Hydrologie 1 Flashcards
Dipolcharakter von Wasser
Ein Dipol („Zweipol“) ist ein Molekül, in dem die elektrische Ladung **unsymmetrisch** verteilt ist. Als Ganzes gesehen sind **Dipolmoleküle** neutral, im Molekül selbst treten aber voneinander räumlich getrennte elektrische Teilladungen auf. Wassermoleküle besitzen einen ausgesprochenen Dipolcharakter. Der Winkel zwi- schen den O-H –Bindungen beträgt dabei ca.**104** Grad. Dadurch besitzt Wasser wiederum gut **Lösungseigenschaften** und ist i.d.R. nie rein sondern immer von Salzen o.ä. durchsetzt, die dann dissoziiert als Kationen (+) und Anionen (-) in der Lösung vorliegen.
Wasser im Wasserkreislauf
Dynamik des Wasserkreislaufs (Atmosphäre)
- Austausch der gesamten Luftfeuchte alle ca. 9 Tage
(= mittlere Verweilzeit / VZ) durch Niederschlag und Verdunstung
- VZ Oberflächenwasser : ~ 16 d (Flüsse) bis ~ 10-17 a (Seen)
Speicher-Verweilzeiten
- größter Anteil : Weltmeere (VZ ~ 3.150 a)
- größter Süßwasserspeicher: Eismassen der Polkappen (VZ ~ 9.700 a)
- Grundwasser (mittlere VZ ca. 300 - 1.400 a; foss. GW der Sahara ca. 20.000a) - Bodenwasser/Bodenfeuchte (VZ ~ 0,5 - 1 a)
Einflussgrößen auf das Klima
- Wärmetransport in den Weltmeeren (Variable mit größtem Einfluss)
- Dynamik der Zirkulation bzw. des Austausches zwischen Tiefenwasser und
Oberflächenwasser (z.B. thermohaline Zirkulation)
- Schneebedeckung der Land- (bis 50 %) und Meeresflächen (~ 10 %)
( Einfluss auf Strahlungshaushalt durch die planetarische Albedo)
- Dämpfung des jahreszeitlichen Temperaturgangs z.B. durch das Meereis
Wasservorrat
1,386 Milliarden km^3
Komponenten des Wasserkreislaufs
0 = N + A + V + S
N = Niederschlag
V Evatranspiration
A = Abfluss
S = Speicherterm
Abfluss (Zusammensetzung)
Oberflächenabfluss
Interzeption
Infiltration in den Boden
Speichterm (Zusammensetzung)
Bodenwasser
Grundwasser Speicherung im Eis
Regionaler Wasserkreislauf
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Oberirdischers Gewässer
Das auf der Landoberfläche ständig oder zeitweise fließende oder stehende oder aus Quellen abfließende Wasser.
• fließende Gewässer (Fließgewässer oder Wasserlauf)
• stehend Gewässer (See)
„Wasserführung eines Fließgewässers“
(früher: Wasserstand)
Senkrechter Abstand eines Punktes des Wasserspiegels zu einem festgelegten Bezugshorizont in cm (z.B. Gerinnebasis). Die Wasserführung besitzt heute noch Bedeutung vor allem für die Schifffahrt und den Hochwasserschutz.
Da der Wasserstand beim Vergleich verschiedener Fließgewässer
nichts über die Wasserführung aussagt, wird die Wasserführung GEO-31 eines oberirdischen Fließgewässers als Abfluss gekennzeichnet.
Abfluss Q Def
Wasservolumen pro Zeiteinheit, einen def. oberiridischen Fließquerschnitt
Ablussspende q
q = Q/A
Wasser das einen Fließquerschnitt in Abhängigkeit von der Größe des Einzugsgebietes = A = EZG in einer besstimmten Zeiteinheit.
Abflusshöhe h
q*t*10^-6
hydrologisches Jahr
1.11 bis 31.10 verschieden in Schweiz und Österreich
Niederschläge des Späterherbst werden dabei in die Bilanz des FOlgejahres gelegt
Einzugsgebiet ober und unter
oberirdische EInzugsgebiet ist die Fläche des von der Wasserscheide umschlossene Geebiet in der Horizontalprojektion
unterirdische Einzugsgebiet wird durch geologische Verhältnisse vor Ort geprägt.
Hypsometrische Kurve
prozentuale Verteilung der einzelene Höhenlagen entfallenden Anteile des EZG
perennierende F.
ständig wasserführende Gerinne
periodische F.
regelmäßig trocken fallende Gewässer
episodische F
Abflussrinnen die nur nach Starkniederschlägen zeitweise Wasser führen
autochthone F
liegen innerhalb eines Klimabereiches
allochthone F
entspringen in humiden bis nivalen Gebieten und fließen in Trockengebiete Nil
laminares Strömen
Bei der laminaren Strömung nimmt die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsschichten von der Wand bis zur Mittelachse des Gerinnes hin kontinuierlich zu. Die maximale Geschwindigkeit befindet sich an der Oberfläche.
Die Strömung hat ein parabo- lisches Strömungsprofil. Die Flüssigkeitsteilchen unmittelbar an der Gefäßwand sind in Ruhe. Die Stromlinien verlaufen para- llel zueinander. Betrag und Rich- tung der Geschwindigkeitsvek- toren bleiben gleich.
turbulentes Strömen
Steigt die Geschwindigkeit der Strömung an,
beginnen sich die Flüssigkeitsschichten zu
verwirbeln und es entsteht eine turbulente
Strömung. Das Geschwindigkeitsprofil flacht ab, da sich die Flüssigkeitsteilchen auch quer zur Gerinneachse bewegen. Das einzelne Wasserteilchen ist schneller als die Welle, d.h., Trajektorien kreuzen sich. Der Strömungswiderstand steigt an.
