Technik

Schaubild der einzelnen Bestandteile der Flie?- und Stillgew?sser-Simulationsanlage: Messbühne, Teiche, Arbeitsplattform Teiche, Rinnen, Arbeitsplattform Rinne, Schneckenpumpe, Leitwarte, Online-Messger?te zum Vergr??ern anklicken
Zentrale Elemente der Flie?- und Stillgew?sser-Simulationsanlage
Quelle: Vera Gutofski

Inhaltsverzeichnis

 

Technischer Aufbau der FSA

Die Flie?- und Stillgew?sser-Simulationsanlage besteht aus folgenden zentralen Elementen:

  • Arbeitsplattform Rinnen
  • Arbeitsplattform Teiche
  • Leitwarte
  • Messbühne
  • Messtechnik
  • Rinnen
  • Schneckenpumpe
  • Teiche

Die einzelnen Teile werden in den folgenden Abschnitten des Artikels vorgestellt.

 

Arbeitsplattformen

Arbeitsplattform über den Rinnen

Die auf der Arbeitsplattform stationierten Messger?te zur Bestimmung des Gesamtstickstoffs (TNb) und des organischen Kohlenstoffs (TOC) sind sowohl für Einzelmessungen als auch für Online-Messungen nutzbar. Von hier erfolgen Wartungsarbeiten (z. B. an Messtechnikn) und die manuelle Bedienung der Schneckenpumpen, sowie der Grob- und Feindosiersysteme. Die Grobdosiersysteme dienen der Zugabe gr??erer Wassermengen, die individuell vorgemischt werden k?nnen. über die Feindosierung k?nnen kleine Mengen an Substanzen variabel (z. B. kontinuierlich über einen l?ngeren Zeitraum) zugegeben werden.

Arbeitsplattform über den Teichen

Für Wartungsarbeiten, zur Probenahme, zum Bedienen der Messbühne.

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Leitwarte

Die Leitwarte ist mit Computersystemen zur vollst?ndigen Steuerung und Messdatenerfassung ausgestattet.

 

Mess- und Arbeitsbühne

Die bewegliche Messbühne ist mit einem computergestützten Positionierungssystem ausgestattet, dass eine hochaufl?sende und reproduzierbare Profilmessung im Wasser und Sediment der Teiche erm?glicht.

Ausstattung:

  • Mikrosonde (Optode) zur Sauerstoffmessung
  • Mikrosonde zur pH-Messung
  • Videosystem
  • Beleuchtung
  • Laserpointer zur Positionierung
  • Computersystem zur Steuerung, Datenerfassung und übertragung

Die Arbeitsbühne erleichtert unter anderem die Beprobung von Sediment und Wasserpflanzen im Teichmesokosmos.

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Messtechnik

Jedes Rinnensegment ist mit Online-Messtechnik ausgestattet. Folgende Parameter k?nnen kontinuierlich gemessen werden:

  • Leitf?higkeit
  • Sauerstoffgehalt
  • pH-Wert
  • Trübung
  • Flie?geschwindigkeit
  • Füllstand
  • TOC (gesamter organischer Kohlenstoff)

Weiterhin werden in den Teichen die Parameter Sauerstoff, Leitf?higkeit, pH, Temperatur und Wasserstand online erfasst. Diese Messwerte werden kontinuierlich an die Leitwarte übermittelt. Zus?tzlich werden je nach Fragestellung untersucht:

  • Schadstoffe in Wasser, Sediment und Biota mit stoffspezifischer Analytik wie z.B. Gaschromatographie mit Massenspektroskopie, Flüssigchromatographie
  • Biochemischer Sauerstoff Bedarf (BSB) mit Respiromat
  • Kohlenstofffraktionen (IC: anorganisch, DOC: gel?st organisch, TOC: Gesamter Kohlenstoff)
  • Alkalinit?t (automatische Titration)
  • Hauptsalzkomponenten (Anionen, Kationen) mit Ionenchromatographie
  • Gel?ste N?hrstoffe (u.a. Phosphat, Nitrat, Nitrit) mit Continous Flow Analyser (CFA)
  • Gesamtstickstoff (TN) und Gesamt-Phosphor (TP) mit Druckaufschluss und CFA
  • Chlorophyll und Ph?ophytin (photometrisch)
  • Biologische Parameter von Plankton, Benthos, Aufwuchs
  • Trockensubstanzgehalt
  • Beleuchtungsst?rke, photosynthetisch aktive Strahlung (PhAR) über und unter Wasser
  • Redoxpotential
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Rinnen

