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Ermöglichung des Hochwasserschutzes durch genauere Wellenmodellierung

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Das Druck-Team wählte optimierte Lösungen

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Kundentyp: Hydro- und ozeanografisches Beratungsunternehmen

Industrie: Hydrologie

Anwendung: Langfristige Messungen des Wellenüberlaufs

Lösung: Drucks UNIK5000 Druckmessplattform

Die niederländische Hochwasserschutzbehörde hatte Schwierigkeiten, die Höhe und Bauweise von Deichen zu planen, um Überschwemmungen zu minimalen Kosten zu verhindern, da sie nicht über genaue Daten über das Meeresverhalten bei Sturm verfügte.

Die Herausforderung des Kunden
Das Wattenmeer und insbesondere das Ems-Dollard-Ästuar in den Niederlanden ist eine komplexe Meeresumgebung. Das liegt an den zahlreichen Inseln, Gezeitenkanälen und der Trichterform der Ems-Dollard. In Kombination mit den lokalen Winden haben diese Elemente ungewöhnliche Auswirkungen auf die Wasserstände und Wellen und stellen eine Herausforderung für die bestehenden Vorhersagemodelle dar. Der Kunde von Druck benötigte eine Lösung zur Messung der Stürme und Wellenüberläufe, um die bestehenden Vorhersagemodelle zu verbessern. Die in den Deichen untergebrachten Wellenüberlauftanks sammeln genaue Daten über Wellen und Flutwellen, um den Meeresspiegel Jahr für Jahr besser einschätzen zu können, damit die Bürger angesichts der durch die globale Erwärmung drohenden Katastrophen sicher bleiben. Diese Modelle werden verwendet, um die Stärke und Höhe der Deiche festzulegen, so dass verbesserte Modelle das Risiko von Schäden an der niederländischen Küste verringern und gleichzeitig die Kosten minimieren können.

Die für diese Arbeit erforderlichen Sensoren sind mit einer Meeresumgebung konfrontiert, die abwechselnd von kaltem Meerwasser überflutet wird und unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt ist. Die Sensoren befinden sich an abgelegenen Standorten und übertragen Daten über GSM, wobei die Stromversorgung über Solarzellen und Batterien erfolgt. Die Wassertiefe in den einzelnen Tanks ist relativ gering und liegt bei etwa 1 m, was einem Druck von nur 100 mbar entspricht.

Die Lösung von Druck
Für die Langzeitmessungen der Auswirkungen von Stürmen werden an Schlüsselstellen des Deichs zwei übereinander liegende "Wellenübertragungsbehälter" installiert. Die Wellen spülen den Deich hoch und füllen die Behälter teilweise auf. Mit Sensoren wird dann die Wassermenge in den Behältern und die Geschwindigkeit, mit der das Wasser aus den Behältern fließt, gemessen. So erfahren die Wissenschaftler, wie sich die Wellen verhalten.

Das Druck-Team wählte aus unserer UNIK5000-Serie optimierte Lösungen für alle 4 Standorte aus. Dabei wurden unter anderem Messbereich, Genauigkeit, Ansprechgeschwindigkeit, Materialverträglichkeit, Stromverbrauch, Schutzart, elektrische Leistung und Preis berücksichtigt.

Der erste ausgewählte Sensor war ein UNIK5000 mit der Artikelnummer PDCR5031. Dieser Sensor wird in Küstentiefe montiert und erfasst die in den Überwachungstank einlaufende Welle. Wenn die Welle in den Tank eintritt, schaltet dieser Sensor den Rest des Systems ein, einschließlich der anderen Sensoren und des Datenloggers.

Für den Füllstandssensor im Deich wurde ein UNIK 5700 mit der Teilenummer PTX57N2 ausgewählt. Vier dieser Sensoren sind installiert, zwei in jedem Tank. Sie werden zur Messung der Wasserhöhe verwendet, die mit dem Überlaufen der Wellen in den Tank zusammenhängt.

Der zweite Sensor im Tank misst, wie das Meerwasser durch einen kalibrierten Strömungskanal aus dem Tank fließt. Auch hier wurde ein UNIK 5700 mit der Teilenummer PTX57N2 eingesetzt, diesmal mit einem etwas höheren Druckbereich.

Druck riet dem Kunden, ein Barometer hinzuzufügen, um die Bedingungen mit dem lokalen atmosphärischen Druck in Beziehung zu setzen. Man entschied sich für ein zusätzliches UNIK5000, Teilenummer PDCR5021, mit einem Barometerbereich von 750 bis 1150 mbar, um ein wirtschaftliches Barometer zu erhalten. Durch die Kombination von Seewassertiefe, Wellenhöhe, Beckentiefe, Abfluss und barometrischem Druck kann der Kunde von Druck ein besseres Sturmvorhersagemodell erstellen und eine Trendanalyse durchführen.

Der Mehrwert von Druck
Druck bot robuste Lösungen mit einem angemessenen Genauigkeitsgrad von Sensoren mit einer guten Stabilität, die eine langjährige Datenerfassung mit niedrigen Betriebskosten ermöglichen, und das alles von ein und demselben Anbieter.

Die verschiedenen Modelle wurden aus unterschiedlichen Gründen ausgewählt:

Es wurden zwei Sensorausgänge gewählt, die mV-Ausgänge für den Offshore-Kontrollsensor und das Barometer, um weniger Energie zu verbrauchen. An diesen Standorten sind die Sensoren ständig eingeschaltet (und an dem Offshore-Standort laufen sie mit einer schnellen Abtastrate).
Sensoren mit geringem Stromverbrauch verringern den Bedarf an großen, teuren Solarpanels. Der mA-Ausgang der Tanksensoren ermöglichte es, über die langen Kabelwege hinweg sehr genaue Messwerte zu erhalten.
Aus offensichtlichen Gründen wurden spritzgegossene, vollständig tauchfähige Kabel gewählt, mit Ausnahme des Barometers, für das ein kostengünstigeres Standardkabel gewählt wurde.
Für die verschiedenen Anwendungen wurden unterschiedliche Druckbereiche gewählt, um den Bedarf an hochauflösenden Daten mit dem Schutz vor schädlichen Überdrücken in Einklang zu bringen.
Die Titan-Konstruktion wurde angeboten, um Korrosion an Orten zu vermeiden, an denen sich Meerwasser und Luft aufgrund der natürlichen Wellenbewegung abwechseln.