Table Of ContentFORSCHUNGSBERICIITE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 2498
Herausgegeben im Auftrage des Ministerprtisidenten Heinz KUhn
yom Minister fUr Wissenschaft und Forschung Johannes Rau
Prof. Dr. Hartmut Bick
Dip!. -BioI. Karl-Heinz Christmann
Dr. Walter Schmerenbeck
Hydrobiologische Arbeitsgruppe
am Institut ftlr Landwirtschaftliche Zoologie und Bienenkunde
der Universitat Bonn
Untersuchungen fiber den Einflu13
der Stromungsgeschwindigkeit
auf die Aufwuchsentwicklung
in Modellgewassern
vVestdeutscher Verlag 1975
© 1975 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
ISBN-13: 978-3-531-02498-1 e-ISBN-13: 978-3-322-88079-6
DOl: 10.1 007/978-3-322-88079-6
3
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 5
2. Methode 5
2.1. Die ModellflieEgewasser .•.••.......•....•••.• 5
2.2. Die Erfassung der Organismenbesiedlung •••.•.. 6
2.3. Die Erfassung chemischer Parameter •.••.•••... 7
2.4. Die Stromungsmessung mittels HeiEfilm-
Anemometer ......•....••..•...••.••..•..••.... 1
3. Untersuchungsergebnisse 10
3.1. Vorbemerkungen .•.......•...•.........•••••... 10
3.2. Stromungsmessungen im Modellgerinne ••••...••. 11
3.3. Untersuchung der Primarbesiedlung von Objekt-
tragern bei verschiedenen Expositionsweisen
und Stromungsgeschwindigkeiten .....••••..••.• 13
3.4. Sukzession und Massenwechsel der Aufwuchs
organismen beirn Peptonabbau bei unterschied
lichen Stromungsgeschwindigkeiten ••.......••. 15
4. Zusamrnenfassung .••.............•...•.••...••.••.•• 17
5. Literaturverzeichnis ...•.•.•..•...•••••••••.••••. , 19
6. ·Tabellen und Abbildungen ••••••••••.•.••.•••••••••• 21
5
1. Einleitung
Innerhalb der AufWuchsorganismen stellen, wie schon an anderer
Stelle betont (Bick &: Bertram 1973), Proto.zoen, vor aHem
Ciliaten, beider biologischen GewassergUtebeurteilung wichtige
Indikatoren dar (vgl. z.B. Sladeckova &: Sladecek 1963, Sladecek
1973). Bei Untersuchungen an AufWuchsciliaten in stromenden und
stehenden Modellgewassern (Bick & Schmerenbeck 1971) zeigte
sich ein deutlicher Besiedlungsunterschied zwischen diesen
Typen, der auf den okologischen Faktor Stromung zurUckgefUhrt
werden kann. Es war in der zuletzt zitierten Untersuchung aber
nicht moglich, genaue Stromungsmessungen durchzufUhren, da ein
geeignetes MeBgerat fehlte.
Dank einer Sachbeihilfe des Ministeriums fUr Wissenschaft und
Forschung - Landesamt fUr Forschung - des Landes Nordrhein
Westfalen konnten wir in den vergangenen Jahren diese LUcke
ausfUllen und dabei zugleich die Eignung eines HeiBfilm-Anemo
meters fUr limnologische Zwecke UberprUfen. Die Arbeiten wurden
im Team durchgefUhrt. Herr Dipl.-Biol. K.-H. Christmann Uber
nahm die arbeitsmaBige Verantwortlichkeit fUr den Bereich
Stromungsmessungen sowie die Untersuchungen der Primarbesied
lung ,(Christmann 1973); Herr Dr. rer.nat. W. Schmerenbeck
fUhrte umfangreiche AufWuchszahlungen zur Erfassun~ von Suk
zession und Massenwechsel durch (Schmerenbeck 1974).
Fraulein Ursula Borchert danken wir fUr die Herstellung von
Zeichnungen und Fotos.
