Neuer Sensor warnt vor Hochwasser: Bonner Entwicklung ist kostengünstig und robust

Forscher der Universität Bonn haben einen kostengünstigen und robusten Sensor entwickelt, mit dem sich der Pegelstand von Flüssen in Echtzeit überwachen lässt. Flächendeckend eingesetzt könnte er mit einer gewissen Vorlaufzeit vor Hochwasser und Sturzfluten waren.

Es gibt eine ganze Reihe von Methoden, den Pegel eines Wasserlaufs zu bestimmen – von sehr einfachen (per Messlatte) bis hin zu High-Tech-Lösungen per Radar. Doch alle haben ihre Haken. Die meisten Messgeräte können durch Hochwasser beschädigt werden, viele erlauben keine kontinuierliche Überwachung, ihre Fernablesung gestaltet sich schwierig oder sie sind einfach zu teuer.

Prototyp seit zwei Jahren im Einsatz

In Wesel am Niederrhein verrichtet dagegen bereits seit zwei Jahren ein Messgerät seinen Dienst, das keinen dieser Nachteile hat: Es ist kostengünstig, zuverlässig und dazu in der Lage, den Pegelstand per Mobilfunk kontinuierlich an ein Auswertungs-Zentrum zu übermitteln. Damit eignet es sich im Prinzip zur engmaschigen Warnung Hochwasser und Sturzfluten.

Messung mit Hilfe von GPS- und Glonass-Signalen

„Kern unseres Geräts ist ein kostengünstiger GNSS-Empfänger“, so Makan Karegar vom Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität. Das sind Sensoren, die die Position ihres Standorts auf wenige Meter genau bestimmen können. Dazu nutzen sie unter anderem die GPS-Satelliten der USA sowie Glonass, deren russischen Pendants. „Mit Hilfe der Satellitensignale lässt sich auch der Abstand der GNSS-Antenne zur Oberfläche eines Flusses messen“, sagt Karegar, was in diesem Anwendungsfall entscheidend ist.

Ein Umweg führt zur Pegelmessung

Die von den Satelliten ausgesandten Wellen werden nur zum Teil von der Antenne aufgefangen. Der Rest wird von der Umgebung – in diesem Fall der Wasseroberfläche – reflektiert und gelangt über diesen Umweg zum Empfänger. Der reflektierte Anteil ist eine Winzigkeit länger unterwegs. Er bildet bei der Überlagerung mit dem direkt empfangenen Signal bestimmte Muster, Interferenzen genannt. Aus ihnen lässt sich der Abstand der Antenne zum Wasserspiegel errechnen.

Solarmodul liefert die benötigte Energie

„Wir können das GNSS-Gerät an jeder Struktur anbringen, sei es einer Brücke, einem Gebäude oder einem Baum oder Zaun neben dem Fluss“, so Karegar. „Von dort kann es berührungslos rund um die Uhr den Flusspegel messen, im Schnitt auf 1,5 Zentimeter exakt. Dabei ist es selbst im Falle eines Hochwassers nicht gefährdet.“ Die Genauigkeit des Verfahrens kommt zwar nicht an die eines radargestützten Pegelmessers heran. Für die angedachten Einsatzzwecke reicht sie aber voll und ganz aus. Zudem ist das Gerät mit knapp 150 Euro auch erheblich günstiger als sein High-Tech-Pendant. Ein Solarmodul kombiniert mkit einer Batterie liefert die nötige Energie.

Bisher noch ungeeignet für kleine Flüsse

Einziger Haken: Der Sensor funktioniert nur bei Wasserläufen, die mindestens 40 Meter breit sind, also nicht bei Bächen, die bei Starkregen zu reißenden Strömen werden. Die Bonner Forscher wollen den Sensor jetzt verfeinern, sodass er auch bei schmaleren Wasserläufen funktioniert.

via Uni Bonn