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Hydrologie und Wasserwirtschaft (Fach) / Abfluss (Lektion)

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• Erläutere die verschiedenen Strömungsarten! - stationäre Strömung => Die Fließgeschwindigkeit v ist über die Zeit konstant => Wasserstand und Abfluss ändern sich an einem Ort über die Zeit nicht - instationäre Strömung => Die Fließgeschwindigkeit v ändert sich über die Zeit => Wasserstand und Abfluss ändern sich an einem Ort über die Zeit - gleichförmige Strömung => Die Fließgeschwindigkeit v ist zu einem festen Zeitpunkt an den Querschnitten konstant => Es findet keine Beschleunigung oder Verzögerung statt - ungleichförmige Strömung => Die Fließgeschwindigkeit v nimmt zu einem festen Zeitpunkt an den Querschnitten unterschiedliche Größen an - laminare Strömung => Die Flüssigkeitsteilchen bewegen sich nebeneinander auf voneinander getrennten Bahnen, die sich gegenseitig nicht kreuzen. Die Geschwindigkeitsrichtung eines jeden Teilchens stimmt mit der Hauptfließrichtung überein => kleine Geschwindigkeiten, hohe Viskosität (zähflüssig) - turbulente Strömung => Die Flüssigkeitsteilchen bewegen sich regellos durcheinander. Sie haben eine wechselnde von der Hauptfließrichtung abweichende Geschwindigkeitsrichtung => große Geschwindigkeiten, geringe Viskosität (Wasser)  => Turbulente Strömungen haben ein flacheres Geschwindigkeitsprofil als laminare Strömungen
• utere die Charakterisierung eines schießenden und strömenden Abflusses! - schießender Abfluss => geringe Wassertiefen, große Fließgeschwindigkeiten, große Gefälle (Wildbach, Schussrinne) - strömender Abfluss => große Wassertiefen, geringe Fließgeschwindigkeiten, geringes Gefälle => in den meisten offenen Gerinnen und Fließgewässern die vorherrschende Fließart
• Erläutere Oberflächen- und Basisabfluss! - Oberflächenabfluss => Abfluss auf der Oberfläche nach Überschreiten der Infiltrationskapazität - Basisabfluss => Austausch zwischen Grundwasser und Fließgewässer aufgrund des Druckgefälles
• Definiere „Einzugsgebiet“! - Gebiet aus dem Grundwasser einer punktförmigen Fassungsanlage (z. B. Brunnen) oder einem linienförmigen Element (z. B. Dränage oder Gewässerabschnitt) zuströmt => Teileinzugsgebiete sind kleinere, in sich abgeschlossene Gebiete eines Einzugsgebietes
• Was besagt die Abflussspende „q“? - Quotient aus dem Abfluss Q und der Fläche des zugehörigen (oberirdischen) Einzugsgebietes AEo => wird zum Vergleich von Einzugsgebieten verwendet
• Definiere „oberirdische Gewässer“! - das auf der Landoberfläche ständig oder zeitweise fließende oder stehende oder aus Quellen abfließende Wasser => fließende oberirdische Gewässer => stehende oberirdische Gewässer
• Was versteht man unter „Abfluss“ und was sagt in diesem Zusammenhang die „Abflussganglinie“ aus? - Unter dem Abflussversteht man in der Hydrologie das Wasservolumen, das pro Zeiteinheit einen definierten oberirdischen Fließquerschnitt (Abflussquerschnitt) durchfließt - Die Abflussganglinie beschreibt die zeitliche Veränderung des Abflusses an einem Ort  
• Definiere „Wasserstand“! - Der Wasserstand eines Gewässers entspricht der Differenz zwischen dem Wasserspiegel und der tiefsten Gewässersohle. Er hängt vom Gewässerprofil ab und sagt allein nichts über die Wasserführung aus. Er dient weniger zur hydrologischen Charakterisierung als vielmehr der Schifffahrt oder zum Hochwasserschutz.
• Was besagen die „Hauptwerte des Abflusses“? - Die Hauptwerte des Abflusses geben Auskunft über Wasserstände und Abflüsse zu bestimmten Zeiten bzw. zu beobachtete Extremwerte.