2. Methode
2.1. Die ModellflieEgewasser
In Anlehnung an Bick (1967), Bick & Schmerenbeck (1971) und
Bick & Bertram (1973) wurden die Untersuchungen.als Modellver
suche im Labor durchgefUhrt. Als FlieEgewassermodelle dienten
in sich geschlossene ovale, aus Trovidur gefertigte Rinnen von
15 cm Breite, 15 cm Tiefe und 300 cm Lange. Bei einer Wasser
fUllung von 60 1 betragt die Wassertiefe 10 cm. Das Versuchs
wasser wurde mittels einer elektromotorisch getriebenen Umwalz
bUrste aus Trovidur in gleichmaEigen Umlauf versetzt. Die Stro
mungsgeschwindigkeit ist im Bereich von 10 bis 60 cm/sec (ge
messen als Oberflachenstromungsgeschwindigkeit) regulierbar.
Die UmwalzbUrste sorgt nicht nur fUr die Bewegung des Wassers,
sondern bewirkt Uberdies starken mechanischen Sauerstoffein
trag.
Die wurde mit Unterwasserheizern und Thermosta
wassert~mpBratur
ten auf 20 - 1 C reguliert. Zur Beleuchtung dienten Leuchtroh
ren (Osram - L - Fluora 40 W/77); 12-Stunden-Tag; 2200 Lux ge
messen an der Wasseroberflache. Beleuchtet wurde jeweils nur
eine Halfte des Ovals, und zwar die von der Umwalzanlage ent
fernt liegende, in deren geradem StUck die Aufwuchsuntersuchun
gen stattfanden.
Als Versuchswasser diente entweder kUnstliches SUEwasser (Bick
1967) oder natUrliches Teichwasser aus dem Poppelsdorfer Weiher
in Bonn. Durch Zugabe von Pepton (Merck 7214) wurden Bedingun
gen simuliert, wie sie beim Abbau von organischem r1aterial in
natUrlichen Gewassern auftreten; die jeweils zugefUhrten Pepton
mengen werden bei der Besprechung der einzelnen Versuche ange
geben.
6
Die Modellversuehe wurden mit Organismenmaterial aus Kleinge
wassern des Bonner Raumes und aus schon laufenden Modellanla
gen beimpft; auf diese Weise stand ein breites Spektrum von
potentiellen Besiedlern zur VerfUgung.
2.2. Die Erfassung der Organismenbesiedlung
Als Ansiedlungssubstrat fUr die zu untersuehenden Aufwuehsorga
nismen wurden Objekttrager exponiert, wobei auf die praktisehen
Erfahrungen von Sladeckova (1962), Wilbert (1969), Sehmerenbeek
(1970) und Bertram (1972) zurUekgegriffen wurde.
FUr die speziellen Zweeke der Stromungsmessung (vgl. Kap. 3.1.
und 3.2.) wurden die Objekttrager in den versehiedensten senk
reehten und waagereehten Positionen exponiert.
Bei der Beobaehtung der Sukzession der Organismen (vgl. Kap.
3.3.) bei der Besiedlung von Objekttragern unter verschiedenen
Stromungsbedingungen fanden Trovidurrahmen Verwendung, in die
eine groBere Zahl von Objekttragern jeweils paarweise aneinan
dergelegt eingespannt werden konnen. Die paarweise Ausbringung
hat den Vorteil, daB jeweils eine Seite des Objekttragers un
bewaehsen ist und damit die mikroskopisehe Untersuchung er
leiehtert wird. Eine Langskante der senkreeht exponierten Ob
jekttrager war gegen die Stromung geriehtet. Bei einer Wasser
tiefe von 10 em reiehten die Objekttrager von 0,5 cm Uber Grund
bis 0,5 em unter die Wasseroberflache. Der jeweilige Abstand
von den Seitenwanden betrug 1 em. Parallel zu den senkrecht ex
ponierten Objekttragern wurden auch waagerecht in Querlage auf
dem Boden ausgebraehte untersucht.
Sowohl die qualitative als aueh die quantitative Erfassung der
Aufwuchsorganismen wurden in der Regel am lebenden Material
durchgefUhrt. Nur wenn die Bestandsdiehte der vagilen Organis
men im Aufwuchs sehr groB war, wurden diese naeh Fixierung mit
waBriger Lugol'scher Losung gezahlt. Die Fixierung erfolgte
dann auf einem zweiten Objekttrager so fort naeh der Entnahme
aus dem Versuehsbeeken. Je naeh Besiedlungsdiehte wurde entwe
der 1 bis 3 em2 oder die Besiedlung des ganzen Objekttragers
gezahlt (20 em2). Bei sessilen und vagi len Aufwuchsorganismen
verstehen sieh alle Mengenangaben in Individuen / em2•
Da der Bestand der Aufwuehsorganismen, vor allem der sessilen
Ciliaten, in der Nahe der gegen die Stromung geriehteten Vorder
kante der Objekttrager immer groBer war als im hinteren Bereich
(vgl. Kap. 3.3.), wurden die Zahlungen stets in Streifen von
der Vorderkante zur HinterkantedurehgefUhrt.
