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Grundlagen der Hydrologie (Subject) / Lernkontrolle Fragen (Lesson)
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- Unterschreitungswahrscheinlichkeit (Weibull) Femp= m/(n+1)
- Richardsengleichung -gibt vertikale eindimensionale Form und normale
- Darcy Gesetz - empirisches Gesetz -> kein theoretischer / physikalischer Hintergrund - Messung der Flussrate Q= k*A* Δh/L = k*I*A Q Fließrate (L³/T)A Querschnitt (L²) I Gradient (-) k Proportionalitätskonstante -> hydraulische Leitfähigkeit (L/T)L Länge
- Osmotisches Potenzial Ψ0 abhängig von gelösten Salzen
- Welche Niedrigwasser-Kennwerte gibt es? Wofür werden sie benötigt? - NMQ- NMxQ - Planung/Vergabe von Wasserrechten• Bewässerung in der Landwirtschaft• Erlaubnis von Einleitungen nur bei Q > MNQ• Erlaubnis von Kühlwasserverwendung- Ökologische Auswirkungen Minimieren - Restwassermenge–> Wasserkrafterlass Baden-Württemberg: Mindestabfluss nicht geringer als 1/6 von MNQ
- Welche Folgen hatte das extreme Niedrigwasser im Jahr 2003 (und das 2015) für die Ökologie und für die (Wasser-)wirtschaft? - Keine Entnahme aus Gewässern - Fische mussten umgesiedelt werden, viele starben - Kläranlagen arbeiten besser bei höheren Temp- Austrocknung der Auen, Auenwälder -> Temporäres Siedlungsgebiet für Pionierpflanzen- Landwirtschaft -> Bewässerung -> manchmal Konflik mit Gewässerschutz- Schifffahrt eingeschränkt - Elektrizitätwerk ->Einbußen bei Laufkraftwerken -> durch alpine Speicherkraftwerke kompensiert
- Welche Klassifikationsmöglichkeiten gibt es für Seen? - See im engeren Sinne: Wassertiefe > 2 m (Tiefsee), Litoral- und Profundalregion- „Als See bezeichnet man eine allseitig geschlossene, in einerVertiefung des Bodens sich befindende, mit dem Meer nicht in direkter Kommunikation stehende Wassermasse.“- natürliche Entstehung - perennierendes Gewässer - Zu- und Abfluss natürlich, nicht entleerbar- Litoral- und Profundalregion - Ausbildung von Epi -und Hypolimnion im Sommer
- Typologien von Seen • morphologisch– nach Entstehungsgeschichte• thermisch/zirkulatorisch– nach Wärmehaushalt und Durchmischung (Mixis)• trophisch– nach Stoffhaushalt
- Wie entstehen Seen? - endogene Becken -> tektonisch angelegte Hohlformen (Regressionsseen,Verbiegungs- /Verschiebungseen, Bruch- und Grabenseen)-> vulkanische Hohlformen (Kraterseen,Maare)- exogene Becken ->Übertiefungshohlformen (Erosionswannen,Exarationswannen, Karseen, Deflationswannen, Lösungsseen, Schmelzwannen, Meteorkrater, Abbauseen->Abdämmungshohlformen (Bergsturzseen, Lavadammseen, Moränenstauseen / Zungenbeckenseen, Gletscherseen, Flussdammseen, Strandwallseen, Biogene Seen, Talsperren (anthropogen)
- Welche Mixistypen gibt es, warum und wann mischt sich Seewasser? • Seen unterscheiden sich bezüglich ihres Durchmischungsverhalten• Faktoren für Durchmischung:– Zirkulation (Wind)– Thermik (Wärmetransport)- Thophiegrad/Bioproduktion -> oligotroph(kl), mesotroph, eutroph, polytroph (gr), dystroph (Kalkmangel, Anreicherung von Humuskolliden -> Braunwässer)- Mischt sich nur wenn es Epilimnion und Hypolimnion gibt - Mischtypen -> kalt monomiktisch (nur im Sommer), dimiktisch, warm monomiktisch(nur im Winter), oligomiktisch (unregelmäßig), warm polimiktisch(mehrmals, täglich, z.B. immer nachts), kalt polimiktisch Meromiktische Seen -> nie in Vollständiger Zirkulation Dimiktische Seen -> In bestimmter Zeit in Vollzirkulation (Frühjahr, Herbst)
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- Warum sind Feuchtgebiete gefährdet? - Wurden früher für Landwirtschaft trocken gelegt - galten als gefährlich - drastische Abname
