Verbesserung der Effizienz der Messung der Schwebstoffkonzentration mit dem DeepSizer 300

Überwachen Sie mit dem DeepSizer 300 die Auswirkungen extremer hydrologischer Ereignisse auf den Sedimenttransport, indem Sie die Konzentration suspendierter Sedimente und die Partikelgrößenverteilung in Echtzeit analysieren.

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• Einleitung
• Theorie
• Experiment
• Ergebnisse und Diskussion
• Schlussfolgerung

Einführung 

Der Sedimenttransport spielt eine zentrale Rolle bei der Gestaltung der Flussmorphologie, beeinflusst die Verschlammung von Stauseen und wirkt sich auf die ökologischen Bedingungen aus. Eine genaue Messung der Schwebstoffkonzentration (SSC) ist daher für die Hochwasservorhersage, den Wasserbau und das Umweltmanagement von entscheidender Bedeutung.

Die Messung der Schwebstoffkonzentration (SSC) kann in traditionelle und moderne Methoden unterteilt werden. Traditionelle Methoden, die Probenahme, Filtration, Trocknung und Wiegen umfassen, sind zwar genau, aber zeitaufwändig, arbeitsintensiv und nicht in der Lage, kontinuierliche Echtzeitdaten zu liefern. Daher wurden moderne Instrumente wie fotoelektrische, Ultraschall-, Infrarot- und isotopenbasierte Sensoren mit einigem Erfolg eingesetzt. Die Genauigkeit dieser Instrumente entspricht jedoch noch nicht den gängigen Standards. Einige Methoden erfordern vor dem Einsatz zudem spezifische Kalibrierungen oder umfangreiche Datenanalysen, was eine großflächige Anwendung verhindert.

Abbildung 1. Prozess der gravimetrischen Methode

Das tauchfähige Partikelgrössenmessgerät DeepSizer 300 ermöglicht eine langfristige In-situ-Überwachung der SSC und der Partikelgrössenverteilung ohne manuelle Probenahme. Er liefert automatische Echtzeitdaten, verbessert die Überwachungseffizienz erheblich und unterstützt eine qualitativ hochwertige hydrologische Entwicklung.

Theorie

Experimentell

Das tauchfähige Laser-Partikelgrößenmessgerät DeepSizer 300 wurde an zwei hydrologischen Messstellen eingesetzt.

Am ersten Standort wurde das Gerät unter einer kreisförmigen Boje in einer Wassertiefe von 0,5 m aufgehängt. Am zweiten Standort wurde der DeepSizer 300 auf einem hydrologischen Pumpboot in einer Wassertiefe von 2,2 m montiert.

Gleichzeitig wurden mit einem 1000-ml-Horizontalprobenehmer Sedimentproben in derselben Tiefe neben dem Gerät entnommen. Insgesamt wurden 36 Proben am ersten Standort und 38 Proben am zweiten Standort entnommen. Die Schwebstoffkonzentration (SSC) wurde mit der gravimetrischen Methode bestimmt und mit den Messungen des Geräts verglichen.

Abbildung 3. Einsatz des DeepSizer 300 (Links: Erste Messstelle; Rechts: Zweite Messstelle)

Ergebnisse und Diskussion

An beiden hydrologischen Standorten stimmte die mit dem DeepSizer 300 gemessene Schwebstoffkonzentration (SSC) gut mit den Werten überein, die mit der gravimetrischen Methode ermittelt wurden.

Abbildung 4 zeigt, dass die SSC-Ergebnisse des DeepSizer 300 in hohem Maße mit denen übereinstimmen, die mit der gravimetrischen Methode erzielt wurden. Am ersten Standort lieferte der DeepSizer 300 kontinuierliche SSC-Messungen. Die Ergebnisse zeigen deutliche zeitliche Schwankungen mit mehreren kurzzeitigen Spitzenwerten von über 0,3 g/l. Im Gegensatz dazu spiegelt die gravimetrische Methode, die auf diskrete Probenahmen beschränkt ist, nur den allgemeinen Trend wider und erfasst diese kurzlebigen Ereignisse nicht.

Abbildung 5 vergleicht die mit dem DeepSizer 300 ermittelten Schwebstoffkonzentrationen (SSC) mit denen, die mit der gravimetrischen Methode gemessen wurden. Bei allen 38 Proben zeigen die beiden Datensätze über einen breiten Konzentrationsbereich (0,01–1 g/l) eine hohe Übereinstimmung. Beide Kurven folgen nahezu identischen Trends mit minimalen Abweichungen zwischen den beiden Methoden.

Diese Ergebnisse bestätigen, dass der DeepSizer 300 die mit der herkömmlichen gravimetrischen Methode ermittelten SSC-Werte genau reproduzieren kann und dabei den zusätzlichen Vorteil einer automatisierten Echtzeitüberwachung bietet. Die enge Übereinstimmung zwischen den beiden Methoden bestätigt die Eignung des Geräts für kontinuierliche Feldmessungen und bietet eine robuste Alternative zur arbeitsintensiven manuellen Probenahme.

Schlussfolgerung 

Dieser Anwendungsbericht zeigt, dass der DeepSizer 300 Messungen der Schwebstoffkonzentration (SSC) liefert, die an zwei hydrologischen Standorten in hohem Maße mit der gravimetrischen Standardmethode übereinstimmen. Über die Genauigkeit hinaus bietet das Gerät eine kontinuierliche, hochauflösende Überwachung, die kurzlebige Sedimentschwankungen erfasst, die bei diskretem Probennahmeverfahren oft übersehen werden. Diese Möglichkeiten machen den DeepSizer 300 zu einem zuverlässigen und effizienten Werkzeug für die Sedimentüberwachung in dynamischen Umgebungen und unterstützen die Hochwasservorhersage, den Wasserbau und das Umweltmanagement.

About the Authors

Zhichao Han Application Research Lab, Bettersize Instruments Ltd.