Die Bestimmung der Organismen erfolgte am lebenden Material un··
mittelbar nach der Probenahme. Als Literatur fUr Protozoen
dienten Eyferth & Schoenichen (1925/27), Kahl (1930-1935) und
Matthes & Wenzel (1966). Die Nomenklatur der Ciliatengattungen
folgt Corliss (1961). Zur Bestimmung der Ubrigen Organismen
gruppen wurde die einschlagige Literatur herangezogen.
Im freien Wasser wurden die Bakterien in Blutkorperchenzahl
kammern naeh Helber im Phasenkontrast ausgezahlt.
Soweit aus ArbeitszeitgrUnden moglieh, erfolgte die Bestands
aufnahme der Organismen bei den Beobaehtungen der Sukzession
und des Massenweehsels taglieh. Bei speziellen Fragestellungen
wird im experimentellen Teil der Arbeit jeweils der entsprechen
de Hinweis gegeben.
7
2.3. DIe Erfassung chemlscher Parameter
Sowohl belder Bearbeltung von Spezlalfragen als auch bel der
Verfolgung der langzeltlgen Organlsmenbesledlung wurden In tag
°lIchen Abstanden kennzelchnende Mllieufaktoren wie Gehalt an
2, NH4+, N02-, N03- und CO2 erfaBt. Dabei fanden die in der
Llmnologle Ublichen Verfahren Anwendung (siehe auch Blck &
Bertram 1973).
Zusltzllch wurde der 02-Verbrauch bestimmt, und zwar mit Hilfe
der manometrischen Technik nach Warburg unter Verwendung von
ReaktlonsgefaBen nach Niemitz (140 ml Inhalt, 40 ml Probevolu
men) (Kleinzeller 1965; Liebmann 1965). Urn kurzfristig zu MeB
ergebnissen zu kommen und urn m5g11chst den momentanen Sauerstoff
verbrauch zur Zeit der Probenahme angeben zu k5nnen, wurde tag
lich der 02-Verbrauch Uber 5 Stunden ermittelt. Durch Vorver
suche konnte nachgewlesen werden, daB dieser Wert reprasentativ
fUr das tatsachliche Geschehen im Modellversuch ist (Bick &
MUller 1973).
2.4. Die Str5mungsmessung mittels HeiBfilm-Anemometer
2.4.1. Das MeBprinzip
Die Messung von Str5mungsgeschwindlgkeiten mit HeiBfilm-Anemo
metern beruht auf den Gesetzen der Warmeableitung durch Konvek
tion. Sie erfolgt durch elne HeiBfilmsonde, die Uber ein Ko
axialkabel mit dem Anemometer verbunden ist. Die Sonde besteht
aus einem Quarztrager, auf den ein auBerst dUnner Nickelfilm
aufgeschmolzen ist, der sich elektrisch bis auf maximal 3000 C
aufheizen laBt. Str5mungsvorgange am beheizten MeBfUhler bewir
ken eine Warmeabgabe an das ihn umgebende Medium. Eine BrUcken
schaltung im Anemometer bewirkt, daB der Widerstand des Metall
filmes und damit auch die Temperatur auf einem vorbestimmten
Wert bleibt. Ein Wlrmeverlust wird durch erneutes Aufheizen des
Filmes kompensiert, er ist abhangig von der geometrischen Form,
den Abmessungen des FUhlers und yom Winkel, den der stromungs
empfindliche Sondenteil mit der Hauptstr5mungsrichtung bildet.
