Vorlesung 2 (Wasserhaushaltsbilanzgrößen ) Flashcards by Barbara 💜

Messgeräte für die Bestimmung der Verdunstung:

Wild’sche Verdunstungswaage
Floßverdunstungskessel
- auf See
- Evaporation eines Sees bestimmen
Landverdunstungskessel
- am häufigsten benutzte Methode zur Erfassung der Evaporation am Land
- Vögel, Insekten verfälschen Messung
Wasserbilanzschreiber nach Klausing
- Zeichnet Veränderungen auf
Evaporimeter nach Popoff
- Loch im Boden, Trichter in einen Behälter, Loch zu
- Bodensickerwasser messen
wägbare Lysimeter

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Bestimmung des Wasserstandes mit Hilfe von:

Lattenpegel
Stechpegel
Ultraschallsonde
Schwimmerschreibpegel.

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Weitere Namen für das Kessler-Wehr:

Proportionalwehr
Lineares Messwehr
Hyperbolisches Wehr
Linear, große Wassermengen
Kann zu Messfehlern kommen
- nichtgleichmäßige Bewegung

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Arbeitsschritte zur Bestimmung des Abflusses mit Hilfe des hydrometrischen Messflügels:

Auswahl der Messstelle
Bestimmung des Abflussquerschnittes
Festlegung der Messlotrechten
Bestimmung der Fließgeschwindigkeit an mehreren Punkten der Lotrechten
Integration der Punktmessungen zur Flächengeschwindigkeit
Integration der Flächengeschwindigkeiten zur Raumgeschwindigkeit

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Gewässerkundliche Hauptzahlen:

HH
- ⇒ insgesamt höchster bekannter Wert
H
- ⇒ höchster Wert in einem bestimmten Zeitraum
MH
- ⇒ arithmetisches Mittel der Höchstwerte verschiedener Abflussjahre
M
- ⇒ arithmetisches Mittel in einem bestimmten Zeitraum
MN
- ⇒ arithmetisches Mittel der Niedrigstwerte verschiedener Abflussjahre
N
- ⇒ niedrigster Wert in einem bestimmten Zeitraum
NN
- ⇒ insgesamt niedrigster bekannter Wert.

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Fallender Niederschlag:

Unter fallenden Niederschlag versteht man die mittelbare Kondensation bzw. Sublimation von Wasser in der freien Atmosphäre
Unter _flüssigen_, fallenden Niederschlag versteht man entweder:
- Sprühregen bzw. Nieseln
  - ⇒ sehr kleine Wassertropfen mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,5 mm
- Regen
  - ⇒ fallende Wassertropfen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 3 mm
Unter _festen_, fallenden Niederschlag versteht man entweder:
- Schnee
- Griesel
  - ⇒ weiße, undurchsichtige und abgeplattete Körnchen von schneeähnlicher Struktur
- Reifgraupeln
  - ⇒ weiße, undurchsichtige und runde Körnchen von schneeähnlicher Struktur
- Frostgraupeln
  - ⇒ halbdurchsichtige, runde Körnchen aus gefrorenem Wasser
- Hagel
  - ⇒ Eiskugeln oder Eisstücke mit einem Durchmesser > 5 mm
- Eiskörner und Eisnadeln

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Abgesetzter Niederschlag:

Unter abgesetzten Niederschlag versteht man die unmittelbare Kondensation bzw. Sublimation des Wasserdampfes an oder nahe der Erdoberfläche
Unter flüssigen, abgesetzten Niederschlag versteht man entweder:
- Nebelniederschlag
- Tau
- Taubeschlag
Unter festen, abgesetzten Niederschlag versteht man entweder:
- Reif
  - ⇒ Dampfkondensation an kalter Fläche
- Rauhreif
  - ⇒ Dampfkondensation bei schneller Temperaturabnahme unter den Taupunkt bei langer Kondensationszeit

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Größen der Niederschlagsmessung (nach DIN 4049-3):

Niederschlagshöhe Nh / [mm]
Niederschlagsmenge NQ / [L/Flächeneinheit]
Niederschlagsspende Nq / [L s-1 km-2]
Niederschlagsintensität Ni / [mm h-1]
Niederschlagshäufigkeit NH / [Anzahl der Tage mit hN > 0,1 mm/Monat]
Niederschlagsdauer Nt / [h].

