nivå

Rhen gauge Maxau nära Karlsruhe (km 362)

Nivåvisning av Passer framför Merano

Mätarhus på Oder nära Ratzdorf

En nivå är en nivåpinne för att bestämma vattennivån i floder , kanaler och andra kanaler , i sjöar och i havet . I en bredare mening hänvisar ”nivå” också till mätpunkten som helhet. Den exakta definitionen för Tyskland fastställs i nivåregleringen från Federal / State Working Group on Water (LAWA).

Otvetydigt

Ordet nivå kommer från Niederdt. nivå " mätlinje " från medium latin Pagella "bar" och är relaterad till etymologisch " Sight '(se. även nederländsk peil , nivå), mätriktningen.

I allmänhet används "nivå" också metonymt för själva vattennivån . Vid mätaren mäts dock endast nivån från vilken vattennivån (vattennivån för en representativ del av vattendrag) kan härledas.

I hydrometri kallas mätpunkten också för "nivån". Man skiljer mellan nivåer vid ytvatten och grundvattenmätpunkter . Inom sjöfarten, görs en distinktion mellan bro nivå , inre nivå (floder och sjöar) och kust nivå (SEA).

Vissa vattennivåer fungerade också som orienteringsnivå för den nationella undersökningen (t.ex. Amsterdam -nivå , Wien -noll , Kronstadt -nivå , etc.). Efter den första höjdbestämningen (t.ex. vid normal höjdpunkt 1879 ) är höjdinformation från den nationella undersökningen oberoende av vattennivåvariationer. Endast ordnivån i namnet påminner om beroendet av en vattennivå.

berättelse

Den Nilometer nära Aswan är den äldsta kända mätaren.

Mätningen av vattennivåer går lång tid tillbaka. Även de gamla egyptierna mätte vattennivån på Nilen vid flera nilometrar för att använda denna information när de odlade sina åkrar.

I Europa uppstod nivåmätningar på floder under högmedeltiden , då det förindustriella brukssystemet utvecklades och vattenuttag krävde en rättslig grund. Prestanda för de alltmer utbredda, starkare medellånga vattenhjulen var beroende av vattennivån och var benägen för bakvatten i undervattnet. Rättigheterna till vattennivåer ledde till konflikter mellan branscherna. Ett exempel är kvarnhögen , en hög för att kontrollera den föreskrivna vattennivån (målet) för kvarnvattnet. Uppgiften av brukets pålar har ersatts av hår märken som exakt markerar tillåtna lagringshöjd och är noterade i de officiella vatten böcker .

De första regelbundna och dokumenterade observationerna av vattennivåer i översvämningsskydd i Tyskland går tillbaka till början av 1700 -talet. Vid Magdeburg- mätaren (idag: Magdeburg-Strombrücke) dokumenterades förloppet av februarifloden på Elben redan 1655. Vattennivålistor har funnits där i oavbruten sekvens sedan 1727. Detta gör Magdeburg -mätaren till den längsta kontinuerligt dokumenterade serien av vattennivåer i Tyskland. Andra mätare med tidsserier som går tillbaka länge finns på Elben i Meißen sedan 1775 och Dresden sedan 1776 ( Christian Gottlieb Pötsch ) och på Rhen i Erfelden sedan den 1 juli 1797.

Tidigare användes också genomsnittliga vattennivåer på stora floder som en lokal höjdreferens för höjdmätning - till exempel vid Kölns vattennivå (Rhen) eller Wiener Zero (Donaukanalen).

Nivåinstruktionen som upprättades av Eytelwein den 13 februari 1810 är den första kända serviceinstruktionen på nivåer. Den uppdaterades och gjordes mer exakt den 14 september 1874, men gällde fortfarande bara Preussen. Det var inte förrän nivåregleringen av den 14 september 1935 som övervakningen av vattennivån i Tyskland genomfördes på en enhetlig grund. Det blev bindande för delstaterna Preussen, Anhalt, Bremen, Braunschweig, Hamburg, Lippe, Lübeck, Mecklenburg, Oldenburg, Saarland och Schaumburg-Lippe och från den 6 juli 1936 även för de sydtyska delstaterna Baden, Bayern, Hessen, Sachsen , Thüringen och Württemberg infördes.