Ebenso sind die Oberflachenbeschaffenheit des Metallfilms sowie
Temperatur, Dichte, Druck, thermische Eigenschaften und die
Geschwindigkeit des Mediums, in dem gemessen wird, von Bedeu
tung. Geschwindigkeitsmessungen lassen sich daher .durchfUhren,
wenn alle anderen Parameter konstant gehalten werden. Es wird
die Leistung gemessen, die erforderlich ist, urn die Filmtempe
ratur konstant zuhalten; die BrUckenspannung am Anemometeraus
gang ist ein MaB fUr die WarmeUbertragung an der Sonde; wird
sie in Abhangigkeit von der Str5mungsgeschwindigkeit aufgetra
gen, erhllt man die Eichkurve des jeweiligen FUhlers.
2.4.2. Die MeBgerate
Anwendung fand hier das DISA-Konstant-Temperatur-Anemometer
Typ 55 D 05, dessen wichtigstes Schaltelement die BrUcke ist.
Ein Zweig wird yom MeBfUhler hergestellt, den anderen bildet
ein variierbarer Widerstand. Das Anemometer kann mit einem
BrUckenverhaltnis von 1:10 oder 1:1 betrieben werdenj aus tech
nischen GrUnden wurde stets das letztere gewahlt und ein exter
ner Widerstand angeschlossen. Der Metallfilm wird durch die
Wahl bestimmter Widerstandsverhlltnisse an der BrUcke auf ein
Uberhitzungsverhaltnis a gebracht, dessen Wert sich aus der
8
Formel a = ~R-Ro ergibt. Ro ist der Kaltwiderstand der Sonde
(Widerstand bei der Temperatur des MeBmediums), R der Arbeits
widerstand, dessen Wert man durch Multiplikation von Ro mit
dem Uberhitzungsfaktor U (1,05-1,1) erhalt. Je hoher R gewahlt
wird, desto empfindlicher spricht die Sonde an, urn so groBer
wird aber auch der MeBfehler durch EinfluB von Schmutz und
Luftblasen in der r-1eB flUssigkeit.
In Verbindung mit dem Anemometer erlaubt das DISA-Digital
Gleichspannungsvoltmeter Typ 55 D 30 ein genaues Ablesen der
BrUckenspannung (Anemometerausgangsspannung). Durch Einschal
ten von Dampfungskreisen mit stufenweise einstellbaren Zeit
konstanten (1, 3, 10 sec) besteht die Moglichkeit, den arith
metischen Mittelwert der Stromung innerhalb der durch die Zeit
konstanten festgelegten Zeit zu messen.
Mittels des DISA-Linearisators Typ 55 D 15 als Analogrechner
kann die nichtlineare Beziehung zwischen der Ausgangsspannung
des Anemometers und der gemessenen stromungsgeschwindigkeit
weitgehend linearisiert werden. Der linearisierte Wert kann so
eingestellt werden, daB er zahlenmaBig der jeweiligen Stro
mungsgeschwindigkeit entspricht. Bei Ubersichtsmessungen, die
nur geringe Genauigkeit erfordern, kann daher auf die Verwen
dung der Eichkurve verzichtet werden. 1m Labor wurde stets die
exaktere MeBmethode praktiziert. Durch die Linearisierung wird
die MeBgenauigkeit von Turbulenzen hoher Intensitat verbessert
und die Berechnung des prozentualen Turbulenzgrades wesentlich
erleichtert.
Bei der Messung von Turbulenzen findet das DISA-Effektivwert
voltmeter Typ 55 D 35 in Verbindung mit dem Gleichspannungsvolt
meter Anwendung; das Gerat miBt die Effektiv-Wechselspannungen.
Zwei MeBsonden wurden eingesetzt: Die (1) DISA-HeiBfilm-Sonde
A 87 erlaubt wegen ihrer geringen Abmessung Str~mungsuntersu
chungen aUch an Stellen, wo andere Son den aus RaumgrUnden nicht
eingesetzt werden konnen. Bedingt durch die konische Form ist
die Verschmutzungsempfindlichkeit geringer als bei anderen
Typen. Die (2) DISA-Fibersonde F 09 ermoglicht dank ihrer abge
flachten Form Messungen in unmittelbarer Substratnahe.
Beide FUhlertypen sind durch eine auf den Nickelfilm aufgetra
gene 2 ~m dicke ~uarzschicht gegen mechanische und chemische
EinflUsse geschUtzt.
