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Grundlagen der Hydrologie (Fach) / Lernkontrolle Fragen (Lektion)

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• Definition und Ausweisung eines EZG Def: Wasserzustrombereich, aus dem das Wasser demselben Gerinne zufließt und an einem Pkt. , dem Wasserscheidendurchbruch, zum Abfluss kommt. -> Wasser fließt senkrecht zu den Höhenlinien
• Was für Quellen gibt es - Absteigende Quellen -> Verengungsquellen -> Schicht- o Überlaufquellen - Aufsteigende Quellen -> Stauquellen
• Wie können EZG beschrieben werden? - Hänge- Quellen/Quellbereiche- Gewässernetz (Ober-,Mittel-, Unterlauf)- Kopfeinzugsgebiet, Fluss(einzugs)gebiet
• Was ist ein Gewässernetz und wie kann es beschrieben und klassifiziert werden? - Gesamtheit aller oberirdisch fließenden Bäche, Flüsse und Ströme - durch Gewässernetzdichte,, Flussdichte - Klassifizierung von Flussnetzen- Flussordnungen - Berechnet: D=ΣnL/FEZG- Entwässerungsklassen: schlecht 0-0,5 km/km², mittel 0,5-2,5 km/km², gut >2,5 km/km²
• Welchen Einfluss haben Gewässernetzdichte und EZG Form auf die Abflussganglinie? - Niedrige Gewässernetzdichte -> flache Ganglinie - Hohe Gewässernetzdichte -> steile und hohe Ganglinie - EZG Formen haben Einfluss auf Konzentrationszeit (Zeitspanne, die bei flächenhaft, gleichmäßiger Überregnung vergeht, bis gesamtes EZG zum Direktabluss beiträgt) -> Langgezogenes EZG benötigt länger als gedrungenes
• Aufstellen der Wasserbilanz für ein EZG: Welche Probleme kann es dabei geben? - EZG ist offenes, dynamisches System -> In- bzw. Output (viele Faktoren müssen berücksichtigt werden. Verdunstung, Infiltration .....- gibt Oberes- und Unterirdisches EZG
• Welche Einheiten werden verwendet? Wie rechnet man von einer in die andere um? (Wasserbilanz EZG) - Niederschlag in mm - Abfluss mm -> bezogen auf EZG Fläche Q/F
• Was sind typische Größenordnungen und räumliche Variation der Wasserbilanzglieder in verschiedenen Klimazonen? -Tropisch ->  P: 1500- 2700, PET 1400-2000, AET 1000, Q 500-1800-> Sommerniederschläge mit hohem Abfluss und Wintertrockenheit ohne Abfluss oder Winterniederschläge und sehr trockene Sommer, kaum Abfluss - Arides -> P 250, PET 1500, AET 250, Q 0-> Kaum Niederschlag. Kaum Wasser vorhanden welches verdunsten könnte, kein Abfluss - Gemässigt -> P 500-800, PET 450-950, AET 300-450, Q 200-400-> entweder gleichmäßiger Niederschlag über das Jaht, aber in Sommermonaten kaum Abfluss, da alles verdunstet oder im Sommer kaum Niederschläge und kaum Abfluss , dafür im Winter - Kalt -> P 800, PET 300, AET 300, Q 460 -> Winter Niederschlag als Schnee, kaum Abfluss erst wenn Schneeschmelze einsetzt -
• Unter welchen Bedingungen bildet sich Niederschlag? - Luft muss mit Wasserdampf gesättigt sein -> Erfolgt durch Abkühlung der Luft durch Aufstieg - Temp = Taupkttemp- ausreichend Wachstum, damit Niederschlag fallen kann gegen Aufwinde
• Welche Höhengradienten des Niederschlags gibt es und wie groß sind sie? - Adiabatisch = Zustandänderung ohne Wärmeaustausch - Trockenadiabatischer Höhengradient -> 9,8ºC / 1000m - Feuchtadiabatischer Höhengradient -> kl, da Energie im kondensierten Wasser verbleibt, führt sich selbst Kondensationsenergie zu 
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• Welche typischen Verteilungsmuster (zeitlich und räumlich) gibt es? - je nach Klimazone unterschiuedlich - Oft im Sommer Trockenzeit mit wenig oder gar keinem Niederschlag - Im Winter hoher Niederschlag, aber in Form von Schnee - In trophischen Klimaten kann es auch im Sommer zu Regenzeiten kommen und im WInter zu Trockenphasen
