Hydrologie Revision Flashcards
Auf welchen Zeitskalen kann das Verhalten eines Einzugsgebietes betrachtet werden?
- Runoff / Time
- Annual flood peaks / Return period
- Annual low flows / Return period
- Runoff / Days per year exeeded
- Runoff / Month
- Annual runoff / Years
Wie unterscheiden sich humide und aride Zonen?
- mehr Niederschlag in der humiden Zone
- mehr Verdunstung in der ariden Zone
- mehr Abfluss in der humiden Zone
Warum ist Hydrologie relevant?
Die Hydrologie erforscht Wasserkreisläufe und die Veränderung dieser und kann somit einen Einblick in unsere Ökosysteme aber auch die Wasserversorgung menschlicher Siedlungen geben. So kann sie Entscheidungen rund um Wassermanagement informieren
Welche Haupttheorien gibt es zum Ursprung des Wassers auf der Erde?
1) Wasser war bereits von Beginn an in den „Erdbausteinen“ vorhanden
2) Wasser kam durch andere Himmelskörper auf die Erde (z.B. Asteroiden)
Wie hat sich die Idee eines terrestrischen hydrologischen Kreislaufs entwickelt?
Griechische Philosophen hatten bereits erkannt, dass es Bilanzen im Erdsystem geben (“Aus dem Nichts entsteht nichts”) und somit einen Wasserkreislauf geben muss. Die alten Griechen stellte sich große Strudel im Meer vor durch die Wasser eingesogen wurde. Dieses wurde durch die Erdwärme verdampft, stieg auf und kondensierte in
Was ist das Kontrollvolumen?
Ein Kontrollvolumen ist ein fester Raumbereich, durch den sich Wasser bewegen kann
Wie lässt sich die Massenbilanz eines Speichers mathematisch darstellen?
dS/dt = I(t) - O(t)
mit:
Speicher (S)
Zeit (t)
Fluss ins Volumen (I)
Fluss aus dem Volumen (O)
Wie ergibt sich die Massenbilanz?
Die Massenbilanz ergibt sich aus dem Fluss ins Kontrollvolumen und dem Fluss aus dem Kontrollvolumen heraus
Wie lässt sich die mittlere Verweilzeit im Kontrollvolumen berechnen?
T = S/Q
mit
mittlere Verweilzeit (T)
Speichergröße (S)
mittlerer Flussrate (Q)
Was ist das hydrologische Jahr?
Das hydrologische Jahr wird so gewählt, dass in der Jahresbilanz die Niederschläge erfassen werden können, die bereits im Spätherbst und Frühwinter gefallen sind und als Schnee oder Eis im Einzugsgebiet gespeichert wurden, aber erst im folgenden Kalenderjahr als Schmelzwasser abflusswirksam werden.
Welche Speicher gibt es im Wasserkreislauf?
- Ozeane
- Gletscher
- Grundwasser
- Permafrost
- Seen
- Bodenfeuchte
- Feuchtgebiete
- Atmosphäre
- Flüsse
Welche Flüsse (Bewegungen) gibt es im Wasserkreislauf?
- Zirkulationen im Ozean
- Verdunstung
- Niederschlag
Was bedeutet der Begriff “Runoff Ratio”?
“Runoff Ratio” beschreibt den Abfluss für jedes Einzugsgebiet, geteilt durch den Niederschlag für dieses Einzugsgebiet. Es ist der Anteil des Niederschlags, der nicht versickert und nicht durch Evapotranspiration aufgenommen wird und somit als Abfluss endet.
Welche globale Verteilung hat die “Runoff Ratio”?
Die Runoff Ratio ist in Gebirgen am größten und in Wüsten am geringsten. Bewaldete Regionen haben dagegen tendentiell eine mittlere Runoff Ratio
Wie beeinflussen Landnutzungsänderungen den Wasserkreislauf?
Änderungen von Verdunstungsmustern und atmosphärischen Strömungen
Nenne Beispiele für das Kontrollvolumen
- topographisches Einzugsgebiet
- Speicher wie Seen oder Ozeane
Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Wasserbilanz und Runoff Ratio?
In ariden Gebieten ist die Runoff Ratio besonders gering, in (Hoch)Gebiergen dagegen nimmt sie stark zu
Beschreibe die Wasserbilanz in Deutschland
Im Winter gibt es nur eine geringe Verdunstung, viel Wasser ist als Schnee oder Eis gespeichert
Im Sommer gibt es durch die höhere Temperatur, Strahlung und Pflanzenaktivität eine stärkere Verdunstung
Wie wirkt sich der Klimawandel auf die deutsche Wasserbilanz aus?
