Pegelnullpunkt


Pegelnullpunkt
Pegeluhr in Emmerich am Rhein
Rheinpegel Maxau bei Karlsruhe (km 362)

Ein Pegel ist ein Messgerät zur Feststellung des Wasserstandes in Flüssen, Meeren und anderen Gerinnen, im erweiterten Sinne die Messstelle.

Inhaltsverzeichnis

Begriffsklärung

Pegel stammt von niederdt. pegelEichstrich“ aus mittellateinisch pagella „Messlatte“ und ist etymologisch verwandt mit „Peilen“, der Messung einer Richtung, etwa in Strich (Winkeleinheit).

Umgangssprachlich wird „Pegel“ auch fälschlicherweise als Synonym für den Wasserstand selbst verwendet. Am Pegel wird der Pegelstand gemessen, aus dem sich der Wasserstand (Wasserhöhe zu einem bestimmtem Punkt im Bezugsprofil des Gewässers) ableiten lässt.

Auch in der Hydrographie verbreitet ist aber, die Messstelle als „Pegel“ zu bezeichnen, man unterscheidet jedoch zwischen oberirdischen Pegeln und Grundwassermessstellen. In der Schifffahrt wird unterschieden zwischen Brückenpegel und dem Schifffahrtspegel.

Grundlagen

Der Wasserstand wird meist in Zentimeter (cm) angegeben und gibt das Niveau, aber nicht die Wassertiefe an. Addiert man zum Wasserstand den Pegelnullpunkt (PNP), erhält man den Wasserspiegel in Meter bezüglich Normalnull (m + NN). Der Pegelnullpunkt liegt geringfügig unter dem niedrigsten, über eine lange Zeit gemessenen Wasserstand.

Wird an einem Meerespegel durch einige Jahrzehnte kontinuierlich gemessen, kann das Mittelwasser zentimetergenau berechnet werden. Solche Pegel wurden im 19. Jahrhundert vielerorts als Bezugshöhe der Landesvermessung etabliert, u.a. in Amsterdam (späteres Normalnull NN), im russischen Kronstadt, für Frankreich in Marseille, für Italien in Genua, für die Schweiz in Genf und für Österreich-Ungarn in Triest. Heute ist die EU bestrebt, diese verschiedenen Höhensysteme auf NN zu vereinheitlichen.

Für die Schifffahrt in Flüssen, Seen und Meeren sind die Pegel von großer Bedeutung. Sie sind am Gewässer so anzubringen, dass der Wasserspiegel auch beim Höchststand und Tiefststand des Gewässers noch messbar ist. In Deutschland wird die Pegelvorschrift von der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser herausgegeben und dient als Empfehlung an die Wasserwirtschaftsbehörden für den Bau der Anlagen sowie für deren Ausstattung, Unterhaltung und Betrieb. Vereinzelt dienen mittlere Pegelstände an großen Flüssen als lokaler Höhenbezug - etwa beim Kölner Pegel (Rhein) oder beim Wiener Null (Donaukanal).

Bedeutung in der operationellen Hydrologie

An einem Fluss bildet die zuverlässige Erfassung und Auswertung von Wasserständen die Grundlage für die hydrologische Auswertung. Sie dient dem Betrieb, der Unterhaltung und dem Aus- und Neubau der Wasserstraße, zur Steuerung einzelner Anlagen am Fluss, insbesondere der Staustufen mit Wehr und Wasserkraftwerk, der Schifffahrt zur Ermittlung der Fahrwasserverhältnisse und der Disposition der Abladetiefe sowie dem Hochwassernachrichtendienst für die Anlieger, die in bedrohten Gebieten leben, und die Schifffahrt.

Für notwendige Hochwasserwarnungen werden zunehmend automatische Pegelmessstationen entlang von Flüssen aufgestellt, die bei Erreichen einer einstellbaren Warnschwelle Alarm auslösen. Diese Messstellen heißen Aktivpegel. Sogenannte Anrufpegel (Pegelansage) können bei Bedarf per Telefon von jedermann abgefragt werden und geben den momentanen Wasserstand in cm bzw. Durchfluss in m³/s an. An Bundeswasserstraßen wählt man dazu in Deutschland die Ortsvorwahl und anschließend die 19429, beispielsweise für den Pegel Karlsruhe-Maxau 0721 19429.

