Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes


Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Bremerhaven

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Inhalt: Salzgehalt (Messverfahren)

Einleitung

Die Bestimmung der Leitfähigkeit des Wassers dient dazu, ein Maß für den Salzgehalt zu bekommen. Ursprüngliche Methoden zur Bestimmung des Salzgehaltes sind die Eindampfung und die Titration.

Bei der Eindampfung wird 1 kg Salzwasser erhitzt bis sämtliches Wasser verdampft ist und das übrigbleibende Salz wird abgewogen. Bei Meerwasser mit einem Salzgehalt von 32‰ ergibt sich dabei ein Salzgewicht von 32 g.

Die Titrationsmethode geht davon aus, daß der Salzgehalt hauptsächlich durch die Konzentration der Chlor-Ionen (Cl-) bestimmt wird. Aus der Titration mit Silbernitrat ergibt sich die Konzentration von Cl, die mit der Formel S = 0,03 + 1,805 * Cl in den Salzgehalt umgerechnet wird. Diese Umrechnungsformel ist auf die Zusammensetzung von Meerwasser abgestimmt und berücksichtigt die dort vorhandenen Anteile der verschiedenen Ionen.

Diese ursprünglichen Methoden sind quasi Labormessung, die für die Gewinnung eines Messwertes mehrere Schritte und einige Zeit benötigen (Probe entnehmen, Volumen abmessen, Eindampfen/Titrieren, Wiegen und Umrechnen), wodurch eine kontinuierliche Messung in kürzeren Zeitabständen sehr erschwert bzw. unmöglich wird. Die Methode der Leitfähigkeitsmessung hat den Vorteil, dass die Gewinnung eines Messwertes sehr schnell geht und direkt im Wasserkörper erfolgen kann.

Messmethodik der Leitfähigkeitsmessung

Die Messmethode macht sich die elektolytischen Eigenschaften des Salzwasser zu nutze. Ein elektrischer Strom wird im Wasser durch die Bewegung der Ionen übertragen. Die Stärke des Stroms hängt von der anregenden Kraft z.B. einer elektrischen Spannung und dem Widerstand bzw. der Leitfähigkeit des Wassers ab. Die Leitfähigkeit hängt von der Konzentration der Ionen, der Art der Ionen und ihrer Beweglichkeit ab. Die Beweglichkeit der Ionen wird durch die Wassertemperatur beeinflußt, beim Absinken der Temperatur verringert sich die Leitfähigkeit bei sonst gleicher Ionen-Konzentration und -zusammensetzung. Das Meerwasser hat bis auf Bereiche von Salzwassereinleitungen eine relativ einheitliche Ionenzusammensetzung. Durch Einleitung von Süßwasser wird die Konzentration verändert.
Diese einheitliche Zusammensetzung ermöglicht die Umrechnung der gemessenen Leitfähigkeit auf den Salzgehalt. Berücksichtigt werden muss hierbei nur die Wassertemperatur und bei Messungen in größeren Tiefen der Wasserdruck. Im Bereich des WSA Bremerhaven braucht bei Wassertiefen bis max. etwa 25 m eine Druckkorrektur nicht durchgeführt werden.

Im WSA Bremerhaven wird die Unesco-Formel von 1979/1980 zur Umrechnung von Leitfähigkeit und Temperatur auf Salzgehalt verwendet

Messsensoren

Das WSA Bremerhaven verwendet die auf dem Bild gezeigten Leitfähigkeitssensoren der Firma Aanderaa, die an den Bauwerken in einer festen Tiefe von ca. 1 m unter MTnw angebracht sind. Die Leitfähigkeit wird über ein induktives Verfahren ermittelt. Bewuchs und Verunreinigungen des Sensors können zu Abweichungen des Messwertes führen, so dass regelmäßige Kontrollen und Reinigungen erforderlich sind. Im Sommer wird dies im Abstand von 1 - 2 Wochen durchgeführt. Im Winter sind diese Beeinträchtigungen nicht so groß, so dass dann auch 4 Wochen ausreichen.
Die Messwerte liegen zwischen 0 und 50 mS/cm. Die Messgenauigkeit liegt bei 0,07 mS/cm.

Leitfähigkeitssensor

Leitfähigkeitsmessung des WSA

Darüber hinaus werden während der Strömungsmesskampagnen auch die Leitfähigkeit und die Temperatur mit registriert. Die Geräte messen die Leitfähigkeit und Temperatur in Abständen von 4 sec. Diese Werte werden über einen Zeitraum von 5 min gemittelt und in einem Datenspeicher abgelegt. Die Datenerfassung könnte mit dieser Einstellung ca. 1 Monat ohne Kontrolle (Speicherwechsel) laufen, da aber besonders in den Sommermonaten die Sensoren bewachsen (Algen, Seepocken usw.) muss in dieser Zeit eine Überprüfung und ggf. Reinigung der Geräte alle 1 - 2 Wochen erfolgen.

Messergebnisse der Leitfähigkeit und Wassertemperatur von Bremerhaven für unterschiedlich lange Zeiträume. Blau die Leitfähigkeit in mS/m (Millisiemens pro Meter), rot die Temperatur in 1/100°C.