FUr die exakte Sondenbewegung in SUbstratnahe war eine manuelle
FUhrung nicht ausreichend. Da kein spezieller Mikromanipulator
zur VerfUgung stand, wurde eine behelfsmaBige Einrichtung aus
dem Trieb eines Foto-Balgengerates konstruiert. Durch dessen
Feintrieb konnte eine schnelle und genaue Einstellung in der
Hor1zontalen vorgenommen werden; die Eewegung in der Vertikalen
erfolgte manuell.
2.4.3. Der MeBaufbau fUr Stromungs- und Turbulenzmessungen
Die StandardausrUstung fUr einfache Stromungsmessungen bilden
Sonde, Anemometer und ein daran angeschlossenes Gleichspannungs
voltmeter. Sollen Turbulenzen hoher Intensitat gemessen werden,
wird ein Linearisator dazwischengeschaltet, da der Turbulenz
grad mit linearisierter Spannung wesentlich einfacher berechnet
werden kann.
9
Dle Ermlttlung des Turbulenzgrades T% erfordert den AnschluB.
elnes Effektlvwertvoltmeters. Bel elnfacher GerKteanordnung
obne Llnearlsator erfolgt dle Eerechnung nach der Forme1
4 U
T% = lOO,Ueff U2 _ U 2
o
Ueff zelgt das Effektlvwertvoltmeter an, U und Uo werden am
Glelchspannungsvoltmeter abgelesen. Uo 1st d1e BrUckenspannung
bel der Stromungsgeschw1nd1gke1t Null. Be1 Verwendung e1nes
Llnear1sators vere1nfacht s1ch d1e Berechnung wesent11ch:
U
T% := lOO'Ueff
E1ne E1chkurve 1st n1cht not1g, da nur d1e Spannungswerte 1n d1e
Gle1chung e1ngehen.
2.4.4 •• D1e E1chung der Sonden
Unter konstanten Bed1ngungen entspr1cht jeder Geschw1nd1gke1ts
wert e1ner best1mmten Anemometer-BrUckenspannung. W1rd d1ese 1m
Koord1natensystem gegen d1e Geschw1nd1gke1t aufgetragen, erhalt
man e1ne E1chkurve, d1e nur fUr den verwendeten FUhler und e1n
best1mmtes Uberh1tzungsverha1tn1s g11t.
D1e E1chungen wurden 1n e1ner kre1sform1gen Plast1kwanne von
81 cm Innendurchmesser und 19 cm T1efe ausgefUhrt, wobe1 w1r
uns folgender selbst konstru1erter Apparatur bed1enten: Auf
e1nem Metalldre1fuB 1st e1n drehzahlkonstanter Elektromotor an
gebracht, der e1nen Uber dem Beckenzentrum drehbar gelagerten
Metallarm bewegt. An 1hm'1st d1e MeBsondenhalterung befest1gt,
d1e s1ch rad1al versch1eben laBt so daB durch d1e Wahl ver
sch1edener Rad1en GeSchw1nd1gke1~en von 6,5 b1s 41 cm/sec er
z1elt werden konnen. Das Kabel, das den MeBfUhler m1t dem Ane
mometer verb1ndet, w1rd be1 der Drehung der Apparatur um d1e
zentrale Achse gew1ckelt.
AIle E1chmessungen erfolgten In dest1111ertem Wasser, das durch
e1ne He1zung m1t Thermostat auf e1ner Temperatur von 20,50C ge
halten wurde.
D1e E1chung verlauft storungsfre1, wenn der E1chwert abgelesen
werden kann, ehe der Tragerarm 'e1ne Umdrehung 1m Becken beendet
hat. Be1 klelnem Rad1us jedoch s1nd b1s zur E1nstellung des
Spannungswertes max1mal zwel Umdrehungen notlg; dadurch w1rd
das Wasser le1cht bewegt, und es treten Spannungsschwankungen
auf, d1e aber den Verlauf der E1chkurve nur unwesent11ch bee1n
flussen.
