Etablering av målestasjon for vannføring

Publisert 11.04.23Sist endret 11.04.23

Del denne sidenDel på e-post

4 Vannstandsregistrering

Målestasjonenes primære funksjon er registrering av vannstand. Måling og datainnsending gjøres automatisk. I tillegg skal en målestasjon ha mulighet for manuell kontroll av vannstand.

Som vist i kapittel 3 er det vannstand som danner grunnlaget for at en målestasjon for vannstand/vannføring kan gi vannføring som tidsserie. Vannstand måles automatisk ved hjelp av ulike nivåsensorer. I tillegg til automatisk registrering av vannstand, skal en målestasjon ha mulighet for manuell kontroll av at instrumentene fungerer tilfredsstillende. Et minimumskrav for alle målestasjoner er et fastmerke (se kapittel 6 Fastmerke) som er referanse for vannstandsangivelsen. Videre kan det monteres målestav (vannstandsskala) for enkel avlesning, samt hjelpepunkter av forskjellig karakter. Mer om dette i kapittel 4.5 Manuelle vannstandskontroller.

I et hydrologisk pålegg vil det være oppgitt hvor ofte vannstanden skal registreres, også omtalt som loggeintervall. Ofte kreves et loggeintervall på 1 time, men for raske nedbørfelter blir det mer og mer vanlig at det kreves hyppigere logging. Dette er for at man med større nøyaktighet skal registrere faktisk kulminasjonsverdi under flommer. Se mer om dette i kapittel 7.5 Nedbørfelt.

Krav til nøyaktighet på utstyr for automatisk registrering av vannstand, samt krav til manuelle kontroller er spesifisert i «Retningslinjer for registrering av vannføring i elver». Dette gjelder for pålagte hydrologiske undersøkelser, men er også å anbefale for ikke-pålagte registreringer.

Det er viktig å huske på at kvaliteten på vannføringsdata aldri blir bedre enn kvaliteten på vannstandsregistreringene. Enhver usikkerhet i vannstand, det være seg ved automatiske målinger, manuelle kontroller, eller ved vannføringsmålinger, gjenspeiles i usikre vannføringsdata. Under hele prosessen med etablering av en ny målestasjon må man jobbe for å sikre best mulig kvalitet i vannstandsangivelse i alle ledd.

NVE anbefaler på det sterkeste at alle målestasjoner har minst to nivåsensorer, helst av forskjellig type (for eksempel flottør og trykkcelle), hvis det er praktisk mulig. Dette for å redusere risiko for datatap ved feil på en sensor.

4.1 Vannstand, vanntrykk og instrumenttyper

«Retningslinjer for registrering av vannføring i elver» spesifiserer krav til instrumentering og antall nivåsensorer ved målestasjoner som blir pålagt av NVE. Disse kravene stilles gjerne i sammenheng med krav om hyppighet av manuelle kontroller av vannstand. Det anbefales på det sterkeste at alle målestasjoner har minst to nivåsensorer, helst av forskjellig type (for eksempel flottør og trykkcelle), hvis det er praktisk mulig. Dette for å redusere risiko for datatap ved feil på en sensor.

Vannstand kan måles direkte eller indirekte. Direkte måling av vannstand er at den fysiske overflaten på vannet måles som en høyde i forhold til et punkt. Indirekte måling av vannstand kan være at man måler trykket av vannsøylen over nivåsensoren som så konverteres til vannstand.

Radarmålinger av vannspeilet er et eksempel på direkte måling av vannstand. Det er viktig å vurdere høyden på montering ved bruk at radar, slik at ikke det er fare for at radaren drukner på høye vannstander. Ved alle etableringer av målestasjoner skal man ha som utgangspunkt at målestasjonen minimum skal tåle en 200-års flom. Mer om dette i kapittel 7.7 Sikring mot 200-års flom. En stor ulempe med radar er at den måler avstand til den første overflaten den treffer. Om det legger seg fremmedlegemer under radaren, eller det legger seg is, kanskje med mye snø oppå, vil radaren gi feil måling og data for vannstand. Is og vinterproblemer er typisk i Norge, og ikke alltid mulig å unngå.

Det er lett å anta at flottørmålinger også er direkte måling av vannstanden, men dette er ikke alltid helt korrekt. En flottør måler vannstand direkte i det vannspeilet den ligger i. Mer om dette i kapittel 4.2 Kum/stigerør. Flottørmålinger er gjerne robuste, men problemer kan oppstå vinterstid også for denne typen instrument. Flottøren kan fryse fast i is i kum/stigerør, eller wiren kan fryse fast eller hekte seg i gjennomføringer.

Trykkceller og boblerør er typiske eksempler på at det er vanntrykk som måles og at vannstanden regnes ut fra trykket. Trykkceller og boblerør påvirkes ikke av is så lenge de ligger i frie vannmasser under isen. Disse instrumentene måler trykket som tilsvarer høyden på vannsøylen selv om det ligger is over. Dette kan godt være en isoppstuvet vannstand (se kapittel 3.4 Isoppstuving), men det er likevel mer verdifullt enn en flottør som har frosset fast. Dersom trykkceller og boblerør fryser inn/innkapsles i is vil trykket stige dramatisk og gi tydelig falsk økning i vannstand. Trykkceller kan skades og ødelegges av dette.

