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Hydrologie und Wasserwirtschaft (Subject) / Niederschlag (Lesson)

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• Was ist Niederschlag? Niederschlagswasser der Atmosphäre, dass nach Kondensation von Wasserdampf in der Lufthülle ausgeschieden wurde und sich infolge der Schwerkraft zur Erdoberfläche bewegt oder zu ihr gelangt ist.
• Was versteht man unter einer Dauerstufe? Zeiteinheit in der eine Niederschlagssumme fällt.
• Was ist ein Niederschlagsereignis? Abgrenzung durch niederschlagsfreie Zeiten (während eines Niederschlagsereignisses kann auch zeitweise kein Niederschlag fallen.)
• Niederschlagsintensität? Niederschlagsmenge pro Zeiteinheit
• Regenspende? Niederschlagsmenge pro Zeiteinheit und Fläche.
• Was versteht man unter der Wiederkehrzeit? Die Wiederkehrzeit gibt an, wie viel Jahre eine Niederschlagssumme innerhalb einer Dauerstufe auftritt.
• Was versteht man unter Wiederkehrhäufigkeit? Die Wiederkehrhäufigkeit gibt an, wie oft pro Jahr eine Niederschlagssumme innerhalb einer Dauerstufe auftritt.
• Worin bestehen die Vorteile bei der Verwendung von nat. Regenreihen für Modellrechnungen ggü Modellregen? => Niederschlagsverteilungen der Naturregen realitätsnäher => Es treten sowohl günstige als auch ungünstige Niederschlagsverteilungen auf => statistische Analyse der resultierenden Abflüsse möglich => Wiederkehrhäufigkeit des Niederschlages ≠ Wiederkehrhäufigkeit des Abflusses
• Nennen Sie zwei bodengestützte Verfahren zur Regenmessung. (2x)? - Pluvio (Wägeprinzip)- Wippengeräte
• Nennen Sie Vorteile bei der Verwendung des Euler II Modellregens für Modellrechnungen (Kanalnetzmodelle, Niederschlag-Abfluss-Modelle) gegenüber einem Euler I Modellregen. Welche Art an Bemessungsregen kann neben Modell- und Blockregen noch für Modellrechnungen genutzt werden? (2x) - Vorteile => Die Intensitäten bleiben unabhängig von der Dauerstufe bestehen => Durch Vorregen erfährt das System eine Vorbelastung => Die Abflussspitze des Abflusses ist beim Euler II höher als beim Euler I oder bei einem vergleichbaren Blockregen => Die benötigte Rechenzeit interstationärer Kanalnetzmodelle ist beim Euler II geringer als beim Euler I - Natürliche Regenreihen können neben Modell- und Blockregen für Modellrechnungen genutzt werden.
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• 29. Unterscheide Langzeitserien- und Kontinuumssimulation! - Langzeitseriensimulation => Berücksichtigung relevanter Starkregenereignisse aus dem Messkontinuum (Verwendung einer partiellen Starkregenserie) - Kontinuumssimulation => Berücksichtigung sämtlicher Niederschlagsereignisse und der niederschlagsfreien Zeiten
• Welche Vorteile ergeben sich für natürliche Regenreihen ggü. Dem Modellregen? - Niederschlagsverteilungen der Naturregen noch realitätsnäher => es treten sowohl „günstige“ als auch „ungünstige“ Niederschlagsverteilungen auf - statistische Analyse der resultierenden Abflüsse möglich => Wiederkehrhäufigkeit des Niederschlages ≠ Wiederkehrhäufigkeit des Abflusses
• Was sind Eigenschaften natürlicher Regenreihen? - Verwendung natürlicher anstelle statistischer Regen => es werden direkt geprüfte Messdaten verwendet => lokale Niederschlagszeitreihen sind zwingend erforderlich => natürliche Niederschlagsereignisse können nicht aus statistischen Analysen oder dem KOSTRA-Atlas abgeleitet werden => es handelt sich um natürliche Ereignisse
• Nenne Eigenschaften & Verwendungen des EULER II Modellregens! - Eigenschaften => die Intensitätsspitzen bleiben unabhängig von der Dauerstufe bestehen => Vorbelastung des Systems durch Vorregen => die Abflussspitze des resultierenden Abflusses ist höher als beim Euler-I-Modellregen oder bei einem vergleichbaren Blockregen - Verwendungen => Stadtentwässerung / Kanalnetzberechnungen => die benötigte Rechenzeit instationärer Kanalnetzmodelle ist relativ gering => durch den KOSTRA-Atlas stehen die Grunddaten der statistischen Analyse flächendeckend für Deutschland zur Verfügung