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Fehler in der Niederschlagsmessung durch:

Windeinfluss
abgesetzte Niederschläge
Evaporation
Skalenproblem

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Messgeräte für die Niederschlagsbemessung:

Regensammler (nach Hellmann)
- Schneekreuz, damit nichts raus fällt
Totalisator
Regenwaage
- Bei viel Regen unpraktisch, Maikäfer

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Niederschlag: Interzeption und Bestandsniederschlag

Interzeption: temporäre Speicherung des Niederschlages auf den Oberflächen oberirdischer Pflanzenteil
- Bei Pflanzen unterschiedlich
  - ⇒ Stammabfluss bei Buche groß
Bestandsniederschlag: Menge des Niederschlags, die innerhalb eines Pflanzenbestands den Erdboden erreicht

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Die Niederschlagshöhe** eines **Gebietsniederschlages lässt sich durch folgende Verfahren berechnen:

arithmetisches Mittel
Verfahren nach THIESSEN (1911), erweitert von HORTON (1920)
Isohyetenverfahren
Hypsometrisches Verfahren

Aufstellen einer hypsometrischen Kurve Auslesen der Flächenanteile F_i und mittleren Höhen H_i

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Verdunstung, Definitionen:

Evaporationshöhe E_h (h_E)
- Verdunstungshöhe von:
  - unbewachsenen Erdoberflächen (Bodenverdunstung)
  - auf Pflanzenflächen zurückgehaltenem Niederschlag (Interzeptionsverdunstung)
  - auf freien Wasserflächen (Seeverdunstung)
Transpirationshöhe T_h (h_T)
- Verdunstungshöhe von Pflanzenoberflächen aufgrund biotischer Prozesse
Evapotranspirationshöhe ET_h (h_ET)
- Summe aus Bodenverdunstung, Interzeptionsverdunstung und Transpiration
potentielle Evapotranspiration ET_p
- Verdunstungshöhe von Oberflächen bei gegebenen meteorologischen Bedingungen und unbegrenzt verfügbarem Wasser
- potentielle Energie: Wasser kann nicht verdunsten (Wasser immer vorhanden, max. Wert)
aktuelle Evapotranspiration ET_a
- Verdunstungshöhe von Oberflächen bei gegebenen meteorologischen Bedingungen und begrenzt verfügbarem Wasser
- aktuelle Energie: Wasser ist nur begrenzt verfügbar

Evaporation und Transpiration sind nicht gleich!

Evaporation: Verdunstung [von Wasser]
Transpiration: Abgabe von Wasserdampf durch die Spaltöffnungen der Pflanzen

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Formeln für die Berechnung der Verdunstung:

nach Penman
- Energiebilanz
nach Albrecht & Haude
- mit Windeinfluss bzw. Sättigungsdefizit
nach Thornthwaite & Turc
- mit Strahlung, Niederschlag und Temperatur

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Verdunstung, Berechnung: DALTON-Gleichung (1802)

-freie Wasseroberfläche-

mit:
- E_P potentielle Evaporation [mm d^-1]
- e_w Sättigungsdampfdruck der Luft bei der Temperatur der Wasseroberfläche [mbar]
- e_a aktueller Dampfdruck der mit der Wasserfläche in Kontakt stehenden Luft [mbar]
- k Parameter zur Berücksichtigung von Luftdruck- und Luftdichteeinflüssen

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Verdunstung, Berechnung: aerodynamische Transportgleichung

mit:
- p_a Dichte der Luft [g cm^-3]
- P_a Luftdruck [mbar]
- v_z Windgeschwindigkeit in der Höhe z [cm s^-1]
- e_a,z aktueller Dampfdruck in der Höhe z [mbar]
- z Messhöhen [cm]
- K Karman-Konstante, ca. 0.4 [-]