Grunderna

Vattennivån för stående eller rinnande vatten mäts alltid i förhållande till nollnivån. Den anger nivån på vattennivån (och bör inte förväxlas med vattendjupet).

Nollpunkt

Nivån använder nivånollpunkten som referensvariabel . Om möjligt är nivån nollpunkten inställd under den lägsta vattennivån mätt över en lång tid, så att inga negativa värden uppstår även när vattennivån är låg.

I Tyskland används en nivå nollpunkt enhetligt i kustområdet, som är inställd på havsnivå minus 5 meter när det ställs upp. Detta är inte identiskt med sjökortet noll , som har satts till lägsta astronomiska tidvattnet (LAT) lokalt sedan 2005.

Vattennivå

Nivåmätare i en behållare

Den vattennivå (vattennivå) är höjden på vattennivån direkt på mätaren. Den ges i allmänhet i centimeter (cm) och kan läsas direkt från mätstången eller från mätanordningen. Mätområdet är vanligtvis några meter. Det finns fasta förkortningar för viktiga vattennivåer, t.ex. B.:

MW: Medelvattennivå är den genomsnittliga vattennivån som mäts under en viss tidsperiod (1 till 10 eller fler år).
MNW: Medel låg vattennivå eller medel låg vattennivå är den genomsnittliga låga vattennivån under en viss tidsperiod i en vattendrag.
MHW: Medelhög vattennivå eller Medium översvämning är den genomsnittliga höga vattennivån under en viss tidsperiod i en vattendrag som tidvattnet påverkas.
NNW: Lägsta låga vattennivå eller lägsta låga vatten är den lägsta vattennivån som någonsin mätts.
HHW: Högsta översvämningsnivå eller högsta översvämning är den högsta vattennivån som någonsin uppmätts.
HSW: Högsta sjöfartsvattennivå är den högsta vattennivå vid vilken sjöfart kan köras.

Vattennivå

Den Vattennivån beräknades från höjden på mätaren nollpunkten plus vattennivån ovanför mätaren nollpunkten:

Vattennivå DHHN2016 Höjdstatus 170 (tidigare m + NN) = nivå nollpunkt + vattennivå över mätaren noll
I Tyskland anges nollpunkten som det tyska huvudhöjdsnätverket 2016 (DHHN2016, höjdstatus 170), i Österrike höjd över Adriatiska havet (över havet) och i Schweiz hänvisar nollpunkten till Repère Pierre du Niton (RPN ) i Genèvesjön.

Vattendjup

Det vattendjupet är antingen mätas direkt eller beräknas med hjälp av vattennivån och vattennivån sounding planer (terrängmodell).

Vattendjupet i floder och inlandsvatten är skillnaden mellan vattennivån i DHHN2016 elevationssystemet och flod sängen .
Vattendjupet av kustvatten är skillnaden mellan havsbotten i DHHN2016 elevationssystemet och diagrammet noll plus tidvattnet höjd .

Fri höjd

Frihöjden är skillnaden mellan vattennivån och bryggans nedre kant. På vissa ställen denna skillnad direkt indikeras av bron nivåer. Vertikalt spelrum är det minsta avståndet mellan den genomsnittliga översvämningen och bryggans nedre kant.

Lokal mätning

Mätstationerna är generellt integrerade i systemet med nationella koordinater , vilket innebär att exakta geografiska koordinater också finns tillgängliga. Denna mätning utförs vanligtvis genom lokal mätning av tre fasta punkter som tilldelas nivån.

Kustnivå

Kustmätare finns vid havet, havsnivån ligger längre utanför eller flyter som en mätboj i havet. Fasta nivåer har samma struktur och funktion på samma sätt som flödesnivåerna. Flytande nivåer mäter vattennivån georefererad, t.ex. B. med ett globalt positioneringssystem ( GPS ).

Mäter tidvattnet

En mätpunkt vid den tidvattenberoende hamnen på Krückau i Elmshorn

Den tidvattnet , dvs förändringar i vattennivån vid ebb och flöde , mäts med användning av kust- och havsnivåer. En prognos för tidvattnet beräknas utifrån mätresultatets förlopp ( hydrograf ). Dessa prognoser publiceras i tidvattentabeller och tidvattenkalendrar för mätarens placering.