• Wie kann der Gebietsniederschlag für EZG bestimmt werden? - Durch Niederschlag welcher von einem Pkt auf gesamtes EZG hochgerechnet wird -> gesamtes EZG wird als Einheit bertachtet -> Arithmetisches Mittel-> Isoheyten -> Thiessen Polygon -> Hypsometrische Kurve
• Wie wird die Auftrittswahrscheinlichkeit von Niederschlagsdauer und –intensität bestimmt? -Hellmann - Totalisator - Wägetyp - Tropfenzähler
• Wie hoch ist die Interzeptionsrate im Wald? - Laubbaum 15-25% des mittleren jährlichen Niederschlags - Nadelbaum 25-35% des mittleren jährlichen Niederschlags
• Welche Prozesse laufen bei der Interzeption ab? - Niederschlag fällt und Teil bleibt dort an Vegetation hängen - Verdunstet von dort gleich wieder oder fällt von Blättern auf den Boden - Niederschlag wird teilweise von Streu zurückgehalten - kommt auch zu Stammabfluss
• Welche Faktoren beeinflussen die Interzeption? - Kronen Interzeption -> Oberfläche (Nadeln, Blätter)                                    -> Winkel, Umleitung des Wassers                                   -> Wasser zwischen Nadeln                                     -> Wassermenge, Verdunstung - Streu Interzeption -> Streudicke                                 -> Wassermenge, Verdunstung
• Wie wird Niederschlag gemessen? - Hellmann - Totalisator - Aufzeichnung mit -> Wägetyp oder Tropfenzähler
• Wie kann Bestandsniederschlag gemessen werden? - Bestandesniederschlag besteht aus Kronendurchlass und Stammabfluss - das Gebiet welches es zu messen gilt wird abgedeckt und so der Kronendurchlass bestimmt oder mithilge von langen Regenrinnen - Stammabfluss -> das Wasser welches am Stamm abfließt wird durch ein Gefäß, welches rund um den Baum befestigt ist, aufgefangen und die Menge kann nun ermittelt werden
• Welche Fehlerquellen gibt es bei der Messung? - Wind - Benetzungsverluste- Spritzwasserverluste- Verdunstung- Mechanische Fehler an Messgeräten - Hindernisse in direkter Umgebung der Messstation
• Warum ist die Verdunstung hydrologisch so wichtig? - Wichtiger Bestandteil der Wasserbilanzgleichung - Ohne sie gäbe es keinen Wasserkreislauf
• Welche Messmethoden gibt es? (Verdunstung) - Direkte Messung -> Class A Pan, kreisrunder Kessel mit 1,14m² Oberfläche und mittlerer Tiefe von 0,2m-> Atmometer, feuchtgehaltene Fläche, deren Verdunstungswerte ermittelt werden -> Lysimeter, definierter Bodenmonolith mit Bewuchs, wägbar - "Direkte" Messung .-> Wasserbilanz -> Turbulenz-Korrelations- Methode (Eddy Flux) --> Berechnung/Abschätzung der Verdunstung
• Welche Herausforderungen gibt es bei der Berechnung der Verdunstung? - Es gibt die Potenzielle und die Aktuelle Verdunstung: -> muss auch die Wassermenge die zu Verfügung steht mit einbeziehen um die wirkliche (aktuelle) Verdunstung zu bekommen
• Erklären sie den Unterschied zwischen „potentieller Verdunstung“ und „aktueller Verdunstung“ - potenzielle ist die max Verdungstungsrate , die theoretisch verdunsten kann, wenn genügend (unbegrenzt) Wasser zur Verfügung steht - die aktuell ist die Verdunstung die wirklich verdunstet, bei begrenzter Wasserverfügbarkeit (biologisch oder physikalisch)
• Was beeinflusst die Evaporation, was die Evapotranspiration? - Evaporation: – Klima– Strahlungsbilanz– VPD– Temperatur (Luft, bzw Blatt)– Windgeschwindigkeit (atmos. Konduktivität)– Bodenwasser - Evatranspiration: -> Vegetationseigenschaften– Höhe, Rauigkeit (atmos. Konduktivität)– Art, Alter (stomatäre Konduktivität)– Reaktion auf Umweltvariablen
