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Grundlagen der Hydrologie (Subject) / Lernkontrolle Fragen (Lesson)

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• Hypolimnion - untere, nur durch interne Wellen & deren Ausgleichsströmungen bewegte und bei 3,98ºC homogene kalte Wasserschicht, in geschichtet stehenden Gewässern
• Epilimnion - obere erwärmte, stark bewegte Wasserschicht in geschichteten stehenden Gewässern
• intermittierend Fließgewässer besitzt trockene Phasen (Zeit ohne Abfluss)
• perennierend Fließgewässer hat ganzes Jahr Abfluss
• Wo bekommt man in Deutschland Abflussdaten? - Landesämter (in Deutschland)– LUBW (wird heute als Auftragsarbeit an Ingenieurbüros vergeben)• Bundesämter (Bundeswasserstrassen)• Forschungsinstitute und Universitäten-> Abflussdaten sind Aufgabe der Bundesländer
• Welche Daten zeigen Abfluss-Informationssysteme? - Wasserstand - Abfluss- Niederschlag - Wetterdaten
• Wie bildet sich Schneeniederschlag (unter welchen Bedingungen)? - Wasserdampf in der Luft - kühlt sich ab und kondensiert - ist Umgebungstemp kalt genug dann frieren Wassertröpfchen - dadurch steigt Umgebungstemp um Wassertröpfchen kurz an und Tröpfchen werden kurz zu Dampf und dann sofort zu Kristallen
• Welche Faktoren beeinflussen die Schneeakkumulation? - Höhenlage - Wind - Vegetation - Topografie
• Welche Faktoren beeinflussen die Schneeschmelze? - Topografie -> Höhenlage, Beschattung (benachbarte Topografie), Exposition (einfallende Solarstrahlung, Windgeschw.) -> Hangneigung - Bewölkung- Albedo der Schneeoberfläche- Vegetation - Regen (bei ROS Ereignissen)
• • Welches Konzept verbirgt sich hinter dem Taggradverfahren (auch: Temperaturindex Verfahren genannt)? Einfaches Taggradverfahren Modell• Einschichtmodell• Input: Lufttemperatur, Niederschlag, AlbedoM= a*(T0-TGRENZ)* Δt/24 M Schmelzaufkommen (mm/Zeitintervall) a Schmelzkoeffizent (ºC/mm*Zeitintervall) T0 Mitteltemp über Zeitintervall (ºC)TGRENZ definierte Grenztemp für Schmelzeinsatz (meist 0ºC) (ºC)Δt Zeitintervall, auf das sich Schmelzaufkommen bezieht
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• Wie bildet sich Gletscherabfluss? - Ablationszone -auftauen in der ablationszone durch Sonneneinstrahlung, herunterrutschen des Eises in tiefer gelegenen Gegenden -> Wärme temp 
• Welche charakteristischen zeitlichen Schwankungen hat der Abfluss eines Gletscherbachs? - um die Miitagszeit (12-16) peak bzw höchster Abfluss
• Beschreiben sie eine Abflussganglinie bei Hochwasser (Hochwasserganglinie) - ansteigender Ast - HWscheitel- Absteigender Ast - Trockenwetterabfluss- Direktabfuss- Basisabfluss- Hwdauer -> HWanstieg, HW Abfall
• Was gibt es bei Abflussdaten kritisch zu prüfen? (Hochwasser) - HWabfluss ist schwer zu betimmen - anderes Fließverhalten bei gleichem Abfluss- Fehler -> Schreibfehler, Fehlercode kennen
• Welche Hochwasserkennwerte gibt es? - HW Häufigkeiten - HW Stand (cm,m)- HW Scheitelabfluss (m³/s)- Abflussfracht (m³)- Anstiegsgeschwindigkeit (cm/h) - HW Dauer (h)- HW Ganglinie - Fließgeschw (m/s)- Schleppspannung (N/m²)- Fortpflanzungsgeschw der HW Welle (km/h) - Abflussbeiwert
• Wie wird die Hochwasserhäufigkeit bestimmt? Was bedeutet ein „100-jährliches Hochwasser“ 1) Vorbereitung: Von Tagesdaten zu Jahreshochwasser2) Unterschreitungswahrscheinlichkeit (mit Weibull)3) Wiederkehrperiode berechnen4) Beobachtete Jahreshochwasser und deren Wiederkehrperioden darstellen- Grafisch, Tabelle, mit Weibull -HQ100: Abflusswert, der mit einer Wiederkehrperiode von 100 Jahren erreicht oder überschritten wird
