Hydrologische Forschungsstation Siptenfelde - Schäferbach

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Die hydrologische Forschungsstation Siptenfelde wurde 1968 eingerichtet. Seitdem bietet Sie Raum für Forschungsprojekte und Lerveranstaltungen.

Untersuchungsgebiete

Die Versuchseinzugsgebiete - Übersicht

Der Fachbereich WUBS betreibt unter der Führung der Professur für Hydrologie und Geographische Informationssysteme zwei hydrologische Versuchseinzugsgebiete im Unterharz nahe Harzgerode. Zum einen das Schäferbach-Einzugsgebiet und zum anderen das Waldbach-Einzugsgebiet. Das Waldbach Untersuchungsgebiet wurde zusätzlich zum Schäferbach-Gebiet eingerichtet, um einen Vergleich zwischen zwei benachbarten Einzugsgebieten herstellen zu können, die von unterschiedlichen Landnutzungenarten dominiert sind. Während der Schäferbach vorwiegend durch landwirtschaftliche Nutzflächen geprägt ist, ist der Waldbach, wie der Name schon sagt, ein reines Waldeinzugsgebiet.

Hauptuntersuchungsgebiet ist das weit aus größere Schäferbach-Einzugsgebiet.

Als Beitrag zum Internationalen Hydrologischen Dezennium (IHD) der UNESCO (1965-74) wurden im Einzugsgebiet der oberen Selke im Unterharz (bei Siptenfelde, Landkreis Quedlinburg) ab Mitte der 60er Jahre zwei Kleineinzugsgebiete als hydrologische Untersuchungsgebiete zur hydrologischen Prozessforschung eingerichtet.

Mit dem IHD begann die UNESCO die Entwicklung der Hydrologie weltweit durch Forschung, Anwendung, Ausbildung und Koordination zu fördern. Nach dem Abschluss des IHD wurde diese Forderung der UNESCO durch das Internationale Hydrologische Programm (IHP) fortgesetzt und mit weiteren internationalen Programmen wie beispielsweise dem Operationellen Hydrologischen Programm (OHP) der Meteorologischen Weltorganisation (WMO) sowie dem Internationalen Geosphäre-Biosphäre Programm (IGBP) koordiniert.

Die Zielsetzung dieses von den Mitgliedsländern der UNESCO selbst gestellten Forschungsprogramms bestand in der Überwindung der Rückstände, die sich aus dem unzureichenden Entwicklungsstand der Hydrologie ergeben hatten. Resultierend aus dem erkennen der Diskrepanz zwischen vorhandenen Wissen über die sich durch die Eingriffe der menschlichen Gesellschaft vollziehenden Prozessveränderungen und der Notwendigkeit der effizienten Nutzung der zur Verfügung stehenden natürlichen Ressourcen wurde im Rahmen des Internationalen Hydrologischen Dezenniums die Einrichtung hydrologischer Repräsentativ- und Versuchsgebiete angeregt und von zahlreichen Staaten entsprechend des vorhandenen Problembewusstseins sowie ihrer wissenschaftlichen und ökonomischen Möglichkeiten vorgenommen. Damit wurde ein Netzwerk zur komplexen Beobachtung und Untersuchung der hydrologischen und geoökologischen Erscheinungen und Prozesse unter naturgegebenen wie anthropogen beeinflussten Standortbedingungen aufgebaut.

Die im Rahmen des IHD weltweit eingerichteten Untersuchungsgebiete bewirkten für die Entwicklung der Hydrologie einen enormen Anschub. Vor allem festigte sich die Position der Hydrologie als wichtiger und eigenständiger Zweig innerhalb der wasserwirtschaftlichen Praxis und Wasserforschung. Mit dem Fortschritt der Hydrologie und den veränderten Anforderungen aus der Praxis sowie einem in den letzten Jahrzehnten einsetzenden gesellschaftlichen Wertewandel ergaben und ergeben sich zahlreiche neue Aufgabenfelder für die hydrologische Lehre und anwendungsbezogene Forschung.

Die hydrologischen Untersuchungsgebiete Schäfertal und Waldbach liegen auf einer seit 1967 als Landschaftsschutzgebiet ausgewiesenen Unterharzhochfläche am Rande des Naturschutzgebietes Selketal. Hinsichtlich ihrer naturräumlichen Ausstattung sind die beiden Kleineinzugsgebiete typisch für den Unterharz.