Det er ikke nødvendig med inngående kunnskap om hydraulikk for å etablere en målestasjon for vannstand/vannføring. Det er likevel noen prinsipper om trykk og vannstand/vannhastighet man bør ha oversikt over. Det er tre ting som påvirker trykket på et gitt, neddykket punkt i et vassdrag.

  1. Atmosfæretrykk/høyde over havet

Trykkceller har et atmosfærekompenserende rør inne i trykkcellekabelen. Dette går fra baksiden av membranen inne i selve trykkcelleenheten til fri luft oppe i målestasjonen. (Se mer om dette under kapittel 4.4 Montering av trykkceller. Boblerørsanlegg står i atmosfæretrykk på land og får denne kompensasjonen naturlig. (Kummer og stigerør har atmosfæretrykk både på innsiden og utsiden.) Dette betyr at i praksis kan vi se helt bort fra atmosfærisk trykk når vannstand på en målestasjon registreres vha. trykkceller og boblerør.

  1. Vannets vekt

Tyngden av vannet utøver trykk. Litt forenklet sier vi at 10 m vannsøyle tilsvarer en atmosfæres trykk. 1 atm = 1 bar. 0,1 bar =1 m vannsøyle. 1 mBar = 1 cm vannsøyle. Dette er svært runde tall og det avhenger også litt av temperaturen, men det er ikke nødvendig å ha inngående kunnskap om dette. Ideelt sett ønsker man å ha målestasjoner plassert slik at vannets vekt er det eneste som utøver trykk på et trykkmålende instrument eller åpningene inn i kummer eller stigerør. For å få til dette trenger vi stillestående vann. Da vil indirekte måling av vannstand via trykk være (så å si) samsvarende med direkte målinger av vannflaten.

  1. Vannets hastighet

Rennende vann utøver ekstra trykk på trykkmålende instrumenter som ligger i det rennende vannet, ut over vannets vekt. Det samme gjelder for kummer og stigerør. Dette kalles hastighetshøyde. Formelen for hastighetshøyde er vist i formel 4-1 nedenfor.

 V2                                                                                                                                                                           2g                                                                              Formel 4‑1

V = vannhastighet (m/s) og g = tyngdens akselerasjon (9,81 m/s2).

Også dette er litt forenklet. Konstanten g avhenger litt av høyde over havet og formelen forutsetter at vannhastigheten er den samme i alle vannlag. Det siste vil aldri stemme og man kan derfor ikke bruke dette til å regne ut kontrollverdier av vannstand. Det er likevel verdt å merke seg at om man setter inn verdien 1 (meter per sekund) for vannhastighet i formelen får man at trykket som utøves tilsvarer 0,05 m vannsøyle. Dobler man vannhastigheten til 2 i formelen, blir utøvd trykk firdoblet, til 0,20 m vannsøyle. Den praktiske kunnskapen man skal ta med seg fra dette eksempelet er at dobling av vannhastighet firedobler trykkpåvirkningen. Høy hastighet på vannet ved trykkregistreringen, gir stor påvirkning fra hastighetskomponenten av trykket i forhold til vektkomponenten (vannstanden). Dette har særlig praktisk betydning om man har trykkregistrerende instrumenter i vann med høy vannhastighet og samtidig utfører manuell kontroll av vannflaten for eksempel ved avlesning på en skala på samme sted. Et annet eksempel er om man sammenlikner en radarmåling med en trykkcelle på et slikt sted.

4.2 Kum/stigerør

Et stigerør er et vertikalt montert rør, med diameter i størrelsesområde 10-40 cm, som stikker ned i vannet. Enden av røret kan være helt åpen, eller være innsnevret for å dempe bølger/variasjoner utenfor røret. En kum er i prinsippet et stigerør med stor diameter (gjerne 1 m eller mer), bestående av kumringer i betong. Nær bunnen legges et rør mellom kummen og elva/sjøen, et såkalt kommunikasjonsrør.

{ "value": { "focalPoint": { "left": 0.5, "top": 0.5 }, "id": 2479, "udi": "umb://media/870cfffc31064ae18f4328e95aeb8e71", "image": "/media/5l5bzbyg/figur-7.png", "caption": "Figur 4.2.a - Prinsippskisser av stigerør (med hull i siden) og kum.", "altText": "" }, "editor": { "name": "Image", "alias": "media", "view": "media", "render": null, "icon": "icon-picture", "config": {} }, "styles": null, "config": null }
Figur 4.2.a - Prinsippskisser av stigerør (med hull i siden) og kum.