• Definiere „Modellregen“! - ungleichmäßige Intensitätsverteilungen über die Zeit werden berücksichtigt => ggü dem Blockregen wird die natürliche zeitliche Niederschlagsverteilung realitätsnäher abgebildet - Modellregen werden aus statistischen Analysen hergeleitet => es handelt sich nicht um natürliche Ereignisse - bei Block- und Modellregen wird die Annahme getroffen, dass die Wiederkehrzeit des Modellregens der Wiederkehrzeit des resultierenden Abflussereignisses entspricht
• Definiere „Blockregen“? - Annahme einer konstanten Niederschlagsintensität über die gesamte Dauer des Niederschlagsereignisses => Es treten keine Intensitätsspitzen auf => Bei der Niederschlag-Abfluss-Modellierung werden die Abflussspitzen bei der Verwendung von nur einem Blockregen unterschätzt => Berücksichtigung unterschiedlicher Belastungszustände durch Verwendung von Blockregenstaffeln mit kurzen und langen Dauerstufen
• Was sind Probleme der Niederschlagsstatistik? - Die Messung von Niederschlägen ist fehleranfällig => reine Messfehler aufgrund von Windeinflüssen, Erhebungsverluste, Verluste beim Wippenumschlag => unterschiedliche Gerätefehler => Fehler bei der Datenaufbereitung (Digitalisierung) => hohe zeitliche Auflösung erst mit neueren Messgeräten wie Pluvio & Wippe möglich => Extremereignisse wirken sich überproportional auf Statistik aus
• Vergleiche jährliche und partielle Serie? - jährliche Serie => es wird der Höchstwert jedes Jahres berücksichtigt => Anzahl der Ereignisse = Anzahl der Messjahre => mehrere Starkregen eines Jahres, die größer sein können als Jahreshöchstwerte anderer Jahre, werden nicht berücksichtigt - partielle Serie => es werden Werte über einem Schwellenwert berücksichtigt => z. B. Anzahl der Ereignisse = 2,7 x Anzahl der Messjahre => es werden pro Jahr unterschiedlich viele Ereignisse berücksichtigt => es können Jahre auftreten, in denen kein Ereignis berücksichtigt wird
• Welche Punkte werden bei der Niederschlagsstatistik nicht berücksichtigt? - zeitliche Verteilung des Niederschlages innerhalb einer Dauerstufe => räumliche Niederschlagsverteilung - Entwicklung innerhalb eines Beobachtungszeitraums => zeitliche Bezüge werden durch Statistik aufgehoben
• Was ist Ziel und Nutzen einer Niederschlagsstatistik? - für die Dimensionierung von wasserwirtschaftlichen Bauwerken werden Belastungsdaten in Form von Niederschlagshöhen benötigt - für unterschiedliche Bemessungsfälle werden somit Niederschlagshöhen mit unterschiedlichen Wiederkehrzeiten benötigt => dabei nehmen die Niederschlagshöhen mit zunehmender Wiederkehrzeit zu - unterschiedliche Niederschlagsverläufe führen zu unterschiedlichen Belastungen des Gewässers, des Kanalnetzes oder einer sonstigen wasserwirtschaftlichen Anlage => lange Ereignisse mit hohen Niederschlagsvolumina => Kritischer Lastfall: hohes Abflussvolumen => kurze Ereignisse mit hohen Niederschlagsintensitäten => Kritischer Lastfall: große Abflussspitze
• Bewerte die Verfahren der Gebietsniederschlagsberechnung? - Mit zunehmender Stationsdichte würden bessere Ergebnisse erzielt werden - Die Repräsentativität der Stationsmessung hat einen größeren Einfluss auf den Gebietsniederschlag - Für Teileinzugsgebiete lassen sich mit dem IDW-Verfahren und in einem begrenzten Maße mit dem Thiessen-Polygon-Verfahren räumlich differenzierte Niederschläge ermitteln - Da der Abfluss ein Produkt aus dem Niederschlag ist, werden in der Praxis mit den detaillierteren Verfahren wie dem IDW realitätsnähere Abflüsse berechnet
• Welche Verfahren zur Gebietsniederschlagsberechnung gibt es? - Polygonmethode (Thiessen-Polygone) => Gewichtung von Stationen im Raum durch Polygone (Vielecke) um jeweils eine Station - Inverse Distance Weighting (IDW) => entfernungsgewichtetes Raster orientiertes Verfahren - Arithmetische Mittel (wahrscheinlich unwichtig) - Isohyeten (unwichtig) - geostatistische Verfahren (unwichtig)
