Vorlesung 2 (Wasserhaushaltsbilanzgrößen ) Flashcards
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
Bestimmung des Wasserstandes mit Hilfe von:
- Lattenpegel
- Stechpegel
- Ultraschallsonde
- Schwimmerschreibpegel.
Weitere Namen für das Kessler-Wehr:
- Proportionalwehr
- Lineares Messwehr
- Hyperbolisches Wehr
- Linear, große Wassermengen
- Kann zu Messfehlern kommen
- nichtgleichmäßige Bewegung
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
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.
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
- Sprühregen bzw. Nieseln
- 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
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
- Reif
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].
Fehler in der Niederschlagsmessung durch:
- Windeinfluss
- abgesetzte Niederschläge
- Evaporation
- Skalenproblem
Messgeräte für die Niederschlagsbemessung:
-
Regensammler (nach Hellmann)
- Schneekreuz, damit nichts raus fällt
- Totalisator
-
Regenwaage
- Bei viel Regen unpraktisch, Maikäfer
Niederschlag: Interzeption und Bestandsniederschlag
-
Interzeption: temporäre Speicherung des Niederschlages auf den Oberflächen oberirdischer Pflanzenteil
- Bei Pflanzen unterschiedlich
- ⇒ Stammabfluss bei Buche groß
- Bei Pflanzen unterschiedlich
- Bestandsniederschlag: Menge des Niederschlags, die innerhalb eines Pflanzenbestands den Erdboden erreicht
- 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 Fi und mittleren Höhen Hi
Verdunstung, Definitionen:
- Evaporationshöhe Eh (hE)
-
Verdunstungshöhe von:
- unbewachsenen Erdoberflächen (Bodenverdunstung)
- auf Pflanzenflächen zurückgehaltenem Niederschlag (Interzeptionsverdunstung)
- auf freien Wasserflächen (Seeverdunstung)
-
Verdunstungshöhe von:
- Transpirationshöhe Th (hT)
- Verdunstungshöhe von Pflanzenoberflächen aufgrund biotischer Prozesse
- Evapotranspirationshöhe ETh (hET)
- Summe aus Bodenverdunstung, Interzeptionsverdunstung und Transpiration
- potentielle Evapotranspiration ETp
- Verdunstungshöhe von Oberflächen bei gegebenen meteorologischen Bedingungen und unbegrenzt verfügbarem Wasser
- potentielle Energie: Wasser kann nicht verdunsten (Wasser immer vorhanden, max. Wert)
- aktuelle Evapotranspiration ETa
- 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
Formeln für die Berechnung der Verdunstung:
-
nach Penman
- Energiebilanz
-
nach Albrecht & Haude
- mit Windeinfluss bzw. Sättigungsdefizit
-
nach Thornthwaite & Turc
- mit Strahlung, Niederschlag und Temperatur
Verdunstung, Berechnung: DALTON-Gleichung (1802)
-freie Wasseroberfläche-
-
mit:
- EP potentielle Evaporation [mm d-1]
- ew Sättigungsdampfdruck der Luft bei der Temperatur der Wasseroberfläche [mbar]
- ea aktueller Dampfdruck der mit der Wasserfläche in Kontakt stehenden Luft [mbar]
- k Parameter zur Berücksichtigung von Luftdruck- und Luftdichteeinflüssen
Verdunstung, Berechnung: aerodynamische Transportgleichung
-
mit:
- pa Dichte der Luft [g cm-3]
- Pa Luftdruck [mbar]
- vz Windgeschwindigkeit in der Höhe z [cm s-1]
- ea,z aktueller Dampfdruck in der Höhe z [mbar]
- z Messhöhen [cm]
- K Karman-Konstante, ca. 0.4 [-]
PENMAN-Gleichung (1954)
-Freie Wasseroberfläche Land-
-
mit:
- Eo,p,h potentielle Verdunstungshöhe
- H0 Strahlungsbilanz
- E<strong><em>a</em></strong> Evaporation nach der Dalton-Beziehung
- γ Psygrometerkonstante [0.65mbar/°C]
- D Steigung der Sättigungsdampfdruckkurve
Verdunstung, Berechnung: PENMAN-Gleichung (1954)
-komplexe Teilglieder-
-
mit:
- tn aktuelle Sonnenscheindauer [h]
- T mittlere Lufttemperatur [K]
- ea 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:
- ETp potentielle Evapotranspiration [mm M-1]
- e<strong><em>w</em></strong> mittlerer Sättigungsdampfdruck [mbar]
- ea 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 Tm> 0]
-
mit:
- ETp potentielle Evapotranspiration [mm d-1]
- R Tagessumme der Globalstrahlung [J cm-2]
- T<strong><em>m</em></strong> 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:
- ETa mittlere jährliche aktuellen Evapotranspirationshöhe [mm a-1]
- N mittlere jährliche Niederschlagshöhe [mm a-1]
- L Temperaturbeiwert
- T mittlere Jahrestemperatur [°C]