Warum berührungsloses Radar die Schleusenmessgeräte aus der Sowjetzeit im größten Bewässerungsnetzwerk Zentralasiens ersetzt

Kein Fluss der Erde transportiert während der Hochwasserzeit mehr Sedimente pro Wassereinheit als der Amudarja. Im Juli, wenn die Gletscherschmelze des Pamirgebirges auf die letzten Frühlingsregen trifft, erreichen die Schwebstoffkonzentrationen an der Messstation Kerki regelmäßig 3 bis 5 Kilogramm pro Kubikmeter. Das Wasser hat die Farbe von nassem Beton. Alles, was darin eingetaucht ist – ein Druckaufnehmer, ein Doppler-Strömungsmesser, die Stahlhalterung selbst – wird drei Monate lang ununterbrochen mit zwei Metern pro Sekunde sandgestrahlt.

Dies ist kein Argument gegen Unterwassersensoren. Es ist vielmehr der Grund, warum das usbekische Ministerium für Wasserressourcen 2023 die Anschaffung dieser Sensoren für die Hauptentnahmestellen des Amudarja-Kanals eingestellt hat. Die mechanischen Durchflussmesser aus Sowjetzeiten, die seit den 1970er-Jahren im Einsatz sind, funktionieren zwar noch, da sie keine Elektronik und außer einem Schwimmer und einem Gegengewicht fast keine beweglichen Teile besitzen. Sie liefern jedoch nur einen Datenpunkt pro Tag – eine manuelle Ablesung, die ein Kanalwärter mit Klemmbrett notiert. Dieser Wärter kann weder die durch die Wasserabgabe aus dem flussaufwärts gelegenen Stausee verursachten Druckstöße erfassen noch verlässliche Volumendaten zur Beilegung eines grenzüberschreitenden Wasserstreits mit Turkmenistan liefern. Und die Zahl dieser Wärter nimmt jährlich ab. Die sowjetisch ausgebildeten Hydraulikingenieure, die mit diesen Messgeräten vertraut waren, gehen in den Ruhestand.

Der Ersatz, der derzeit an 34 Hauptkanalabzweigen in den Provinzen Buchara und Choresm erprobt wird, ist der CE-zertifizierte 3-in-1-Radar-Durchflussmesser von Honde Technology. Er befindet sich oberhalb der Wasseroberfläche und misst von einem Portal aus den Wasserstand, die Oberflächengeschwindigkeit und die berechnete Durchflussrate. Die Daten werden alle 15 Minuten übertragen. Und er wurde noch nie im Schlamm des Amudarja vergraben.

Warum der Sensor dort funktioniert, wo Unterwassermessgeräte versagen

Die physikalischen Argumente für berührungsloses Radar in der zentralasiatischen Bewässerung sind einleuchtend. Ein im Amudarja-Kanal mit 3 kg/m³ Schwebstoffen unter Wasser befindlicher Sensor erfährt eine vergleichbare Belastung wie Sandstrahlen mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s. Die Sensorfläche erodiert. Die Halterung ermüdet. Der Kabelmantel reibt an der Kanalwand. Nach einer Hochwassersaison – etwa von Juni bis September – ist der Sensor entweder funktionsunfähig oder driftet außerhalb seiner spezifizierten Genauigkeit.

Das Honde 3-in-1-Radar arbeitet vollständig im Luftspalt über der Wasseroberfläche. Es ist auf einem verzinkten Träger montiert, der den Kanalquerschnitt überspannt, typischerweise 3 bis 12 Meter über dem geplanten Wasserspiegel. Die 24-GHz-Dopplerkomponente misst die Oberflächengeschwindigkeit durch Analyse der Frequenzverschiebung des reflektierten Signals. Das Pegelradar – je nach Kanalbreite auf 60 GHz oder 80 GHz konfigurierbar – misst den Wasserstand millimetergenau. Der integrierte Prozessor verarbeitet diese beiden Messwerte zusammen mit der bekannten Querschnittsgeometrie des Kanals, um den momentanen Volumenstrom in Kubikmetern pro Sekunde zu berechnen.

Die Eingabe der Querschnittsgeometrie unterscheidet einen Radar-Durchflussmesser von einem Radar-Füllstandssensor mit Geschwindigkeitsaufsatz. Der Installateur gibt das Kanalprofil – trapezförmig, rechteckig oder ein individuell vermessener Querschnitt – bei der Inbetriebnahme in die Sensorkonfiguration ein. Die Durchflussberechnung basiert nicht auf einer Schätzung mithilfe der Manning-Gleichung, sondern auf der direkten Integration von gemessenem Füllstand, gemessener Geschwindigkeit und bekannter Geometrie. Bei den in den pumpenbewässerten Gebieten Usbekistans üblichen rechteckigen, betonierten Abzweigen ist die Berechnung eine einfache Geometrieberechnung. Bei den trapezförmigen Erdkanälen, die in Gebieten mit Schwerkraftbewässerung vorherrschen, gibt der Bediener den vermessenen Querschnitt am Messpunkt ein. Der Sensor berechnet die benetzte Fläche in jedem Messintervall neu, wenn sich der Wasserstand ändert.

