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Grundlagen der Hydrologie (Subject) / Übungen (Lesson)
Übungsaufgaben
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- Wie hoch ist die Verdunstung für ein Einzugsgebiet anzusetzten, wenn der Gebietsabfluss mit 850 mm/a, der Gebietsniederschlag mit 1560 mm/a und die Speicheränderung (Speicherzunahme) mit 60 mm/a bestimmt wurde? Wie hoch ist die reale Verdunstung anzusetzten, wenn zusätzlich 75 mm/a für die Trinkwasserentnahme aus dem Einzugsgebiet entnommen wurden? - Allgemein Wasserhaushaltsgleichung N = A+V +/- ΔSV = N - A - S V = 1560 - 850 -60 = 650
- Während eines sommerlichen Ereignisses werden über einem abgeernteten, ebenen Ackerboden 20,0 mm Niederschlagshöhe gemessen. Davon gelangen ereignisbezogen 2,0 mm über den Verdunstungsvorgang direkt in die Atmosphäre. Weitere 2,0 mm verbleiben als Benetzungs- bzw. Muldenverlust an der Bodenoberfläche. Der Boden ist isotrop, hat eine mittlere effektive Porosität von 21% und weist Feldkapazität auf. b) Um welchen Betrag steigt der Porengrundwasserspiegel unter der Annahme einer großräumig stattfindenden, gleichmäßigen Infiltration und keinem Verlust des perkolierenden Wassers an die Bodenmatrix? 20 mm (Niederschlagshöhe) – 2 mm (direkter Verdunstungsverlust) – 2 mm (Benetzungs- bzw. Muldenverlust an der Bodenoberfläche) = 16 mm→ 16 mm / (21 / 100) = 76,2 mm = 7,62 cmDer Porengrundwasserspiegel steigt unter den genannten Bedingungen um 7,62 cm an.
- Prestley Taylor - Berechnung Ep- empirischen Ansatz zur Bestimmung der potentiellen Evapotranspiration für Referenzbewuchs.- Ansatz basiert auf auf dem Sättigungsdampfdruck, welcher von der Temperatur abhängig ist.
- Energiebilanz Verdunstung - Antrieb für die Verdunstung- unbewachsene Fläche oder eine Fläche mit kurzem Grasbewuchs berechnet werden- solare Einstrahlung bestimmt die Energiebilanz
- Lysimter - aktuelle Evapotranspiration- Bodenwasserhaushaltsgrößen wie Versickerung und Verdunstung über das Wiegen des Lysimeters oder die Wasserbilanz des Lysimters erfasst
- Abfluss Abfluss aus einem Einzugsgebiet ist die Menge an Wasser (Wasservolumen) die innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit am betrachteten Gewässerquerschnitt (meistens der Pegel) abfließt. Der Abfluss wird normalerweise als l/s (Liter pro Sekunde) oder bei großen Abflüssen als m³/s (Kubikmeter pro Sekunde) angegeben.
- Abflussspende Die Abflussspende ist die Wassermenge in l/s die in einem Einzugsgebiet bezogen auf die Einheitsfläche von 1 km² abfließt. Die Abflussspende wird also als l/(s*km²) (Liter pro Sekunde und Quadratkilometer) angegeben. Die Abflussspende eignet sich, um Einzugsgebiete verschiedener Größe besser miteinander vergleichen zu können. Einflussfaktoren auf die Abflussspende sind unter anderem die Geologie, Evapotranspiration aber auch der Niederschlag
- Abflussbeiwert Der Abflussbeiwert ist der Quotient aus Direktabfluss und Niederschlag. Da der Direktabfluss immer kleiner ist als der verursachende Niederschlag gilt: 0 ≤ Abflussbeiwert ≥ 1. Ist der Abflussbeiwert 0, kommt kein Niederschlagswasser direkt zum Abfluss. Alles Niederschlagswasser verbleibt also im Einzugsgebiet. Bei einem Abflussbeiwert von 1, kommt das gesamte Niederschlagswasser direkt zum Abfluss. Multipliziert mit 100 kann der Abflussbeiwert auch in % angegeben werden und somit der prozentuale Anteil des Niederschlags der direkt zum Abfluss kommt, bzw. der Anteil der im Einzugsgebiet gespeichert wird.
