Qualitätssicherung in der Gewässerkunde

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1 Qualitätssicherung in der Gewässerkunde Qualitätsicherungselemente im neuen Pegelmessnetz des Freistaates Sachsen

2 Elemente der Qualitätsicherung bei der Messwerterfassung der operationellen Verarbeitung der Arbeitsorganisation (Integriertes Managementsystem (IMS)) Folie 2

3 Grundlagen Pegelvorschrift Stammtext (1997) Anlage A: Richtlinie für den Bau von Pegeln mit Anhang Pegelgeräte (1988) Anlage B: Anweisung für das Beobachten und Warten der Pegel (in Überarbeitung) Anlage C: Anweisung für das Festlegen und Erhalten der Pegel in ihrer Höhenlage (1997) Anlage D: Richtlinie für das Messen und Ermitteln von Abflüssen und Durchflüssen (1991) mit - Anhang I Ergänzungen für das Küstengebiet (1995) - Anhang II Meßgeräte (1996) Anlage F: Richtlinie für die digitale Erfassung, Speicherung und Fernübertragung von gewässerkundlichen Daten (1985)??? Hrsg.: Länderarbeitsgemeinschaft Wasser Leitlinien eines zukunftsfähigen gewässerkundlichen Mess- und Beobachtungsdienstes Hrsg.: Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (2000) Gewässerkundliche Pegel Aufgaben, Anforderungen, Abgrenzungen Hrsg.: Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (2001) Folie 3

4 Kernaufgaben des Pegelnetzes Erfassung der zeitlichen und räumlichen Variabilität der Wasserstände und Abflüsse in den verschiedenen Gewässern und Regionen, insbesondere bei extremen Ereignissen (Hoch- und Niedrigwasser) zum Zweck der Bereitstellung von Wasserstands- und Abflussdaten für Untersuchungen und Überwachungen: - Bemessung und Bedienung wasserwirtschaftlicher Anlagen - Festlegung des Umfangs von Ausbaumaßnahmen - wasserrechtliche Gestattungen von Aus- und Einleitungen - Hochwassernachrichten- und Alarmdienst -u. a. Die erhobenen Daten müssen geeignet sein, mit Hilfe statistischer oder deterministischerer Methoden Aussagen für unbeobachtete Punkte des Gewässernetzes ableiten zu können. Folie 4

5 Entwicklung des Pegelnetzes in Sachsen 1915: 32 Schreibpegel mit Durchflussmessungen + 30 Schreibpegel Lattenpegel 1927: 100 Schreibpegel mit Durchflussmessungen (einschließlich TS-Pegel) Lattenpegel einschließlich Hochwasserpegel 1938: 109 Schreibpegel mit Durchflussmessungen (einschließlich TS-Pegel) Hochwasserpegel (Lattenpegel) 1979: 178 Schreibpegel mit Durchflussmessungen (einschließlich TS-Pegel) + 42 Lattenpegel mit Durchflussmessungen Lattenpegel 2006: 180 Schreibpegel mit Durchflussmessungen (ohne Pegel des Kontrollund Steuermessnetzes der LTV), davon 82 mit Hochwassermeldefunktion + 18 Hochwassermeldepegel ohne Q-Messungen 1927: 138 km²/durchflussmessstelle (Sachsen in den Grenzen von 1813) 1979: 95 km²/durchflussmessstelle (Gebiet der Wasserwirtschaftsdirektion Obere Elbe/Neiße) 2006: 102 km²/durchflussmessstelle (Sachsen nach Neubildung des Freistaats Sachsen) Folie 5

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7 Besonderheiten Errichtung der hauptsächlich als Hochwasserpegel fungierenden Lattenpegel an günstig erreichbaren Orten innerhalb der Bebauung unabhängig von vorhandenen Umfluten (z. B. Mühlgräben) Errichtung von Schreibpegeln an den wenigen durch Wasserkraftanlagen unbeeinflussten Gewässerabschnitten für genaue gewässerkundliche Untersuchungen Im Laufe der Entwicklung Funktionsverlagerungen infolge des Erkennens von Standortschwächen Folie 7