Dies ist für die grenzüberschreitende Wasserbilanzierung von Bedeutung. Eine Durchflussmessung, die auf einer Pegelstabablesung und einer Abflusskurve basiert – die Methode aus der Sowjetzeit –, weist eine Unsicherheit von ±15 % bis ±25 % auf. Die Radarintegration von gemessenem Pegelstand und gemessener Fließgeschwindigkeit über einen bekannten Querschnitt ist je nach Oberflächenturbulenz mit einer Unsicherheit von ±2 % bis ±5 % behaftet. Wenn Usbekistan und Turkmenistan im Rahmen der Zwischenstaatlichen Kommission für Wasserkoordinierung über die Wasserverteilung am Amudarja verhandeln, markiert diese Differenz den Unterschied zwischen einer diplomatischen Auseinandersetzung und einer endgültigen Vereinbarung.

Die physikalische Umgebung: Was bedeutet „-25 °C bis +65 °C“ tatsächlich?

Das Klima in Usbekistan bietet keine milden Betriebsbedingungen. In der Region Karakalpakstan am Unterlauf des Amudarja werden im Januar -25 °C gemessen. Derselbe Kanalabzweig, der im Winter komplett zugefroren war, führt im Juli 40 Kubikmeter Wasser pro Sekunde mit einer Temperatur von 28 °C. Die CE-Zertifizierung des Sensors deckt einen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +70 °C ab. Dies ist keine Sicherheitsmarge, sondern das absolute Minimum, das für den Betrieb über ein Kalenderjahr erforderlich ist.

Der Überspannungsschutz bis 6000 V ist unerlässlich. In den Bewässerungsgebieten Zentralasiens kommt es während der Frühjahrs- und Herbststürme häufig zu Blitzeinschlägen. Ein Sensor, der auf einem Metallgerüst über einem flachen Kanal in der offenen Steppe montiert ist, wirkt wie ein Blitzableiter. Der integrierte Überspannungsschutz muss Blitzeinschläge abfangen, die ungeschützte Elektronik zerstören würden.

Das Gehäuse entspricht der Schutzart IP68. Die Kabelverschraubungen sind doppelt abgedichtet. Diese Spezifikationen tauchen in den meisten Beschaffungschecklisten erst auf, wenn ein Sensor ausfällt. Dann sind sie die einzig relevanten Spezifikationen.

Wie das Netzwerk an 34 Kanalabzweigungen funktioniert

Die Bewässerungsgebiete Usbekistans sind riesig. Allein der Amu-Buchara-Maschinenkanal erstreckt sich über 234 Kilometer von der Flussmündung bis zur Oase Buchara und speist Nebenkanäle, die 400.000 Hektar Baumwoll-, Weizen- und Gartenbauflächen bewässern. Die Entfernung von der abgelegensten Wasserentnahmestelle zum zuständigen Wasseramt kann über 80 Kilometer betragen. Mobilfunkempfang besteht entlang der Hauptstraßen und in der Nähe von Städten. Mitten in der Kyzylkum-Wüste gibt es keinen Mobilfunkempfang.

Die 34 Honde 3-in-1-Einheiten im Pilotprojekt sind über standortspezifische Kommunikationsmodule mit der Cloud verbunden. Die Abzweigstellen in der Nähe von Provinzzentren – Buchara, Urgentsch und Nukus – nutzen 4G-Module. Die Abzweigstellen in der Wüste, 40 Kilometer vom nächsten Mobilfunkmast entfernt, verwenden LoRaWAN-Module, die die Daten an ein Gateway auf dem Dach des Bezirkswasserwerks weiterleiten. Alle Daten werden in MQTT-JSON-Paketen verpackt und in die zentrale Wasserabrechnungsplattform des Ministeriums für Wasserressourcen in Taschkent eingespeist.

Auf lokaler Ebene interagiert der Kanalbetreiber nicht mit einem Cloud-Dashboard. Er nutzt einen Datenlogger mit Bildschirm, der im Kontrollraum der Entnahmestelle installiert ist – einem kleinen Backsteingebäude, in dem sich auch die motorisierte Schleusensteuerung und der Schaltschrank befinden. Der Bildschirm zeigt die aktuelle Durchflussmenge, das kumulierte Tagesvolumen und einen 30-Tage-Trend an. Selbst bei Ausfall des Mobilfunknetzes oder des LoRaWAN-Gateways stehen dem Betreiber die Daten weiterhin zur Verfügung. Der Logger speichert 90 Tage lang Aufzeichnungen im 15-Minuten-Takt. Sobald die Verbindung wiederhergestellt ist, werden die Daten in die Cloud übertragen.