Reynoldsche Zahl
Re = v*4* (p*A)/(n*l)
v = Geschw.
p = Dichte
A = Gerinnquerschnitt
l - Gefäßradius
n = Viskosität
Ordnungssysteme für Fließgewässer
Klassisch
• Hauptfluss – 1.Ordnung (Bundeswasserstraßen)
• Nebenflüsse – 2.Ordnung (bedeutendere Flussläufe)
• Nebenflüsse – 3.Ordnung (alle anderen Fließgewässer
mit geringerer Bedeutung)
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Flussdichte
Verhältnis von Einzugsgebiet zu Gesamtlänge
charakterieisert die Entwässerungsfähigkeit. Je undurchlässiger der Untergrund und je größer deie Niederschlagshöhe ist, umso größer wird die FLussdichte
Flussnetzkarten
unterschiedliche Flussdichte sowie die in Abhängigkeit vin Geologie und Geomorphologie
Oberflächenabfluss an Hängen
OA weil Niederschlag > Infiltration
OA wegen Sättigung des Bodens
Zwischenabfluss
umschreibt das Wasser, das nach Infiltration in den Boden zwischen der Erdoberfläche und dem Grundwasserspiegel in den nicht
wassergesättigeten Bodenschichten in Richtung Vorfluter bewegt.
Korngrößenzusammensetzung des Bodens hat große Bedeutung für den Interflow.
Über wasserstauenden Bodenschichten (Ton) kommt es zu lateralen Fließbe- wegungen.
Streichen diese Schichten an der Oberfläche aus, tritt das Wasser als „return flow“ wieder an die Oberfläche.
Grundwasserabfluss
beschreibt das Wasser, das nach Infiltration in den Boden den Grundwasserspiegel und damit die wasser- gesättigeten Bodenschichten erreicht hat und sich dort in Richtung Vorfluter bewegt.
Abflusskonzentration
Unter Abflusskonzentration (engl. runoff concentration) wird die Transformation des abflusswirksamen Niederschlags in eine Ganglinie des Direktabflusses aus einem oberirdischen Einzugsgebiet zum nächstgelegenen Vorfluter verstanden.
Abflussganglinie
Unter einer Abflussganglinie (engl. hydrograph curve) versteht man die Darstellung bzw. Aufsummierung beobachteter oder berechneter Abflusswerte für einen Pegel in der Abfolge ihres zeitlich differenzierten Auftretens.
Auswirkungen verschiedener Parameter im EZG
Die charakteristischen Abflussganglinien verschiedener Fließgewässer sind durch die verschiedene Faktoren bestimmt. Zu diesen Faktoren gehören das Klima (Nieder- schlag (Höhe, jahreszeitliche Verteilung, Häufigkeit, Intensität, Form), Temperaturen, Verdunstungsrate, die Bodeneigenschaften, das Relief, die Vegetation, die Form sowie anthropogene Gegebenheiten (Versiegelung, Stauwerke, Deichbauten) im EZG. Die EZG-Größe und seine Geologie haben ebenso Einfluss auf die Abfluss- ganglinie.
Einfluss der Form eines EZG auf die Ganglinie eines Hochwasserab- flusses
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Auswirkungen der Lage des Flächenschwerpunktes
Liegt der Schwerpunkt der Flächen eines EZG weiter oben, ergibt sich eine größere Breite sowie ein geringerer Scheitel der Ganglinie; liegt der Flächenschwerpunkt dagegen weiter unten im EZG folgt daraus ein steilerer Anstieg der Abflussganglinie.
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Auswirkungen der Flussdichte
Gebiete mit geringer Flussdichte (Sandstein- oder Karstgebiete) weisen in humiden
Gebieten darauf hin, dass der Grundwasserabfluss eine bedeutendere Rolle spielt. Solche EZG haben i.d.R. wegen der dämpfenden Wirkung der hohen Bodenwasser-
speicherung auch eine ausgeglichenere Abflussganglinie.
Abflussregime
Der charakteristische mittlere Jahresgang des Abflusses eines Fließgewässers wird Abflussregime genannt. Dieses Abflussregime wird durch die Klima, Geologie, Böden, Relief, Vegetation und anthropogene Umweltfaktoren beeinflusst, die häufig miteinander gekoppelt sind.
Weltweit gibt es verschiedene Abflussregime, deren Regimeklassifikation auf der Speisung der Flüsse beruht.
Nach (Pardé 1933) werden folgende Regime unterschieden:
- einfache Regime (ein Maximum im langjährigen mittleren Jahresgang)
- komplexe Regime 1. Grades (mehrere Ursachen)
- komplexe Regime 2. Grades (Regime oder Klima wechselt längs des Laufs)
- pluvial (durch Regen gespeist)
- nival (durch Schnee)
- glazial (durch Gletscher)
- Kombinationen (z.B. nivo-pluvial, pluvio-nival, nivo-glazial)
- der Anzahl der Abflussminima und -maxima
- Schwankungskoeffizienten der monatlichen Abflüsse: SK=MQMonat* / *MQJahr