8 Aktuelle Hydrologisches Messnetz Folie 8

9 Erfahrungen vom August-Hochwasser 2002 Bemessung von Pegeln anhand früher beobachteter HW + Zuschlag war an vielen Standorten nicht ausreichend Zerstörung von Pegelhäusern Seilkrananlagen und autarker Meßtechnik (Compactstationen) Durchflußmessungen aufgrund zu hoher Wasserstände und Treibgut nur selten durchführbar => bei weniger breiten Gewässern halfen Schwimmermessungen Fazit: Pegelanlagen sind unter den speziellen Standortgegebenheiten so zu ertüchtigen, daß ein zukünftiger Wasserstand HHW(extrem) gemessen und auch ohne Hilfe des Beobachters weitervermittelt werden kann. Die Bedingungen für Durchflußmessungen müssen mindestens an wichtigen Standorten hergestellt werden, um Daten zur Erstellung von Hochwasservorhersagen zu erhalten. Folie 9

10 Schmiedeberg/Rote Weißeritz Hainsberg1/Rote Weißeritz Wechselburg1/Zwickauer Mulde Zwickau-Pölbitz/Zwickauer Mulde Folie 10

11 Ziele der Weiterentwicklung des Pegelnetzes Kurzfristig: Sicherung qualitativ hochwertiger Daten an unstrittigen Standorten Mittelfristig: Optimierung des Messnetzes hinsichtlich Erfassung der zeitlichen und räumlichen Variabilität der Wasserstände und Abflüsse in Sachsen, unter Beibehaltung der Anzahl der Pegel politische Vorgabe alle Hochwassermeldepegel mit redundanter Messtechnik ausrüsten Folie 11

12 Ausrüstungskonzeption des Landesmessnetzes Kategorie A: Pegel im Hochwassermeldedienst (Hochwassermeldepegel, Vorhersagemodellpegel) und zur Erfassung der Variabilität des Wasserdargebotes Redundanz sowohl für die Messwerterfassung (Sensortechnik), die Energieversorgung der Messsysteme als auch für die Datenübertragung Kategorie B: Pegel zur zeitnahen Erfassung der Variabilität des Wasserdargebotes (z. B. für Routineberichte ) eine Datenfernübertragung Kategorie C: Pegel mit Kontrollfunktionen ohne notwendige zeitnahe Datenverfügbarkeit Registrierung der Messwerte in Datensammlern ohne Datenfernübertragung Kategorie D: Pegel mit örtlicher Bedeutung (z. B. Sondermessnetze) und Pegel Dritter keine Definition des Ausrüstungsgrades wegen unterschiedlicher Aufgaben Folie 12

13 Hydrometrische Randbedingungen - Stark schwankende Wasserstände - große Unterschiede zwischen Niedrig- und Hochwasser - Geröll- und Geschiebeführung im Gebirge - Treibgut (Bäume) bei Hochwasser - Verkrautung v.a. im Tiefland - Vereisung - Hohe Fließdynamik im Gebirge aufgrund des hohen Fließgefälles - Ausprägung der Wellenscheitel regional sehr unterschiedlich Folie 13

14 Randbedingungen beim Bau und Betrieb von Pegeln -Anlage der erforderlichen Komponenten wie Pegelhaus, Ufermauern, Meßgerinne, SKA, Pegelschacht, Vandalismussicherheit, einzubauende Sensorik muss je nach Aufgabenstellung an den Standort angepasst sein -Bemessung der Pegelanlage muss aufgabenbezogen sein besondere Beachtung bedarf in den meisten Fällen HW(extrem) -Grundstücksverfügbarkeit -Zuwegung an Pegel für Bau- und Betriebspersonal, die auch für Fahrzeuge gegeben sein muss -Zuführung von Strom und Telefon, wenn notwendig und finanziell vertretbar Pegelhausbetrieb: -Vandalismussicherheit ist weitgehend gegeben -Geräteunterbringung witterungsunabhängig -Unterbringung und Montage zusätzlicher Komponenten (z.b. Brennstoffzellen, neuer (redundanter) DFÜ, Beschaffenheitsmeßtechnik sehr einfach -Anschaffung relativ teurer Betrieb autarker Stationen: -einfacher Aufbau, jedoch zusätzliche Sicherungen gegen Vandalismus und Diebstahl notwendig -einfach zu beschädigen -weitere Komponenten können nur in geringem Umfang integriert werden -Anschaffung relativ günstig Folie 14

