Pegel, Abflussmenge und Fließgeschwindigkeit

[justcallmeal]

Hallo zusammen,
als Motorbootfahrer in der Gegend um Mainz beobachte ich regelmäßig den Mainzer Pegel, sowohl was den Wasserstand, als auch die sog. Abflussmenge in Kubikmeter anbelangt.
Bei der Abflussmenge stellt sich mir oft die Frage, wie man diese in Fließgeschwindigkeit "umrechnen" könnte.
Was ich beobachten konnte, sind Abflussmengen, die abhängig vom Pegel auch schon um Faktor 4 variieren können.
Eine 4-fache Abflussmenge bei hohem Wasserstand bedeutet ja aber nicht unbedingt auch eine 4-fache Fließgeschwindigkeit.
Gibt es da Faustformeln, mit der man aufgrund von Wasserstand und Abflußmenge die Fließgeschwindigkeit berechnen kann?

[oliver67]

bei einem höheren Pegel hast Du ja einen größeren Querschnitt im Fluss, deshalb größere Abflussmenge bei gleicher Fliessgeschwindigkeit. Vorzustellen wie ein Rohr, das nur halb voll ist, wenn ganz voll (höherer Pegel), dann doppelte Abflußmenge bei gleicher Geschwindigkeit. Ich kann mir nicht vorstellen, dass sich in großen Flüssen die Geschwindigkeit bei erhöhtem Pegel deutlich erhöht (bin aber kein Experte in Strömungstechnik ).

[justcallmeal]

Zitat von oliver67

bei einem höheren Pegel hast Du ja einen größeren Querschnitt im Fluss, deshalb größere Abflussmenge bei gleicher Fliessgeschwindigkeit. Vorzustellen wie ein Rohr, das nur halb voll ist, wenn ganz voll (höherer Pegel), dann doppelte Abflußmenge bei gleicher Geschwindigkeit. Ich kann mir nicht vorstellen, dass sich in großen Flüssen die Geschwindigkeit bei erhöhtem Pegel deutlich erhöht (bin aber kein Experte in Strömungstechnik ).

danke für Deinen Input hierzu. Nun, das mit dem Querschnitt ist schon klar soweit; trotzdem denke ich, dass die Strömungsgeschwindigkeit bei höheren Abflussmengen (und Pegeln) ebenfalls zunimmt, wahrscheinlich nicht im gleichen linearen Verhältnis, aber so ist zumindest meine Wahrnehmung, da mein Liegeplatz sich in der Strömung befindet und ich das oft live mitkriege.

[Thomas69]

Gaaanz dunkel meine ich erinnern zu können daß irgendeine Stelle/Behörde im Netz die Pegel UND die zugehörige Strömungsgeschwindigkeit zum Abruf/Ansehen einstellt.

[coffeemuc]

Zitat von oliver67

Ich kann mir nicht vorstellen, dass sich in großen Flüssen die Geschwindigkeit bei erhöhtem Pegel deutlich erhöht

Auf dem Rhein bei Bingen ist das aber so. Wir sind da mal mit einem Verdränger (12m) zu Tal gefahren, da wurde die Geschwindigkeit über Grund (GPS) rapide höher. Wir haben dann gedreht und wären fast nicht mehr rausgekommen. Wir hatten vielleicht noch 1 km/h über Grund zu Berg.

Bei normalem Pegel liegen da vielleicht so 6 km/h an.

[Oldskipper]

Teilweise nimmt die Fließgeschwindigkeit sogar ab. Das hängt mit dem Flussprofil zusammen.
Auf der Elbe ist es so:
Bei Niedrigwasser ist die Strömung gering. Mit steigendem Wasserstand und Durchfluss, steigt die Strömung an, bis die Buhnen überspült werden und sich der Fluss in die Breite bewegen kann. Dann nimmt die Strömung wieder ab. Erreicht das Wasser die Deiche, nimmt die Strömung wieder zu. Bei schnell steigendem Wasserstand nimmt die Strömung auch stark zu, weil es vor der Welle flacher ist und quasi ein starkes Gefälle entsteht.
Es gibt aber auch Stellen, wo es Ausnahmen gibt. Der Engpass am Domfelsen z.B. Dort ist bei Niedrigwasser die stärkste Strömung. Der Felsen schaut heraus und engt die Elbe auf ein Drittel ihrer Breite zusammen. Fas ist dann richtig heftig. Steigt die Elbe stark an, wird der Felsen überspült und die Strömung nimmt stark ab.

Ich denke am Rhein gibt es ähnliche Effekte. Untiefen, Sandbänke und Inseln oder auch Kurven bzw die generelle Tiefe des Flussbettes und natürlich auch das Gefälle des Flusses, spielen eine Rolle
Da Wasser nicht komprimierbar ist, ist es am Ende immer eine Frage des Wasserstandes in Verbindung mit dem Profil des Flussbettes.

[justcallmeal]

ja, das ist alles plausibel und nachvollziehbar.
Aber jetzt reduzieren wir die Randbedingungen wie Uferbebauung, enge Kurven, Sandbänke und Deiche etc. mal auf das Wesentliche wie vllt. unter folgenden Laborbedingungen:

eine Regenrinne auf einem Hausdach in der pro sec. 200ml fließen. Wie würde sich die Geschwindigkeit (und evtl. Pegel/Wasserstand) gegenüber der doppelten Durchflussmenge (400ml/sec) verändern?

[billi]

die Fließgeschwindigkeit kannst du nicht durch den Abfluss bestimmen da sind so viele Faktoren wichtig...