• Was passiert bei Landnutzungsänderungen mit der Wasserbilanz? - Sie verändert sich. - Wenn z.B. Wald einem Acker weichen muss, verkleinert sich die Transpiration erheblich
• Infiltration - Prozess bei dem das Wasser in den Boden eindringt
• Infiltrationsrate – Infiltration pro Zeiteinheit (z.B. mm/h)-> Wird von den Bodeneigenschaften und dem Wasserdargebot kontrolliert
• Infiltrabilität – Infiltration pro Zeiteinheit (z.B. mm/h) wenn Wasser unter atmosphärischer Druck frei zur Infiltration zur Verfügung steht...-> Wird nur von den Bodeneigenschaften kontrolliert
• Infiltrationskapazität – Maximale Infiltrationsrate (mm/h)
• Wie kann man Infiltration messen? - Doppelring Infiltrometer- Tension Infiltrometer- Beregnungen- Hood Infiltrometer
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• Welche natürlichen Faktoren kontrollieren die Infiltrationskapazität? - Bodentextur - Bodenfrost –> Variiert abhängig von θv beim Gefrieren–> Prozess (Tiefe undHäufigkeit) kann durch Entfernen von Vegetation verstärkt werden- Vegetation (Wurzelsysteme) - Risse –>Schrumpfen und Quellen- Hydrophobische Eigenschaften (Nässe, Wärme, Pflanzenchemikalien...)- Grundwassertiefe
• Kann durch die Bewirtschaftung die Infiltration verbessert werden? - eigentlich nicht, nur bei sehr undurchlässigen Böden wie Ton unterumständen- normalerweise wird durch die Bewirtschaftung der Böden sehr stark verdichtet, was es dem Wasser schwer macht zu infiltrieren - außerdem besitzen Ackerplanzen nur sehr kurze Wurzeln und können dem Wasser keine Möglichkeit bieten in Tiefere SChichten vorzudringen
• Ist die Infiltration an der Bodenoberfläche gleichmäßig ? - Nein - Bodenoberfläche hat sehr komplexe Strukturen, oft Risse z.B durch Quellen oder Schrumpfen - In Rissen kann Wasser viel leichter infiltrieren - ebenso wie an Wurzeln von Vegetation - Durch Streauflagen kannn Infiltration vermindert werden
• Welche Abflussbildungsprozesse werden unterschieden? Welche verschiedenen Konzepte gibt es? - Dynamisch orientiert - > genetische Begriffe -> Oberflächenabfluss, Through Flow, GW fluss-> Hydraulische Begriffe -> Direkterabfluss, Basisabfluss- Prozessorientiert -> Oberflächenabfluss (Horton, Sättigungs), seitliche Zwischenabfluss (Matrixfluss, Makroporenfluss)- Verweilzeitorientiert -> chem. Ganglinienseperation (Ereigniswasser, Vor- Ereignis Wasser) - Oberflächenabfluss -> HOF, THOF  - Sättigungsabfluss / gesättigter Oberglächenabfluss -> SOF - RF - Zwischenabfluss -> SSF -> Matrix-, Makro-, Röhrenfluss, Fluss durch hoch permiable Schichten, GW Fluss, Tiefenversickerung (DP)
• Abfluss Wasservolumen, das pro Zeiteinheit einen definierten oberirdischen Fließquerschnitt durchfließt
• Abflussspende Quotient aus dem Abfluss Q und Fläche des zugehörigen EZG (m³/(s*km²)
• Abflussbeiwert - Regenmenge pro Zeiteinheit multipliziert wird, um den zu erwarteten Regenabfluss zu berechnen - Abhängig vom EZG eines Entwässerungssystems -direktabfluss/niederschlag
• Direktabfluss - Wasser, welches nach Niederschlagsereignis o. Schneeschmelze unmittelbar, o. mit kurzer Verzögerung einem Fließgewässer zufließt - schließt Landoberflächen abfluss und Zwischenabfluss mit ein
• Basisabfluss - hauptsächlich aus GW zeitl verzögert fließt, kann auch Anteile aus Seen, Gletschern etc. enthalten- wenn über längere Zeit kein Niederschlag, Schneeschmelze besteht -> Abfluss allein aus GW