• Warum ist eine Gebietsniederschlagsberechnung notwendig? - Niederschlag wird (außer beim Radar) von Messstationen erfasst => Punktmessungen - Bei der Aufstellung von hydrologischen Modellen muss der Punktniederschlag auf die (Einzugsgebiets-) Fläche übertragen werden - Den Gebietsniederschlag erhält man mittels der Übertragung der Punktinformation auf die Fläche unter Berücksichtigung => der Stationslage => der räumlichen Variabilität des Niederschlages
• Erläutere das Prinzip der Radarniederschlagsmessung? - Indirektes Messverfahren - Entsendung und Reflektion elektromagnetischer Wellen - Sukzessive Drehung in einem Vollkreis=> Flächendeckende Niederschlagsmessung
• Welche Niederschlagsmessverfahren gibt es bei der Punktmessung? (+kurze Erläuterung) - Sammelkanne => gesammelte Wassermenge wird täglich manuell abgemessen - Schreibstreifen / Schwimmerprinzip => Wasserstandänderung in einem Zylinder werden mittels eines Schwimmers und eines Schreibarms auf eine Registriertrommel übertragen - Wippengeräte => kleine Regenmengen werden in einem ausbalancierten Gefäß mit zwei Räumen – wie eine Wippe angeordnet, wenn ein Raum voll ist, entleert sich der Behälter  => Der Zeitpunkt des Entleerungsvorgangs wird elektronisch festgehalteng - Pluvio (Wägeprinzip) => Der Pluvio sammelt die Regenmenge und wiegt diese in einem festgelegten Intervall => Wenn von einem Zeitpunkt zum nächsten eine Zunahme des Gewichtes stattgefunden hat, so ist eine genau bestimmbare Menge Niederschlag gefallen
• Was sind bodengestützte Verfahren zur Regenmessung? -  Regenmessung erfolgt durch Auffanggeräte => Regenmesser (Sammlung von Summen in Zeitintervallen) => Regenschreiber (Aufzeichnung des kontinuierlichen Verlaufs             => beides Punktmessung an einem Ort
• Was versteht man unter orographischem Niederschlag? - feuchte Luftmassen werden durch orographische Hindernisse (wie z.B. Berge) in höhere kühlere Schichten gehoben => an der zur Windrichtung zugewandten Seite des Gebirges (Luv-Seite) entstehen durch die Hebung der feuchten Luftmassen lang andauernde Niederschläge => an der zur Windrichtung abgewandten Seite des Gebirges (Lee-Seite) ist die Luft dagegen häufig trocken und es treten nur noch geringe Niederschläge auf
• Was versteht man unter konvektivem Niederschlag? - vertikaler Luftmassenaustausch => kontinuierliche Zufuhr warmer feuchter Luft in höher gelegene kalte Luftschichten führt zu hochreichenden (Haufen)-Wolken => Sommerereignisse: Schauer und Gewitter => Ausdehnung:         zentriert, mehrere kleinere Gewitter können sich jedoch zusammenschließen => Dauer:                    30 –120 Minuten => Intensitäten:          hoch
• Was versteht man unter advektivem Niederschlag? - horizontaler Luftmassenaustausch => stabile Luftschichten werden an den Warm - und Kaltfronten der Tiefdruckgebiete großflächig zur Hebung gezwungen             => Ausdehnung:         weit             => Dauer:                    kurz (Kaltfront) bis lang (Warmfront) [in Stunden] => Intensität:             gering (Warmfront) bis hoch (Kaltfront)
• Was bedeutet das hydrologische Risiko „R“? - Wahrscheinlichkeit, dass innerhalb eines Zeitraumes F ein größeres Niederschlagsereignis als mit der Wiederkehrzeit „TN“ auftritt
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• Was besagt die Wiederkehrhäufigkeit „n“? - Die Wiederkehrhäufigkeit „n“ [1/a] gibt an, wie oft pro Jahr eine Niederschlagssumme „hN“ innerhalb einer Dauerstufe auftritt
• Was besagt die Wiederkehrzeit „TN“? - Die Wiederkehrzeit „TN“ [a] gibt an, alle wie viele Jahre eine Niederschlagssumme „hN“ innerhalb einer Dauerstufe „D“ auftritt => d. h. ein Niederschlagsereignis über z. B. eine Stunde und der Wiederkehrzeit „TN“ = 10 a tritt in 100 Jahren 10x auf => Es tritt nicht alle 10 Jahre auf! => Es kann auch 2x in einem Jahr oder in 20 Jahren kein mal auftreten
• Was besagt die Regenspende „r“? - Niederschlagsmenge pro Zeiteinheit und Fläche
• Was besagt die Niederschlagsintensität „I“? - Niederschlagsmenge pro Zeiteinheit, z. B. [mm/h] => I = hN / D
• Was sagt die Niederschlagssumme „hN“ aus? - Niederschlagsmenge [l/m²] oder [mm] während eines Niederschlagsereignisses oder während einer Dauerstufe „D“

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