- Wie können Feuchtgebiete charakterisiert werden? • Küstenfeuchtgebiete (marine)• Feuchtgebiete an Flussmündungen (estuarine),• Feuchtgebiete an Fließgewässern (riverine),• Feuchtgebiete an Stillgewässern (lacustrine)• Sümpfe im weitesten Sinne (palustrine)Ramsar-Klassikation (drei Gruppen):• marine/coastal wetlands• inland wetlands• human-made wetlands
- Welche Typen von Feuchtgebieten gibt es? Allgemeine Definition -> verschiedenste Typen– Seen, Weiher, Flachwasserbereiche– Tümpel, Periodische Weiher– Hochmoore (offen oder waldbestanden)– Niedermoore, Sümpfe– Feuchtwiesen– Quell- und Hangmoore– Auen (Riparian Zones)
- Welche Funktionen haben Seen und Feuchtgebiete im Landschaftswasserhaushalt? -> Hydrologie- Niedrigwasserauferhöhung - Hochwasserdämpfung - wichtiger Bestandteil des Wasserkreislauf - Retentionsfunktion- Beitrag zur GWneubildung - Sediment- und Nährstoffablagerung in Auenbereich - Erosionsschutz durch Uferbefestigung -> Sozio-Ökonomie - Verbesserung der Wasserqualität - Erholungswert- Ressource für Nahrung und Wirtschaft - Verbesserung der Luftqualität - Schwermetallablagerungen - Kohlenstoffsenken durch Akkumulation org Bestandteile - Methanproduktion -> Biota und Habitat - Nährstoffquelle und -senke- Erhöhung der Artenvielfalt und Landwirtschaftsdiversität - Lebensraum für seltene Flora und Fauna - hohe Primär- und Sekundärproduktion
- Wofür benötigt man hydrologische Modelle? - Bedarf ->wo keine Möglichkeit zu messen oder keine Messung vorhanden - Räumlich -> Standorte oder Einzugsgebiete ohne Messung/Pegel- Zeitlich -> Echtzeit-Vorhersage-> Zukunftsprognosen
- Welche Typen von Modellen gibt es? • Analogmodell,Wahrnehmungsmodell• Datenbasiertes (empirisches, statistisches) Modell• Deterministisches Modell
- Nennen und beschreiben sie ein einfaches, datenbasiertes, hydrologisches Modell. -Einheitsganglinie - beschreibt den Direktabfluss der bei einem effektiven Einheitsniederschlag- Die Bestimmung der unbekannten Werte der Einheitsganglinie (U) erfolgt empirisch durchden Vergleich eines resultierenden, gemessenen Direktabflusses (QD) eines Gebietes und dem verursachenden Einheitsniederschlag (P) nach
- Warum gibt es Unsicherheiten in den Abfluss-Vorhersagen mit hydrologischen Simulationsmodellen? - Kein Gedächtnis,Vorbedingungen nicht berücksichtigt- Die Verlässlichkeit der Abflussvorhersagen nimmt - entsprechend den verwendeten Wettervorhersagen - mit zunehmendem Vorhersagezeitraum ab- Die Abflussvorhersagen für kleinere Flussgebiete (Einzugsgebiet kleiner als etwa 500 km2) sind mit zusätzlichen Unsicherheiten behaftet, da kleinräumige Niederschlagsstrukturen von den Wettermodellen nur überschlägig erfasst werden- In der Wettervorhersage werden deshalb zunehmend „Ensemble-Vorhersagen“ eingesetzt, d.h. mehrere parallel erstellte und als gleich wahrscheinlich anzusehende Wettervorhersagen, die eine Bandbreite der möglichen Entwicklungen aufzeigen
- def Hydrologie • Hydrologie ist die Wissenschaft vom Wasser• Sie beschäftigt sich mit der räumlichen und zeitlichen Verteilung des Wassers hinsichtlich seiner Menge und Güte auf, über und innerhalb der Erde.• Aktuelle Fragen an die hydrologische Wissenschaft schließen Auswirkungen von Änderungen in Klima, Umweltbedingungen und Sozioökonomie auf den Wasserkreislauf ein.• Hydrologie verbindet naturwissenschaftliche Methoden mit angewandter Umweltforschung und liefert wichtige Planungs- und Entscheidungsgrundlagen für Wasserwirtschaft, Trinkwasserversorgung, Hochwasserschutz oder Gewässerschutz.