- Direktabfluss Unter Direktabfluss versteht man das Niederschlagswasser das den Vorfluter kurz nach, oder sogar während dem Regenereignis erreicht und somit die Menge des schnell abfließenden Wassers einer Hochwasserwelle darstellt. Der Direktabfluss wird ganz allgemein in Schnellen Direktabfluss und Verzögerten Direktabfluss unterteilt. Beim schnellen Direktabfluss handelt es sich um Oberflächenabfluss, der meist von versiegelten sowie den gewässer- und grundwassernahem Bereichen, sogenannten Sättigungsflächen des Einzugsgebiets entstammt. Bei hohen Niederschlagsintensitäten und hohem Bodenwassergehalt kann Oberflächenabfluss auch auf größeren Flächen des Einzugsgebiets entstehen. Beim verzögerten Direktabfluss wird ganz allgemein von Zwischenabfluss (Interflow) gesprochen. Dieser entsteht als bodeninnerer lateraler Abfluss bei geschichteten Böden unterschiedlicher Durchlässigkeiten oder in anderen Bereichen hoher Durchlässigkeit (z.B. Makroporen)
- Basisabfluss Der Basisabfluss ist der Teil des Abflusses, der meist langsam und zeitverzögert zum Abfluss kommt. Der Basisabfluss kommt aus dem Festgestein sowie der Zersatz- und Auflockerungszone des anstehenden Gesteins. Das Kluftsystem der Festgesteine stellt den Speicherraum für den Basisabfluss dar. Langsam abfließende Komponenten des Interflow können aber auch zum Basisabfluss beitragen. Der Basisabfluss ist in längeren Trockenperioden die einzige kontinuierlich fließende Abflusskomponente.
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- Mit einem Stechzylinder wurde eine Bodenprobe mit einem Volumen von 75,0 cm³ entnommen. Das Gewicht der im Feld genommenen Bodenprobe beträgt 150,79 g. Nach Aufsättigung im Labor wiegt die gesättigte Bodenprobe 153,67 g. Die im Trockenofen getrocknete Bodenprobe wiegt 126,34 g. Unterstelle eine Dichte des Wassers von 0,998103 kg/l. a) Wie groß ist die Lagerungsdichte der Probe und die Bodenporosität? b) Welchen Wert hat die volumetrische Bodenfeuchte bei der Entnahme der Probe in %? Volumen Stechzylinder - Vges : 75,00 cm³Masse der Bodenprobe im Feld - Mfeld : 150,79 gMasse der Bodenprobe gesättigt - Msat : 153,67 gMasse der Bodenprobe getrocknet - Mgetr 126,34 g𝐷𝑖𝑐ℎ𝑡𝑒 𝑊𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟: 𝜌=0,998103 𝑔𝑐𝑚3 a) Lagerungsdichte: 𝑴𝒈𝒆𝒕𝒓/𝑽𝒈𝒆𝒔= 𝟏𝟐𝟔,𝟑𝟒 𝒈/𝟕𝟓 𝒄𝒎𝟑=𝟏,𝟔𝟖 𝒈𝒄𝒎𝟑Porosität: 𝑽𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓/𝑽𝒈𝒆𝒔∗𝟏𝟎𝟎%Masse Wasser (nach Sättigung): 𝑴𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓= 𝑴𝒔𝒂𝒕−𝑴𝒈𝒆𝒕𝒓= 𝟏𝟓𝟑,𝟔𝟕 𝒈−𝟏𝟐𝟔,𝟑𝟒 𝒈=𝟐𝟕,𝟑𝟑 𝒈Volumen Wasser: 𝑽𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓= 𝑴𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓/𝝆= 𝟐𝟕,𝟑𝟑 𝒈/𝟎,𝟗𝟗𝟖𝟏𝟎𝟑 𝒈𝒄𝒎𝟑=𝟐𝟕,𝟑𝟖 𝒄𝒎𝟑Porosität: 𝑽𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓/𝑽𝒈𝒆𝒔∗𝟏𝟎𝟎%= 𝟐𝟕,𝟑𝟖 𝒄𝒎/𝟑𝟕𝟓 𝒄𝒎𝟑∗𝟏𝟎𝟎%=𝟑𝟔,𝟓𝟏 % b) Volumetrische Bodenfeuchte:Masse Wasser (Feld): 𝑴𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓= 𝑴𝒇𝒆𝒍𝒅−𝑴𝒈𝒆𝒕𝒓= 𝟏𝟓𝟎,𝟕𝟗 𝒈−𝟏𝟐𝟔,𝟑𝟒 𝒈=𝟐𝟒,𝟒𝟓 𝒈Volumen Wasser: 𝑽𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓= 𝑴𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓/𝝆= 𝟐𝟒,𝟒𝟓 𝒈/𝟎,𝟗𝟗𝟖𝟏𝟎𝟑 𝒈𝒄𝒎𝟑=𝟐𝟒,𝟓𝟎 𝒄𝒎𝟑Vol. Bodenfeuchte: 𝑽𝒘𝒂𝒔𝒔𝒆𝒓/𝑽𝒈𝒆𝒔∗𝟏𝟎𝟎%= 𝟐𝟒,𝟓𝟎 𝒄𝒎/𝟑𝟕𝟓 𝒄𝒎𝟑∗𝟏𝟎𝟎%=𝟑𝟐,𝟔𝟔 %