Grundlagen der Bestimmung des Wasseräquivalents

           Inhaltsverzeichnis

  • 1,0 Allgemein
  • 1.1  Zum Problem der Wassergehaltsbestimmung der Schneedecke 
  • 1..2          Definitionen wichtiger Begriffe 
  • 1.2.1.      Wasseräquivalent der Schneedecke:   
  • 1.2.2.      Schneehöhe     
  • 1.2.3.      Schneedichte
  • 1.2.4.      Schneelast        
  • 1.3          Messmethoden             
  • 1.3.1.     Die Schneebrettmethode          
  • 1.3.2.     Die Isotopenmethode 
  • 1.3.3.     Die volumetrische Methode     
  • 1.3.4.     Die Mikrowellenmethode         
  • 1.3.5.     Die Dielektrizitätsmethode       
  • 1.4          Einführung in die Messtechnik9
  • 1.4.1.     Technische Daten  WS43            
  • 1.4.2.     Technische Daten  Metrasonde              
  • 1.4.3.     Allgemeine Anmerkungen zur Verwendung der Waage             
  • 1.4.4.     Technische Daten Hancvencl-Sonde     
  • 1.4.5.     Verfahren zur Messung der Schneehöhe          
  • 1.4.6.     Verfahren zur Messung des Wasseräquivalents von Schnee    
  • 1.4.7.     HIM300-23        
  • 2.            Beschreibung des gegenwärtigen Zustandes und des Projektzieles      
  • 2.1          Schneesonde HIM150-50           
  • 2.1.1.     Allgemeines     
  • 2.1.2.     HIM150-50 mK 
  • 2.1.3.     HIM150-50 oK  
  • 2.2          Methodische Grundlagen          
  • 2.2.1.     Normen und Anforderungen   
  • 2.2.2.     Mathematische Grundlagen     
  • 2.2.3.     Informationsverarbeitung         
  • 2.2.4.     Messverfahren               
  • 2.3          Technische Anforderungen der Schneesonde 
  • 2.3.1.     Handgriff mit Bajonettadapter26
  • 2.3.2.     Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 150 cm             
  • 2.3.3.     100-cm-Handgriff mit Bajonettadapter und Skalierung
  • 2.3.4.     Aufhängevorrichtung für die Digitalwaage         
  • 2.3.5.     Messzylinderadapter zum elektromechanischen Betrieb           
  • 2.3.6.     Digitalwaage     
  • 2.3.7.     Aufhängevorrichtung vertikal  
  • 2.3.8.     Aufhängevorrichtung horizontal             
  • 2.3.9.     Transporttasche             
  • 2.3.10.  Auswertetafeln              
  • 2.3.11.  Schaufel             
  • 2.3.12.  Verschlussdeckel           
  • 2.3.13.  Komprimierungsstab    
  • 2.3.14.  GPS-Tracker     
  • 3.            Empfehlungen
  • 4.            Zusammenfassung        
  • 5.            Literatur- / Quellenverzeichnis 

 

1.0 Allgemeines

1.1          Zum Problem der Wassergehaltsbestimmung der Schneedecke

Eine regelmäßige netzmäßige Bestimmung des Wassergehaltes der Schneedecke ist aus hydrologischer Sicht von großer Bedeutung. Durch Bestimmung des Wassergehaltes lässt sich die negative Komponente des Niederschlages bestimmen (Verdunstung).

Die Hauptbedeutung des Parameters liegt in der Beurteilung der Schneeschmelze für gewäs-serkundliche Zwecke (Abfluss- und Zuflussberechnung des Schmelzwassers für Talsperren, Hochwasservorhersage, Taufluten) und als Eingangsgröße für Wasserhaushaltsmodelle. Die Gefahr von Taufluten ist besonders groß, wenn sich Schneeschmelze und Regenfälle über-lagern. Der Wassergehalt der Schneedecke kann als Korrekturfaktor zur Abschätzung des Niederschlages genutzt werden.

Zukünftig wird die netzmäßige Bestimmung des Wassergehaltes der Schneedecke, als Referenzdaten für die Fernerkundung, noch höhere Bedeutung gewinnen.

1.2          Definitionen wichtiger Begriffe

0.3.1.     Wasseräquivalent der Schneedecke:

Das Wasseräquivalent der Schneedecke wird bestimmt aus der Höhe der Wasserschicht in mm, die sich nach dem Schmelzen der Schneedecke ausbilden würde, wenn das Schmelzwasser ohne Infiltration oder Verdunstung auf einer horizontalen Fläche verbliebe.

1 mm Wasseräquivalent entspricht 1 l Schmelzwasser / m²

Das spezifische Wasseräquivalent bezieht sich auf die Schneedeckenhöhe. Es wird in mm / cm angegeben.  Ermittelt wird das Wasseräquivalent mit einem Schneeausstecher oder einer Schneesonde.

0.3.2.     Schneehöhe

Die Schneehöhe wird allgemein im Gegensatz zum Niederschlag (Millimeter pro Stunde) in Zentimetern angegeben. Da der Schnee liegen bleiben und je nach Temperatur auch schmelzen kann, müssen Schneedecken trotz Neuschnees nicht ansteigen.

Die reine Angabe der Schneehöhe sagt also nicht zwingend aus, dass kürzlich Schnee gefallen ist.

Präzise unterscheidet man also zwischen Schneedeckenmächtigkeit als Gesamthöhe und Neuschneehöhe als Zuwachs des letzten Bemessungszeitraumes – wobei man in der heutigen Meteorologie und Lawinenkunde 24 Stunden zugrunde gelegt, und morgens 7:30 misst.

Über längere Zeiträume ermittelt man dann die Neuschneesumme (z. B. 3-Tages-Neuschneesumme als Schneehöhenzuwachs der letzten 72 Stunden).

Da der Schnee durch sein eigenes Gewicht und die anderen Wetterwerte (Feuchte, Temperaturverläufe) beeinflusst „zusammensitzt“, also – auch unabhängig von Abschmelzen und Sublimation – sein Volumen verändert, ist die Neuschneesumme und auch die gesamte Schneedeckenmächtigkeit nicht die Gesamtsumme der Neuschneehöhen. Sie liegt typischerweise bei ein bis zwei Drittel der Neuschneesummen der letzten Schneefallperiode.

In letzter Konsequenz reduziert sich die Gesamt-Neuschneemenge einer Saison im Zehrgebiet der Gletscher auf oft nur wenige Zentimeter mächtige Schichten komprimierten Eises.

Umgekehrt können sich durch Windverfrachtung kleinräumig im Gelände auch enorme, weit über die Neuschneehöhen hinausgehende Schneedeckenmächtigkeiten aufbauen.

Auch dort, wo Lawinen abgegangen sind (Massenverfrachtung), finden sich abnorme Schneehöhen, so dass Lawinenreste bis weit über das Ausapern der umliegenden Areale hinaus liegen bleiben. 

0.3.3.     Schneedichte

Die Dichte eines Körpers (ρ), zur besseren Unterscheidung von anderen volumenbezogenen Größen wie Energie- oder Ladungsdichte auch Massendichte genannt, ist das Verhältnis seiner Masse  zu seinem Volumen 

                                 ,

Die Schneedichte ist die Masse des gefallenen Schnees bezogen auf die Volumeneinheit im Zustand der natürlichen Lagerung, angegeben in g / cm³. 

Die Schneedichte,  gibt den Wassergehalt einer ungestörten Schneeschicht pro Raumeinheit an. "Ungestört" bedeutet, dass die Schneedecke nicht durch äußere Einwirkungen, wie z.B. Betreten, Befahren oder künstliche Wärmequellen verändert wurde.

Die übliche Einheit ist g/cm³  

Durch Wiegen der ausgestochenen Schneedecke und Messung der Schneedeckenhöhe lassen sich die Wassermenge der Schneedecke [ mm] und die Schneedichte [g/cm³] bestimmen.