Abb. 1 ze1gt d1e E1chkurven fUr d1e konlsche Sonde A 87. In E 1
1st d1e n1cht 11near1s1erte Ausgangsspannung des Anemometers
gegen d1e E1chgeschw1nd1gke1t aufgetragen. Nur 1m Eere1ch gro
Ber Ste1gung konnen d1e Werte exakt abgelesen werden, hohere
Geschw1nd1gke1ten lassen slch besser m1t E 2 erm1tteln, wo d1e
11near1s1erte Spannung ~erUcks1cht1gung flndet. Der Grad der
L1near1s1erung hangt von der Exponente1nstellung "m" des L1ne
ar1sators ab, dle E1nfluB auf d1e Umrechnung der n1cht 11near1-
s1erten Spannung hat. Bel optimaler L1near1s1erung 11egen alle
E1chwerte auf e1ner Geraden. Der gUnst1gste Wert von m muB
10
durch Versuche (mehrere Eichungen mit verschiedenen Exponenten)
ermittelt werden, fUr die verwendeten Sonden A 87 betrug er 6,
fUr die Fibersonde F 09 2 oder 3. Die Eichkurven fUr die Sonde
F 09 zeigen einen Khnlichen Verlauf.
Werden die strBmungsempfindlichen Bereiche der Son den senkrecht
zur mittleren StrBmungsrichtung ausgerichtet, so sind bei der
Messung der Geschwindigkeit besonders die longitudinalen Stro
mungskomponenten wirksam. Die AbkUhlung des Nickelfilmes kann
bei gleicher mittlerer Stromungsgeschwindigkeit unterschiedlich
sein, je nachdem, welchen Winkel der FUhler mit der Hauptstro
mungsr1chtung bildet. Form und Abmessungen der konischen Sonde
A 87 bewirken, daG die AbkUhlung bei gegebener Geschwindigkeit
stets gleich bleibt und keine Richtungscharakteristik ausgebil
det 1st. Bei der Fibersonde F 09 ist der stromungsempfindliche
Teil verhKltnismKGig groG und somit eine Richtungscharakteri
stik ausgeprKgt.
Besondere Bedeutung hat die Berechnung der Winkeleinstellung
fUr d1e Eichung. In den Gebrauchsanleitungen der Firma DISA
w1rd zwar darauf hingewiesen, daG die R1chtungscharakteristik
be1 der E1chung beachtet werden muG, eine Anleitung zur Berech
nung des Einstellwinkels aber fehlt. Deshalb soll hier ausfUhr
licher darauf eingegangen werden (vgl. Abb. 2).
Vor jeder Eichmessung wird der Winkeld berechnet, den der un
tere Teil b des rechtwinkligen Sondenhalters mit dem TrKgerarm
Tr (auf die Ebene von b projiziert) bildet. Er muG so einge
stellt werden, daG die Sondenspitze S beim Umlauf im Eichbecken
stets tangential zu dem Kreis verlKuft, der bei der Umdrehung
beschrieben wird. Aus Abb. 2 ist ersichtlich, nach der
daG~
Formel cos~= ~ berechnet werden kann. Da sich der Winkel
sehr mit dem Radius Kndert (z.B. 160 bei 50 mm, 820 bei 360 mm1
muG d1e W1nkeleinstellung unbedingt beachtet werden.
Da d1e WKrmeUbertragung vom FUhler proportional zur Temperatur
d1fferenz zwischen Med1um und FUhler ist (DISA-Sondenhandbuch),
beeinfluGt eine TemperaturKnderung wKhrend der Messung die
BrUckenspannung des Anemometers. Be1 der Eichung muG darauf
geachtet werden, daG sich die Wassertemperatur wKbrend der Mes
sung n1cht verKndert, weil sie sonst das Sondensignal bee in
fluGt. Die Eichtemperatur wurde mit einem Unterwasserheizer,
der Uber ein Relais an ein Kontaktthermometer geschaltet war,
auf 20,50 eingestellt.
3. Untersuchungsergebnisse
3.1. Vorbemerkungen
Bei frUheren Arbeiten unserer Arbeitsgruppe an Modellgerinnen
(Bick & Schmerenbeck 1971) wurde die Stromung als OberflKchen
strBmung mittels der DriftkBrpermethode ermittelt: Mit einer
Stoppuhr wird die Zeit gemessen, 1n der ein an der Wasserober
flKche treibender KBrper eine abgemessene Strecke zurUcklegt.
D1eses Verfahren lKGt natUrlich keine Aussagen Uber die Stro
mungsverhKltnisse in tieferen Wasserschichten oder in Substrat
nKhe zu. Wegen der bekannten VerKnderungen der StrBmungsge
schwind1gkeit in SubstratnKhe (vgl. z.B. AmbUhl 1959) muG auch
m1t W1rkungen der StrBmung auf den Bewuchs gerechnet werden.
