Untersuchung von Messstationen

Die Messstation Zellersmühle an der Glatt in Herisau ergibt bei grossen Abflüssen Werte, die aus Sicht des Kantons nicht nachvollziehbar sind. Beim jüngsten Ereignis vom 10. Juli 2011 ergaben sich wiederum unglaubwürdige Werte. Es wurde geplant, die Station umzubauen.

Die Ingenieure Bart AG wurde beauftragt, die geplanten Umbauten mit 2D-Modellierungen zu testen. Es waren namentlich folgende Ziele zu erreichen:

  • Die P/Q-Beziehung war über Modellierungen zu ermitteln.
  • Insbesondere waren Beeinflussungen durch die nachfolgende Brücke bei grossen Abflüssen zu klären.
  • Es musste gewährleistet werden, dass Abflüsse bis mindestens zum Q100 zuverlässig messbar sind.

Für den gegenwärtigen Ausbaustand der Messstation war eine P/Q-Beziehung mittels Modellierungen zu erstellen, welche folgende wichtigsten Ziele erreichen sollte:

  • Die Gründe für die aus Sicht des kantonalen Wasserbaus unplausiblen Messungen sollen erkannt werden.
  • Mit der modellierten P/Q-Beziehung mussten die bisherigen Messungen korrigiert werden.
  • Die alten Messungen waren in korrigierter Form auf die umgebaute Messstation zu übertragen, um die lange Messreihe auch künftig nutzen zu können.

   

Die Baupläne der neuen Messstation wurden im hydraulischen Modell im Detail eingebaut und lokal in hoher Auflösung mit FLUMEN modelliert. Neben den rein messtechnischen Aspekten (Pegelstand bei einem bestimmten Abfluss) wurden auch technischen und hydraulische Details analysiert, welche sich auf die Messqualität auswirken können.

Die Mängel wurden jeweils in der Planung berücksichtigt und die neue Variante des Umbaus wiederum im hydraulischen Modell eingebaut und neuerlich getestet. Nach mehreren Durchgängen war die Messstation so optimiert, dass grosse Abflüsse künftig zuverlässig und genau messbar werden.

Im Laufe der Abklärungen waren verschiedene ungünstige Effekte erkannt und behoben werden:

  • Unnötig heterogene Rauigkeiten in Profilen und Profilabfolgen vermeiden.
  • Bei grossen Abflüssen traten unter der Messstelle an einer Gerinneverengung Rückstauungen auf, welche die Messungen beeinflussten.
  • Die Brücke unterhalb der Messstelle konnte die Messungen bei grossen Abflüssen durch Rückstauungen verfälschen.
  • Eine direkt an die Messstelle anschliessende Gerinnekurve musste verbessert werden.
  • Für die grössten zu messenden Abflüsse waren örtlich Ufererhöhungen nötig.

  Erste zu prüfende Ausbauvariante der Messstelle (Rüesch AG)

Zur Überprüfung der P/Q-Beziehung für den bisherigen Ausbaustand wurde eine fein abgestufte Abfolge konstanter Abflüsse modelliert und der Pegelstand aus dem hydraulischen Modell herausgemessen. Letztlich konnten so drei P/Q-Beziehungen gefunden werden:

  • Rote Kurve: P/Q-Beziehung alter Zustand modelliert
  • Blaue Kurve: P/Q-Beziehung nach Umbau, modelliert
  • grüne Kure: P/Q-Beziehung bisher als gültig angesehen

  Mit den verschiedenen Beziehungen konnten die alten Messungen neu eingeordnet werden und für den neuen Ausbauzustand ist eine modellierte P/Q-Beziehung vorhanden, welche nach Realisierung mit Flügelmessungen zu prüfen sein werden.