Hensikten med å benytte kum eller stigerør kan være todelt. På steder med urolig vannflate vil disse installasjonene skape en demping av vannflaten innvendig sammenliknet med den utvendig. Dette gjør at vi får mye bedre data, eller i det minste data med mindre støy. Urolig vannflate kan for eksempel skyldes bølger og/eller skvulp som følge av vind eller vann med hastighet over storsteinet bunn. Generelt blir vannflater mer urolig når vannhastigheten øker. Det andre aspektet er at det vil gi bedre kontroll på at instrumentene gir korrekt vannstand når det er hastighet på vannet. Som vist i kapittel 4.1 Vannstand, vanntrykk og instrumenttyper, kan trykket som utøves i vann med hastighet ikke uten videre relateres til den fysiske vannhøyden på det rennende vannet. Inne i en kum eller et stigerør med stillestående vann er dette ivaretatt, både ved bruk av direkte og indirekte metoder for vannstandsregistrering.

En flottør alltid ha stillestående vann, ellers drar den i wiren og gir falsk vannstandsendring. Derfor vil denne instrumenttypen i praksis alltid være montert i et stigerør eller en kum. Hvis vannet utenfor stigerør eller kum er stillestående, vil vannstanden inne i kum/stigerør være den samme som utenfor og da kan man si at en flottør måler vannstand direkte. Veldig ofte vil det være hastighet på vannet utenfor (i alle fall på større vannføringer), og da er vannstanden inne i kum/stigerør egentlig representert av vanntrykket utenfor. I slike tilfeller vil den fysiske vannflaten utenfor kunne være betydelig lavere enn inne i kum/stigerør og forskjellen øker med hastigheten på vannet.

Det er enda en faktor som påvirker trykket/vannstanden inne i kum/stigerør når det er hastighet på vannet. Dersom åpningen(e) i et stigerør eller kommunikasjonsrøret til en kum ligger skrått med eller mot strømningsretningen på vannet, vil det påvirke trykket ytterligere sammenliknet med det som er vist i kapittel 4.1 Vannstand, vanntrykk og instrumenttyper. Hvis åpning i stigerør eller enden på kommunikasjonsrøret ligger skrått mot strømmen, vil vann presses mot og inn i åpningen og trykket øker mer enn hastighetshøyden (se rør 2 i Figur 4.2.b nedenfor). Da stiger vannstanden inne i kum/stigerør ytterligere som følge av dette ekstra trykket. I motsatt fall, med åpning skrått nedstrøms, vil det bli dannet et sug som trekker vann ut av kum/stigerør (se rør 3 i Figur 4.2.b nedenfor). Hvis dette suget blir sterkere enn hastighetshøyden (se kapittel 4.1), har man ikke lenger en entydig sammenheng mellom vannstand og vannføring og dette må unngås for at målestasjonen skal fungere skikkelig. Det er ikke alltid like lett å plassere kommunikasjonsrør og hull i stigerør riktig, men det er veldig viktig for å unngå påvirkninger som nevnt over. Kommunikasjonsrør må ligge så nært 90° på strømningsretningen som overhodet mulig og heller en tanke mer oppstrøms enn nedstrøms (se rør 1 i Figur 4.2.b nedenfor). Dess mer vinkelen på kommunikasjonsrør eller åpninger i stigerør avviker fra 90° på strømningsretningen, dess større blir påvirkningen. Hvis strømningsretningen endres vesentlig med endring i vannføring kan det være at stedet er uegnet for bruk av kum/stigerør.

{ "value": { "focalPoint": { "left": 0.5, "top": 0.5 }, "id": 2480, "udi": "umb://media/94b99234ca4d44f095e4010cefe3cad1", "image": "/media/gkjltfcn/figur-8.png", "caption": "Figur 4.2.b - Eksempler på orientering av kommunikasjonsrør ift. retning på vannstrømmen. En vinkel på 90º på strømretningen er anbefalt for å unngå påvirkninger fra vannstrømmen i elven (rør 1)." }, "editor": { "name": "Image", "alias": "media", "view": "media", "render": null, "icon": "icon-picture", "config": {} }, "styles": null, "config": null }
Figur 4.2.b - Eksempler på orientering av kommunikasjonsrør ift. retning på vannstrømmen. En vinkel på 90º på strømretningen er anbefalt for å unngå påvirkninger fra vannstrømmen i elven (rør 1).

Dersom det forventes vannhastigheter ved utløpet av et kommunikasjonsrør anbefales det å bruke en modifikasjon som er beskrevet i Turnipseed & Sauer (2010), (jf. Referanser). Denne løsningen består i at kommunikasjonsrøret er tett i enden, men at det er montert et perforert rør vinkelrett på kommunikasjonsrøret i vannstrømmens retning, se Figur 4.2.c nedenfor. Dette har ifølge referansen vist seg å motvirke effekter av press og sug på kommunikasjonsrøret ganske godt.

{ "value": { "focalPoint": { "left": 0.5, "top": 0.5 }, "id": 2481, "udi": "umb://media/50e05766f00e455c9b212b00837108ef", "image": "/media/mblpauao/figur-9.png", "caption": "Figur 4.2.c - Eksempel på montering av perforert rør i enden på kommunikasjonsrør vha “T-rør”." }, "editor": { "name": "Image", "alias": "media", "view": "media", "render": null, "icon": "icon-picture", "config": {} }, "styles": null, "config": null }
Figur 4.2.c - Eksempel på montering av perforert rør i enden på kommunikasjonsrør vha “T-rør”.