Mätning av höjden över havet

Beräkning av vattendjupet

För kustfart hänvisas vattendjupet till sjökortet noll . I lågvatten (tidvatten <30 cm) motsvarar sjökortets noll medelvattennivå i de flesta länder. I tidvatten hänvisas vattendjupet till LAT . I vissa länder är vattendjupet relaterat till andra definitioner av diagram noll, till exempel lågt källvatten. Alla dessa genomsnittliga vattennivåer beräknas utifrån långsiktiga observationer av vattennivåerna. Se: Tidvattenberäkning .

Intern nivå

Wesers nivå i Hann. Münden

Interna nivåer är vid floder, kanaler och sjöar. De används för sjöfart och hydrologi och mäter den aktuella vattennivån. Vattennivån ger information om vattendjupet - beroende på undergrundens placering och form och eventuellt i samband med motsvarande vattennivå som bestäms där . Förändringen i vattennivån över tid ger information om vilken navigering som kan förväntas och en möjlig översvämningsrisk. När det gäller floder tilldelas varje del av floden en referensnivå, den så kallade "referensnivån". Detsamma gäller för större sjöar.

Höga vattenmärken

Höga vattenmärken hänför sig alltid till en associerad referensnivå eller den nivå som mäts där. Fartygens navigeringsförmåga och deras lastningsalternativ beror på vattendjupet som kan härledas från detta . Direkt beroende av vattennivån är risken för översvämningar genom översvämning . Navigerbarheten är begränsad på grund av den accelererade strömmen och den ändrade laterala avgränsningen av flodbäddarna. I Tyskland bestäms begränsningen på inre vattenvägar av förordningar.

Högvattenmärke I

Om högvattenmärket I nås på referensnivån börjar de första begränsningarna för motsvarande vattendrag. Dessa varierar från vattendrag till vattendrag och beror på bankens höjd (fribord), dammen. eller vallhöjd, på fartygens teknik, deras storlek, hastighet, lastdjup och vågform. Det drabbade avsnittet kan också blockeras helt.

Högvattenmärke II

Om högvattenmärket II överskrids vid referensnivån stängs vattenvägen för all sjöfart med några få undantag.

Högvattenmärke III

Om högvattenmärket III (om tillgängligt) överskrids på referensnivån är frakt förbjuden eftersom den nuvarande hastigheten inte längre möjliggör säker manövrering.

HSW = högsta leveransvattennivå

Denna term fastställdes av det federala transportministeriet vid International Maritime Congress i Rom 1953. Förkortningen HSW översätts ofta felaktigt som "högsta farbara vattennivå". I Tyskland kunde inte ens ett dekret av BMV (14 juli 1959) utrota fel översättning och även idag använder specialiserade myndigheter ofta denna formulering.

Om ett inställt märke (I, II eller III) nås eller överskrids, stoppas frakten. Varumärket beror på platsen. Restriktionerna upphävs igen när en översvämning avtar (går ut) och faller under de enskilda märkena. Till exempel är högvattenmärket I vid Karlsruhe-Maxau-mätaren vid en vattennivå på 620 cm, högvattenmärket II vid en vattennivå på 750 cm, medan dammarna på Rhen i området är avsedda för ett vatten nivå på cirka nio meter.

Betydelse för frakt

Nivåerna har stor betydelse för sjöfarten på floder, sjöar och hav. Det fungerar som en vägledande nivå på vattenvägar som används av fartyg. Mätaren är ansvarig för en specifik sträcka av vatten. I floder med slussystem tilldelas sektionen vanligtvis till ett specifikt sluss.

Vattennivåerna på referensnivån har inflytande på fartygens lossningsdjup , broernas frigångshöjd och begränsningen av sjöfarten vid översvämningar. Det är avgörande för godstransporter att kunna ta ut så mycket som möjligt. När vattennivån är hög begränsas mängden last och antalet containrar staplade ovanpå varandra av broens höjd . När vattennivån är låg begränsas den laddade mängden av kanalens djup.

I praktiken är det problematiskt att vattennivåerna i varje land är relaterade till en annan höjdhorisont. Den klassificering av vattenvägarna är också olika i varje land, i Tyskland och med olika öster och väster om Elbe. Även inom EU skiljer sig klasserna fortfarande av historiska skäl.