Im Hydro-meteorologischen Messgarten erfolgen seit 1968 kontinuierliche Messungen. Das Gebiet Schäferbach (hydrologisches Untersuchungsgebiet) reicht dabei vom Fitzgeroder Heimberg bis an Fließkilometer 1,755. Zu Beginn der Messungen im Jahr 1968 standen vornehmlich Niederschlags-Abfluss-Beziehungen im Vordergrund der Betrachtungen. Außerdem besitzt dieses Gebiet ein dichtes Grundwassermessnetz, das selbst für hydrologische Untersuchungsgebiete außergewöhnlich ist. Später kamen zunehmend Verfahren und Modelle zur Ermittlung der Grundwasserneubildung sowie Wasserhaushaltsmodelle zu Erprobungs- und Entwicklungszwecken zum Einsatz.

Schäferbach
"Das Schäfertal Blick Richtung Osten"
Waldbach

Das Untersuchungsgebiet Waldbach liegt nordöstlich vom Schäferbach in einem Waldgebiet und wurde parallel zum Untersuchngsgebiet Schäferbach eingerichtet.

 

 

Messgarten

Messgeräte

Hellmann Niederschlagsmesser
Schneewaage
Instrumente der Wetterhütten
Windmast
Schallenkreuzanemometer
TriOS-Sonde

Messgartentext

Luftbild Messgarten

Der Messgarten ist das Herzstück unserer hydrologischen Versuchsstätte. Hier werden alle für den Wasserhaushalt (WHH) relevanten Parameter hochaufgelöst erfasst.

Niederschlag wird mit mehreren unterschiedlichen Messsystem erfasst.

Messdaten

Beispieldaten

Beispieldaten der meteorologischen Station 1 11.01.2021

Durchfluss

Abfluss [l/s] des Schäferbachs der letzten 31 Tage

Aktuell wird der Wasserstand des Schäferbaches 10-minütlich mit einem Radarsensor Typ SEBAPuls 15 gemessen. Die Wasserstände [m] werden anschließend in Durchflusswerte [l/s] umgerechnet.

Niederschlag

Tägliche Niederschlagssummen [mm/d] der letzten 31 Tage [Ott Pluviometer 1]

Im Messgarten des Außenlabors stehen mehrere Hellmann-Niederschlagsmesser in unterschiedlichen Höhen über Grund und mehrere digitale Niederschlagsmesser.

Wind

Durchschnittliche Tageswindgeschwindigkeit in 2 Meter über Boden

Lufttemperatur

Lufttemperatur gemessen an der met. Station 1 in 2 Meter über Boden

Schneemenge

Relative Luftfeuchtigkeit

Bodentemperatur

Grundwasser

Bodenfeuchte

Globalstrahlung und Reflexstrahlung

Luftdruck

Wassertemperatur

Elektrische Leitfähigkeit

Netto-Strahlung

UV-Spektralmessungen

Studenten/innenpraktikum

Inhalt des Praktikums
Messgarten Siptenfelde
Laborgebäude Außenlabor Siptenfelde

Das Feldpraktikum am hydrologischen Messfeld am Schäferbach ist Bestandteil des Pflichtmoduls Hydrologie des Bachelorstudiengangs Wasserwirtschaft.

Ziel dieses Praktikums ist das Kennenlernen diverser hydrometeorologischer Messgeräte. Es findet im Außenlabor Siptenfelde statt.

Die Studierenden führen auf dem hydrologischen Messfeld in Siptenfelde selbstständig Messungen durch und halten ihre Ergebnisse und Beobachtungen in einem Protokoll fest.

Es gibt zwei Teile des Praktikums Durchflussmessung des Uhlenbaches und hydrometeorolofgische Messungen im Messgarten.