I Turnipseed & Sauer (2010) (jf. Referanser) beskrives også en løsning på tilsvarende problem ved bruk av stigerør. Man anbefales å lage hull både foran og bak på stigerøret, altså et hull rett mot vannstrømmen og ett i helt motsatt ende. I tillegg anbefales boring av to hull til på hver side at hullet rett mot strømmen med vinkler på hhv 30° og 60° i forhold til det første hullet. Denne løsningen skal kunne håndtere skråstrømmer på opptil 30° i forhold til senterhullet, se Figur 4.2.d nedenfor. Hullene bør ha en størrelse på 6-8 mm.

{ "value": { "focalPoint": { "left": 0.5, "top": 0.5 }, "id": 2482, "udi": "umb://media/ee430c369a69414d889c674920b56849", "image": "/media/gageh1tj/figur-10.png", "caption": "Figur 4.2.d - Stigerør med 6 hull sett ovenfra." }, "editor": { "name": "Image", "alias": "media", "view": "media", "render": null, "icon": "icon-picture", "config": {} }, "styles": null, "config": null }
Figur 4.2.d - Stigerør med 6 hull sett ovenfra.

Høyden på kommunikasjonsrør og åpninger i stigerør i forhold til salpunktet i det bestemmende profilet er også veldig viktig. Kommunikasjonsrør og åpninger må selvsagt ligge lavere enn salpunktet (som er vannstanden som tilsvarer 0 vannføring, se kapittel 3 Prinsipp for vannstand/vannføring). For kommunikasjonsrør er det ikke nok at den ene enden ligger lavere enn salpunktet, hele røret må ligge lavere. Den enden av røret som er ute i elva eller sjøen må ligge litt lavere enn enden som er inne i kummen (helning minst 1:100). Dette er for at ikke luftbobler skal fanges inne i røret. Videre må man ta hensyn til at kommunikasjonsrør og åpninger kan tettes dersom vannet på stedet islegges om vinteren. Derfor er det viktig at det også ligger lavere enn det som kan forventes å være frostdypet i bakken og enden av røret ute i elva, eller sjøen må ligge dypere enn tykkelsen på isen. Dette er blant tingene man skal se etter under en vinterbefaring. Dersom man forutser mulige problemer med frysing i et kommunikasjonsrør som ligger litt grunt i tørrlagt terreng på lavvann, kan man vurdere å ha varmekabel i røret. Varmekabel i røret kan være en utfordring om man må stake røret i fremtiden.

Kummen i Figur 4.2.a har bunnen sin litt lavere enn kommunikasjonsrøret. Dette er ikke tilfeldig. Slam og sedimenter vil komme inn i kummen gjennom kommunikasjonsrøret. Da er det en fordel at dette materialet har mulighet til å legge seg lavere enn åpningen til røret inne i kummen, slik at røret ikke tettes så fort. I et stigerør kan denne problemstillingen til en viss grad omgås ved å ha åpningen i bunnen, eller å ha åpning i både side og bunn. Uansett må kummer og stigerør vedlikeholdes med tanke på slam og sedimenter. Vedlikehold av målestasjoner med disse installasjonene inkluderer minimum en årlig test av at åpninger og rør er gode nok til at vannstandsenderinger ute umiddelbart gjenspeiles inne (kommunikasjonstest). Dette gjøres for eksempel ved å pumpe vann inn i stigerør eller kum vha. vannpumpe til vannstanden stiger så mye innvendig at slam og sedimenter skylles ut i elva gjennom rør og åpninger. Det kan også benyttes kommunikasjonsrør med ventil som kan stenges. Da kan kummen pumpes full av vann og man oppnår et høyere trykk når vannet slippes ut. Ulempen med kommunikasjonsrør med påmontert ventil er at det blir mer komplisert å ha varmekabel i røret.

Merk at vannstanden i en kum med tett eller dårlig kommunikasjon ofte vil kunne påvirkes av grunnvannstanden rundt kummen.

Generelt kan det være en god ide å ha varmekabel i en kum eller et stigerør dersom det er mulighet for det, men ikke nødvendigvis i kommunikasjonsrøret. Av hensyn til miljøet skal det ikke brukes renset parafin eller frostvæske for å unngå frysing.

Se kapittel 7.2 HMS for mer om arbeid i kum.

4.3 Montering av flottør

Instrumentet “flottør” består av en flottør som er koblet til et lodd med en wire mellom (Figur 4.3.a). Flottøren flyter på vannet der vannstanden skal registreres. Wiren går opp fra flottøren, over et hjul som kalles flottørgiver eller encoder og ned igjen til loddet som henger fritt i lufta eller nede i vannet, avhengig av vannstanden. Flottøren må være tyngre enn loddet. Encoderhjulet bør stå på oversiden av et fast dekke (gulv, bord, el) som ikke flytter på seg (presses ned) under vekten av et menneske som skal justere eller håndtere instrumentet.

