Målinger og metoder - NVE

Vannføringsmålinger er nødvendig for å konstruere en vannføringskurve. Det eksisterer flere metoder å måle vannføring på. Hvilken metode som brukes avhenger av elvens fysiske karakter.

En må ha minimum 12–20 målinger pr. stasjon, ved forskjellige vannføringer fra lavvann til flom, for å få en akseptabel sammenheng mellom vannstand og vannføring. Jo flere vannføringsmålinger, jo mer presis kurve. Det er avgjørende at målingene er av god kvalitet, og at relatert vannstand leses av nøyaktig.

NVE benytter flere ulike metoder for å måle vannføring. Anvendt metode varierer, og avhenger av mange faktorer som for eksempel elvens størrelse, hydraulikk og vannføring. 

Dopplerinstrument

Et akustisk dopplerinstrument beregner vannføringen ved hjelp av målte hastigheter på partikler suspendert i vannet. Instrumentet sender ut lydpulser fra en transduser i tynne stråler, hvor hastighetene på partiklene måles langs strålene. Siden man kjenner strålegeometrien, kan man regne ut hastighetskomponentene og de reelle hastighetene på partiklene (vannet) fra retursignalene.

Det finnes flere ulike doppler-instrumenter som brukes på ulike måter for å utføre vannføringsmålingene. Det mest utbredte måleinstrumentet som brukes til vannføringsmålinger i elver, er Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). En ADCP måler vannhastigheter, dyp egen hastighet over bunnen fortløpende etter hvert som båten / instrumentet krysser elven. For å få en vannføringsmåling med ADCP, må man krysse elven fire ganger eller mer, og ta snittet av disse. NVE bruker i dag flere ulike akustiske dopplerinstrumenter for å måle vannføringen i elver.

ADCP benyttes i både små og store vassdrag. I mindre vassdrag brukes StreamPro, en liten ADCP som er festet på et skrog formet som en trimaran, som trekkes i line over elvekanalen. På større elver anvendes gummibåt eller radiostyrt båt, med en større ADCP. Måling med ADCP fungerer best på elvestrekninger med jevnt strømningsmønster, med forholdsvis jevn og ryddig bunn. Det må i tillegg være en viss dybde for at det kan måles med en ADCP.

Fortynningsmetoder

Disse brukes mest i forbindelse med alminnelig salt. Metoden bygger da på måling av vannets elektriske ledningsevne, som er lineær i forhold til saltkonsentrasjonen. En kjent mengde salt tilføres elven oppstrøms en strekning som blander saltet godt med vannet slik at det løses opp. Det er essensielt at blandingen blir homogen, dvs. at saltet er blandet jevnt ut på tvers av elven og over dypet. Nedstrøms blandestrekningen utplasseres sensorer som måler ledningsevnen/saltholdigheten. Målingen igangsettes før saltet tilføres slik at opprinnelig ledningsevne kan registreres. Når saltbølgen når frem til sensorene stiger saltholdigheten . Idet saltbølgen passerer synker saltholdigheten igjen, og målingen avsluttes når den er nede på det opprinnelige. På bakgrunn av endringene i saltholdighet og kjent mengde salt, kan vannføringen beregnes.

Saltmåling er godt egnet i turbulente elver med grovt bunnmateriale. Bruk av andre metoder kan være vanskelig, om ikke umulig, under slike forhold. I denne typen elver er forutsetningene gode for å få en homogen blanding. Det ideelle er blandestrekninger med kontraksjoner i elveløpet hvor alt vannet samles og blandes godt. Metoden kan brukes også i store elver. En tommelfingerregel for mengden salt som skal brukes, er 1 kg salt per kubikkmeter per sekund vannføring. Ved en vannføring på om lag 200 m³/s bør det derfor brukes 200 kg. Dette har vært gjort i noen tilfeller, men det er naturlig nok ofte praktisk vanskelig å bruke så store saltmengder.

Ved å bruke fargestoff, f.eks. uranin eller rodamin i stedet for salt, unngår man problemet med store saltmengder. Stoffet uranin er et organisk fargestoff, som ikke har noe med grunnstoffet uran å gjøre til tross for navnet. Det blir svært utspedd når det kommer ut i elva, og regnes ikke som giftig. Når det løses opp i vann, får vannet en grønn farge som kan detekteres av de sensorene som brukes. Det trengs ikke større mengde enn 1 g per kubikkmeter per sekund vannføring, dvs. 1/1000 av mengden salt.

Saltmåling brukes ved om lag 30 % av alle vannføringsmålinger i Norge, og benyttes mye på Vestlandet. Bruk av salt er fordelaktig fordi det er billig i bruk, lett tilgjengelig, kan måles nøyaktig og er miljø­vennlig. I tillegg er det ikke nødvendig å vade eller kjøre båt på flomstore elver.

Flygelmåling

Flygel er et mekanisk instrument med propell (som kalles ”flygel”, som egentlig er tysk og betyr ”vinge” – etter formen på måleinstrumentet) som måler hastigheten i vannet. Rotasjonen på propellen er proporsjonal med hastigheten på vannet. Vannhastigheten måles i 10-20 vertikaler tvers over elva, i aktuelle dyp. Slik får man kartlagt både tverrsnittsarealet av elveløpet og vannets hastighet vinkelrett på tverrsnittet. Produktet av disse to faktorene gir vannføringen.

Flygel var inntil 2000-tallet den mest brukte måten å måle vannføring på i en elv. Flygel er egnet til bruk i både små og store elver. I små elver utføres det ved vading, mens det i større elver ble brukt kabelbane eller båt. Flygelmålinger i store elver kan være tidkrevende. I våre dager brukes flygel i Norge ute­lukkende ved vading. Valg av målested er viktig når måling skal foretas. Det kreves et jevnt og fint tverrprofil med fravær av store steiner og blokkfragmenter. Dybden må heller ikke være for liten i forhold til diameteren på flygelet. I tillegg bør strømningene være parallelle og rettlinjet over hele profilet.

En spesiell type ADCP (se ovenfor) er Flowtracker. Det er et instrument som i likhet med ADCP bruker lydpulser, men som brukes på en lignende måte som flygel og i samme slags elvestrekninger.