• Welche Ziele & Eigenschaften hat die kontinuierliche Messung des Wasserstandes? - Registrierung, Anzeige oder Fernübertragung des Wasserstandes => Möglichst genaue Wiedergabe des Wasserstands an der Pegellatte => Fehlertoleranz soll über den gesamten Wasserstandsbereich ±1 cm nicht überschreiten => überwiegend eingesetzte Einrichtungen: Schwimmer- oder Drucksystem
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• Erläutere das Schwimmer- und das Drucksystem hinsichtlich der kontinuierlichen Messung des Wasserstandes! - Schwimmer => Übertragung von Wasserstandänderungen über Seil, Kette oder Band => Möglichst genaue Wiedergabe des Wasserstands an der Pegellatte => Unterbringung des Schwimmkörpers in Schacht oder Rohr  => Keine Behinderung durch Wind, Wellen, Strömung, Treibgut, Eis - Drucksystem => Wasserstand erzeugt hydrostatischen Druck => Geräte nach dem Einperlverfahren => Ein über einen Luftschlauch angeschlossener Ausperltopf wird über eine Pumpe mit Luft versorgt. Ist der angelegte Luftdruck gleich dem Gegendruck der über dem Ausperltopf liegenden Wasserhöhe, wird die Messung des Luftdruckes ausgelöst und gespeichert. => Druckmessdose Umwandlung des hydrostatischen Wasserdrucks in eine elektrische Größe / Spannung
• Was sind die „Inhalte des neuen Merkblatts zur Hochwasserstatistik“? - Datenbasis für eine Hochwasserstatistik ist mit Unsicherheiten behaftet => Länge der Stichprobe => Ungenauigkeiten des Messverfahrens insbesondere bei großen Abflüssen => Messfehler, Ausuferungen am Pegel, Geschiebetransport - Im neuen Merkblatt wird deshalb die parallele Anwendung mehrerer Methoden empfohlen => Es wird daher von „der bestmöglichen Schätzung der Werte unter Verwendung der zum Zeitpunkt der Berechnung verfügbaren Information“ gesprochen => Die statistischen Verfahren bilden die notwendigen Grundlagen für Aussagen zu Hochwasserwahrscheinlichkeiten und sind durch zeitliche, kausale und räumliche Informationen zu erweitern - Zeitliche Informationserweiterung => Analyse historischer Hochwasserereignisse => Vergleich mit längeren Abflusszeitreihen aus Nachbargebieten - Kausale Informationserweiterung => Berücksichtigung eines hydrologischen Prozessverständnisses => Qualitativer Vergleich mit anderen hydrologischen Daten (z. B. Niederschlag) => Quantitative Informationen aus der Niederschlag-Abfluss-Modellierung - Räumliche Informationserweiterung => Regionalisierungsmethoden => Die kausalen und räumlichen Informationserweiterungen erlauben auch Aussagen für Gebiete ohne Abflussmessungen
• Wofür ist Niedrigwasser relevant? - Entnahme von Wassermengen - Trinkwasserversorgung - Landwirtschaft => Einleitung von Wassermengen - Kläranlagen (Stoffkonzentrationen) - Kraftwerke (Temperatur (Kühlung)) - Bemessung von Speichern (Talsperren) für die Niedrigwasseraufhöhung - Nutzung von Gewässern als Schifffahrtsweg oder für Sport und Freizeit - Einflüsse auf das Ökosystem „Fließgewässer“
• Was besagt der „Direktabfluss“? - Bei der Betrachtung von kurzen Zeitintervallen (Minuten, Stunden, Tage) interessieren in der Regel nur die schnellen Abflusskomponenten => Oberflächenabfluss und => hangparalleler Zwischenabfluss => sie bilden zusammen den Direktabfluss, der dem unmittelbar aus dem Niederschlag gebildeten Abfluss entspricht