Richtpegel

Der Pegel kann an Wasserstraßen, die von Schiffen genutzt werden, als Richtpegel dienen. Die Pegelanlage ist in diesem Fall für einen bestimmten Gewässerabschnitt, der bei Flüssen mit Schleusenanlagen meistens bei einer bestimmten Schleuse liegt, zuständig, wobei an die Endpunkte ein anderer Richtpegel grenzt. Die Wasserstände am Richtpegel haben Einfluss auf die Abladetiefe der Schiffe, die Durchfahrtshöhe von Brücken und die Begrenzung der Schifffahrt bei Hochwasser. Wird am Richtpegel die Hochwassermarke (HSW-Marke, HSW = Höchster Schifffahrtswasserstand) I erreicht, beginnen für den entsprechenden Gewässerabschnitt die ersten Einschränkungen. Dies ist von Gewässer zu Gewässer unterschiedlich und ist abhängig von der Technologie der Schiffe, deren Größe, Geschwindigkeit und Abladetiefe. Es kann aber auch zur Sperrung des betroffenen Abschnittes kommen. Bei Überschreiten der Hochwassermarke II am Richtpegel ist die Wasserstraße für die gesamte Schifffahrt bis auf wenige Ausnahmen gesperrt. Beim Ablauf eines Hochwassers und Unterschreiten der einzelnen Marken werden die Beschränkungen wieder aufgehoben. Beispielsweise liegt die Hochwassermarke I bei Karlsruhe-Maxau bei einem Pegelstand von 620 cm, die Hochwassermarke II bei einem Pegelstand von 750 cm, während die Dämme am Rhein in der Umgebung für einen Pegelstand von rund neun Meter ausgelegt sind.

Geschichte

Die Messung von Wasserständen reicht schon lange zurück. Schon die alten Ägypter haben den Pegel am Nil gemessen, um diese Messungen bei der Bewirtschaftung ihrer Felder zu nutzen.

In Europa kommen die Pegelmessungen an Fließgewässern schon im Hochmittelalter auf, als sich das vorindustrielle Mühlenwesen zu entwickeln beginnt, und die Wasserentnahme einer rechtlichen Grundlage bedarf - die zunehmend verbreiteten, stärkeren mittelschlächtigen Wasserräder sind in ihrer Leistung direkt von der Stauhöhe abhängig, aber anfällig auf Rückstau im Unterwasser, Anrechte auf Stauhöhen führen zwischen den Gewerken zu Konflikten. Frühes Beispiel ist der Mühlpfahl, ein Pfahl zur Kontrolle der vorgeschriebenen Stauhöhe (Stauziel) des Mühlwassers. Später werden Haimmarken als Bezugspegel in den Gebäuden versetzt, und die Pegel und Wasserstandsrechte in den amtlichen Wasserbüchern vermerkt.

Die ersten regelmäßigen Beobachtungen der Wasserstände im Hochwasserschutz in Deutschland gehen bis auf das Ende des 18. Jahrhundert zurück (Erfelden/Rh.seit 1.Juli 1797).

Messung des Wasserstands

Pegellatte an der Ilm in Ilmenau
Pegellatte der Isar an der Brudermühlbrücke in München
Pegelanlage an der Rur mit Seilbahn zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit

Ein Pegel wird durch eine Pegellatte und drei Höhenfestpunkte definiert, mit deren Hilfe die Höhenlage der Pegellatte (Pegelnullpunkt) über Normalnull bezogen wird. Gemessen wird der Wasserstand am Pegel heutzutage mit Hilfe von Schwimmern, Drucksonden, Druckluftwaagen, Radar- und Ultraschallgeräten. Die Messungen werden auf Pegelbögen, einem Bandschreiber und/oder in digitalen Datensammlern im Pegelhäuschen registriert. Manchmal wird der Wasserstand an Pegeluhren angezeigt.

Die Übertragung des Wasserstandes zum Pegelhäuschen kann durch einen Schwimmer mit Seil und Gegengewicht erfolgen, kann aber auch durch Pneumatikpegel, auch Druckluftpegel genannt, erfolgen. Die Wassersäule drückt hierbei in dem Verbindungsschacht oder der Verbindungsleitung (aus PVC) ein Gewicht nach oben. Gleichzeitig steht der Bereich oberhalb des Gewichtes unter Druck, der durch einen Kompressor oder durch Druckluftflaschen erzeugt wird. Die Druckdifferenz betätigt einen mechanischen Schreiber oder steuert einen elektronischen Messwertgeber an, der den Wasserstand aufzeichnet. Durch einen Winkelkodierer können die Messwerte in digitale Impulse umgewandelt werden, so dass die Daten aus dem Datensammler durch einen Laptop oder per Datenfernübertragung ausgelesen werden können.