PENMAN-Gleichung (1954)

-Freie Wasseroberfläche Land-

mit:
- E_o,p,h potentielle Verdunstungshöhe
- H₀ Strahlungsbilanz
- E_{a}Evaporation nach der Dalton-Beziehung
- γ Psygrometerkonstante [0.65mbar/°C]
- D Steigung der Sättigungsdampfdruckkurve

Verdunstung, Berechnung: PENMAN-Gleichung (1954)

-komplexe Teilglieder-

mit:
- t_n aktuelle Sonnenscheindauer [h]
- T mittlere Lufttemperatur [K]
- e_a aktueller mittlerer Dampfdruck der Luft [mbar]
- v₂ mittlere Windgeschwindigkeit in 2m Höhe[m s^-1]

Verdunstung, Berechnung: Gleichung nach ALBRECHT (1951)

-Berechnung der monatlichen pot. Evapotranspirationshöhe-

mit:
- ET_p potentielle Evapotranspiration [mm M^-1]
- e_{w}mittlerer Sättigungsdampfdruck [mbar]
- e_a mittlerer aktueller Dampfdruck der Luft [mbar]
- f(u) Korrektur Windeinfluss

Verdunstung, Berechnung: Gleichung nach HAUDE (1955, 1959)

-Berechnung der täglichen pot. Evapotranspirationshöhe-

Zwei Gleichungen, eine ohne und eine mit Lufttemperatureinfluss:

Verdunstung, Berechnung: Gleichung nach THORNTHWAITE (1948)

-Berechnung der monatlichen pot. Evapotranspirationshöhe-

Gleichung weltweit angewendet
unbefriedigend in Trockengebieten, aufgrund des Fehlens** eines Terms für das **Sättigungsdefizit

Verdunstung, Berechnung: Gleichung nach TURC WENDLING (Wendling et al. 1991)

-Berechnung der täglichen pot. Evapotranspirationshöhe-

[gilt nur für T_m> 0]

mit:
- ET_p potentielle Evapotranspiration [mm d^-1]
- R Tagessumme der Globalstrahlung [J cm^-2]
- T_{m}Tagesmittel der Lufttemperatur [°C]

Verdunstung, Berechnung:

-Berechnung der aktuellen Evapotranspiration-

Ansätze über die Wasserbilanz von Einzugsgebieten ⇒Gebietsverdunstung
Untersuchungen der Wasserbilanz in Mitteleuropa belegen annähernd die Bedingungen:
- Zunahme der Jahresmitteltemperatur um 1°C entspricht einer Zunahme der Verdunstungshöhe um 20–30mma^-1
- Zunahme der Höhenlage um 100m entspricht einer Abnahme der Verdunstungshöhe um 5–10mma^-1

Verdunstung, Berechnung: Gleichung 1 nach TURC (1954)

Berechnung der mittl. jährlichen aktuellen Evapotranspirationshöhe

entwickelt durch die Auswertung der Wasserbilanz ET= N–A von 254 Einzugsgebieten in allen Klimatypen; ähnlich auch Wundt (1937)
mit:
- ET_a mittlere jährliche aktuellen Evapotranspirationshöhe [mm a^-1]
- N mittlere jährliche Niederschlagshöhe [mm a^-1]
- L Temperaturbeiwert
- T mittlere Jahrestemperatur [°C]

Mit welcher Gleichung kann ***ET*** berechnet werden?

*Abfluss,* Definition:

* *_nach DIN 4049_*: * Unter dem Abfluss versteht man unter dem *Einfluss der Schwerkraft **auf*** und ***unter*** der ***Landoberfläche*** sich ***bewegendes Wasser*** * Im Speziellen bezeichnet der Abfluss ein ***Wasservolumen***, welches einen ***bestimmten Querschnitt*** in einer ***gewissen Zeiteinheit durchfließ*t** und einem ***Einzugsgebiet zuzuordnen*** ist.