Die Schneedichte ist die Masse des gefallenen Schnees bezogen auf die Volumeneinheit im Zustand der natürlichen Lagerung, angegeben in g / cm³.

Man rechnet wie folgt von Schneedichte in spezifisches Wasseräquivalent (und zurück) um:

 1 g / cm³ = 10 mm / cm                bzw.      1 mm / cm = 0.1 g / cm³

Einteilung der Schneearten nach Dichtebereichen (fokussiert auf Deutschland):

Schneedichte [kg/m³] Schneeart
50 -150 Neuschnee
100 - 200 Pulverschnee
150 - 450 körniger Schnee
350 - 600 gelagerter Schnee
500 - 850 Firnschnee
700 - 900  Gletscherschnee / Gletschereis

 

Die höchste mögliche Dichte liegt bei 917 kg/m³ und bedeutet porenfreies Eis.

Wasser hat eine Dichte von 1000 kg/m³, somit schwimmt Eis infolge der geringeren Dichte immer auf der Wasseroberfläche.

0.3.4.     Schneelast

Die Schneelast gehört zu den klimatisch bedingten veränderlichen Einwirkungen auf Bauwerke. Sie hängt von der geografischen Lage und von der Form des betrachteten Bauwerks ab und wirkt im Allgemeinen als Flächenlast senkrecht zur Grundfläche.

Schnee ist gefrorener Niederschlag, dessen Dichte und Gewicht von der Temperatur abhängen. Ein Meter Pulverschnee entspricht dabei einer ca. sechs bis zehn Zentimeter hohen Wassersäule, bei Pappschnee sind es ca. 20 cm.

Für statische Nachweise wird vereinfachend und auf der sicheren Seite liegend mit nassem Schnee und einer Wichte von 2 kN/m³ gerechnet.

 

1.3          Messmethoden

1.3.1.     Die Schneebrettmethode

Die Schneebrettmethode beruht auf der Abschätzung des Wassergehaltes der Schneedecke unter Zugrundelegung der Schneehöhe, der Temperatur und der Windgeschwindigkeit. 

1.3.2.     Die Isotopenmethode

Die Isotopenmethode ist international weit verbreitet.

Zur Bestimmung des Wassergehaltes werden horizontal und vertikal Gammaquellen ange-ordnet, die die Schneedecke durchstrahlen. 

1.3.3.     Die volumetrische Methode

Die gravimetrische Methode beruht auf der relativen Änderung des Gewichtes. Hierzu wird ein Messzylinder gewogen. Aus den ermittelten Skalenteilen werden Schneedichte, Wasser-gehalt abgleitet.

Mit automatischen Stationen werden die Schneemengen von temperaturkompensierenden DMS-Sensoren (z.B. elektronische Schneewaagen) vermessen. 

Dieses Verfahren wird zurzeit an einigen Messstellen vom DWD angewandt.  

1.3.4.     Die Mikrowellenmethode

Die Mikrowellenmethode dient der integrierenden Bestimmung des Wassergehaltes von größeren schneebedeckten Gebieten mit Hilfe von Satelliten. In diesem Verfahren sind Re-ferenzmess-Stellen erforderlich. 

1.3.5.     Die Dielektrizitätsmethode

Bei dieser Methode wird die Änderung der  Dielektrizitätskonstante als Maß für den spezifischen Wassergehalt der Schneedecke angenommen.

1.4          Einführung in die Messtechnik

Seitens des Wetterdienstes wurde die gegenwärtige Situation im Messnetz vorgetragen. Zurzeit arbeitet der DWD mit insgesamt 3 verschiedenen Modellen:

  •             WS43 im Flachlandbereich
  •             Metrasonde und die (aus DDR-Beständen für Bergstationen)
  •             Hancvencl-Sonde  SM 150-50 und SM 100-50 ( in modifizierten Prototypen)

Zusätzlich wird die hier vorgestellte HIM300-23 betrachtet. Im Folgenden seien hier kurz die einzelnen Sonden mit ihren technischen Parametern dargestellt.

1.4.1.     Technische Daten  WS43

 

 

Abb.  1:  Schneesonde WS43 mit Waage, Messzylinder und Schaufel, Foto: HIM

 

Länge: 70 cm
Ausstechfläche: 50 cm2 ±0,4
Messgenauigkeit der Waage: ± 5 g
Messgenauigkeit der Schneehöhe: ± 10 g
Material: Aluminium
Telekopierbar Nein
Abmessungen: 710 x 150 x 150 mm
Masse: 3 kg

 

Die Schneesonde (Abb. 1) besteht aus einem Metallzylinder und einer Balkenwaage  mit Laufgewicht.  Der Metallzylinder ist an einem Ende als Ringsäge  ausgebildet  und kann am anderen Ende durch einen Deckel verschlossen werden. 

Zur Messung der Höhe der ausgestochenen Schneesäule ist an der Außenseite des Zylinders eine cm-Skala angebracht, die an der unteren Kante der Ringsäge beginnt.

Ein über den Zylinder frei bewegbarer Ring mit Bügel  dient der Aufhängung des Zylinders an der Balkenwaage.

Die Balkenwaage besteht aus einer Metallschiene, die durch die prismatische Schneide der Waagenaufhängung   in zwei ungleiche Arme geteilt wird und einem Laufgewicht  mit Ab-lesefenster.  Die rechte prismatische Schneide, die unter dem Zeiger  liegt, und mit ihrer Spitze nach unten gedreht wird, stützt sich auf ein Lager in der Lasche.

Der Ring an dieser Lasche dient zum Halten der gesamten Waage. Auf die zweite prismatische Schneide  wird eine weitere Lasche mit Haken  gehängt.

Zum Wiegen der ausgestochenen Schneeprobe wird der gefüllte Metallzylinder mit dem Bügel an den Haken gehängt.  

 

1.4.2.     Technische Daten  Metrasonde

 

 

Abb.  2:  Schneesonde Metrawatt mit Digitalwaage, Foto: DWD Hamburg

1.4.3.     Allgemeine Anmerkungen zur Verwendung der Waage

Bei der Nutzung der Bestandteile des Messrohres ist  keine Gewaltanwendung erforderlich, da sie leicht zu handhaben sind.

Bei außergewöhnlichen Witterungsverhältnissen gibt es die Möglichkeit des Einfrierens der Messzylinder mit dem Bajonettadapter. Die Verbindung kann dann mechanisch oder durch Erwärmung gelöst werden.

Die Schneehöhe kann seitlich an den Messzylindern abgelesen werden.

Das Bajonett-System zum Verbinden einzelner Rohre ist symmetrisch.

Der Tubus des Bajonettadapters wird durch das seitliche Einrasten der Bajonettzapfen in den Bajonettadapter durch leichtes drehen fixiert.

Die Demontage vollzieht sich in umgekehrter Richtung.

  

Länge: 70 cm
Ausstechfläche: 50 cm2 ±0,4
Messgenauigkeit der Waage: ± 5 g
Messgenauigkeit der Schneehöhe: ± 10 g
Material: Aluminium
Telekopierbar Ja
Abmessungen: 710 x 150 x 150 mm
Masse: 3 kg

 

0.5.4.     Technische Daten Hancvencl-Sonde

  

Abb.  3: Hancvencl-Sonde mit Digitalwaage, Foto DWD Hamburg

 

 

Abb.  4:  Hancwencel-Sonde mit Digitalwaage, Foto HIM

Unter dem Begriff Hancvencl-Sonde (nach Rudolf Hancvencl) werden die Schneesonden SM 150-50  und  SM 100-50 zusammengefasst.