Betydelse för operativ hydrologi

På en flod utgör tillförlitlig registrering och utvärdering av vattennivåer grunden för den hydrologiska beskrivningen av de korta, medellånga och långsiktiga förändringarna i den övergripande situationen för ström och vattennivåer ( vattenbalans ). Den används för drift, underhåll och utbyggnad och konstruktion av vattenvägen , för att styra enskilda system på floden, i synnerhet barrages med dam och vattenkraftverk , sjöfart för att bestämma farledsförhållandena och disponeringen av lossningsdjupet samt nyhetstjänsten översvämning och lågvatten för invånarna som bor i hotade områden och för sjöfart.

För nödvändiga översvämningsvarningar upprättas alltmer automatiska nivåmätstationer längs floder, som utlöser ett larm när en justerbar varningströskel uppnås . Så kallade samtalsnivåer (nivåmeddelanden) kan efterfrågas av vem som helst via telefon om det behövs och ange den aktuella vattennivån i centimeter eller flöde i kubikmeter per sekund (m³ / s). För nivåer på tyska federala vattenvägar, slå riktnummer och sedan 19429, till exempel för Karlsruhe-Maxau-mätaren 0721 19429. De aktuella vattennivåerna finns också på Internet (se webblänkar).

Vattennivåmätningsteknik

Platser, konstruktion och testning

I Tyskland fungerar nivåregleringen eller "Handbok för moderna nivåer" som en rekommendation till vattenförvaltningsmyndigheterna för konstruktion av systemen såväl som för deras utrustning, underhåll och drift. Det publiceras av den statliga arbetsgruppen för vatten . En nivå definieras av en nivåpersonal och tre höjdkontrollpunkter , med hjälp av vilken höjden på personalen (nivå nollpunkt) anges i det tyska huvudhöjdsnätverket 2016. Nivåer ska fästas på vattnet på ett sådant sätt att vattennivån fortfarande kan mätas även vid de högsta och lägsta nivåerna av vattnet. Vattennivåns nollpunkt i Tyskland mäts och kontrolleras regelbundet av de federala vattenvägarna och sjöfartsadministrationen och de statliga undersökningskontoren. På grund av jordskorpans rörelse ändrar den höjden på nivåns nollpunkt kontinuerligt och på grund av belastningsskillnaderna vid eb och flöde stiger och sjunker den med jämna mellanrum med flera millimeter.

Nivåpersonal

Vertikal nivå personal eller personalnivå
på Ilm i Ilmenau
Lutande mätare
på Isar i München

Den äldsta och enklaste formen för att mäta vattennivån görs med en nivåpinne som fästs vid en kajvägg, låskammare eller annan vägg. Det kan dock också installeras på den sluttande terrängen på en bank eller ( damm ) vall. En nivåpersonal är vanligtvis uppdelad i decimeter med numrerade svarta E-märken på en gul bakgrund. En avläsning är vanligtvis möjlig med en noggrannhet på cirka en centimeter. Vid lutande utjämningspersonal sträcks divisionen efter lutningen.

Ett nivåsystem kan bestå av flera nivåstavar, även kallade nivåskalor . Om en nivåpinne översvämmas av vattnet tas avläsningen från nästa, högre nivåpinne. När man ändrar från en nivå till den andra är avläsningarna desamma eftersom nollpunkterna är på samma höjd. Enligt nivåreglerna bör dessa vågar överlappa minst 10 cm.

Idag har nästan alla nivåsystem med en nivåstick en skrivregistrering eller lagrar mätvärdena på plats i en digital datainsamlare. Vid extrema översvämningar är mätaren fortfarande ett viktigt mätinstrument idag, när inspelningar inte längre är möjliga på grund av strömavbrott eller mätarens översvämning. Idag är allt fler av de viktigaste vattenmätarna utrustade med redundanta mät- och registreringsanordningar, datahämtning och så kallad push-operation, så att ett fullständigt fel inte längre ska uppstå.

Sådana nivåstavar kan också göras provisoriska. Om det behövs ställs de upp på framträdande platser. Dessa visar också klassificeringarna, men kan möjligen först mätas senare.