• Was sind Nutzen und Grenzen von historischen Hochwasserdaten? - Kann dadurch lange Zeitspanne betrachten und Rückschlüsse/ Prognosen für die Zukunft machen Grenzen: - Genauigkeit der Informationen- Qualitative Daten –> zu quantitativen Daten- Homogenität –> Damit beträchtlich grössere Abflüsse entstehen, sind wohl andere hydrologische Prozesse involviert• Stakonarität –> Klimawandel–> Grosse Landnutzungsänderung im letzten Jahrhundert–> Gerinne verändert
• Welches sind wichtige (dominante) Prozesse der Abflussbildung bei Hochwasser? - wo Bereiche mit geringer Infiltrationskapazität (Zeitabhängig, zeitunabhängig)- gesättigte Bereiche -> permanent, saisonal, während des Ereignisses
• Welche hydrologischen Prozesse beeinflussen Zeit und Höhe des Niedrigwasserabflusses? - Reduzierter Input -> Trockenperiode (Sommer-Niedrigwasser)-> Kälte und Speicherung Niederschlag als Schnee oder Eis (Winter-Niedrigwasser) - Reduzierter Speicherausfluss -> geringe Speicher im EZG -> leere SpeicherWetter und Klima– beeinflussen die Niedrigwasserzeit– Auftreten und Andauer-> Zeitliche Komponente• Speichereigenschaften des Einzugsgebiets– beeinflussen die Niedrigwasserabfluss– beeinflussen Persistenz->  Menge/Dauer
• Welche Einzugsgebietseigenschaften bewirken eine Erhöhung der Niedrigwasserabflussspende? - hohe Speicherkapazität und gefüllter Speicher
• Warum kommt der Infiltration so große Bedeutung zu ? - Beeinflusst maßgeblich alle Komponenten der Wasserbilanzgleichung
• Was ist der Unterschied zwischen Haftwasser und Grundwasser? - Haftwasser wird entgegen der Schwerkraft in Poren gehalten-> setzt sich aus Adsorptionswasser und Kapillarwasser (häufig aus Grundwasser) zusammen - GW -> unterirdisches Wasser, das Hohlräume ausfüllt und Schwerkraft unterliegt
• Aus welchen Teilpotentialen setzt sich das hydraulisch Potential (ψH) zusammen ? Definiere die Begriffe der einzelnen Teilpotentiale. ΨH= Gravitationspotenzial Ψz + Matrixpotenzial Ψm Ψz- Von Bodenoberfläche abwärtsgerichtete Lageenergie, an Grundwasseroberfläche = 0 Ψm- Saugspannungskräfte, wassergehaltsabhängig
• Feldkapazität Unter Feldkapazität versteht man die Wassermenge, die ein zunächst wassergesättigter Boden gegen die Schwerkraft nach 2 bis 3 Tagen noch halten kann
• Permanenter Welkepunkt - Austrocknungsgrad des Bodens, Menge an Wasser, welches vom Boden zurückgehalten wird und nicht für Pflanzen zugänglich -> wird Punkt überschritten => Welken Pflanzen
• Gesamtpotenzial Ψ=Ψz+Ψm+Ψ0+Ψg
• Gaspotenzial ΨG: Gasdruckverhältnisse im Boden
• Auen - Hydrologie: ständig wasserführend durch GW und Fluss- Böden: org/mineralisch -> Auenböden: Vega, Paternia etc - Vegetation: Bäume, Sträucher
• Feuchtwiesen -Hydrologie: trocken, nur bei Überflutung/ Regenereignissen gesättigt- Böden: hauptsächlich mineralisch - Vegetation: Gras
• See - Wassertiefe > 2m  -> ansonsten Weiher - Hydrologie: führen ganzes Jahr Wasser - Böden: mineralisch/ org- Vegetation: im Uferbereich >Schilf, ansonsten relativ gering, da gr. Wassertiefe
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• Hochmoore - Hydrologie: Niederschlag einzigste Wasserquelle- Böden: rein org. & nährstoffarm, sauer - Vegetation: Kraut- und Strauchvegetation, Büsche und Bäume -> kein Nährstoffinput durch GW -> fleischfressende Pflanzen z.B. Sonnentau
• Tümpel - Hydrologie:  führen meist nur im Winter/ Frühling Wasser -> Schneeschmelze isoliert, gespeist durch GW und Oberflächengewässer, bilden sich in Mulden aus, keine Raubfische - Böden: org/ mineralisch - Vegetation: einjährige Pflanzen dominieren