 

Lerninhalte

  • Durchflussmessung
  • Niederschlagsmessung
  • Psychromtermessung
  • Temperaturmessung
  • Durchflussberechnung mittels Überfallwehr
Messverfahren während des Praktikums
Hellmann Niederschlagsmesser
Innenraum Wetterhütte
Windmast
 

Durchflussmessung

  •   Durchflussmessung mithilfe von Gefäßen

Die Durchflussmessung mithilfe von Gefäßen stellt die simpelste Messmethode im Feldpraktikum dar. Dazu wird der Durchfluss in ein Gefäß geleitet und die Zeit bis zum Erreichen eines festgelegten Gefäßvolumens gestoppt. Der Durchfluss errechnet sich anschließend aus dem Volumen in Liter geteilt durch die benötigte Zeit in Sekunden.

  • Durchflussmessung mithilfe von Messflügel

Bei der Verwendung eines Messflügels (ebenso wie beim Einsatz von magnetisch-induktiven Strömungssonden) erfolgt die Bestimmung der Fließgeschwindigkeit zum durchflossenen Querschnitt. Das zu messende Fließgewässer wird dazu in mehrere Messlotrechte eingeteilt. Entlang dieser Messlotrechten werden in vorher festgelegten Wassertiefen (z.B. 0,5 m, 1 m, 1,5 m, ...) die Fließgeschwindigkeiten gemessen. Daraus ergibt sich ein logarithmisches Geschwindigkeitsprofil. Der Durchfluss einer Messlotrechten ergibt sich später aus dem Produkt der Fließgeschwindigkeiten der Messpunkte, der Wassertiefe an der Messlotrechten sowie der Breite zwischen den benachbarten Messlotrechten.

  • Weitere Durchflussmessmethoden

Weitere komplexere Messmethoden zur indirekten Durchflussmessung sind elektromagnetisch-induktive Strömungssonden sowie die Salzverdünnungsmessung.
Die physikalische Grundlage der elektromagnetisch-induktiven Strömungssonden bildet das Faraday´sche Induktionsgesetz. Dabei wird ein Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung ausgebildet. Die vom Wasser induzierte elektrische Spannung ist dabei proportional zur Strömungsgeschwindigkeit des Fließgewässers.
Diese Messmethode wird vorzugsweise bei Fließgewässern mit Fließgeschwindigkeiten < 0,1 m/s, starken Verschmutzungen und Feststofftransport im Wasser sowie bei Massenentwicklungen von Fadenalgen eingesetzt.

Bei der Salzverdünnungsmethode (oder auch Tracermethode) wird dem Wasser ein Markierungsstoff (Träger) zugesetzt. Anschließend wird der Salzgehalt des Wassers durch Konzentrationsbestimmung der entnommenen Wasserproben ermittelt oder durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Fließgewässers.

 

Niederschlagsmessung

  • Niederschlagsmessung mithilfe des Hellmann-Zylinders

Die Niederschlagsmessung mithilfe eines Hellmann-Zylinders erfolgt in 24 h-Intervallen, jeweils von 7 Uhr bis 7 Uhr des nächsten Tages. Die Ablesung der Niederschlagsmenge erfolgt dank spezieller Skalierung in mm/m2. Bedingt durch diese Versuchsaufbau lassen sich nur Punktmessungen und Tageswerte ermitteln, die Dauer und Intensität von Niederschlägen lässt sich so nicht erfassen. Auch birgt dieses Messverfahren diverse Messfehler. Aus dem Hellmann-Zylinder kann der Niederschlag durch Sonneneinstrahlung verdunsten (Vorratsverdunstung liegt in Deutschland bei ungefähr 1,4 %). Außerdem kann es zu Benetzungsfehlern kommen, bei denen Niederschlagsflüssigkeit im Auffangtrichter zurückbleibt (im Norddeutschen Tiefland beträgt dieser Fehler ungefähr 5,6 %). Die Aufstellung des Messzylinders führt zu einer Deformierung des Strömungsfeldes des Windes. Dadurch können feste Niederschläge (z.B. Schnee) aus dem Niederschlagsmesser "herausgeweht" werden. Mithilfe von so genannten Windschutzringen lässt sich dieser Windfehler jedoch minimieren.

 

Temperaturmessung

Verschiedene Temperaturwerte werden von den Studenten aufgenommen. Darunter sind die aktuelle Lufttemperatur in 2 Meter und 0,5 Meter über Boden, die maximale Temperatur eines Zeitintervalles (Tag) in 2 Meter und 0,5 Meter über Boden und die minimale Temperatur eines Zeitintervalles (Tag) in 2 Meter und 0,5 Meter über Boden. Meteorologische Stationsthermometer: sind Thermometer in Stabform mit Quecksilberfüllung. Der Messbereich beträgt zumeist -35 °C bis + 40 (+45) °C. Als Skaleneinteilung sind 1/5 K oder 1/10 K gebräuchlich.