Encoderen er videre koblet til dataloggeren som logger vannstand. Når flottøren går opp eller ned med vannspeilet, dreier encoderhjulet den ene eller andre vegen og det er dette som registreres som vannstandsendring. Wiren må ligge over encoderhjulet med tilstrekkelig friksjon til at den ikke kan gli langs hjulet, slik at enhver bevegelse i wiren registreres av hjulet. Wiren bør gå gjennom passe store hull i det faste dekket som encoderen står på, ned til flottør og lodd. Hullene bør være mindre enn diameter på loddet (eller flottøren, dersom den mot formodning er mindre enn loddet). Dette er for at ikke wire skal falle av encoderhjulet ved svært høy eller svært lav vannstand. Avstand mellom hullene må tilpasses slik at wiren løper fritt og ikke kommer borti kantene av hullene.

{ "value": { "focalPoint": { "left": 0.5, "top": 0.5 }, "id": 2483, "udi": "umb://media/acffafeabcdc4d4fb2c46248b91773a3", "image": "/media/3sxp5lg2/figur-11.png", "caption": "Figur 4.3.a - Skjematisk fremstilling av flottør som måleinstrument for vannstand." }, "editor": { "name": "Image", "alias": "media", "view": "media", "render": null, "icon": "icon-picture", "config": {} }, "styles": null, "config": null }
Figur 4.3.a - Skjematisk fremstilling av flottør som måleinstrument for vannstand.

For å få riktig lengde på wiren ved montering, festes wiren først til loddet. Wiren føres opp gjennom det ene hullet, over ferdig montert encoderhjul og ned igjen gjennom det andre hullet. Loddet slippes så til bunns og wiren strammes slik at loddet henger noen få centimeter over bunnen på kummen eller stigerøret. Om kommunikasjonsrør eller laveste åpning på stigerør er mye høyere enn bunnen, kan loddet heves omtrent tilsvarende (men heller litt mindre enn litt mer). Merk så av stedet på wiren som er rett under hullet i den enden flottøren skal festes. Dra så i wiren slik at loddet heves og stedet der flottør skal festes blir mulig å jobbe med og kapp wiren i passende lengde ift å få festet flottør på avmerket sted på wiren. Nå vil ikke wire hoppe av encoderhjulet verken når flottør stoppes mot undersiden av det faste dekket eller når lodd stoppes mot undersiden av det faste dekket. Hvis wiren er for lang er dette et typisk problem når flottør nærmer seg gjennomføringen og loddet legger seg på bunnen. Hvis wiren er for kort synker ikke flottør så langt ned som den kanskje må for å registrere svært lave vannstander.

Merk at fast dekke i mange tilfeller kan være både gulv i en målestasjonshytte eller et fastmontert bord i samme hytta. Da må wire gå gjennom hull i begge dekkene. For å få rett lengde på wiren er det det selvsagt det laveste dekket som gjelder.

Forventer man at vannet i kum/stigerør vil fryse til vinterstid kan varmekabel monteres hvis det er mulighet for det. Dersom man ikke ønsker/klarer å holde en hel kum åpen, kan stigerør monteres inne i kummen med varmekabel i stigerøret. Er det vanskelig med tilgang på faststrøm kan en sekundær nivåsensor for vannstand, som for eksempel en trykkcelle, sørge for at man har vannstandsdata selv om flottøren fryser fast. Som nevnt tidligere er det sterkt anbefalt uansett å ha dublerte nivåsensorer ved enhver målestasjon.

4.4 Montering av trykkceller

Trykkceller er nivåsensorer som består av en hovedenhet med membran og elektronikk, samt en kabel i varierende lengde for tilkobling til loggerenhet. Trykkceller som skal brukes på målestasjoner for vannstand/vannføring kan måle relativt trykk i forhold til atmosfærisk trykk ved målestasjonen eller absolutt trykk som kompenseres ved hjelp av et barometer. Det finnes både analoge og digitale trykksensorer. Digitale sensorer er mer moderne og også gjerne mer pålitelige og etter hvert som loggerkonseptene utvikles til å bli mer avanserte og mer kompakte er digitale sensorer en nødvendighet.

Trykkceller har et begrenset trykkintervall eller måleområde som de er konstruert for. Utenfor dette intervallet fungerer de i praksis ikke. Dette måleområdet er gjerne oppgitt fra produsenten som vannsøyle, f.eks. 0-5 m eller 0-10 m. En trykkcelle med måleområde 0-10 m fungerer med inntil 10 m vannsøyle over trykkcellen. Det er lett å tenke at på et sted med salpunkt målt til 0,0 m på lokal skala vil trykkcellen kunne registrere vannstander på inntil 10,0 m, men dette avhenger av trykkcellens monteringsdyp. Dersom trykkcellen er montert på relativt dyp i forhold til fastmerke/lokal skala på høyde -1,5 m, kan den registrere vannstander korrekt i intervallet –1,5 m til 8,5 m. Dette er viktig å tenke på når man bestiller trykkceller. Se også kapittel 7.7 Sikring mot 200-års flom.