 

Typ: SM 150-50  SM 150-50 
Länge:  150 cm ±0,4 100 cm ±0,4
Ausstechfläche: 50 cm2 ±0,4 50 cm2 ±0,4
Auflösung: ± 10 g ± 10 g
Material: GFK GFK
Telekopierbar Ja Ja
Abmessungen: 710 x  150 mm 710 x  150 mm
Masse: 3 kg

3 kg

 

Die Schneesonden SM 100 bzw.150-50 dienen zur Messung der Schneehöhe und des Schneewasseräquivalents. Sie  bestehen aus einem Probenahmezylinder, einer Wendeeinrichtung, einer Aufhängung des Sondenstabes und der Transportverpackung. Der Probenahmezylinder hat eine  Länge von 150 bzw. 100 cm und einen Querschnitt von 50 cm².  Der Zylinder ist aus Glasfaserlaminat hergestellt und mit einer Metallzahnkrone versehen.

Der Sondenstab aus Aluminiumrohr ist mit einer Skala und einem kreisförmigen Plättchen für das Stauchen des Schnees und dessen Entfernung aus dem Probenahmezylinder versehen.

Die Wendeeinrichtung dient nach dem Durchstecken des Probenahmezylinders zum Drehen und Andrücken bei der Schneeentnahme. Die Aufhängung ist für das Wiegen des Zylinders in waagerechter Lage bestimmt. Die Transportverpackung ist gummiert ausgeführt.

Das Gesamtgewicht der Schneesonde beträgt etwa 2,2 kg. Der Sammelzylinder wiegt  etwa 1,3 kg.

Für das Wiegen des Schnees können beliebige Waagen mit einer minimalen Empfindlichkeit von 10 g verwendet werden. (Nicht enthalten)

0.5.5.     Verfahren zur Messung der Schneehöhe

Der Sondenstab steckt aufrecht im Schnee, und nach Erreichen des Bodens wird auf seiner Skala die Schneehöhe abgelesen.

0.5.6.     Verfahren zur Messung des Wasseräquivalents von Schnee

Der Probenahmezylinder wird in senkrechter Position bei beidseitiger Drehung und ausrei-chendem Druck mittels der Wendeeinrichtung eingebohrt. Nach Erreichen des Bodens wird die Höhe der Schneedecke abgelesen.

Je nach Bedarf wird der volle Zylinder herausgezogen. Vor dem Herausziehen wird der Schnee leicht verdichtet. Das Erreichen der Oberfläche wird visuell kontrolliert. Unter Ver-wendung der Aufhängung wird der Zylinder in waagerechter Position gewogen.

Digitale Waagen werden mit der Tarn-Funktion ausgestattet, auch mechanische Waagen können austariert werden, bzw. das Gewicht des leeren Probenahmezylinders abziehen.

Da die Querschnittsfläche der Krone 50 cm² beträgt, entspricht ein Gewicht von 10 g einem Wasseräquivalent von 2 mm.

Praktisch wird das Wasseräquivalent des Schnees in mm errechnet, so dass das Gewicht in kg auf zwei Dezimalstellen berechnet wird, unabhängig vom Dezimalstrich wird mit zwei multipliziert.

Danach wird der Probenahmezylinder mit der Krone nach oben gedreht und durch leichtes Klopfen mit der Wendeeinrichtung entleert.

Wenn man den Probenahmezylinder beim Drehen nicht mit einer Druckkraft von 200 N in den Boden drücken kann, ist kein Schnee im Probenahmezylinder, sondern wird außerhalb des Zylinders zusammen- und ausgedrückt. Daher wird der Zylinder herausgezo-gen, gewogen und nach dem Entleeren wieder eingeschoben und die Entnahme fortgeführt bis zum Erreichen des Bodens.

Danach wird der Probenahmezylinder erneut gewogen und das Wasseräquivalent aus der Summe beider Gewichte berechnet.

Die gleiche Methode kann bei Schneehöhen über 1,5 m angewandt werden, nachdem die obere Schneeschicht weggenommen wurde.

Das Set ist aus rostfreiem Material und erfordert keine Wartung.

Nach dem Gebrauch ist es ratsam, es trocknen zu lassen. Harter Boden kann zu Verformun-gen der Krone führen, dann sollten die Kanten mit einer Feile abgeschliffen werden. 

0.5.7.     HIM300-23

Vorgestellt wurde  der  Niederschlagsmessplatz Schnee (HIM300-23 / Art.-Nr. 06.04.05)

               

 

    

Abb.  5:  Schneesonde HIM300-23, Fotos: CHMI Prag

0.5.7.1.Technische Daten der HIM300-23.

 

Länge: 100 cm  verlängerbar bis 360 cm
Ausstechfläche: 23 cm2
Durchmesser:  55 mm
Auflösung:  10 g
Material: Aluminium

 

 

0.5.7.2.Allgemeine Anmerkungen zur Verwendung der Waage

Die Waage ist nicht unmittelbar für die Verwendung im Freien konzipiert. Daher ist es not-wendig, sie so weit wie möglich vor Feuchtigkeit oder Wasser zu schützen.

Es wird empfohlen, die Waage und die Tarn-Gewichte ca. 20 Minuten lang an die Umge-bungstemperatur anzupassen.

Auf der rechten Seite ist ein Stecker-Adapter, der die interne Batterie auflädt. Die Waage wird nach 10 Minuten automatisch ausgeschaltet. Es ist notwendig, vor der Messung im Feld, um eine ausreichende Ladung zu gewährleisten.

Die Waage ist so kalibriert, dass der Messzylinder mit einer Ausstechfläche von 23 cm2 den Wasserwert (1 kg/m2) anzeigt. Dieses Gerät entspricht den Beobachtungen/Messungen des Niederschlages in mm.  l mm Niederschlag auf einer Fläche von einem l m2 entspricht  l kg Wasser.

0.5.7.3.Die Montage der Teile

Bei jeder Nutzung der Bestandteile des Messrohres muss keine Gewalt angewendet werden. Bei außergewöhnlichen Witterungsverhältnissen gibt es die Möglichkeit des Einfrierens der Messzylinder mit dem Bajonettadapter. Die Verbindung kann in diesem Fall mechanisch oder durch Erwärmung gelöst werden.

Die Schneehöhe kann seitlich an den Messzylindern abgelesen werden.

Das Bajonett-System zum Verbinden einzelner Rohre ist symmetrisch. Der Tubus des Bajo-nettadapters wird durch das Lösen des Fixierknopfes nach unten verschoben. Von unten wird das zweite Rohr eingeführt und um 20° im Uhrzeigersinn verdreht.

Danach wird das Kupplungsrohr des Bajonettadapters wiederum um 2 cm nach oben ver-schoben. So ist eine sichere Verbindung hergestellt.

Die Demontage vollzieht sich in umgekehrter Richtung.  

 

2.            Beschreibung des gegenwärtigen Zustandes und des Projektzieles

Alle mobilen Sonden werden mit Hilfe der Digital-Waagen Modell KERN HCB 20K50 oder  Modell KERN CH 15K20 ausgewertet.

Im Zuge des Messnetzes 2015 wird eine Harmonisierung des Gesamtsystems angestrebt. Zu diesem Zweck müssen Eigenschaften der o. g. Sondentypen miteinander kombiniert werden und funktionell ergänzt sowie zusätzliche Features entwickelt werden.

Ziel ist es, ein modulares Schneesondensystem zu entwickeln, das im gesamten Messnetz des DWD eingesetzt werden kann.

Insbesondere sind dies:

  •              Elektromechanischer Antrieb zum Durchbohren von Eisschichten
  •              Aufzeichnung von Tracks
  •              Hammerschlagadpater
  •              Teleskopierbare Messzylinder bis 150 cm und
  •              Nichtteleskopierbare Messzylinder bis 150 cm

Mit dem Einsatz eines einheitlichen Sondensystems wird eine einheitliche Evaluierung der im Messnetz gewonnenen Werte erreicht.