• Welche Skalen sind verantwortlich für die Abflussreaktion? - Räumliche Skalen - Plotskala (1-10m²) -> Abfluss: Infiltration - Feldskala (10-100 m²) -> Abfluss: Infiltration, Oberflächenabfluss und subsurface flow(zeitliche und räumliche Variation)- EZG Skala (> 1000 m²) -> Abfluss:Räumliche und zeitliche Variation, Komplexes und nicht-lineares Verhalten
• Wie kann man die Prozesse bestimmen? (Abflussrkt) • Kartierung im Gelände – Bodenprofile aufnehmen– Vegetation, Topographie• Feldexperimente– Infiltrationsversuche– Tracer-Versuche– Beobachtung von Ereignissen• Abgrenzung der DRP im Einzugsgebiet im GIS
• Wie kann die Abflussreaktion von EZG quantifiziert werden? Einzelne Einzugsgebiets- Kompartimente reagieren mit unterschiedlicher Intensität und zeitlicher Verzögerung auf ein Niederschlagsereignis->  Abflussganglinie setzt sich zusammen aus Überlagerung der einzelnen Abflussprozesse-> Gewässerinterzeption, Sättigungsoberflächenabfluss, HOF, Zwischenabfluss, GW Abfluss,
• Pegel messen den Wasserstand; Berechnung des Abflusses über die P-Q-Beziehung - Pegelvorschrift der LAWA: – Anleitung zum Bau und Betrieb– Genauigkeitsanforderungen– Vergleichbarkeit & Übertragbarkeit von Daten - 2 Arten von Pegeln: regestrierender (Schreibpegel), nicht regestrierend ->Abflussvolumen/Zeit - P-Q Beziehung ist grafische Lsg
• Zum Erstellen der P-Q Beziehung braucht es direkte Messungen mit der Geschwindigkeit- Fläche Methode oder der Verdünnungsmethode – Wie funktionieren diese beiden Methoden? – Welche Methode ist unter welchen Bedingungen am besten geeignet? - Geschwindigkeit- Flächen Methode: - Über ganzen Querschnitt wird Fließgeschwindigkeit gemessen -> z.B mit Flügel - Nur bei gr und recht gleichmäßig fließenden Gewässern verwendbar - Verdünnungsmethode: bei Bächen, Gletscherabfluss, turbulenten Flüssen, schwer zugänglich • Erfassung der Verdünnung einer bekannten, ins Fließgewässer eingebrachten Menge eines Markierstoffes (tracer), z.B. Salz, Fluoreszenztracer, etc.• Konzentrationsmessung im Gerinne, nachdem sich der Tracer gleichmäßig durchmischt hat.• 2 Methoden:– Kontinuierliche Einspeisung– Momentane Einspeisung
• Kontinuierliche Einspeisung Q= q*cE/cp - Q Abfluss Fließgewässer (m³/s)- q Zuflussrate der Einspeiszung (m³/s) - cE Konz. der Einspeisungslösung (mg/m³)- cp gemessene Konz. am Plateaus an Messstelle (mg/m³)
• Momentane Einspeisung Q= M/ ∫0Endect*dt Q Abfluss im Fließgewässer (m³/s) M eingegebene Tracermenge (mg) ct Tracerkonz. zum Zeitpunkt t (mg/ m³)
• Was ist ein Abflussregime, wie stellt man es dar? - charakteristischer mittlerer Jahresgang des Abflusses eines Fließgewässers - Mithilfe des Pardé Koeffitient Kp= MQMO/MQj bestimmt - gibt einfache und komplexe Regime
• Welche Steuerungsfaktoren bestimmen das Abflussregime? - Jahresgang der Verdunstung - Jahresgang des Niederschlags - Speicherung des Niederschlags (Eis, Schnee, Gletscher,...)- Klimatische - geologische - pedologische - geomorphologische- vegetative- anthropogene
• Welche weiteren Klassifikationsmöglichkeiten für typische Abflussvariabilität gibt es? - nach Pardé : -> Speisungsart Flüsse (pluvial, nival, glazial, Kombis) -> Anzahl Abflussmax. bzw min.-> Schwankungskoeffizient (Pardé Koeffizient) monatl. Abflüsse - weitere Klassifikationen -> Fließgewässer (perennierend, intermittierend, ephemer) -> Herkunftg Wasser (autothrone Flüsse oder allochthrone )
• ephemer Fließgewässer hat nur zu bestimmten Zeiten Abfluss

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