Daraus ergibt sich als erste Aufgabe, die StromungsverhKltnisse
in der Umgebung der exponierten ObjekttrKger zu untersuchen.
11
Ferner muB geklart werden, ob bei Verwendung von ObJekttriger
gestellen, wie sie im stehenden Wasser fUr praktische Belange
der GewasserUberwachung eingesetzt werden, im str8menden Wasser
Storungen auftreten und - wenn Ja - wie diese vermieden werden
konnen. AuBerdem muB der EinfluB der Expositionsweise UberprUft
werden.
3.2. Stromungsmessungen im Modellgerinne
3.2.1. Einstellung der MeBgerate
Bei umfangreichen MeBreihen in einem der verwendeten Modellge
rinne zeigten sieh starke Sehwankungen der.Stromungsgeschwindig
keit, die dureh den Antriebsmodus mittels UmwalzbUrste hervorge
rufen werden. Aus diesem Grund muBte die Dampfungsstufe am Digi
tal-Gleiehspannungsvoltmeter und die Integrationszeit am Effek.
tivwertvoltmeter auf 10 sec eingestellt werden. Da trotzdem im
l/IOO-Voltbereieh des Digitalgerates noeh Sehwankungen auftra
ten, wurde der exakte Wert Uber 5 sec optiseh gemittelt. Die
Ablesung der Effektivspannung erfolgte naeh 60 sec, da erst
dann der Zeiger zum stillstand kam. Die ermittelten Daten sind
demnaeh nieht als Momentanwerte, sondern als Mittelwerte zu be
traehten.
3.2.2. Storfaktoren
Als messungsstorende Faktoren erwiesen sieh Gasblasen und
Sehwebstoffe. Auf den storenden EinfluB von Luftblasen weist
schon Rasmussen (1967) hin. Dureh den meehanisehen Lufteintrag
der UmwalzbUrste werden viele kleine Blasen ins Wasser einge
bracht, die sieh am HeiBfilm festsetzen konnen und MeBstorungen
verursaehen. AuBerdem bewegt sieh die 02-Konzentration im Ver
suehswasser urn denSattigungswert; dadureh wird sehr schnell in
folge Erwarmung am Sondenfilm der Sattigungspunkt Uberschritten
und im Wasser geloster Sauerstoff (und andere Gase) perl en aus.
Die Storungen dureh Gasblasen konnten im Modellgerinne abge
sehwaeht werden, indem die Sonde in kurzen Zeitabstanden abge
sehaltet und ein niedriges Uberhitzungsverhaltnis gewahlt wurde.
Letzteres ist wesentlieh, da die Blasenbildung bei hoher ther
miseher Belastung der Sonde am starksten ist.
Yom Wasser mitgefUhrte Sehwebstoffe erwiesen sieh unter unseren
Versuehsbedingungen als bedeutende Storungsquelle. Mit waehsen
der Stromungsgesehwindigkeit wird.der EinfluB mitgefUhrter Par
tikeln auf das MeBergebnis groBer, weil dann pro Zeiteinheit
mehr Teilehen mit dem HeiBfilm in Kontakt kommen. Vergleiehs
messungen ergaben, daB die Fibersonde F 09 in partikelnfUhren
den Modellgerinnen nieht zu gebrauehen ist. Aber auch die Son
de A 87 zeigt bei hoher Sehwebstofffraeht einen starken Span
nungsabfall. FUr unsere Untersuehung war die Empfindlichkeit
der Fibersonde gegenUber Verunreinigung mit Partikeln besonders
storend, weil mit dieser Sonde Messungen in unmittelbarer Sub
stratnahe durehgefUhrt werden sollten. Das erwies sieh fUr be
siedeltes Substrat als praktiseh undurehfUhrbar, so daB die
entspreehenden Messungen nur in sehwebstofffreiem Wasser und
mit unbesiedelten Objekttragern durehgefUhrt werden konnten.
3.2.3. Stromungsgesehwindigkeit und Turbulenz im Gerinnequer
sehnitt
Stromungsprofile wurden zur Vermeidung von Storungen dureh
Sehwebstoffe in einem mit destilliertem Wasser gefUllten Gerin-