Aufgrund der Beschaffenheit der verschiedenen Sondentypen ist eine einheitliche Bewer-tung der im Messnetz gewonnenen Werte zurzeit nur eingeschränkt möglich, da die WS43 und die Hancvencl-Sonden sich hinsichtlich des eingesetzten Materials am Messzylinder unterscheiden (Aluminium und GFK).

Der Einsatz von Aluminium Messzylindern mit verschiedenen Oberflächenstrukturen sowie eines Messzylinders aus GFK führt bedingt durch die materialspezifischen Rauhigkeitspa-rameter zu einer höheren Oberflächenspannung und damit zu einem Wasserverlust im Ver-hältnis zu hydrophobierten Oberflächen.

Dieser Effekt ist allgemein aus der Niederschlagsmessung mit dem Hellmann Nieder-schlagsmesser in Verbindung mit der Anwendung von Glasmensuren, Plaste- und hydro-phobierten Mensuren bekannt.

Entsprechende Abweichungen (im Mittel + 2%) der Hancvencl-Sonde gegenüber der WS43 wurde bei vergleichenden Messungen des DWD ermittelt. Die Ergebnisse beruhen auf einer repräsentativen Messreihe von 300 Werten.

Eigene empirische Messungen mit allen oben genannten Systemen haben nahezu identische Messergebnisse ergeben.

In der gegenwärtigen Beobachtungspraxis steht ein Zeitraum von ca. 45 Min zur Ermittlung des Wassergehaltes der Schneedecke zur Verfügung. Innerhalb dieses Zeitraumes muss eine evtl. elektromechanische Schneesonde ca. 3 Mal auf- und abgebaut und der Wassergehalt der Schneedecke in mehreren Teilmessungen ermittelt werden. Die Proben müssen vermes-sen und die Messergebnisse in die AMS eingegeben werden.

Als vorläufiger Name der Entwicklung wird HIM150-50 vereinbart.

2.1          Schneesonde HIM150-50

2.1.1.     Allgemeines

Der Name beinhaltet maximale Länge der Schneesonde (150 cm) und die

Oberfläche (50 cm2).  Als Produktvarianten werden Bezeichnungen vorgeschlagen:

  •              HIM50-50
  •              HIM100-50
  •              HIM150-50

 Die Kürzel stehen für elektrischen (E) und benzingetriebenen (B) Antrieb. Produktvarianten ohne Kürzel besitzen den bereits bekannten manuellen Antrieb.

Es wird vorgeschlagen, dass das Gesamtsystem der Schneesonde aus den folgenden Kom-ponenten besteht:

  1.             Handgriff mit Bajonettadapter
  2.             Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 50 cm mit Umkehrring
  3.             Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 100 cm
  4.             Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 150 cm
  5.             Verlängerter 100cm-Handgriff mit Bajonettadapter mit Skalierung zur Nutzung des 50cm2Messzylinders in größeren Tiefen (1 m).
  6.             Aufhängevorrichtung zur Unterdrückung von Torsionskräften für die Digitalwaage)
  7.             Hammerschlagadapter
  8.             Gummihammer
  9.             Digitalwaage
  10.            Aufhängevorrichtung zur horizontalen Aufhängung des Messzylinders
  11.            Aufhängevorrichtung zur vertikalen  Aufhängung des Messzylinders
  12.           Transporttasche
  13.           Auswertetafeln
  14.           Schaufel
  15.           mehrteiliger Komprimierungsstab
  16.           Verschlussdeckel
  17.           GPS-Tracker zur Aufzeichnung der Position der Messpunkte

Das System ist so gestaltet, dass es auch in Komponenten bezogen werden kann.

Sinnvoll ist dabei die methodische Unterteilung folgender Varianten:

  •              HIM150-50 mK -  mit Kompression
  •              HIM150-50 oK - ohne Kompression

2.1.2.     HIM150-50 mK

  1.             Handgriff mit Bajonettadapter
  2.             Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 50 cm mit Umkehrring
  3.             Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 100 cm
  4.             Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 150 cm
  5.             Verlängerter 100cm-Handgriff mit Bajonettadapter mit Skalierung zur Nutzung des 50 cm Messzylinders in größeren Tiefen (1 m).
  6.             Aufhängevorrichtung zur Unterdrückung von Torsionskräften für die Digitalwaage
  7.             Hammerschlagadapter
  8.             Gummihammer
  9.             Digitalwaage
  10.            Aufhängevorrichtung zur horizontalen Aufhängung des Messzylinders
  11. .          Aufhängevorrichtung zur vertikalen  Aufhängung des Messzylinders
  12.           Transporttasche
  13.           Auswertetafeln
  14.           Schaufel
  15.           mehrteiliger Komprimierungsstab
  16.           Verschlussdeckel

 

Es wird vorgeschlagen, zur Erhöhung der Messgenauigkeit standardmäßig das Kompres-sionsverfahren auch an Flachlandstationen einzuführen.

Mit der Einführung des Kompressionsverfahrens verbindet sich eine Verbesserung in der Handhabbarkeit durch die höhere Festigkeit der Probe.

2.1.3.     HIM150-50 oK

  1.             Handgriff mit Bajonettadapter
  2.             Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 50 cm mit Umkehrring
  3.             Aufhängevorrichtung zur Unterdrückung von Torsionskräften für die Digitalwaage
  4.             Hammerschlagadapter
  5.             Gummihammer
  6.             Digitalwaage
  7.             Aufhängevorrichtung zur horizontalen Aufhängung des Messzylinders
  8.             Aufhängevorrichtung zur vertikalen  Aufhängung des Messzylinders
  9.             Transporttasche
  10.            Auswertetafeln
  11.           Schaufel
  12.           Verschlussdeckel

 

Bei Einsatz der Schneesonde ohne Kompression besteht die Gefahr, dass Teile der Schnee-probe, auf Grund der geringen Dichte, aus dem Messzylinder herausfallen.

 

2.2          Methodische Grundlagen

2.2.1.     Normen und Anforderungen

Es  seien hier nur einige Normen und Standards genannt, die für Theorie und Praxis der Entwicklung des Schneemessplatzes relevant sind.

Ein ausführliches Literatur– und Quellenverzeichnis ist am Ende der Ausführungen zu fin-den.

/4/         DIN EN 1991-1-3:2010-12 (D): Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-3: Allgemeine Einwirkungen, Schneelasten; Deutsche Fassung EN 1991-1-3:2003 + AC:2009; früher: DIN 1055-5, Juli 2005: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 5: Schnee- und Eislasten.

/5/         DVWK-Merkblätter 112-113, 230, DVWK Deutsche Vereinigung für Wasserwirt-schaft

/6/         DIN SPEC 1107; DIN-Fachbericht CEN/TR 15996:2010-05: Hydrometrie - Messung des Wasserwertes der Gesamtschneedecke unter Verwendung eines Gerätes zur Er-fassung der Schneemasse; Deutsche Fassung CEN/TR 15996:2010;

/9/         VDE 0839-81-1:1993-03:  Elektromagnetische Verträglichkeit

/10/       VDE 0875-11:2011-04:  Industrielle, wissenschaftliche und medizinische Geräte

/11/       VDI 3786 Blatt 7

/12/       WMO CIMO Guide No. 8 Chapter 6.7.3., 7th Edition, 2008

/13/       WMO Guide to Hydrological Practices No. 168,  5th Edition,  1994    bzw. 

WMO Guide to Hydrological Practices No. 168,  6th Edition, Vol. I, 2008

2.2.2.     Mathematische Grundlagen

Die nachstehend aufgeführten Formeln gelten für Schneesonden mit einer Ausstechfläche von 50 cm2

2.2.2.1.Absolutes Wasseräquivalent  (absWE)

Absolutes Wasseräquivalent =  abgelesener Skalenwert n  multipliziert mit 10  (mm)

 

2.2.2.2.Spezifisches Wasseräquivalent (specWE)

 

 

wobei   n  der abgelesene Skalenwert und   h  Höhe der ausgestochenen Schneedecke  ist.