Nivåklocka

Nivåklockan visar mätvärdena med en pekare eller två på en ratt. Med två pekare indikerar den stora centimeterna, den lilla meterens nivå. Mätningar görs av en flottör i en vattennivåaxel som är ansluten till vattnet via ett kommunikationsrör . Sådana nivåmätare är z. B. i Emmerich am Rhein , vid Kölnmätaren eller i Constance . Displayen i sig är digital i många fall . I andra fall, såsom historiska vattennivån hus i Worms , är det analoga och liknar ansiktet av en klocka.

Nivåmätare på Parkinsel i Ludwigshafen am Rhein
Mainz -mätare med mätare
Mätarklocka i Emmerich vid Rhen
Nivå med bar och klocka vid Gnevsdorf som tar emot vatten norr om Havelberg
Nivåtornet i St. Pauli Landungsbrücken i Hamburg med displayskala. I detta fall visar den runda ratten tiden.
Historisk nivåklocka från 1887 i Koblenz
Nivåklocka i Düsseldorf vid Rhen

Registrering av mätning

Numera mäts vattennivån vid vattennivån med hjälp av flottörer , trycksonder , tryckluftsbalanser , radar och ultraljudsanordningar . Mätningarna registreras på nivåbågar, en bandspelare och / eller i digitala datainsamlare i mätarhuset eller lådorna. Ibland visas vattennivån med en stor digital display på mätarhuset (se exempelbild i inledningen ovan).

Vattennivån i vattenmassan mäts i en intilliggande axel eller med hjälp av ett tryckrör. Vattenståndets höjd kan mätas mekaniskt med en flottör med rep och motvikt (flottörnivå). Vid en pneumatisk nivå, även kallad tryckluftsnivå, mäts vattentrycket. En vikt pressas uppåt av vattenpelaren i anslutningsaxeln eller anslutningsledningen (av PVC). Samtidigt är området ovanför vikten under tryck, vilket genereras av en kompressor eller tryckluftsflaskor . Tryckskillnaden aktiverar en mekanisk inspelare eller styr en elektronisk mätomvandlare som registrerar vattennivån. Mätvärdena omvandlas till digitala impulser med hjälp av en vinkelkodare , så att data från datainsamlaren kan matas ut direkt från en bärbar dator eller via fjärrdataöverföring till en central databas.

Batteridriven nivågivare med dataöverföring

Mobil nivåmätning vid översvämningar

För att snabbt registrera förändringar i vattennivån vid särskilt kritiska punkter under översvämningar kan nivån mätas kontinuerligt med hjälp av mobila radiosensorer. Detta system, utvecklat av Federal Agency for Technical Relief , kan också fungera som en ersättare om den fasta nivån har tvättats bort eller överskridits.

Bronivå

Bryggmätare (även hänvisade till som bron clearance nivå i enlighet med Elwis ) är, till övervägande del på inre vattenvägar, lameller nivå bifogade framför en bro (t.ex. vertikalt på bropelare), skepparna inte vattendjupet, men den fria utrymme, frihöjden under en bro (dvs. avståndet mellan respektive vattennivå och bryggans nedre kant). För detta ändamål har de en inverterad skala, det vill säga den lägsta punkten i brokonstruktionen (eller eventuella befintliga tillägg) inom den markerade passagebredden utgör nivåens nollpunkt. Bronivåer är en av de vägledande leveransskyltarna .

Den animerade bilden visar takhöjden vid två olika vattennivåer (takhöjd 6 m och ca 7 m). Passering rekommenderas inom de gröna och vita skyltarna, utanför de röda och vita skyltarna är det förbjudet. Med bågbroar ändras också den klara passagebredden under bågen beroende på vattennivån. När vattennivån sjunker minskar också fairwayens bredd, beroende på flodprofilen.

I vissa fall, t.ex. B. på sjövattenvägar används andra nivåkonstruktioner (nivåmätare, digitala displayer, etc.) som bromätare. Innan den passerar genom måste skepparen vid behov besluta om hans fartyg fortfarande kan passera säkert under bron, beroende på nedsänkningsdjup på grund av last och / eller bränsleförbrukning. Här måste fluktuationerna i höjd på grund av vågor också beaktas.