15 Wasserstandserfassung technische Ausstattung Pegelschreiber VEB Steremat Berlin -Schwimmerprinzip -Ohne Umkehrspindel -Betreuung durch ehrenamtlichen Pegelbeobachter Pegelschreiber OTT-X, Kempten oder SEBA PS-Delta -Schwimmerprinzip -Mit Umkehrspindel -Betreuung durch Pegelbeobachter -ca Werden in fast allen Pegeln (außer autarken Compactstationen) der Kategorie A und B eingesetzt. Vorteil: Beim Ausfall von elektronischen Datensammlern (z.b. 08/2002) funktionierten diese mechanischen Geräte weiter. Folie 15

16 Technische Ausrüstung Wasserstandsmessung: 1. Schwimmersystem 2. Einperlsensorik 3. Radarsensorik 4. Druckmessung (nicht empfohlen bzw. nur in Ausnahmefällen) Datenübertragung: 1. Telefon-Festnetz 2. GSM-Netz 3. Kurier/Post 4. Bündelfunk 5. Satellit Energieversorgung: 1. Festnetz + Akku 2. Solarpanele + Akku 3. Akku 4. Windkraft Pegel Aue1mit Winkelkodierer, Einperler und Pegelschreiber Folie 16

17 Durchflußerfassung technische Ausstattung - Flügel Uni, C2, C31 u.a. zum Messen am Gestänge oder SKA - Salzverdünnungsmeßgerät FLO-RRACER - Magnetisch-induktiv: OTT-Nautilus - stationäre Laufzeit-Ultraschall-Anlage OTT-SONICFLOW - stationäre HADCP-Anlage NORTEK/OTT EASY-Q - ADCP RD Instruments Rio Grande Workhorse 1200 Zed Hed Eichmessung Pegel Neidhartsthal/ Zwickauer Mulde Qmax ca. 40 m³/s; Härtetest für ADCP Folie 17

18 Ultraschallanlage Wolkenburg/ Zwickauer Mulde Ausfall der Anlage wegen zu großer Trübung Ergänzender Einbau einer HADCP- Anlage Folie 18

19 Redundante Ausrüstung der A-Pegel Pegel Streckewalde mit Winkelkodierer, Radar und Pegelschreiber Folie 19

20 Ombrometer Verdichtung des landeseigenen Ombrometermeßnetzes unter Nutzung der bereits vorhandenen Ombrometer an LTV-Standorten und Kopplung an das LHWZ Ausrüstung bzw. Aufrüstung von 22 Ombrometerstandorten mit OTT-PLUVIO Abnahme des Ombrometers an TS Rauschenbach TS Saidenbach Folie 20

21 Überblick Pegelmeldersystem Sprachdialog Web WAP Meldezentrale Monitoring

22 Plausibilitätsprüfung von DFÜ-Werten Folie 22

23 Messwertbildung 3 übertragene Messwerte primärer Geber sekundärer Geber Pegelbeobachter (diskontinuierlich) Folie 23

24 Folie 24

25 Aktualisierung von Parameterdateien - Hochwasservorhersagemodell Schwarze Elster: Parameter der W-Q-Beziehungen Aktualisierung der W-Q-Beziehungen für die Pegel Trado 1, Schönau, Zescha und Neuwiese 60 Q in m 3 /s Neuwiese W in cm Folie 25

26 Integriertes Managementsystem (IMS) Einführung und externe Bestätigung von: - Umweltmanagementsystem (UMS) nach EMAS - Qualitätsmanagementsystem (QMS) nach DIN EN ISO 9001 Einbeziehung von: - QMS nach DIN EN ISO/IEC (Akkreditierung!) - Arbeitsschutz und Betriebssicherheit - Verwaltungsrecht Sachsens Folie 26

27 Anliegen und Ziele des IMS in der UBG Qualität für unsere Kunden Umweltbewusstes und Ressourcen schonendes Handeln Arbeitsschutz und Betriebssicherheit für gesundes und störungsfreies Arbeiten Optimierte Betriebsabläufe für engagierte und zufriedene Mitarbeiter Folie 27

28 IMS-Handbuch Dokumentation des IMS IMS-Handbuch Teil 1 Grundsätze Verfahrensanweisungen QM-Handbücher ISO/IEC Geschäftsordnung Dienstanweisungen Formulare und Checklisten Folie 28

29 Verfahrensanweisungen (VA) VA-01/GB3 VA-02/GB3 VA-03/GB3 VA-04/GB3 VA-05/GB3 VA-06/GB3 VA-07/GB 3 VA-08/GB 3 VA-09/GB 3 Organisation der Grundwasserprobenahme Ermittlung der Wasserstandsdaten im GW Ermittlung der Wasserstandsdaten im OW Ermittlung der Durchflussdaten im OW Bau und Ausrüstung von Pegeln und Grundwassermessstellen Betrieb des Ombrometermessnetzes Betrieb der Lysimeterstation Brandis Mess- und Prüftechnik Umgang mit gefährlichen Stoffen Folie 29