 

Bei Schneehöhen über 60 cm ist die Messung schichtweise zu wiederholen und jeweils die Summe der abgelesenen Skalenwerte (multipliziert mit 10) durch die Gesamthöhe der Schneedecke zu dividieren.   

 

 z. B.    

                         

Höhe der ausgestochenen Schneedecke:   h = 38 cm 
abgelesener Skalenwert n = 9,5 g
absolutes Wasseräquivalent: 9,5 * 10 = 95 mm
spezifisches Wasseräquivalent:   2,5 mm/cm

 

1.2.2.3.Schneelast

Die Berechnung der Schneelast erfolgt nach dem folgenden Algorithmus:

  1.             Probenahmefläche der Schneewaage: S1 = 0,005 m2
  2.             Bestimmung einer Probenahmefläche Dach der Größe  S = 1 m2 auf dem Dach
  3.             Aus der Beziehung zwischen Probenahmefläche Dach  S und  der Probenahmefläche S1  ergibt  sich Anzahl K der Probenahmen:

                                                                K= S / S1.

Nach VDI 3786  die Probenahmefläche Dach S mit 1 m2 festgelegt.

Damit ergibt sich für K der Wert 200.

4.            Wiegen des Schnees auf dem Dach, exemplarisch auf einer Probenahmefläche S 

Dabei ergibt sich  (M1 + M2 + . . . + M200) [g])

   

5.            Somit ergibt sich die Schneelast MSL [kg] aus der folgenden Formel: 

Zunächst wird die Gesamtmasse Schnee aus den Proben bestimmt:

Masse: M [kg]                  M  =   M1 + M2 +….+ M200                                         [g]

                                           =    (M1 + M2 +….+ M200 )/1000                              [kg]

 

Mit der durchschnittlichen Masse je Probenahme  ergibt sich

 MSLD   = (M1 + M2 +….+ M200) [kg] / (1000 * 200* 0,005 [m2])

                               = (M1 + M2 +….+ M200) /1000    [kg/m2]    

Mit der Umrechnung in N/m2  mit  1 kg/m2 =  9,81 N/m2  ergibt sich für die

Schneelast  MSL [KN/m2]   folgendes:

MSL       =  (M1 + M2 +….+ M200) [N] * 9,81/1000 / [m2]

=  (M1 + M2 +….+ M200 [KN]).)  * 9,81/ [m2]

 

Wenn M1 = M2 = … = M200 gilt:

 Schneelast  MSL [kg/m2] =  200 * M1 [kg]/(1000 * 1,0 / [m2]

=  0,2 * M1 [kg/m2]

Schneelast  MSL [KN/m2]   = 0,2 * M1 * 9,81                                     [N/m2] 

 

6.            Zur gebietsabhängigen  und dachbezogenen Beurteilung der erhaltenen Werte muss die  DIN EN 1991-1-3:2010-12  (früher DIN 1055-5)  herangezogen werden. (vgl. auch  http://www. Schneelast.info )

1.2.3.     Informationsverarbeitung

Das spezifische Wasseräquivalent wird gemeldet bzw. eingetragen:

Synoptisch-klimatologische Stationen:

SYNOP Abschnitt 5, Gruppe 4RwRwwtwt  und Abschnitt  555 80000, Gruppe 9/RRR

Nebenamtliche  Klimastationen: Bogen 1, Spalte 49 und NSD-Meldedienst

Nebenamtliche Niederschlagsstationen: NSD-Meldedienst   

 

1.2.4.     Messverfahren

Mit der HIM150-50 sind folgende Messverfahren möglich:

1.2.4.1.Komprimierungslose Messverfahren

Das komprimierungslose Messverfahren basiert auf dem bereits mit dem WS43

praktizierten Verfahren unter Anwendung der Komponenten 1, 4, 6, 8, 9, 11 und 13.

  1.             Handgriff mit Bajonettadapter
  2.             Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 50 cm mit Umkehrring
  3.             Aufhängevorrichtung zur Unterdrückung von Torsionskräften für die Digitalwaage
  4.             Hammerschlagadapter
  5.             Gummihammer
  6.             Digitalwaage
  7.             Aufhängevorrichtung zur horizontalen Aufhängung des Messzylinders
  8.             Aufhängevorrichtung zur vertikalen  Aufhängung des Messzylinders
  9.             Transporttasche
  10.  .          Auswertetafeln
  11.            Schaufel
  12. .          Verschlussdeckel
  13.           GPS-Tracker zur Aufzeichnung der Position der Messpunkte

1.2.4.2.Komprimierende Messverfahren

Das komprimierende Messverfahren beruht auf dem bereits mit der Metra- und Hancvencl-Sonde praktizierten Verfahren unter Anwendung der Komponenten 1 bis 13.

HIM150-50mK

  1. 1.            Handgriff mit Bajonettadapter
  2. 2.            Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 50 cm mit Umkehrring
  3. 3.            Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 100 cm
  4. 4.            Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 150 cm
  5. 5.            Verlängerter 100cm-Handgriff mit Bajonettadapter mit Skalierung zur Nutzung 

des 50-cm-Messzylinders in größeren Tiefen ab 1 m.

  1.            Aufhängevorrichtung zur Unterdrückung von Torsionskräften für die Digitalwaage
  2.            Hammerschlagadapter
  3.            Gummihammer
  4.             Digitalwaage
  5. .          Aufhängevorrichtung zur horizontalen Aufhängung des Messzylinders
  6. .          Aufhängevorrichtung zur vertikalen  Aufhängung des Messzylinders
  7. .          Transporttasche
  8. .          Auswertetafeln
  9. .          Schaufel
  10.           mehrteiliger Komprimierungsstab
  11.           Verschlussdeckel
  12.           GPS-Tracker zur Aufzeichnung der Position der Messpunkte

 

Das komprimierende Verfahren ist derzeit am weitesten verbreitet.

 

1.3          Technische Anforderungen der Schneesonde

Basierend auf den praktischen Erfahrungen aus dem Messnetz wurden zu den unter  2.1. genannten Komponenten die folgenden technischen Anforderungen formuliert:

1.3.1.     Handgriff mit Bajonettadapter

 

Abb.  6:  Handgriff der HIM150-50, Foto HIM

Der Handgriff mit Bajonettadapter muss bruchsicher auch für ca. 100 KN ausgeführt wer-den.  Zur verbesserten Handhabung an den Griffen wird angeregt, entweder behandeltes Holz, Softhandgriffe oder hochwertigen Kunststoff mit rauer Oberfläche einzusetzen.

Der Handgriff sollte zur Gewährleistung einer hohen Mobilität klappbar ausgeführt werden.

 

Material:             Aluminium

Rohrdurchmesser:         55 mm

Handgriff, Länge:            400 mm

Handgriff, Durchmesser:             15 mm

1.3.2.     Messzylinder mit aufgetragener Skalierung für die Messung bis 150 cm

Die Messzylinder werden in zwei Varianten vorgeschlagen:

  •              teleskopierbar und
  •              nichtteleskopierbar

 

1.3.2.1.Teleskopierbare Messzylinder

 

Abb.  7:  Zukünftige Bestandteile der HIM150-50, Foto CHMI, Prag

Die teleskopierbaren Messzylinder gewährleisten eine modulare und flexible Handhabbar-keit des Gesamtsystems der HIM150-50. Dadurch wird eine hohe Mobilität gewährleistet.

Ein Nachteil des Einsatzes teleskopierbarer Messzylinder ist die längere Dauer der Messung.

1.3.2.2.Nichtteleskopierbare Messzylinder

Durch verschiedene Landesumweltämter wurde der Wunsch vorgetragen, ein System zu erhalten, das flexibel ist und gleichzeitig eine möglichst einfache und schnelle Handhabung durch den Beobachter gewährleistet.