Bei den vierteljährlichen Wartungsrundgängen überprüft ein Techniker der Bewässerungsbehörde jeden Sensor mithilfe eines tragbaren Handmessgeräts und eines mechanischen Strommessers, der vom Portal herabgelassen wird. Die Überprüfung dauert pro Standort weniger als 10 Minuten. Der Techniker benötigt keinen Laptop.

Relaislogik: Warum ein automatischer Torschluss wichtig ist

Die wichtigste Komponente im Pilotprojekt ist nicht der Radarsensor, sondern das Alarmrelais, das mit dem motorisierten Schleusentor verbunden ist.

Folgendes Szenario lag vor: Einem flussabwärts gelegenen Bewässerungsbezirk wurden gemäß der saisonalen Wasserverteilungsvereinbarung der Zwischenstaatlichen Kommission täglich 120.000 Kubikmeter Wasser aus einer bestimmten Entnahmestelle zugeteilt. Im System der Sowjetzeit regulierte der Kanalbetreiber das Schleusentor manuell anhand der täglichen Pegelstandsanzeige und eines Zuteilungsplans. War der Betreiber krank oder gab der flussaufwärts gelegene Stausee mehr Wasser ab als geplant, erhielt der Bezirk mehr als ihm zugeteilt. Der flussabwärts gelegene Bezirk am selben Kanal erhielt weniger. Es gab keine Daten, die einen dieser Sachverhalte belegten. Der Streit dauerte bis zur nächsten Kommissionssitzung an, wo er durch politische Verhandlungen und nicht durch hydrologische Erkenntnisse beigelegt wurde.

Im Honde-System erfasst die Cloud-Plattform in Echtzeit das kumulierte Tagesvolumen an jeder Entnahmestelle. Sobald das Volumen die zugewiesene Grenze erreicht, löst das Alarmrelais ein Signal an die Steuerung des motorisierten Tors aus. Das Tor schließt sich automatisch. Der nachgelagerte Bezirk erhält seine volle Zuteilung, da der vorgelagerte Bezirk seine eigene nicht überschreiten kann. Die Daten sind transparent, mit einem Zeitstempel versehen und für beide Parteien – sowie für die Interstate Commission – über den Cloud-Server und die zugehörige Software zugänglich, die Echtzeit- und historische Daten von jeder überwachten Entnahmestelle im Einzugsgebiet zusammenführt.

In den ersten drei Monaten des Pilotprojekts löste das Relais 17 Mal automatische Schleusenschließungen an acht Entnahmestellen aus. Jede Schließung stellte eine Situation dar, in der im manuellen System eine Überzuteilung unbemerkt geblieben wäre. Die flussabwärts gelegenen Bezirke, die von diesen Schließungen profitierten, meldeten – zum ersten Mal seit Jahren –, dass ihr zugeteiltes Wasser tatsächlich angekommen war.

Ergebnisse aus der Praxis: Provinzen Buchara und Choresm, April–Juli 2026

Die Pilotinstallation von 34 Honde CE-zertifizierten 3-in-1-Radar-Durchflussmessern wurde im April 2026 im Amu-Buchara-Maschinenkanal und im Tashsaka-Kanal in Choresm in Betrieb genommen.

Betriebsergebnisse nach 100 Tagen:

• Während des Höhepunkts der Hochwassersaison 2026 traten keine Sensorausfälle auf, darunter auch nicht bei einem Sedimenteintrag im Juli, der am Hauptkanaleinlauf 4,2 kg/m³ erreichte. Das berührungslose Radar erfasste das gesamte Ereignis, während zwei Vergleichsdruckaufnehmer an denselben Standorten verschüttet und zerstört wurden.
• Die 34 Abzweige erreichten eine Gesamtgenauigkeit der volumetrischen Messung von ±3,8 % im Vergleich zu den Kontrollmessungen nachgelagerter Messstellen – eine Toleranz, die etwa fünfmal geringer ist als bei der manuellen Methode mit Pegelstab und Abflusskurve.
• Das Alarmrelais-System bewirkte 17 automatische Torschließungen, wodurch während der Pilotphase schätzungsweise 260.000 Kubikmeter unautorisierter Wasserentnahmen verhindert wurden – Wasser, das stattdessen flussabwärts gelegene Bezirke in Turkmenistan und Karakalpakstan erreichte.
• Der MQTT-Json-Datenstrom ermöglichte es der Interstate Commission, die Einhaltung der Zuteilungsbestimmungen für August innerhalb von 24 Stunden nach Monatsende zu überprüfen, anstatt der üblicherweise 45-tägigen Verzögerung, die für das Sammeln und Abgleichen der Papierprotokolle von 34 separaten Abnahmestellen erforderlich ist.
• Aufgrund der reduzierten Wasserverluste und der verbesserten Zuverlässigkeit der Wasserversorgung flussabwärts hat die Basin Irrigation System Authority empfohlen, das Netz bis 2027 um 120 zusätzliche Entnahmestellen zu erweitern, vorausgesetzt, die Weltbank finanziert das Projekt weiterhin.