• Quell- / Hangmoore - Hydrologie: permanent gespeist durch Quellen und diffus auftretendes GW - Böden: Mineralisch ("Hanggley","Quellengley")- Vegetation: Kraut- und Strauchvegetation, Büsche, Bäume
• "Rationa Method" - erstes N-A Modell Qp= C*A*R Qp- Scheitelabfluss C- Empirischer Parameter A- EZG FlächeR- Gebietsniederschlag
• Niedermoore - Hydrologie: permanent gespeist von Oberflächengewässern und GW - Böden: org., reich an Nährstoffen - Vegetation: Gras-, Kraut- und Strauchvegetation
• Modell Identifikation 1. Daten analysieren 2. Modellauswahl/ - Entwicklung 3. Zielfunktion definieren 4. Parameterschätzung und Kalibrierung 5. Sensitivitätsanalyse -> zurück zu 2 wenn man merkt das Modell nicht optimal ist 6. Unsicherheitsanalyse-> Modellverbesserung 7. Modellanwendung
• Nash Sutcliffe Efficiency Wie gut Modell ist E= 1- ∑Tt=1(Qt0 - Qtm)²          ∑Tt=1 (Q0t- Q-0)² t= Zeitabschnitt, Q0 = beobachteter Abfluss, Qm = modellierter AbflussE hat Spannweite von -∞ bis 1E=1 ist perfekt übereinstimmung der Q's E= 0 Qm ist so gut wie Mittelwert von Q0E< 0 schlechter als Mittelwert -> Modell kann verworfen werden
• HOF 2 - geringere Niederschlagsintensität als HOF1 -> höhere Bodendurchlässigkeit -> Boden nimmt erstmal gesamtes Wasser auf -> aufgrund erhöhter Bodenfeuchte nimmt Infiltrationsrate ab -> zeitl. versetzter Oberflächenabfluss
• THOF - temporary Hortonian overland flow - entsteht durch zeitweise verminderter/ verhemmter Infiltration des Oberbodens -> z.B. starke Austrocknung, dadurch Benetzungswiderstand der Bodenpartikel oder durch chem. Substanzen, nach Waldbrand
• HOF 1 - Hortonian overland flow - hohe Niderschlagsintensität, aber Boden undurchlässig -> kaum Infiltration -> viel Oberflächenabfluss
• HOF = Hortonsche Abflussprozesse (HOF1/HOF2) - entsteht wenn Niederschlagsintensität, momentane Infiltrationsrate des Bodens übersteigt
• SOF1 - gesättigter Oberflächenabfluss-> wenn nach Sättigung des Bodens Speicherkapazität erschöpft ist - Bei Böden die rasch gesättigt sind - Böden mit gr Sättigungsdefizit lösen SOF2 oder SOF3 aus - Wasserzugabe fließt sofort ab, egal welche Niederschlagsintensität vorhanden
• SSF - Subsurface Flow- Fließprozesse im Boden (6 versch.) - 1. Matrix flow- 2. Makroporen  Fluss- 3. Pipe flow- 4. flow in high permeable layers - 5. GW fluss- 6. Deep Percolation
• Kapillare Steighöhe n = (2σ*cos (α)) / (rk*g*(pw-pc)) σ Oberflächenspannung rk Radius Kapillare g Erdbeschleunigung pw Dichte Wasser pl Dichte Luft α Benetzungswinkel Wasser/Kapillarwand ,
• RF - Return Flow - in Boden infiltriertes Wasser, welches kurz danach an anderer Stelle wieder an die Oberfläche erscheint - Konzentriert aus Pipes oder Makroporen, diffus aus Hängen aufgrund von Gefällewechsel oder Verdichtungshorizonte
• Gliederung eines EZG - Hänge - Quellen/Quellbereiche - Gewässernetzt (Ober-, Mittel-, Unterlauf) - KopfEZG (höchstgelegener Teil der durch Wasserscheiden abgegrenzten Quellengebietes eines Fließgewässers, in (Hoch)Gebirgsregionen oft vergletschert) - FlussEZG
• Schneewasseräquivalent (SWE) - Gewicht des Schnees ausgedrückt als Höhe flüssigen Wassers über die Einheitsfläche -> Schneedichte *Schneetiefe -> zw 0,10g/cm³ bis 0,40g/cm³
• autochthone Flüsse Entspringen unter gleichen Umweltbedingungen
• allochthone Flüsse Entspringen in versch. Klimazonen
• Hydraulisches Potenzial ΨH= ΨM + ΨZ

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