- Mehr Trockenheit und Niedrigwasser
- Zunehmende Risiken durch Starkregen, Sturzfluten und Hochwasser
Wie wirkt sich die menschliche Nutzung auf die Wasserbilanz aus?
Der Wasserverbrauch ist höher als die Wasserverfügbarkeit eigendlich zulässt - Wasser muss teils rationiert werden
Wie verhält sich der Niederschlag zu Abfluss und Verdunstung?
Niederschlag (N) = Abfluss (Q) + Verdunstung (V)
Wie verteilt sich die Strahlung auf der Erde?
Die Sonneneinstrahlung ist am Äquator am größten und nimmt Richtung Norden/Süden mit dem Breitengrad ab. Auf der Nord-/Südhalbkugel variiert die Sonneneinstrahlung je nach Jahreszeit
Was ist die Albedo?
Die Albedo beschreibt das Reflexionsvermögen natürlicher Oberflächen für die kurzwellige Solarstrahlung
Was ist “grünes” Wasser?
“Grünes” Wasser ist das natürlich vorkommende Regenwasser (Bodenfeuchte), das stetig natürlich nachgeliefert wird.
Was ist “blaues” Wasser?
“Blaues” Wasser stammt aus Grund- und Oberflächengewässern, also beispielsweise Wasser, das aus Brunnen oder Flüssen zur Bewässerung oder für den menschlichen Bedarf entnommen wird.
Was ist “graues” Wasser?
“Graues” Wasser wiederum ist verunreinigtes Wasser und kann erst nach Reinigung wieder für andere Zwecke verwendet werden.
Was ist “virtuelles” Wasser?
Die Wassermenge, die direkt oder indirekt für die Herstellung eines Produktes genutzt wird, bezeichnet man als “virtuelles” Wasser. Es fasst
“grünes”, “blaues” und “graues” Wasser zusammen.
Wie funktioniert der Treibhauseffekt?
Der Treibhauseffekt sorgt dafür, dass die Erde eine mittlere Lufttemperatur von 15°C (statt -18°C ohne) hat. Er kommt zustande, wenn die kurzwellige Sonneneinstrahlung von der Erde absorbiert und als langwellige Strahlung wieder abgestrahlt wird. Diese langwellige Strahlung wird von den sog. Treibhausgasen in der Atmosphäre teilweise auf die Erdoberfläche zurückreflektiert
Wie werden energie-limitierte Einzugsgebiete charakterisiert?
In diesen Gebieten gibt es immer genug Feuchtigkeit zur Verdunstung, allerdings gibt es durch die begrenzte Einstrahlung nur wenig Energie. Hier gibt es immer mehr Niederschlag als verdunstet werden kann und daher recht viel Abfluss
Wie werden wasser-limitierte Einzugsgebiete charakterisiert?
In diesen Gebieten gibt es immer genug Energie zur Verdunstung, aber nur wenig Wasser. Hier verdunstet also der gesamte Niederschlag und es gibt nur einen geringen Abfluss
Wie verhalten sich der Verdunstungsindex und die klimatische Runoff Ratio zueinander?
Der Verdunstungsindex steht im direkten Verhältnis zur klimatischen Runoff Ratio
Wie wird die Verdunstung definiert?
Die Verdunstung ist ein Prozess, bei dem Wasser bei Temperaturen unter dem Siedepunkt vom flüssigen oder festen in den gasförmigen Aggregatzustand
übergeht
Wie verläuft die Verdunstung
Das Wasser wird erwärmt, wobei sich die Wasserstoffbrücken auflösen und einzelne Moleküle aus dem Molekülverband gelöst werden. Ist die Gasphase noch nicht mit Wasserdampf gesättigt kommt es zur Verdunstung.
Welche Methoden gibt es zur Messung der Verdunstung?
- Lysimeter
- Verdunstungskessel
- Evaporimeter
Wie funktioniert das Lysimeter?
Ein Bodenkörper mit bekannten Abmessungen, Eigenschaften und Vegetationsverhältnissen wird in einen Auffangbehälter eingebracht und das Sickerwasser aufgefangen und gemessen
Wie funktioniert der Verdunstungskessel?
Es wird eine festgelegte Menge Wasser in den Kessel gegeben und dann nach einiger Zeit der neue Wasserstand gemessen. Daraus lässt sich dann berechnen, wie viel Wasser verdunstet ist.
Wie funktioniert das Evaporimeter?
Ein nach oben geschlossenes Glasrohr ist an der unteren Öffnung mit einem Fließpapier verschlossen, von dem Wasser verdunstet. Es wird nach einiger Zeit der Wasserverlust an der Skala am Glasrohr abgelesen und so die Verdunstung nachvollzogen.
Welche Annahmen werden gemacht um die Verdampfung zu berechnen?