  • aktuelle Lufttemperatur

Im für hydrometeorologische Anwendungen relevanten Temperaturbereich sind jedoch Quecksilber-Thermometer wegen der besseren Messeigenschaften den Thermometern mit organischen Thermometerflüssigkeiten vorzuziehen.

  • maximale Lufttemperatur

Maximumthermometer: sind ebenfalls Quecksilberthermometer. Sie werden zur Messung der höchsten, während eines Messzeitraumes (üblicherweise 1 Tag), aufgetretenen Temperatur verwandt. Die Aufstellung des Maximumthermometers erfolgt nahezu horizontal (Kapselende des Thermometers muss jedoch leicht höher liegen als das Thermometergefäß). Das Maximumthermometer ist ein Thermometer mit Abreißfaden. Deshalb weist die Bauform des Maximalthermometers die Besonderheit auf, dass die Kapillare unmittelbar oberhalb des Thermometergefäßes durch einen eingeschmolzenen Glasstift verengt ist. Dies ermöglicht die Fixierung des höchsten Temperaturwertes: Erhöht sich die Temperatur, dehnt sich das Quecksilber im Thermometergefäß aus und es wird durch die Kapillarverengung in die Thermometerkapillare gedrückt. Die Kapillarverengung ist so beschaffen, dass der Quecksilberfaden bei Abkühlung (und damit verbundener Volumenverminderung des Quecksilbers) abreißt. Damit verbleibt der Quecksilberfaden auf dem Stand des höchsten aufgetretenen Temperaturwertes.

  • minimale Lufttemperatur

Minimumthermometer: dienen der Messung des niedrigsten Temperaturwertes während des Messintervalles (üblicherweise 1 Tag). Wegen des Einsatzes zur Messung der tiefen Temperaturextreme haben Minimumthermometer eine Alkohol- oder Toluol-Füllung. Beim Minimumthermometer befindet sich innerhalb der Thermometerkapillare ein beweglicher Glasstift. Fällt die Temperatur, so verringert sich das Volumen der Thermometerflüssigkeit im Thermometergefäß. Infolge der Oberflächenspannung des Meniskus der Thermometerflüssigkeit wird der Glasstift mitgenommen. Steigt die Temperatur hingegen, so verbleibt der Glasstift auf seiner Position, da er von der Thermometerflüssigkeit umströmt wird. Damit sich der Glasstift sich nicht selbständig verlagert, ist das Minimumthermometer exakt horizontal zu justieren. Abzulesen ist der Messwert des Minimumthermometers an dem zum Kapselende weisenden (am dem Thermometergefäß abgewandten) Ende des Glasstiftes.

 

Psychrometrische Messungen

  • Psychrometrische Messungen mithilfe des Aspirationspsychrometers

Für psychrometrische Messungen werden häufig Aspirationspsychrometer verwendet. Dazu wird das Messgerät an einem dünnen Pfahl oder Baum aufgehängt. Das feuchte Thermometer wird mit destilliertem Wasser benetzt und anschließend der Federkraftaspirator gespannt. Dadurch wird ein Luftstrom erzeugt. Die Temperaturunterschiede können in der Regel nach 5 Minuten abgelesen werden. Zur Auswertung werden die Aspirationspsychrometer-Tafeln nach Sonntag verwendet.

 

Windwegmessung

Die Windwegmessung erfolgt an Schalenkreuzanemometern, die im Messgarten am Windmast in unterschiedlichen Höhen über Grund angebracht sind. Ein Schalenkreuzanemometer befindet sich auf 4 Meter Bodenhöhe, ein weiteres in 10 Meter Höhe. Für die Berechnung des Widnwegs werden Messungen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten benötigt, um die mittlere Windgeschwindigkeit über das Zeitintervall (meist 24 h) berechnen zu können.