Bebauung Topgraphie, Untergrund, Fläche,.....

man kann eigentlich nur selbst raus und messen... (mit Logge und GPS einfach zu messen)

du wirst aber nicht viel Unterscheid feststellen.

der Rhein fließt dort mit 6-8km/h....

unter nach Bingen wird er etwas schneller... (durchs Mittelgebirge)...

[Oldskipper]

Die Geschwindigkeit würde sich in deinem Beispiel verringern, weil die Regenrinne ein Halbrundprofil hat und der Querschnitt sich erhöht. Das gilt jedenfalls, wenn die Rinne so etwas wie einen Pegel hat, und nicht die Schwerkraft der allein bestimmende Faktor ist. Ganz so einfach lässt sich das nicht auf einen Fluss übertragen.
Das Gefälle hat hier einen maßgeblichen Einfluss. Geht die Regenrinne senkrecht nach unten, wäre die Schwerkraft der alleinige Faktor, solange der Querschnitt ausreichend groß ist. Die Geschwindigkeit bliebe konstant.
Also gilt:
Ändern sich Pegel und Durchfluss im gleichen Verhältnis, würde sich die Geschwindigkeit im gleichen Verhältnis erhöhen. Also Pegel +100% und Durchfluss +100% macht V +100%
Im Regelfall gibt es das nicht. Da verdoppelt sich der Durchfluss, aber der Pegel steigt nur um 10%.
Das kann man sicher berechnen, aber in der Praxis ist das Ergebnis wohl eher nicht zu gebrauchen.
Die Geschwindigkeit steigt jedenfalls nicht im gleichen Verhältnis zum Durchfluss an.
Also Pege

[justcallmeal]

Zitat von Oldskipper

Pegel +100% und Durchfluss +100% macht V +100%
Im Regelfall gibt es das nicht.

vielen Dank für Deine sehr interessanten und aufschlussreichen Erklärungen!

Ich denke jedoch, dass es den oben zitierten Fall -zumindest am Pegel Mainz- schon mehrfach gegeben hat.
Also ich meine einen doppelt so hohen Pegel bei ebenfalls doppelter Durchflussmenge. Ich würde sogar meinen, dass die Durchflussmenge bei doppeltem Pegel zeitweise noch höher war., aber genau beobachtet habe ich das nicht.
Was ich aber beobachtet habe ist, dass bei Hochwasser die Durchflussmengen teilweise das mehr als das vierfache betragen als Durchflussmengen bei Niedrigwasser.

[Thomas69]

Diese Webseite dürfte bekannt sein? Zumindest hat man da jede Menge Daten aus denen man sich eine Formel "basteln" könnte.

[Dominic]

Hallo,
also zu meiner Lehrzeit mussten wir die Abflußmengen an bestimmten an bestimmten Querschnitten des Stroms errechnen.
Dafür wurden neben der Querpeilung, also der Ermittlung der einzelnen Wassertiefen auch die durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeiten lotrecht an den Peilpunkten mittels einem Messgerät von der Wasseroberfläche bis zum Grund ermittelt.Die Messungen bestanden aus min. zehn Messreihen oder mehr und selbst da wurde die Fließgeschwindigkeit nur auf den lotrechten Punkt, also unabhängig von den einzelnen Tiefen gemittelt.
Am Ende wurde der Querschnitt zeichnerisch festgehalten und die Flächen zwischen den Messpunkten errechnet und mit den durchschnittlichen Fließgeschwindigkeiten der begrenzenden Lotungen multipliziert.
Nach Addition der einzelnen „Körper“ erhielt man den Gesamtabfluss, allerdings auch nur fur den Wasserstand, der bei den Messreihen anlag.

Für eine qualifizierte Aussage, wo bei welchem Wasserstand, bei welcher Tiefe, die jeweiligen Fließgeschwindigkeit vorliegt, braucht es also wohl sehr sehr viele einzelne Messungen, bei unterschiedlichen Wasserständen.

Bis dann

Dominic

[Oldskipper]

Es gibt noch einen weiteren Effekt. Steigt der Pegel schnell an, quasi wie eine Welle, ist vor der Welle noch ein niedriger Wasserstand. Das bedeutet höheres Gefälle und damit schnellere Strömung. Umgekehrt nimmt die Strömung auch ab, wenn der Pegel stagniert.
Ich bin jetzt aktuell gegen eine kleine Welle gegenan gefahren und an den Engstellen der Elbe gab es ca 11km/h Strömung. Da addiert sich aber auch die Querströmung z.B vom Domfelsen, so das es an der Stelle, wo der Felsen die Elbe quasi anschneidet, die stärkste Strömung gab. Solche Effekte gibt es auch an Buhnenköpfen, wenn auch nicht so extrem. Auf insgesamt 30 km hatte die Elbe Fließgeschwindigkeiten von 4 bis 7km/h mit den Maxima von 11 an den Engstellen. Im Mittel waren es so wohl die 5km/h.

[Brummer]

Moin

Zitat von Oldskipper

Also gilt:
Ändern sich Pegel und Durchfluss im gleichen Verhältnis, würde sich die Geschwindigkeit im gleichen Verhältnis erhöhen. Also Pegel +100% und Durchfluss +100% macht V +100%

kann es sein das du hier etwas zuviele +100% gerechnet hast ?

Wenn der Pegel ( im Rechteckquerschnitt) um 100 % steigt steigt auch der Durchfluss um 100% .
Allerdings nur wenn die Geschwindigkeit gleich bleibt !
Bei vierfachem Durchfluss wäre die Strömung doppelt so schnell.

Torsten