- Wie entstehen Hochwasserprognosen? 1. DAten sammeln 2. Daten kontrollieren -> Lücken,...3. Vorhersagen machen -> Modelle4. Ergebniss interpretieren
- hydrologisches EZG Wasserzustrombereich, aus dem das Wasser dem selben Gerinne zufließt und an einem Punkt, dem Wasserscheidendurchbruch, zum Abfluss kommt
- Systemeigenschaften eines EZG - stabil:- Physiographie/ Morphologie• Böden• Geologie - instabil:• Wetter/hydroklimatische Faktoren• Vegetation• Landnutzung
- Gliederung eines EZG - Hänge - Quellen / Quellbereiche - Gewässernetz (Ober-, Mittel-, Unterlauf) - Kopfeinzugsgebiete werden gesondern untersucht -> in höheren Lagen oft vergletschert
- LAI - Leaf Area Index (Blattflächenindex)- Summe der Blatt/ Nadeloberfläche im Verhältnis zur Abdeckung des Bodens durch die Krone - Einflussfaktoren -> Ereignisgr -> Ereignishäufigkeit -> Schnee & Regen -> Bestandes- & Laubdichte -> Sommer oder Winter -> Vegetation -> Nadelbaum o. Laubbaum
- Berechnung Interzeption Itot= c(a+b*Ptotn)n- von Vegetation abhängig Ptot- kumulierte Regenmenge über die Regendauera,b,c - Faktoren, abhängig vom Vegetationstyp - Kann Interzeption mittels LAI und N- charakteristika modellieren
- Verdunstung abhängig von.. - Differenz zw. Dampfdruck an Oberfläche und oberflächennahen Luft - Menge an abtransporierten Wasserdampf in der Luft -> Wind - Wasser in der Luft
- Energiebilanzgleichung Rn+H+G+LE = 0 - Nettostrahlung + fühlbarer Wärmestrom + Bodenwärmestrom + latener Wärmestrom = 0
- Evaporation offener WAsserfläche - Dalton E0 = c*u *(VPD) (DAmpfdruckdefizit -> WAsseroberfläche zu Atmos)u Windgeschwc Einheitenkoeffizient
- Offene WAsserflächen Evaporation PAN - E = ce* Ep (mm/d) ce pan koefficent , Ep pan evaporatin
- Direkte Messung Verdunstung _ claas A pan Verdunstungspfanne - Anmometer -> evaporimeter mit tägl. ablese - Lysimeter-> bodenmonolith-"Direkte" Messung - Wasserbilanz -> Rechnung - Turbulenz Korrelations Methode (Eddy flux) -> berechnung der des Wasserdampfes in der Luft - Ansätze Berechnung - Temperaturindex Verfahren - Massentrasport - Energiebilanz - kombinierte Ansätze
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- Hysterese - Zurückbleiben einer Wirkung hinter der sie verursachenden veränderlichen Kraft - Saugspannung bei Entwässerung nimmt zu -> zuerst Grobporen dann Feinporen - bei Bewässerung ab -> zuerst Feinporen
- Wie viel Wasser ist im Boden ? - Gravimetrische Betimmung: Ofentrocknung bei 105 Grad - Probe vor und nach Trocknung wiegen
- Schneeschmelze - jahreszeitliche Ablation -> Solarstrahlung - ROS -> latente Wärme -> sensible Wärme -> advektionsenergie