Pegellatte

Die älteste und einfachste Form, den Wasserstand zu messen, geschieht mit einer Pegellatte, die an einer Kaimauer, Schleusenkammer oder einer anderen Mauer befestigt ist. Sie kann aber auch auf dem geneigten Gelände einer Ufer- oder Staudammböschung angebracht sein. Eine Pegellatte ist z. B mit nummerierten schwarzen E-Marken auf gelbem Grund dezimeterweise eingeteilt. Da die Querbalken der E jeweils zwei Zentimeter breit sind und zwei Zentimeter auseinander liegen, ist eine Ablesung auf dieses Maß genau möglich. Bei geneigten Pegellatten wird die Einteilung entsprechend der Neigung gestreckt.

Eine Pegelanlage kann aus mehreren Pegellatten, auch Pegelstaffeln genannt, bestehen. Wenn eine Pegellatte vom Wasser überflutet wird, erfolgt die Ablesung an der nächsten, höher gelegenen Pegellatte. Beim Übergang von der einen zu der anderen Pegellatte sind die Ablesewerte gleich, da sich die Nullpunkte auf gleicher Höhe befinden.

Heute haben fast alle Pegelanlagen mit Pegellatte auch eine Schreibregistrierung. Bei extremen Hochwasserereignissen, wie dem Elbehochwasser 2002, dem Elbehochwasser 2006 und dem Pfingsthochwasser 1999 ist auch heute die Pegellatte ein wichtiges Messinstrument, wenn durch Stromausfall oder Überflutung des elektrischen Pegels keine Aufzeichnungen vorgenommen werden können.

Solche Pegellatten können auch behelfsmäßig hergestellt werden. Sie werden im Bedarfsfall an markanten Stellen errichtet. Diese weisen auch die Einteilungen auf, können aber möglicherweise erst später eingemessen werden.

Brückenpegel

Der Brückenpegel, Durchfahrtshöhe hier 6 und ca. 7 m
gekennzeichnete Durchfahrt

Pegellatten senkrecht an einem Brückenpfeiler (Brückenpegel) sind hinweisende Schifffahrtszeichen und zeigen durch Messen des Wasserstandes die lichte Durchfahrtshöhe an. Sie haben dazu eine "umgedrehte" Skala.

Der Nullpunkt eines solchen Brückenpegels muss bei Brücken mit waagerechtem Untergurt in Höhe der Konstruktionsunterkante liegen, bei gebogenem Untergurt in Höhe des tiefsten Punktes innerhalb der gekennzeichneten Durchfahrtsbreite.


Pegeluhren

Pegeluhr auf der Parkinsel in Ludwigshafen

Die Pegeluhr kann durch einen Schwimmer in einem Pegelschacht, der über einen Kanal als kommunizierende Röhre mit dem Gewässer verbunden ist, die gemessenen Werte anzeigen. Solche Pegeluhren befinden sich z. B. in Emmerich am Rhein, am Pegel Köln oder in Konstanz. Die Anzeige selbst ist in vielen Fällen digital.[1] In anderen Fällen, wie bei der 1897 erbauten Pegeluhr in Ludwigshafen, ist sie analog und ähnelt dem Zifferblatt einer Uhr. Die Pegeluhr wird schon seit vielen Jahren nicht mehr benutzt.

Mobile Pegelmessung bei Hochwasser

Um bei Hochwasser an besonders kritischen Stellen die Wasserstandsänderungen schnell zu erfassen, kann mit mobilen Funksensoren kontinuierlich der Pegel gemessen werden. Dieses von der Bundesanstalt Technisches Hilfswerk entwickelte System kann auch bei weggespühlten oder überschrittenen Festpegel als Ersatz dienen. [2]

Siehe auch

Weblinks

Wasserstände Deutschland

Weitere aktuelle Wasserstände in Deutschland können bei den Wasserwirtschaftsverwaltungen der Bundesländer eingesehen werden. Wasserstände Österreich

Wasserstände Tschechien

Quellen

  1. Beispiel Digitale Pegeluhr in Konstanz am Bodensee
  2. http://www.thw-pegel.de

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