Når man monterer trykkceller som henger fritt (for eksempel i kum eller stigerør), bør trykkcellen festes til et lodd for å hjelpe til med å strekke ut kabelen. Likevel vil en kabel i løpet av de første ukene etter montering strekke seg litt og man må påregne at en trykkcelle montert på denne måten må justeres etter litt tid når dette har gått seg til. Dette er ikke feil fra produsentens side. Uansett om trykkceller monteres hengende eller i rør anbefales det å rulle ut kabelkveilen. Da unngår man at kabelen tvinnes, noe som kan skape problemer både i forhold til trekking gjennom rør og strekk ved hengende trykkcelle.

Trykkceller som monteres ut i elv eller sjø må beskyttes med plastrør og/eller stålrør som boltes godt til fast underlag eller graves ned. Det er vesentlig at disse rørene festes slik at de ikke beveger seg. Det vil gi feil registrering av vannstand fordi det også fører til at trykkcellen flytter på seg. Type rør og fester må vurderes fra sted til sted, men det anbefales å bruke 2” rør (som har plass til 2 trykkceller side om side) og 20 mm fjellbolter som minimum, i alle fall på alle steder hvor det er is vinterstid og/eller fare for massetransport i elva under flom. Uavhengig av om man skal montere en eller to trykkceller ved etablering av målestasjonen, anbefales det å bruke rør som har plass til to trykkceller slik at det blir lettere å installere en trykkcelle ekstra i fremtiden. Ideelt sett skal trykkceller festes fast i tuppen på beskyttelsesrør for å hindre dem i å flytte på seg, men dette er ikke alltid like praktisk da slike løsninger kan gjøre det vanskelig å bytte defekte enheter. Hvis det er slik at det ansees som vanskelig å få løsnet rør for å bytte trykkcelle annet enn under særskilt gode forhold (svært lav vannstand), bør man i stedet vurdere å bare sette kryssbolter i enden av røret, slik at trykkcellen(e) ikke har rom for å skli ut av røret. Man mater så på med kabel fra den andre enden slik at trykkcelleenheten(e) presses mot kryssboltene.

På steder med mye is og fare for frysing helt ned til monteringsdyp for nivåsensor bør man vurdere å bruke kun plastrør for å unngå kuldebroer som skapes av stålrør. Vanligvis tåler en trykkcelle omtrent dobbelt så høyt trykk som dens definerte måleområde før den blir ødelagt. En trykkcelle med måleområde 0-5 m bør derfor byttes dersom den har vært utsatt for trykk opp mot 10 m vannsøyle. Igjen merk at dette er ift. monteringsdyp, ikke lokal vannstand. Dersom en trykkcelle innkapsles/fryser inn i is, er det ikke uvanlig at trykk av denne størrelsesorden oppstår. Vannstandsdata logges etter bestemte intervaller, for eksempel hvert kvarter, hver halvtime eller hver time, el. Loggede verdier er kun momentanverdier iht. loggerintervallet og høyere trykk kan ha oppstått i tiden mellom disse. Man kan derfor ikke være sikker på om en trykkcelle som har vært innefrosset fortsatt fungerer som den skal uten å teste den.

4.4.1 Trykkceller med atmosfæreutjevning

Trykkceller med atmosfæreutjevning har et tynt rør, atmosfæreutjevningsrøret (heretter kalt lufterøret), som løper inne i trykkcellekabelen fra baksiden av membranen i selve trykkcelleenheten. På denne måten er den trykkforskjellen som registreres over membranen kun det trykket som utøves av vannet (se kapittel 4.1 Vannstand, vanntrykk og instrumenttyper). Fordelen med denne trykkcelletypen er at den ikke er avhengig av tilleggsparameteren barometrisk trykk ved målestasjonen. Ulempen er at man må beskyte lufterøret mot kondens og unngå knekk eller vridning av kabelen som kan tette lufterøret.

Dersom det kommer fuktig luft inn i lufterøret, kan det dannes kondens. Da er den eneste måten å “reparere” trykkcellen på å kappe kabelen mellom vanndråpen(e) og trykkcelleenheten. Hvis lufterøret tettes, uansett årsak, fungerer ikke trykkcellen fordi den måler det relative trykket over membranen, dvs. forskjell i trykk mellom utsiden og innsiden. I slike tilfeller viser trykkcellen korrekt trykk kun ved det samme barometriske trykk som var akkurat da lufterøret ble tett, og kun ved eksakt samme temperatur på lufta som er fanget mellom tetting og membran som da den ble fanget. Når temperaturen på lufta som er fanget endres, krymper eller utvider lufta seg og trykket på innsiden av membranen endres tilsvarende. Den relative trykkforskjellen over membranen kan derfor endres mye utelukkende ved at temperaturen på lufta som er fanget i luftrøret endres. Dette merkes særlig når kabelen utsettes for direkte sollys. Slik endring av trykk over membranen vil se ut som vannstandsendring i målingene.