Zu diesem Zweck von den Landesumweltämtern vorgeschlagen, verschiedene Messzylinder in den Längen

  •              50 cm
  •              100 cm und
  •              150 cm

als System anzubieten.

Der Vorteil liegt in einer schnelleren Messung und insgesamt einfacheren Handhabbarkeit für den Beobachter. Die Mobilität ist stark eingeschränkt. Das Material des Messzylinders wird aus Aluminium bestehen. Konstruktive Änderungen des Messzylinders sind in folgenden Punkten erforderlich:

 

1.3.2.3.Messzylinder

Messzylinder   

Material:             Aluminium

Durchmesser, innen:     80 mm, ±0,4 mm

Durchmesser, außen:   85 mm,0,4 mm

Skalierung:         10 mm

Messbereich:    0 bis 50 cm,

51 bis 100 cm,

101 bis 150 cm

Zur besseren Sichtbarkeit sollte die Skalierung schwarz hinterlegt werden.

1.3.2.4.Bohrkrone

 

Abb.  8:  Zukünftige Bohrkrone der HIM150-50, Foto HIM

Die Bohrkrone der HIM150-50 soll eine 3D-optimierte Version der WS 43 sein. Eine Bohrkrone bleibt aus praktischen Gründen erhalten.Im Zuge der Neuentwicklung müssen alle in der Praxis möglichen Fälle berücksichtigt werden.Ziel ist es, die Anzahl der Kronen und die Anzahl und Ausrichtung der Zähne auf dem Bohrkranz zu optimieren, um eine optimale Kraftübertragung abzusichern. Sie muss dem Einsatz mit einem elektromechanischen Antrieb standhalten können.

 

Äußere Bohrkrone        

Material:             Verzinkter Stahl, gehärtet

Durchmesser, innen:     85 mm, ±0,4 mm

Durchmesser, außen:   90 mm,0,4 mm

Winkel 1:             45°

Winkel 2:             80°

Tiefe:    10 mm

Innere Bohrkrone          

Material:             Verzinkter Stahl, gehärtet

Durchmesser, innen:     80 mm

Durchmesser, außen:   83 mm

Winkel 1:             45°

Winkel 2:             80°

Tiefe:    5 mm

 

Es wird vorgeschlagen, die Kronen konisch zu formen, zur besseren Haltbarkeit zu schleifen und für Einsatz mit einem Antrieb zu härten.

1.3.2.5.Umkehrring

 

Abb.  9:  Zukünftiger Umkehrring der HIM150-50, Foto  HIM

Jeder Messzylinder sollte mit einem fest installierten Umkehrring zur Aufhängung  der Di-gitalwaage verfügen.

 

Aufhängung:    

Material:             Aluminium

Durchmesser, innen:     85 mm

Durchmesser, außen:   90 mm

Aufhängung:     80 mm

 

1.3.2.6.Ausstechfläche

Die Ausstechfläche muss aus methodischen Gründen 50cm2 betragen, um an bereits beste-hende Messreihen anschließen zu können.

Empirische Messungen zwischen beiden Systemen ergaben keinen Vorteil in einer größeren Ausstechfläche gegenüber einer Ausstechfläche von 23 cm2.

Ein Zuwachs an Messgenauigkeit ist nicht erkennbar. Empfehlungen bzw. Forderungen hinsichtlich der Ausstechfläche seitens / 1/2/3 /6/ und  /13/ sind nicht nachweisbar. 

1.3.2.7.Das Bajonettsystem

 

 

 

Abb.  10:  Das zukünftige Bajonettsystem der HIM150-50, Foto HIM

Das Bajonett-System zum Verbinden einzelner Rohre ist symmetrisch. Der Tubus des Bajo-nettadapters wird durch das Lösen des Fixierknopfes nach unten verschoben. Von unten wird das zweite Rohr eingeführt und um 20° im Uhrzeigersinn verdreht.

Danach wird das Kupplungsrohr des Bajonettadapters wiederum um 2 cm nach oben ver-schoben. So ist eine sichere Verbindung hergestellt.

Die Demontage vollzieht sich in umgekehrter Richtung.

Dieses Vorgestellte Prinzip ist praxisbewährt und stellte eine unverlierbare Verbindung zwi-schen den Teilen der Schneesonde her. Die Oberfläche des Tubus ist dabei so gehalten, dass der Tubus mit Handschuhen gehandhabt werden kann. Der Tubus ist unverlierbar mit dem Rohr verbunden.

1.3.2.8.Bajonettzapfen

Seitliche Anbringung von Bajonettzapfen am oberen Ende des Messzylinders, um  bei Mes-sungen ohne Komprimierung den Messzylinder verschließen zu können und mit Hilfe des Umkehrringes an die Waage zu hängen. Die Bajonettzapfen dienen gleichzeitig zur An-kopplung der Antriebseinheit.

 

Länge:  5 mm?

Durchmesser:   5 mm?

Durchmesser Ring, außen:         90 mm

Durchmesser Ring, innen:           85 mm

 

 

1.3.3.     100-cm-Handgriff mit Bajonettadapter und Skalierung

 

Abb.  11:  Zukünftige Gestaltung des Hangriffes der HIM150-50, Foto Eijelkamp

Der 100-cm-Handgriff mit Bajonettadapter dient der Nutzung des 50-cm-Messzylinders in größeren Tiefen (1 m).

Der Handgriff mit Bajonettadapter muss bruchsicher auch für ca. 100 KN ausgeführt wer-den. Zur verbesserten Handhabung an Griffen wird angeregt, entweder behandeltes Holz oder hochwertigen Kunststoff mit rauer Oberfläche einzusetzen.

Handgriff und Bajonettadapter sind hierbei ca. 100 cm getrennt.

Der Adapter sollte skaliert sein. Der Adapter muss unverlierbar sein und gegen Torsion ge-schützt sein.

Die Oberfläche muss für Handschuhhandhabung ausgelegt sein.

Handgriff           

Länge:  120 mm

Durchmesser:   30 mm

Material:             Kunststoff

Verlängerung   

Gesamtbreite:  40 mm

Durchmesser:   80 mm

Länge:  1000 mm

 

 

 

 

Bajonett:           

Länge:  45  mm

Breite:  10 mm

Versatz:               45 mm / 90°

Außendurchmesser:     85 mm

Innendurchmesser:       80 mm

1.3.4.     Aufhängevorrichtung für die Digitalwaage

Die Aufhängevorrichtung zur Unterdrückung der Torsion ist ca. 15 cm lang und aus Metall gefertigt. Beide Haken sind durch ein Kugellager getrennt.

Bei der Ausführung muss darauf geachtet werden, dass das Gerät im Winter mit Handschu-hen genutzt werden muss.

 

Material:            

Länge gesamt:  15 cm

Hacken-Durchmesser:  3 cm

Kugellager-Durchmesser:           3 cm

1.3.5.     Messzylinderadapter zum elektromechanischen Betrieb

(Bohrmaschine, Akkuschrauber oder benzinbetriebene Variante)

Bedingt durch den teilweise sehr hohen Kraftaufwand bei der Bestimmung des Wassergeh-altes der Schneedecke an den spezifischen Klimaten der Einsatzorte  (z.B.  Feldberg)  in Verbindung mit dem teilweise fortgeschrittenen Alter des Beobachtungspersonals wurde angeregt, die Möglichkeit für einen elektromechanischen Antrieb zu prüfen.

Manche Mess-Stellen zeichnen sich durch höheren Eiseintrag in der Schneedecke aus, was zur oben erwähnten körperlichen Belastung des Beobachtungspersonals führen kann

(z. B. Feldberg). 

In der gegenwärtigen Beobachtungspraxis steht ein Zeitraum von ca. 45 min zur Verfügung. Innerhalb dieses Zeitraumes muss eine evtl. elektromechanische Schneesonde ca. dreimal auf- und abgebaut werden und der Wassergehalt ermittelt werden.