• Erläutere den Zusammenhang zwischen „Infiltration“, „Infiltrationsrate“ und der „Infiltrationskapazität eines Bodens“! - Infiltration => Eindringen von Niederschlag in die obere, durchwurzelte Bodenzone. Begrenzung durch Aufnahmefähigkeit des Bodens. - Infiltrationsrate => Anteil des Niederschlages, der in den Boden infiltriert - Infiltrationskapazität eines Bodens => entspricht der maximalen Infiltrationsrate, die ein Boden aufnehmen kann => Die Infiltrationskapazität eines Bodens ist eine zeitlich variable Größe und hängt von der Vorfeuchte des Bodens und der Niederschlagsintensität ab => Bei einem gesättigten Boden stellt sich eine konstante Infiltrationskapazität ein
• Worin besteht der Unterschied zwischen „befestigten Flächen“ und „natürlichen Flächen“? - befestigte (versiegelte) Flächen => der Verlustanteil ist gering => es kommt schnell zum Direktabfluss => nach Überschreiten der Anfangsverluste bleibt der Anteil des Direktabflusses während eines Niederschlagereignisses annähernd konstant - natürliche Flächen => der Verlustanteil ist größer und hängt von der Infiltrationskapazität des Bodens ab => es kommt erst bei stärkeren Niederschlägen zum Direktabfluss => nach Überschreiten der Anfangsverluste nimmt der Anteil des Direktabflusses bei ausreichend großen Niederschlägen (größer als die aktuelle Infiltrationskapazität des Bodens) zu => die Infiltrationskapazität des Bodens nimmt mit fortlaufender Niederschlagsdauer- und -menge ab
• Erläutere das „Abflussbeiwertverfahren“! - Der effektive Niederschlag wird ins Verhältnis zur Gesamtniederschlagsmenge gesetzt => Es handelt sich um einen Ansatz, der alleine von der Niederschlagshöhe und nicht von der Niederschlagsintensität oder der zeitlichen Verteilung des Niederschlages abhängt - Der Abflussbeiwert Ψ hängt vom Bodentyp und der Bodenoberfläche ab => Dieser einfache Ansatz wird insbesondere in der Urbanhydrologie / Stadtentwässerung verwendet, da dort aufgrund der hohen Befestigungsgrade die Verluste eine untergeordnete Rolle spielen - Das Abflussbeiwertverfahren kann mit weiteren Ansätzen (z. B. Berücksichtigung von Anfangsverlusten) kombiniert werden - Der mittlere Abflussbeiwert Ψ von Einzugsgebietsflächen kann verwendet werden, um das direkte Abflussvolumen VD aufgrund eines Niederschlages berechnen zu können - gemessene Niederschlags- und Abflussvolumina können verwendet werden, um den Abflussbeiwert Ψ eines Niederschlag-Abfluss-Ereignisses in einem Einzugsgebiet zu berechnen
• Definiere „Abflusskonzentration“! - Transformation des Effektivniederschlages in die Ganglinie des Direktabflusses aus einem oberirdischenEinzugsgebiet => Der effektive Gebietsniederschlag ist mit Hilfe eines Verfahrens zur Abflussbildung aus dem gemessenen Niederschlag zu berechnen => Zu Ermittlung der Gesamtabflussganglinie muss zur Direktabflussganglinie noch der Basisabfluss hinzugerechnet werden
• Erläutere den „Einzellinearspeicher“! - zur Ermittlung von Einheitsganglinien werden auch häufig Speicher-und Speicherkaskadenmodelle verwendet => Beim Einzellinearspeichergilt, dass der Ausfluss q stets proportional zur Wassermenge S ist, die in einem Speicher gespeichert wird
• Erläutere die „Speicherkaskade“! - mehrere in Reihe hintereinander folgende Einzellinearspeicher bilden eine Speicherkaskade => Durch eine Speicherkaskadekönnen gegenüber einem Einzellinearspeicher nicht lineare Zusammenhänge abgebildet werden
• Erläutere die „parallele Speicherkaskade“! - Bei parallel geschalteten Speicherkaskaden kann die Systemantwort in schnelle und langsame Abflusskonzentrationsprozesse aufgeteilt werden

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