30 Wie sind die VA entstanden? 1. Erfassung der bisherigen Abläufe und Verantwortlichkeiten in den FB durch Befragungen und Sichtung vorhandener Vorschriften, Anleitungen, Protokolle etc. 2. Entwicklung von Vorschlägen zur Vereinheitlichung bei Feststellung ungeklärter oder unterschiedlich geregelter Abläufe in den FB 3. Erarbeitung von VA-Entwürfen unter Beachtung der in UBG-VA 11 Dokumentation des IMS vorgegebenen Formvorschriften 4. Diskussion und Abstimmung der VA mit allen FBL in Beratungen 5. Einarbeiten von Änderungen und Ergänzungen durch den IMS-B 6. Inkraftsetzung durch den GBL Folie 30

31 Gliederung und Inhalte der VA Folie 31

32 VA-03/GB3 Ermittlung der Wasserstandsdaten im OW Was ist jetzt einheitlich und für einzelne FB evtl. neu? - Formblatt Kontrollbericht für die regelmäßige Vor-Ort-Kontrolle der Compactstationen - Formblatt DFÜ-Ausfälle zur Dokumentation von Störungen der DFÜ - Nachjustierung der Messeinrichtungen am Pegel, wenn Abweichungen von mehr als 1 cm zwischen LP und Messeinrichtung bestehen (Vermerk auf Pegelbogen oder Formblatt) - bei Drift von mehr als 2 cm zwischen parallel laufenden Systemen der Wasserstandsregistrierung: Ursachensuche und -beseitigung - Archivierung: Pegelbögen und Beobachtungsbücher werden nach zwei Jahren an das LfUG übergeben und dort archiviert Folie 32

33 VA-03/GB3 - Ermittlung der Wasserstandsdaten im OW Anlage 3: Formblatt DFÜ-Ausfälle (Blattgröße A4, ergänzte Fassung einer bestehenden Tabelle) Folie 33

34 Aktuelle und künftige Aufgabe: Erstellung von Standard-Arbeitsanweisungen Nachvollziehbare Anleitung, Dokumentation und wo nötig schrittweise Vereinheitlichung wichtiger Arbeitsschritte in den FB unter Beachtung - der traditionellen Methoden der sächsischen Wasserwirtschaft, - der Möglichkeiten moderner Messtechnik und Software sowie - neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse zur Auswertung der Daten. Geplante Vorgehensweise: Erarbeitung von Standard-Arbeitsanweisungs-(SOP-)Entwürfen durch die UBG, anschließend fachliche Abstimmung mit dem LfUG im Rahmen von Beratungen bzw. einer Arbeitsgruppe Folie 34

35 Haben wir SOPs nötig? 6 5 Beispiel: 8 m breites, ungegliedertes Gerinne, mittlerer Wasserstand 0,30 m, max. Wasserstand 0,35 m, mittlere Geschwindigkeit 0,8 m/s - Welchen Messflügel und welche Schaufel würden Sie nutzen? 4 Beispiel Flügelmessungen: Anzahl der Antworten 3 2 Ergebnisse einer Umfrage mit Bewertung der genutzten Schaufeln 1 0 C2-S1 C2-S2 C2-S3 C2-S5 C2-S6 C31-S4 Uni (d=13 cm) +/ / /- Folie 35

36 Aktuelle und künftige Aufgabe: Erstellung der Arbeitsanweisungen (SOPs) SOP Reduktion von Wasserstands- und Durchflussdaten (in Arbeit) SOP Durchflussermittlung mit dem ADCP (in Arbeit) SOP Durchflussermittlung mit Messflügeln SOP Aufstellung der Wasserstands-Durchfluss-Beziehung SOP Vermessungsarbeiten im Pegelwesen SOP Aufbereitung und Prüfung der Daten für die Statistik (Arbeitstitel) SOP Planung und Bau von Pegeln (?) SOP DFÜ: Parametrierung sowie Prüfung und Abgleich der Daten (?) Folie 36

37 Hier finden Sie Informationen des LHWZ Videotext auf Seite 530 Messwertansage: Folie 37

38 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Folie 38