- Es ist genug Energie für den Phasenübergang verfügbar
- Der Gradient der Wasserdampfsättigung wird befolgt
- Der Wasserdampf wird abtransportiert (keine 100% Sättigung)
Wie kontrolliert das Klima die langfristige Wasserbilanz?
Das Klima beeinflusst den jährlichen Niederschlag, sowie durch die Einstrahlung die Verdunstung und entsprechend auch den Abfluss in einem Gebiet
Was ist die Budyko-Kurve?
Die Budyko-Kurve gibt anhand des Verdunstungs- und Trockenheitsindex an, ob ein gebiet energie- oder wasserlimitiert ist
Gebiete mit PET/P < 1 sind energielimitiert, Gebiete mit PET/P > 1 sind wasserlimitiert
Wie entsteht Niederschlag?
Wassertröpfchen in Wolken entstehen durch die Konzentration von Wasserdampf auf Aerosolen und durchlaufen dann viele Kondensations- und Verdunstungszyklen, während sie in der Wolke zirkulieren, bis sie zu ausreichend großen Tropfen zusammenkommen und durch die Wolkenuntergrenze fallen.
Dieser Prozess wird wahrscheinlicher gemacht, wenn eine Übersättigung der Luft erreicht wurde.
Welche Arten von Niederschlag gibt es?
- Zyklonale Niederschläge
- Konvektive Niederschläge
- Orographische Niederschläge
Was sind zyklonale Niederschläge?
Diese entstehen in Tiefdruckgebieten (Zyklone) durch das Aufeinandertreffen von Luftmassen unterschiedlicher Temperaturen an einer Warmfront oder Kaltfront.
Je schneller der Aufstieg einer Luftmasse desto stärker der Niederschlag.
Was sind Orographische Niederschläge?
Orographischer Niederschlag tritt auf, wenn feuchte Luft aus dem Meer über einen abfallenden Berg strömt
Was sind konvektive Niederschläge?
Konvektiver Niederschlag entsteht aus der Aufwärtsbewegung von Luft, die wärmer als ihre Umgebung ist. Der Niederschlag ist schauerartig, kann aber von leichtem Regen bis zu Wolkenbrüchen variieren
Wann ist ein Regen ein Starkregen?
Voraussetzung für ein Starkregenereigniss ist, dass seine Intensität, also das Verhältnis Niederschlagsmenge zu Niederschlagsdauer, groß genug ist
Welche Methoden gibt es zur Messung von Niederschlag?
Hellmann-Niederschlagsmessgerät
Niederschlags-Wippe
Niederschlagswaage
Radarmessungen
Satellitendaten
Beschreibe das Hellmann-Niederschlagsmessgerät
Das Hellmann-Niederschlagsmessgerät ist ein nicht registrierender Totalisator, der im wesentlichen aus einem Auffangtopf mit einer Grundfläche von 200 cm² (im Hochgebierge: 500 cm²) besteht.
Ein Sammelbehälter ist allerdings nicht praktisch, da er regelmäßig geleert werden muss und überlaufen kann, außerdem wird nicht der gesamte Niederschlag gemessen, da einiges durch die Verdunstung verloren geht
Beschreibe die Niederschlags-Wippe und Niederschlagswaage
Die Niederschlags-Wippe und Niederschlagswaage sind selbstregistrierender Regenmesser, die kontinuierliche Messungen durchführen. Die registrieren den Niederschlag über eine Wippe mit Lichtschranke o. Magnetschalter, oder eine Waage. Dabei messen sie die Niederschlagshöhe als Summenlinie
Wie funktioniert die Niederschlagserfassung durch Radarmessungen?
Mit Radarstrahlen können Niederschlagsteilchen in der Atmosphäre vermessen werden. Dazu sendet der Radar in festen Abständen ein Signal mit einer gewissen Wellenlänge aus. Die Niederschlagsteilchen (Wasser, Eis) reflektieren dieses Signal.
Ein Radar misst also eine Reflektivität, nicht den Niederschlag direkt. Da die Stärke der Reflektivität u.a. von der Größe und der Menge der Regentropfen abhängt, kann die ungefähre Niederschlagshöhe geschätzt werden. Die Bewegung der Partikel kann mit der Dopplergeschwindigkeit erfasst werden.
Welche Stärken und Schwächen hat die Niederschlagsmessung durch Satellitendaten?
- Konsistenter, langfristiger Datensatz mit mehr als 30 Jahren Daten, vierteljährlich aktualisiert
- Verwendet viele verschiedene Datenquellen, was die Zuverlässigkeit des Produkts erhöht
- Hohe Auflösung (0,25) der monatlichen Niederschläge