Die Proben müssen vermessen und die Messergebnisse in die AMS eingegeben werden.

Aus der o. g. Forderung ergeben sich die folgenden

 

1.3.5.1.Technischen Forderungen:

  •              Niedrige Drehzahl
  •              Regelbare Drehzahl
  •              2-Ganggetriebe
  •              Outdoor-Tauglichkeit
  •              Hohe Mobilität
  •              Einhaltung von Arbeitsschutzbestimmungen

 

In der gegenwärtigen Beobachtungspraxis beträgt die reine Aufenthaltsdauer im Freien ca. 20 Minuten.

Damit ist die temperaturabhängige Kapazitätsänderung der Akkumulatoren als Funktion der Lufttemperatur empirisch zu überprüfen. Eine Halbierung der Kapazität durch Abkühlung dürfte aber nicht zu erwarten sein.

Dennoch ist der Einsatz von handelsüblichen Innenraumgeräten für den semiprofessionellen Gebrauch schon aus Gründen des Arbeitsschutzes nicht zu empfehlen. 

1.3.5.2.Lösungsmöglichkeiten:

  •              Akkubohrschrauber (Kress, Bosch, Hilti)
  •              Bohrmaschine
  •              Integrierter Spezialantrieb mit Vor- und Rückwärtslauf
  •              Benzinantrieb
  •              Hammerschlag

 

1.3.5.3.Mechanische Variante

Unter Berücksichtigung der in der Praxis auftretenden geringen Stärken von Eisschichten in der Schneedecke empfiehlt sich der Einsatz eines Gummihammers mit einem Schlagadapter, der die Zerstörung des Messzylinders der Schneewaage verhindert.

Negative Einflüsse auf die Messgenauigkeit des Gesamtsystems sind nicht zu erwarten.

Vorteile:

  •              Hohe Mobilität
  •              Einfache Handhabbarkeit
  •              Geringes Gewicht
  •              Geringes Gewicht des Gesamtsystems

 Nachteile sind nicht erkennbar

1.3.6.     Digitalwaage

Die Bestimmung des Gewichtes der Schneedecke wird im Messnetz des DWD mobil durchgeführt.Zu diesem Zweck wird eine Digitalwaage mit LC Display und Tarafunktion eingesetzt, die sich durch den Beobachter gut transportieren lässt. Es handelt sich um handelsübliche Waagen. Temperaturabhänge Ausfälle des LC-Displays und eine Temperaturfunktion des DMS sind nicht bekannt. Die Fragestellung sollte aber weiter Berücksichtigung finden. Die hier vorgeschlagene Digitalwaage mit Temperaturanzeige gibt eine einfache, praktikable und kostengünstige Methode zur Korrektur des DMS-fehlers, unter der Voraussetzung, dass beispielsweise eine Anzahl von Waagen vermessen werden. 

 

Abb.  14:  Digitalwaage mit Temperaturanzeige, Foto Voltcraft

 

 

Technische Daten:          HS-10

Wiegebereich:  0 bis 10 kg

Auflösung:         0,01 kg

Spannungsversorgung:                3 xAAA

Abmessungen:92 x 53 x 19 mm

Messbereich der Temperatur:  -25 bis +50°C

 

 

 

Abb.  15:  Digitalwaage mit Temperaturanzeige, Foto Kern

Allgemeines      HDB10K10

Typ:       Hängewaage mit Griff

Aufbau:               S-Haken aus Edelstahl

Ausführung:      max. 10,0 kg

Batterietyp:       2 x Micro (AAA)

Besonderheiten             

Spezifikation:    Auto-Off-Funktion

Herstellergarantie:         2 Jahre

DisplayTyp LCD

Auflösung:         10 g

Display Format:                12 mm

Tarafunktion:    Ja

Gewicht:             0,15 kg

Maße   

Breite:  70 mm

Höhe:   105 mm

Tiefe:    25 mm

1.3.7.     Aufhängevorrichtung vertikal

Die Aufhängevorrichtung dient der vertikalen Wägung des 50cm-Messzylinders unter zur Hilfenahme des Umkehrringes und des Verschlussdeckels. Er ist als Fleischerhaken ausge-führt. 

1.3.8.     Aufhängevorrichtung horizontal

Die Aufhängevorrichtung  dient der horizontalen Wägung des 100- und 150cm-Messzylinders.

 

Material:             Edelstahl

Gewicht:             0,25 kg

Schenkellänge:200 mm

Durchmesser:   5 mm

Öffnungswinkel:             180°

Öffnungsdurchmessser:              85 mm

1.3.9.     Transporttasche

Für die HIM150-50 muss eine Transporttasche konzipiert werden, die analoge Eigenschaf-ten der Stativtasche besitzt, wie sie bereits zusammen mit der WS43 geliefert wurde. Diese Stativtasche gestattet den mobilen Transport des gesamten Systems als Rucksack.Der Beobachter ist somit in der Lage z. B. Ski zu laufen.

1.3.10.  Auswertetafeln

Die Auswertetafeln gestatten die Ermittlung

  •              des Wassergehaltes
  •              des spez. Wassergehaltes sowie
  •              der Schneelast

Die Auswertetafeln sind mit ISBN Nummer in gedruckter Form verfügbar.

Alternativ können sie als PDF-Datei zur Verfügung gestellt werden.

 

1.3.11.  Schaufel

 

 

Abb.  16:  Schaufel, Foto HIM

Die Schaufel dient der Messung im Flachland.

Zur besseren Handhabung im Winter besitzt sie einen Holzgriff und ist 30° abgewinkelt. Die Schaufel besitzt eine Skalierung.

 

Handgriff:          

Länge:  150 mm

Durchmesser:   25 mm

Material:             HOLZ

Schaufel:            

Winkel:                30°

Länge:  95 mm

Breite:  90 mm

Schaftlänge        45 mm

Schaftdurchmesser;      35 mm

Skalierung:         0 bis 9 cm

Teilung:               0,5 cm

Länge, volle Teilstriche:                10 mm

Länge, Unterteilung:     5 mm

1.3.12.  Verschlussdeckel

 

 Abb.  17:  Verschlussdeckel, Foto: HIM

Der Verschlussdeckel dient im Fall der komprimierungslosen Messung dem Verschluss des Messzylinders.

 

Material:             Aluminium

Außendurchmesser:     85 mm

Innendurchmesser:       80 mm

Länge:  10 mm

1.3.13.  Komprimierungsstab

 

Abb.  18:  Komprimierungsstab mit Gummigriff, Foto HIM

 

Abb.  19:  Oberteil des Komprimierungstabes der HIM150-50, Foto HIM

 

Abb.  20:  Komprimierungstopfen der HIM150-50 am Unterteil des

Komprimierungstabes, Foto: HIM

Zur Komprimierung der Schneeprobe wird ein Stab eingesetzt, an dessen einem Ende sich eine leicht konisch geformte, maßhaltige und auf den Durchmesser des Messzylinders abge-stimmte Platte befindet. Zur einfachen Handhabung sollte der Komprimierungsstab über ein Zwei- oder Dreifach- Gewinde verfügen. Bei der Konstruktion des Komprimierungsstabes muss darauf geachtet werden, dass die Schneeverluste bei der Komprimierung so gering wie möglich sind (Maßhaltigkeit). 

 

Handgriff           

Länge:  120 mm

Durchmesser:   30 mm

Material:             Kunststoff

Länge:  440 mm

Stab      

Anzahl der Teile:             3

Länge:  700 mm

Durchmesser:   10 mm

Material:             Aluminium

Gewinde:           3 fach

Plattendurchmesser:    59 mm

Winkel:                45°

1.3.14.  GPS-Tracker

Zur Bestimmung des Wassergehaltes von Gebieten / / ist notwendig, mehrere Messungen auf einer längeren Route durchzuführen (z.B. 10 Mess-Stellen verteilt auf eine Länge von 3 km). Zur Speicherung von Messungen an weit voneinander entfernten Messorten wird der Ein-satz eines GPS-Trackers vorgeschlagen. Hierzu können vorhandene Smartphones genutzt oder kommerzielle GPS-Tracker eingesetzt werden.

