Jeder Tropfen zählt

Grundlage für die Entwicklung war die jahrelange Kooperation zwischen Dr. Armin Raabe, Meteorologe an der Universität Leipzig, und Professor Dr. Peter Holstein, der das Steinbeis-Transferzentrum TAAN verantwortet und Industrieerfahrung in der Entwicklung von Ultraschallsensorik hat. Darauf aufbauend entstand ein leistungsfähiges kleines Netzwerk aus Experten verschiedener Einrichtungen. Der Eintritt der beiden Wissenschaftler in den Ruhestand lieferte die notwendigen Freiräume für dieses Projekt.

Nur zu messen reicht nicht

Das Pflichtenheft des Projekts war anspruchsvoll in seinen Anforderungen: Messgenauigkeit, Reproduzierbarkeit, geringer Leistungsbedarf, Remote-Betrieb, Langlebigkeit unter rauen Bedingungen, robust gegen Algenbefall, großer Temperaturbereich und Messung der Wassertemperatur.

Das vereinfachte Funktionsprinzip des Sensors sieht so aus: Der Sensor ist in der Lage Wasserhöhen zu messen und für den dauerhaften Betrieb unter Wasser ausgelegt. Das Messprinzip beruht auf der sehr genauen Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals, das vom Sensor ausgesendet und von der Wasseroberfläche reflektiert wird. Die Genauigkeitsanforderungen sind herausfordernd, um eine Auflösung von 0,1 mm zu erreichen: Die Messung erfolgt im Wasser, der Sensor liegt auf dem Boden eines im größeren Wasserreservoir schwimmenden Verdunstungsgefäßes. Eine Messung von oben über eine Luftstrecke wäre zwar möglich, die notwendige Genauigkeit damit aber nicht erreichbar.

Weltweit im Einsatz

„Wir haben bereits in den ersten Entwicklungsstufen Messkampagnen durchgeführt, die uns wichtige Hinweise für die Verbesserung des Sensors und die technologische Herangehensweise für die Produzierbarkeit lieferten“, erläutert Peter Holstein den Entwicklungsprozess. Typischerweise kann die Verdunstung bei sommerlichen Temperaturen weit mehr als 1 mm pro Tag betragen. Die hohe Auflösung des Sensors ermöglicht dabei die genaue Verfolgung im Tagesverlauf. Dies ist für die Aufzeichnung und Modellierung von großer Bedeutung. „Der Sensor ist aktuell in Brasilien im Einsatz. Die Wasserversorgung der Bevölkerung des Bundesstaates Ceara erfolgt über zahlreiche oberflächliche Wasserreservoire. Ein funktionierendes Wassermanagement mit entsprechend zuverlässigen Prognosen, auch der Verdunstungsverluste, ist dafür essenziell“, liefert Armin Raabe ein praktisches Beispiel für den Transfer der wissenschaftlichen Ergebnisse in die Wirtschaft. In vielen Gebieten der Welt gibt es kaum oder nur eine unzureichende großflächige Überwachung verdunstungsbedingter Wasserverluste.

Weitere Projekte lieferten Verdunstungsdaten für die Überwachung der Wasserbilanzen von Talsperren, die Wasserregulierung von Fischteichen und die Auswirkung von Pflanzenbedeckungen auf die Verdunstung unter subtropischen Bedingungen. Das Sensorsystem ist auf dieser Basis zum Mess- und Überwachungssystem geworden, das für vielfältige Aufgaben im Bereich der Wasserversorgung und -regulierung einsetzbar ist.

Im Team wurden neben der Sensorentwicklung auch wissenschaftliche Grundlagen für die Auswertung und Bewertung der Verdunstungsmessungen einer gründlichen Revision unterzogen. Ziel ist dabei die Umsetzbarkeit praxisrelevanter Ansätze und die Vergleichbarkeit mit anderen Verfahren und Auswerteprinzipien.