 

Grundwassermessung

  • Messungen des Grundwasserstandes mithilfe der Brunnpfeife

Die Brunnenpfeife dient der Messung des Grundwasserstandes. Dazu wird die Brunnenpfeife an einem entsprechend verkürzten Maßbande befestigt. Anschließend wird das Messgerät bis zum Wasserspiegel herabgelassen. Nach Ertönen des Pfeifsignals wird das Bandmaß bis zum Pegelnullpunkt abgesenkt und die Tiefe abgelesen. Nach Hochziehen der Brunnpfeife erfolgt das Abzählen der leer gebliebenen Rillen der Brunnenpfeife. Dabei entspricht eine Rille einem Zentimeter. Der zu ermittelnde Abstich ergibt sich aus dem Wert der Ablesung am Maßband plus der Anzahl der leeren Rillen an der Brunnenpfeife.

Bilder Messpraktikum
Pyranometer mit Schattenring
Digitale meteorologische Messstation
Wasserstandsmessung 1
Wasserstandsmessung 2
Grundwasserstandsmessung
Digitiale Niederschlagsmessung 1
Digitlae Niederschlagsmessung 2
 

Kontakt


Hydrologie und Geoinformatik

Versuchslaborleitung

Prof. Dr. rer. nat. habil. Frido Reinstorf

Telefon: 0391/ 886 4480

E-Mail: frido.reinstorf@h2.de

 

Laboringenieur

Dipl.-Hydrol. Florian Pöhlein

Telefon: 0391/ 886 4336

E-Mail: florian.poehlein@h2.de

Wasserwirtschaft BA

Wasserwirtschaft

MD

Magdeburg

Studienabschluss
Bachelor of Engineering

Studienart
grundständiges Bachelorstudium

Studienbeginn
Das Studium beginnt zum Wintersemester.
Bewerbungsschluss: 15.09. (deutsche Hochschulzugangsberechtigung) bzw. 15.08. bei uni-assist (ausländische Bildungsnachweise)


Regelstudienzeit
Die Regelstudienzeit beträgt 7 Semester.

Zulassungsbeschränkung
nicht zulassungsbeschränkt

Wasserwirtschaft MA

Wasserwirtschaft

MD

Magdeburg

Studienabschluss
Master of Engineering

Studienart
konsekutives Masterstudium

Studienbeginn
Das Studium beginnt zum Winter- und Sommersemester.
Bewerbungsschluss: Wintersemester: 15.09. / Sommersemester: 15.03. (deutsche Hochschulzugangsberechtigung) bzw. Wintersemester: 15.08. / Sommersemester: 15.02. bei uni-assist (ausländische Bildungsnachweise)


Regelstudienzeit
Die Regelstudienzeit beträgt 3 Semester.

Zulassungsbeschränkung
nicht zulassungsbeschränkt

Bemerkungen
besondere Zulassungsvoraussetzungen

Water engineering M.Eng.

Water Engineering

MD

Magdeburg

Studienabschluss
Master of Engineering

Studienart
konsekutives Masterstudium

Studienbeginn
Das Studium beginnt zum Winter- und Sommersemester.
Bewerbungsschluss: Wintersemester: 15.07. / Sommersemester: 15.01. (deutsche Hochschulzugangsberechtigung) bzw. Wintersemester: 31.05. / Sommersemester: 30.11. bei uni-assist (ausländische Bildungsnachweise)


Regelstudienzeit
Die Regelstudienzeit beträgt 3 Semester.

Zulassungsbeschränkung
nicht zulassungsbeschränkt

Bemerkungen
internationaler, englischsprachiger Studiengang
besondere Zulassungsvoraussetzungen

Der Master-Studiengang wird als Joint-Degree-Programm von der Hochschule Magdeburg-Stendal und der Universität in La Coruña (Spanien) gemeinsam angeboten.

Bei einer Immatrikulation zum Wintersemester findet das erste Semester an der University of La Coruña und das zweite Semester an der Hochschule Magdeburg-Stendal statt. Bei einem Studienbeginn zum Sommersemester findet hingegen das erste Semester an der Hochschule Magdeburg-Stendal und das zweite Semester an der University of La Coruña statt. Das dritte Semester ist ein Praxissemester an einer der beiden genannten Hochschulen oder an anderen teilnehmenden Hochschulen oder in Unternehmen bzw. Institutionen.

Hintergrund Bild