1.3.14.1.              Android  - Mytracks

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.google.android.maps.mytracks&feature=search_result#?t= W251bGwsMSwxLDEsImNvbS5nb29nbGUuYW5kcm9pZC5tYXBzLm15dHJhY2tzIl0.

MyTracks zeichnet die GPS Tracks auf. "Meine Tracks" sammelt auch andere nützliche statistische Daten wie die Zeit, Geschwindigkeit,  Distanz und Höhe.

Diese Daten können alle live angesehen oder für die spätere Verwendung speichert werden. Unterwegs  können relevante Wegpunkte markiert  und automatische Ansagen über Fort-schritte angehört werden.

1.3.14.2.              iPhone - GPS Tracker

http://itunes.apple.com/de/app/gps-tracker/id286658744?mt=8

InstaMapper gestattet die Speicherung von GPS Trackers. Die Tracks können geteilt werden

 

1.3.14.3.              Rugged size Handy für den Outdoor Einsatz XP1301 

http://www.sonimtech.com/pdf/XP1301_datasheet.pdf

 

Abb.  21:  Xp1301,  Foto: Sonim

Oudoor NFC-Handy zur Datenerfassung  und Verarbeitung.

Einsatztemperaturbereich:    -20 bis +55°C,

Progrmmierbares Handy zur Datenspeicherung und Verarbeitung mit Javaplattform

 

1.3.14.4.              GPS Datenlogger

 

 

Abb.  22:  GPS-Datenlogger mit CMOs  und GPS Sensor inkl. USB Interface, 

                Foto: Conrad Elektronik

Es wird vorgeschlagen, den GPS-Datenlogger in die Schneesonde zu integrieren, um die Anzahl der Teile des Systems zu verringern.

http://www.conrad.de/ce/de/product/373686/GPS-DATENLOGGER-GT-730-MIT-AKKU/SHOP_AREA_22085&promotionareaSearchDetail=005

Highlights & Details

  •              Integrierter Lithium Polymer-Akku
  •              Echtzeit-Tracking und Routen-Nachverfolgung via Google Earth™
  •              Data Logger & Foto Tracker Funktion

Beschreibung

Der USB GPS-Datenlogger GT-730 ist ein GPS-Empfänger mit Venus 6-Chipsatz und 65-Kanal „All-in-View“ Ortungs-Technologie zur Positionsortung und Aufzeichnung von bis zu 256 000 Werten.

Dank seiner extrem kompakten Bauweise ist er der ideale Begleiter, um die Daten einfach aufzuzeichnen. Die zurückgelegte Strecke kann später noch einmal auf dem PC angesehen bzw. gespeichert werden.

Der eingebaute wieder aufladbare Akku bietet eine Einsatzzeit von bis zu 18 Stunden.

Ausstattung

  •              Data Logger & Foto Tracker Funktion
  •              Google Earth™ kompatibel
  •              Unterstützung von WAAS und EGNOS für größere Genauigkeit
  •              Auch als GPS-Mouse für Notebooks einsetzbar.
Technische Daten  
Akku-Laufzeit (max.) 18 h
Chipsatz  Venus 6
Stromversorgung   5 V (USB)
Anschluss: USB
Abmessung: (B x H x T) 29 x 76 x 18 mm
Passend für:  Notebooks, Netbooks, Tablet PCs  etc.

              

2.            Empfehlungen

Unter Beachtung der  formulierten Anforderungen

  •              Elektromechanischer Antrieb zum Durchbohren von Eisschichten
  •              Aufzeichnung von Tracks
  •              Hammerschlagadpater
  •              Teleskopierbare Messzylinder bis 150 cm und
  •              nichtteleskopierbare Messzylinder bis 150 cm

 lassen sich aus dem erarbeiteten Konzept  die folgenden Empfehlungen für den netzmäßigen Betrieb der Schneesonde HIMXXX-50 ableiten:

 

1.            Um eine möglichst wirtschaftliche, schnelle und einfache Messung zu gewährleisten erscheint es sinnvoll,nichtteleskopierbare Messzylinder einzuführen, die mit Hilfe eines Gummihammers durch Eisschichten hindurchgetrieben werden können.

2.            Es wird vorgeschlagen, aus wirtschaftlichen, arbeitsrechtlichen  und praktischen Erwägungen auf die Entwicklung einer Schneesonde mit Antrieb zu verzichten.

3.            Für hydrologische Anwendungen zur Aufzeichnung von Messungen über mehrere Kilometer wird vorgeschlagen, ein hochmobiles System  zu entwickeln.  

3.            Zusammenfassung

In dem vorgestellten Konzept wurde die Schneewaage HIM150-50 vorgeschlagen. Sie zeichnet sich durch eine modulare Bauweise aus.

Die HIM150-50 ist im Gesamtmessnetz des DWD und der Wasserwirtschaft zur Gewähr-leistung einer einheitlichen Messunsicherheit einsetzbar.

Die Homogenisierung der Messsysteme führt zu Erhöhung der Datenqualität im Sinne der EN ISO 9000 ff.

Durch die modulare Bauweise kann die HIM 150-50 hinsichtlich ihres Messbereichs, der Antriebsweise und der Mobilität an die Bedingungen des Messortes und die Voraussetzun-gen des Beobachters optimal angepasst werden.

In diesem Konzept wurden Wünsche verschiedener Landesumweltämter hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Messzylinders sowie der Messdatenerfassung- und Verarbei-tung berücksichtigt. Empfehlungen zur Gestaltung des Systems wurden gegeben. 

 

4.            Literatur- / Quellenverzeichnis 

  • /1/         Bedienungsanleitung HIM300-23, HIM
  • /2/         Bedienungsanleitung SM150-50 und SM100-50, Hancvencl
  • /3/         Bedienungsanleitung WS43, ZKB
  • /4/         DIN EN 1991-1-3:2010-12 (D): Eurocode 1:Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-3: Allgemeine Einwirkungen, Schneelasten; Deutsche Fassung EN 1991-1-3:2003 + AC:2009; ehemals DIN 1055-5, Juli 2005: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 5:Schnee- und Eislasten
  • /5/         DVWK-Merkblätter 112-113, 230, DVWK  Deutsche Vereinigung für Wasserwirt-schaft
  • /6/         DIN SPEC 1107; DIN-Fachbericht CEN/TR 15996:2010-05: Hydrometrie - Messung des Wasserwertes der Gesamtschneedecke unter Verwendung eines Gerätes zur Erfassung der Schneemasse; Deutsche Fassung CEN/TR 15996:2010;
  • /7/         Meteorologija i Gidrologija, 1976,  No.12
  • /8/         Sevruk, B.: 2004. Niederschlag als Wasserkreislaufelement.Zurich, Switzerland: Institut für Atmosphäre und Klima ETH Zürich, Zürich-Nitra.
  • /9/         VDE 0839-81-1:1993-03:  Elektromagnetische Verträglichkeit
  • /10/       VDE 0875-11:2011-04:  Industrielle, wissenschaftliche und medizinische Geräte
  • /11/       VDI 3786 Blatt 7:Umweltmeteorologie - Meteorologische Messungen - Niederschlag
  • /12/       WMO CIMO Guide No. 8 Chapter 6.7.3 , 7th Edition, 2008
  • /13/       WMO Guide to Hydrological Practices No. 168, 5th Edition, 1994    bzw. WMO Guide to Hydrological Practices No. 168, 6th Edition, Vol. I,  2008

 

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