For å unngå kondens i lufterøret må trykkcellekabelen kobles inn i spesielle bokser med utskiftbare tørkestoffpatroner inne i målestasjonen. Disse tørkestoffpatronene må byttes jevnlig og minst en gang per år. Det må vurderes fra sted til sted om tørkestoff må byttes oftere, avhengig av hvor fuktig luft det er. Tørkestoff endrer gjerne farge når det tar opp fuktighet, slik at det gir en indikasjon på når det må byttes.

4.4.2 Trykkceller som måler absolutt trykk

Sensorer som måler absolutt trykk registrerer barometrisk trykk i tillegg til vanntrykk. I motsetning til trykkceller med lufterør må verdier fra absolutte trykkceller korrigeres ved at barometrisk trykk trekkes fra før verdiene konverteres til vannstand. Ulempen med denne typen trykkceller er at man må ha en tilleggssensor ved målestasjonen (et barometer), som igjen kan gi flere sårbarheter da det er flere enheter som kan feile. Fordelen er at man slipper helt unna problematikken med tett lufterør. Det er også vesentlig enklere å skjøte kabelen på absolutte trykkceller om det skulle være nødvendig.

4.5 Manuelle vannstandskontroller

Instrumenter som registrerer vannstand automatisk, har begrensninger og det er nødvendig å kontrollere at de fungerer tilfredsstillende. Dette gjør man ved manuelle vannstandskontroller som sammenliknes med verdien fra instrumentene. Manuelle vannstandskontroller er svært vesentlig for kvalitet på data og brukes aktivt av NVE i all datakontroll. Om man setter i gang en logger og kommer tilbake etter et år på omtrent samme vannstand og loggeren fortsatt viser korrekt verdi, er det likevel ingen garanti for at alle verdiene i mellomtiden har vært korrekte. Dublerte nivåsensorer hjelper betydelig på kontroll av kvaliteten. Kombinert med manuelle vannstandskontroller dannes et godt grunnlag for å si noe om kontinuerlig kvalitet på en måleserie.

For pålagte målestasjoner er det «Retningslinjer for registrering av vannføring i elver» som til enhver tid fastsetter minimumskrav til manuelle vannstandskontroller og innrapportering av disse. Da NVE bruker dette aktivt, bør manuelle kontroller fortløpende innrapporteres, gjerne samme dag, eller senest når man er tilbake på kontoret etter en slik kontroll. For god kvalitet på ikke-pålagte målestasjoner anbefales samme hyppighet for manuell kontroll av vannstand.

For å kunne utføre en manuell kontroll av vannstanden, heretter kalt vannstandskontroll, må det monteres hjelpemidler på målestasjonen. Alle målestasjoner skal ha et fastmerke (Se kapittel 6 Fastmerke) og man kan da nivellere vannstand fra fastmerket vha nivellerkikkert og nivellerstang. Dette er likevel tungvint når man skal utføre mange vannstandskontroller. For å lette arbeidet med utføring av vannstandskontroller kan man montere målestav (skala), båndskala og/eller hjelpepunkter. Det er ofte behov for flere målestaver/hjelpepunkter på en målestasjon, da vannstanden, så langt det er praktisk mulig, skal kunne kontrolleres ved alle vannføringer.

Målestaver monteres loddrett på egnet sted. Kanskje må flere målestaver monteres på forskjellige steder for at både lavvann og flomvannstander skal kunne kontrolleres. Målestaver skal monteres i henhold til fastmerket slik at samme vannstand avleses direkte på målestaven som man får ved nivellement fra fastmerket. Med egnet sted menes både at det er mulig å feste målestaven skikkelig og at vannstanden der den monteres er representativ for vannstanden som måles av måleinstrumentene (se alt om vannhastigheter og trykk tidligere i dette kapitelet). Om det kun monteres trykkceller i elv med økende hastighet på økende vannføring, er dette kanskje ikke mulig. Da må man heller ikke justere instrumentene mot avlest vannstand på målestav når det er vesentlig hastighet på vannet!

En båndskala består av en flottør som er festet til et lodd med et målebånd (se eksempel i Figur 4.5.a). Målebåndet går over et hjul med en justerbar pil eller indikator som skal vise vannstanden på målebåndet. Båndskala monteres på samme måte som måleinstrumentet med flottør og encoderhjul, se kapittel 4.3 Montering av flottør. Det er likevel litt mer komplisert å montere båndskala fordi man er avhengig av at målebåndet tilpasses korrekt slik at rett vannstand ved montering er “inne på hjulet”. Indikatoren på hjulet som viser vannstand på målebåndet er justerbar, men ikke over et særlig stort område. Om man har bommet med 50-100 cm kan det ofte kompenseres med å skjøte målebånd med wire mot enten flottør eller lodd, avhengig av hvilken veg feilen ligger. Det er lurt å ikke kappe målebåndet før man er sikker på at det ligger korrekt over hjulet.