Jeweils maximal 8 Rinnensysteme in der Innen- und Au?enanlage k?nnen in einer Art ?Baukastensystem″ aus Rinnensegementen und Beruhigungsbecken beliebig zusammengestellt werden. Die L?nge ist variabel z. B. k?nnen 16 unabh?ngige Rinnen mit max. 106 m L?nge (je 8 innen und au?en) oder 2 Rinnen mit ca. 800 m L?nge zusammengestellt werden. Bei 106 m L?nge betr?gt das Füllvolumen ca. 36.000 l pro Rinne.

Seit 2008 wurden 8 Rinnenmikrokosmen in der Halle etabliert, die aus 2 Rinnensegmenten zusammengesetzt sind und durch den Einbau einer Mittelschiene eine Flie?strecke von 12 m haben.

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Schneckenpumpe

Zum Wassertransport im Durchfluss oder Kreislauf steht je Rinnensystem eine speziell angefertigte Schneckenpumpe zur Verfügung, die Lebensgemeinschaften (⁠Bioz?nose⁠) inkl. Fische nicht sch?digt. Die maximale einstellbare Geschwindigkeit betr?gt 0,6 m/s (schnell flie?ender Tieflandfluss).

Max. F?rderleistung: ca. 290 l/s

Einstellbare Flie?geschwindigkeit: 0,05 - 0,6 m/s

Eine Schneckenpumpe in Aktion
Quelle: Umweltbundesamt

Eine Schneckenpumpe in Aktion

 

Teiche

Teiche k?nnen als ?durchstr?mte Teiche″ mit den Rinnen gekoppelt werden oder als Einzelsystem zur Simulation stehender Gew?sser verwendet werden. Ein unter der Teichsohle abgesenkter Gang erlaubt die Steuerung der Drainage und die Entnahme von Uferfiltratproben. Das max. Füllvolumen betr?gt ca. 55.000 l.

Eine Durchmischung des Wasserk?rpers durch Windsimulation (Ventilatoren) ist m?glich.

Seit 2010 wurden 16 Teichmikrokosmen etabliert, die aus jeweils einem Rinnensegment bestehen und ein Wasservolumen von 1 m3 fassen k?nnen.

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Datenbank

Alle Messdaten der ⁠FSA⁠ werden in einer zentralen relationalen Datenbank (FSA-DB) gesammelt und zur Auswertung bereitgestellt.

Der Import von Messdaten, insbesondere der chemisch-physikalischen sowie biologischen Analyseergebnisse erfolgt automatisch aus definierten Analyseprotokollen im Open Document Format (ODF) oder als MS Excel-Datenblatt (*.XLS). ?

Die FSA ist mit einer umfangreichen Online-Messtechnik ausgestattet, hierzu z?hlt auch die ⁠UBA⁠-eigene Wetterstation. Alle 10s werden bis zu 400 Messwerte erhoben und tempor?r in einer Round Robin Datenbank (RRDB) gespeichert. Entsprechend den jeweiligen Projektanforderungen werden Teilmengen dieser Daten entweder als Einzelmesswerte halbautomatisch oder als aggregierte Werte (z. B. Stundenmittelwerte) vollautomatisch in die FSA-DB überführt. Es k?nnen für jedes Messger?t individuell verschiedene Grenzwerte z. B. für automatische Benachrichtigungen per E-Mail (Alarmsystem) definiert werden.

Die Datenbank-Anwendungsprogramme setzen auf eine modulare, mehrschichtige Architektur auf Basis von J2EE auf. Die Java-Programme sind damit weitgehend betriebssystemunabh?ngig und über das Internet nutzbar. Die für die FSA-DB entwickelten Komponenten werden vorzugsweise mittels OpenSource Software erstellt.

Datenrecherche und -auswertung

Für die Recherche und Auswertung der Daten steht innerhalb des Umweltbundesamtes ein komplexes, datensensitives Auswerte- und Reporttool zur Verfügung.

Für externe Arbeitsgruppen (siehe externe Nutzung) und die interessierte ?ffentlichkeit besteht die M?glichkeit über das Internet in freigegebenen Projekten Messdaten zu recherchieren. Hierzu steht eine Browseranwendung zur Verfügung, die kontextsensitive Recherchen in der FSA-DB erm?glicht.

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