungsprojekt DeichSCHUTZ befasst sich mit einem innovativen Deichschutzsystem, das derartige Deichbrüche verhindern könnte.

Allein in Deutschland schützen Flussdeiche auf vielen tausend Kilometern ufernahe Gebiete. Nach dem heutigen Stand der Technik werden Deiche mit drei Zonen errichtet. Die einzelnen Zonen werden von der Wasserseite zur Landseite hin stetig mit zunehmender Durchlässigkeit hergestellt und bieten somit eine gute Entwässerung des Deichkörpers während eines Hochwasserereignisses. Allerdings sind in Deutschland noch viele Altdeiche mit homogenem Aufbau vorhanden, wie der beim Elbehochwasser im Juni 2013 gebrochene Deich in Fischbeck. Anders als die 3-Zonen-Deiche sind Altdeiche besonders anfällig gegen langanhaltende Hochwasserstände. Es sickert Wasser in den Deich ein und die Sickerlinie steigt im Deichkörper mit zunehmender Einstauzeit weiter an. Je höher die Sickerlinie steigt, desto mehr Bodenmaterial befindet sich unter Auftrieb. Der Deich verliert somit das notwendige Eigengewicht, um dem Wasserdruck entgegenzuwirken.

Die Stabilisierung eines bruchgefährdeten Deichs erfordert einen enormen materiellen und personellen Aufwand sowie Zeit, die in akuten Hochwasserlagen Mangelware ist. Daher braucht es Sicherungsverfahren, die hinsichtlich des Einsatzes von Personal, Material und Zeit effektiver sind, als die Anbringung von Sandsäcken an der Deichbinnenseite.

Neuartiges mobiles Deichschutzsystem

Christopher Massolle vom Institut für Wasserbau der Hochschule Bremen entwickelt eine Lösung, die den Zeit- und Personenaufwand erheblich reduzieren kann. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojekts DeichSCHUTZ wird an einem neuartigen mobilen Deichschutzsystem zur Stabilisierung von Deichen bei Hochwasserereignissen gearbeitet. Dabei kommt auch Messtechnik von STS zum Einsatz.

Zur Erprobung des mobilen Deichschutzsystems wurde auf dem Gelände des Technischen Hilfewerks in Hoya ein Testdeich aufgebaut. Hierfür wurde ein U-förmig gebautes, 550 Kubikmeter Wasser fassendes Einstaubecken konstruiert, an dessen Ende ein Deich sitzt:

Wie auf dem Video zu sehen ist, wurden am linken Rand des Deichs mehrere Rohre eingesetzt. In diesen Rohren befinden sich die Pegelsonden ATM/N aus dem Hause STS. In der Versuchsanordnung wird das Einstaubecken mit Grundwasser gefüllt. Unter realitätsnahen Bedingungen soll das Wasser über einen Zeitraum von 30 Stunden auf eine Höhe von 3 Meter steigen. Die ATM/N Präzisionssonden messen die Entwicklung der Sickerlinie über diesen Zeitraum. Dank eines Druckmessbereichs von 1 bis 250 mH2O bei einem Gesamtfehler von ≤ ± 0.30 %FS (-5 bis 50 °C) geschieht das auf den Zentimeter genau. Sobald die Sickerlinie nicht weiter ansteigt, wird das mobile Deichschutzsystem auf der wasserseitigen Böschung angebracht und soll weiteres eindringen von Sickerwasser verhindern. Der Deichkörper entwässert weiterhin und die Höhe der darauf folgenden Änderung der Sickerlinienlage soll durch die eingesetzten Pegelsonden gemessen werden. Mit den ausgegebenen Messergebnissen kann somit die Funktionalität des Schutzsystems geprüft werden.

Gesicherte Grund- und Oberflächen-Wasserüberwachung in Rumänien

Gesicherte Grund- und Oberflächen-Wasserüberwachung in Rumänien

Es braucht ein lückenloses Kontrollsystem mit Alarmfunktion, um präzise Wasserstandsmessungen durchzuführen und verlässliche Prognosen für die Trinkwasserversorgung zu erstellen und Hochwasser zu antizipieren. STS hat zusammen mit seinem Partner MDS Electric Srl ein umfassendes System zur Grund- und Oberflächen-Wasserverwaltung in Rumänien realisiert.