{ "value": { "focalPoint": { "left": 0.5, "top": 0.5 }, "id": 2485, "udi": "umb://media/3919a25017a0407694fec253aa5d8c6a", "image": "/media/k0rbsona/figur-13.png", "caption": "Figur 4.5.a - Til venstre, båndskala og flottør med encoderhjul (i stigerør i kum), til høyre, båndskala." }, "editor": { "name": "Image", "alias": "media", "view": "media", "render": null, "icon": "icon-picture", "config": {} }, "styles": null, "config": null }
Figur 4.5.a - Til venstre, båndskala og flottør med encoderhjul (i stigerør i kum), til høyre, båndskala.

Hjelpepunkter kan være sekundære fastmerker eller andre entydige punkter som er faste (ikke flytter seg i henhold til primært fastmerke). Dersom primært fastmerke drukner på flom og ikke kan finnes igjen, anbefales bruk av sekundært fastmerke som ligger høyere i terrenget. Sekundært fastmerke kan også brukes for eksempel på kanten av et fast fjell som stuper brått ned i vannet. Da kan man bruke vater og tommestokk for å måle avstand ned til vannflaten. Et annet svært nyttig hjelpepunkt er å sette et merke i kanten på en kum eller et stigerør, se Figur 4.5.b nedenfor.  Da kan man måle avstanden fra punktet ned til vannflaten ved hjelp av klukkelodd (eller tommestokk). Tidligere har det vært vanlig å montere målestaver nede i kummer. Dette frarådes nå av HMS-hensyn, da man mener at hjelpepunkter gir gode nok vannstandskontroller (Se også kapittel 7.1 Befaring).

{ "value": { "focalPoint": { "left": 0.5, "top": 0.5 }, "id": 2486, "udi": "umb://media/4b6a79b0b6074bd5a13e31b25eef8ed6", "image": "/media/wz2husyh/figur-14.png", "caption": "Figur 4.5.b - Eksempel på hjelpepunkt for vannstandskontroll i kum." }, "editor": { "name": "Image", "alias": "media", "view": "media", "render": null, "icon": "icon-picture", "config": {} }, "styles": null, "config": null }
Figur 4.5.b - Eksempel på hjelpepunkt for vannstandskontroll i kum.

Alle målestaver og hjelpepunkter skal ha høyder som stemmer overens med målestasjonens primære fastmerkebolt. Det er viktig at man kontrollerer jevnlig at målestaver og hjelpepunkter fortsatt stemmer overens med det primære fastmerket, helst en gang per år (se eksempel i Figur 4.5.c). «Retningslinjer for registrering av vannføring i elver» stiller krav til hyppighet for kontroll og nøyaktighet for pålagte målestasjoner. Kontroll kan gjøres ved hjelp av kikkertnivellement. Det er viktig å tenke på dette når man monterer målestaver og oppretter hjelpepunker, slik at man plasserer disse på steder der det er praktisk gjennomførbart å nivellere. (se også kapittel 6 Fastmerke.) Om målestav og primært fastmerke er plassert nær hverandre, kan kontroll også utføres med vater. Nivellement for kontroll av båndskala gjøres for eksempel ved å nivellere vannflaten i kummen mot fastmerket, og deretter sammenlikne med avlest verdi på båndskalaen.

{ "value": { "focalPoint": { "left": 0.5, "top": 0.5 }, "id": 2487, "udi": "umb://media/a4a9a27e5533417f847462ab48961665", "image": "/media/pcrktjbt/figur-15.png", "caption": "Figur 4.5.c - Kontroll av målestav ved målestasjon 12.286 Jaren ndf." }, "editor": { "name": "Image", "alias": "media", "view": "media", "render": null, "icon": "icon-picture", "config": {} }, "styles": null, "config": null }
Figur 4.5.c - Kontroll av målestav ved målestasjon 12.286 Jaren ndf.

4.6 Sterkt sedimentførende vassdrag, breelver

Mye sedimenter, særlig i form av fint slam som er typisk for breelver, kan gjøre det svært vanskelig å finne egnede steder for målestasjoner for vannstand/vannføring. Breslam tetter lett rør og fyller beskyttelseskapper på trykkceller. Større partikler kan bidra til å grave ned kommunikasjonsrør og åpninger i stigerør helt. Kombinert med mindre partikler som fyller opp mellom de større, kan man på slike steder få fullstendig feil trykk på instrumentene slik at man ikke klarer å registrere vannstand korrekt.

Tradisjonelt har dette gjerne vært løst med at man legger målestasjoner i slike vassdrag til steder med hastighet på vannet, for at sedimentene ikke skal legge seg. Dette medfører alle problemene som tidligere er beskrevet i dette kapittelet om hastighetshøyder osv. Det kan at dette er eneste mulighet i sterkt sedimentførende vassdrag, men det anbefales som aller siste utveg.

Det anbefales i stedet å vurdere muligheten for å ta i bruk radarteknologi for å måle vannspeilet et sted med roligere vann bak et bestemmende profil som har vannhastigheter nok til at ikke sedimentasjon holder profilet i konstant endring.