***Abfluss***: Klassifizierung von oberirdischen Gerinnen

* a) *_nach dem Basisabfluss_*: * ***Ephemere Flüsse***: Flüsse *ohne* Basisabfluss, führen *nur* bei Niederschlag Wasser * ***Intermittierende Flüsse***: Basisabfluss *während* der *Niederschlagsperiode*, *keine* Wasserführung in der *Trockenzeit* * ***Perennierende Flüsse***: *ganzjährig* mit Wasserführung, Basisabfluss stellt einen *wesentlichen Anteil* des Abflusses dar * b) *_nach der Vorflut_*: 1. **Ordnung**: Flüsse, deren Vorfluter das Meer ist 2. **Ordnung**: Flüsse, deren Vorfluter Flüsse 1. Ordnung sind u.s.w .

Verfahren zur Bestimmung des *Abflusses* in *_kleinen_* Gerinnen:

* ***Gefäßmessung*** * ***Triftkörper*** * ***_Messung mit künstlichem Querschnitt_***: * Dreiecküberfall ⇒ Thompson-Wehr * Rechtecküberfall ⇒ Rehbock-Wehr, Poncellet-Wehr * hyperbolischer Überfall ⇒ Kessler-Wehr * ***_Messung mit lokaler Reduktion der Breite_***: * Venturi-Kanal * Parshall-Kanal * ***_Messung mit lokaler Hebung der Sohle_***: * Überfall mit breiter Krone * Dreiecksschwelle * ***elektromagnetische Messungen*** (induktive Durchflusszähler) * _***punktuelle Geschwindigkeitsmessungen*** (hydrometrischer Messflügel)_: * Kontinuierliche Eingabe * Dirac-Eingabe

Abflussbestimmung mit ***_Pegelschreibern_***:

**Abfluss**, Messwesen: ***Thompson-Wehr***

* Dreiecküberfall * *_Vorteile_*: * Messung von Wasser im Gerinne * geringe Wassermengen nötig * *_Nachteil_*: * bis ca. 0,15 m³s^-1

*Abfluss*, Messwesen: ***Auswertung weiterer Wehrtypen***

Abflussbestimmung mit ***Indikatorverdünnungsmethode***:

* *_Impfmethode_*: ***Q = m/c\*t*** Eingabemasse/Konz.\* Zeit [mg/mgL^-1\* s]= Ls^-1 * *_kontinuierliche Zugabe_*: ***Q₁ = Q₂\* (c₂-c_t/c_t-c₀)*** mit c₀ = 0 und Q₁\>\> Q₂ *_mit_*: ***Q₂*** Zustrom [L s^-1] ***c₀*** Konz. im Hauptstrom Q₁ ***c₂*** Konz. Indikator im Zustrom Q₂ ***c***_tKonz. Indikator im Gesamtstrom

Wasserhaushalt: *Bilanzierung*

Klimatische Wasserbilanz:

* In der globalen Wasserhaushaltsbilanz ist die Verdunstung ***V*** gleich des Niederschlags ***N*** ***Verdunstung V = Niederschlag N*** * Jährliches Bilanzvolumen des globalen Wasserhaushaltes umfasst ***500.000 km³*** * Wassergehalt der Atmosphäre wird ***ca. 38x*** pro Jahr erneuert * *Globale Wasserhaushaltsbilanz für das Festland* (hierbei ist ***A*** das Abflussvolumen): ***N = V + A*** * *Globale Wasserhaushaltsbilanz für die Ozeane (*hierbei ist ***Z*** der Zustrom*):* ***N = V - Z*** bzw. ***V = N + Z*** * *_Wasserhaushaltsbilanz nach Dracos_*: * Oberfläche ***O*** ⇒ Perkolationsbereich ***I*** ⇒ Grundwasserleiter ***G*** ⇒ Tiefenspeicher ***TG*** * Die Wasserhaushaltsbilanz nach Dracos lässt sich *durch Anwendung auf Einzugsgebiete* vereinfachen