Untersuchungen über den Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit auf die Aufwuchsentwicklung in Modellgewässern PDF
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FORSCHUNGSBERICIITE 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-
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