Rumänien bezieht einen Grossteil seines Trinkwassers aus Oberflächengewässern wie der Donau sowie aus Grundwasser-Ressourcen. Daher ist eine ordnungsgemässe Bewirtschaftung der natürlichen Ressourcen von grosser Bedeutung.

Zur Sicherung der Trinkwasserversorgung und zum Schutz vor Überschwemmungen investierte das Land in eine umfassende hydrologische Messinfrastruktur.

Abbildung 1: Grundwasser Messstelle 

In Zusammenarbeit mit dem rumänischen Kooperationspartner MDS Electric Srl wurden über die vergangenen Jahre daher über 700 Datenlogger und mehr als 350 Datenübertragungssyteme im ganzen Land installiert – darunter auch in abgelegenen Gegenden. Aus diesem Grund wurde vornehmlich in batteriebetriebene Messinstrumente investiert, die jeweils die aktuelle Situation an den Flüssen des Donaugebiets und den Grundwasserbrunnen des Landes überwachen.

Anforderungsspezifische Messlösungen 

Ein komplexes Unterfangen: Jede der eingesetzten Tauchsonden und Datenübertragungssysteme erfordern eine andere Beurteilung und Behandlung, um den jeweiligen Bedingungen gerecht zu werden. Unerlässlich dabei ist auch eine automatische Alarmfunktion, falls festgelegte Grenzwerte überschritten werden.

Die permanente Überwachung des Wasserstands an wichtigen Knotenpunkten für die Trinkwasserversorgung sowie der Flüsse im Donaugebiet ist an eine Vielzahl Anforderungen geknüpft:

  • Eine automatisierte und zuverlässige Datenübertragung via M2M-Protokoll
  • Automatische Alarmfunktion bei Grenzwertüberschreitung
  • Überwachung von Pegelstand und Wassertemperatur sowie in einigen Fällen der Umgebungstemperatur
  • Eine Server-Lösung mit Funktionen zur Visualisierung, Bewertung und Verarbeitung der gemessen Daten sowie integrierter Datenbank
  • Einfache Installation sowie Instandhaltung
  • Kundendienst vor Ort

Für die Umsetzung der gross angelegten Projekte wählte STS die Datenlogger zur Druck- und Temperaturmessung DL/N 70 und WMS/GPRS/R/SDI-12  oder – je nach Anforderung – den digitalen Datentransmitter DTM.OCS.S/N mit Modbus Schnittstelle, um eine höchstpräzise Wasserstandsmessung mit 0,03 Prozent Kennlinie an kritischen Stellen sicherzustellen.

In Zusammenarbeit mit dem lokalen Partner MDS Electric Srl konnte STS das komplette Wasserstandüberwachungssystem aus einer Hand realisieren. Jeder Einsatzort wurde von den MDS Electric Srl und STS Experten vor Ort evaluiert, um an jedem einzelnen Messpunkt eine passgenaue Lösung zu installieren. Auch auf die Langzeitstabilität der eingesetzten Druckmesstechnik ist verlass. So glänzt der Modbus Transmitter DTM.OCS.S/N mit ausgezeichneter Langzeitstabilität mit weniger als 0,1 Prozent Gesamtfehler pro Jahr. Dank des geringen Energieverbrauchs und einem widerstandsfähigen Design übt der Sensor seinen Dienst über Jahre hinweg weitgehend wartungsfrei aus.

Weitere Vorteile des DTM.OCS.S/N im Überblick:

  • Druckmessbereich: 200mbar…25bar
  • Kennlinie: ≤ ± 0.15 / 0.05 / 0.03 % FS
  • Betriebstemperatur: -40… 85 °C
  • Mediumtemperatur: -5…80 °C
  • Schnittstelle: RS485 mit Modbus RTU (standardisiertes Protokoll)
  • Simple Implementierung in das bestehende System
  • Einfache Einstellung von Steigung und Offset