Transcript Tut_Hydro_2

Tutorium
Physische Geographie
Sitzung 2
Dienstag 08.15- 09.45 Uhr
Raum 3065
Claudia Weitnauer
1
Hydrologie- Übungsfragen
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Welche vier wesentlichen Größen beschreiben die
Wasserbilanzgleichung?
Welche Aggregatszustände des Wassers kennen Sie?
Ist der Niederschlag größer als die Verdunstung, so
handelt es sich um … Gebiete?
Erklären Sie in Stichworten die Niederschlagsbildung.
Was sind die Isohyeten?
Erklären Sie den Unterschied zwischen Transpiration und
der Evapotranspiration
Was ist der Firn?
In welchen geographischen Breiten ist mit den größten
Verdunstungswerten zu rechnen? Begründen Sie!
2
Zusammenhang zwischen Energieund Wasserbilanz
Hydrologische Energiebilanz der Landflächen:
Q=W+L+B
Q= Strahlungsbilanz
W= Strom fühlbarer Wärme
L= Strom latenter Wärme (L=V*εV)
B= Wärmestrom im Boden (oder Wasser, nicht strömend)
1.
Hydrologische Energiebilanz der Meeresflächen
Q+MW= W+L+B
MW= Wärmetransport im Meer (v.a. Wärmetransport mit
Meeresströmungen)
2.
3
Zusammenhang zwischen Energie- und
Wasserbilanz
Wasserbilanz: N= V+A
Energetische Wasserbilanz:
N*εV= V*εV+ A*εV
(εV= Verdunstungsenthalpie)
N*εV: latente Niederschlagswärme
V*εV: latente Verdunstungswärme
A*εV: latente Abflusswärme
NS- Wärmequotient: N*εV/Q
Verdunstungswärmequotient: V*εV/Q
Abflusswärmequotient: A*εV/Q
Strahlungstrockenheitsindex: Q/ N*εV
(= inverser NS- wärmequotient )
4
Zusammenhang zwischen Energie- und
Wasserbilanz
V/N = V*εV/ N*εV= V*εV/Q * Q/ N*εV
Verdunstungsverhältnis proportional zum Strahlungstrockenheitsindex
Gemeinsamer Term in energetischer Wasserbilanz und Energiebilanz:
Strom latenter Wärme: L= V*εV
V*εV= N*εV - A*εV = Q- W = L
Klimatonomie- Gleichung nach Lettau:
Q/ N*εV = (1 – A/N) * (1 + W/L)
Strahlungstrockenheitsindex hängt ab von Abflussverhältnis (zum NS)
und Bowen- Verhältnis (Verhältnis von sensibler zu latenter Wärme)
Bowen- Verhältnis: W/L (sehr hoch in
Wüsten/Halbwüsten/Sandflächen)
5
Hydroklimatische Klassifikationen
1.
2.
Energetisch: Strahlungstrockenheitsindex
nach Budyko W/L
Nach Wasserbilanzgliedern
Ariditätskoeffizient r = Ep/N
Ep = potentielle Evapotranspiration
N = Niederschlag
Hauptklassen: humid (r < 0,5), gemäßigt
(0,5 < r < 2,0), arid (2,0 < r)
6
Hydroklimatische Klassifikationen
3.
4.
Hygrothermal
Regenfaktor nach Lang: RF = N/T
Klimatische Wasserbilanz
N = Ep + Si + Δ WB
Ep: potentielle Evapotranspiration
Si: Sickerwasser
Δ WB: Änderung des Bodenwasserhaushalts
Feuchteindex nach Thornwaithe:
FI = 100*Ü – 60*D/ WA
Ü: jährl. Wasserüberschuss
D: jährl. Wasserdefizite
WA: Wasseranspruch durch die potentielle Verdunstung
7
Schnee und Eis
Akkumulation: Massengewinn durch
Schneefall, Kondensation, Resublimation,
Ablagerung von Treibschnee und Lawinen,
Anfrieren von Regenwasser
Ablation: Massenverlust durch Schmelzen,
Verdunstung, Sublimation, Erosion von
Treibschnee, Abbruch von Lawinen, Kalben
 Nährgebiet: Akkumulation > Ablation
 Zehrgebiet: Akk < Abl
8
Der Abfluss
► Def.:
Unter dem Abfluss versteht man in
der Hydrologie das Wasservolumen, das pro
Zeiteinheit einen definierten oberirdischen
Fließquerschnitt (Abflussquerschnitt)
durchfließt.
9
Abflussspende: Die Abflussspende wird zum Vergleich von
Einzugsgebieten ermittelt.
Sie ist der Quotient aus dem Abfluss und dem zugehörigen
Einzugsgebiet.
Abflussverhältnis: Anteil des Niederschlags, der dem Abfluss
zugeführt wird.
Globales Abflussverhältnis: 0,36
Globales Verdunstungsverhältnis: 0,64
10
Hauptwerte des Abfluss
Abkürzung
Bezeichnung
Q
Abfluss
W
Wasserstand
MQ
mittlerer Abfluss, z.B. über 1 Jahr
MW
mittlerer Wasserstand
MHQ
mittlerer Hochwasserabfluss
MHW
mittlerer Hochwasserstand
HHQ
höchster jemals gemessener Hochwasserabfluss
HHW
höchster jemals gemessener Hochwasserstand
(M)NQ
(mittlerer) Niedrigwasserabfluss
MNW
mittlerer Niedrigwasserstand
NNQ
niedrigster jemals gemessener
Niedrigwasserabfluss
NNW
niedrigster jemals gemessener
Niedrigwasserstand
11
Der Abflussprozess
12
Begriffe:
Stromlinien: Linien, die überall tangential zu den
örtlichen Geschwindigkeitsvektoren verlaufen.
► Bahnlinien: Linien, die zeigen, wo das Wasser längs
fließt, konstruiert aus den Stromlinien.
► turbulent: Betrag und Richtung der
Geschwindigkeitsvektoren ändern sich ständig
► laminar: Betrag und Richtung der
Geschwindigkeitsvektoren bleibt gleich
► Bewegungszustand für eine Gerinneströmung
bezogen auf den Abfluss Q(t):
stationär: Wassergehalt ändert sich während des
Bewegungsablaufes nicht
instationär: ständige Wassergehaltsänderungen,
ausgleichende Wasserbewegungen zur
Wiederherstellung des Potentialgleichgewichts.
►
13
Laminares und turbulentes Strömen
► Bei
der laminaren Strömung nimmt die
Geschwindigkeit der Flüssigkeitsschichten
von der Wand bis zur Achse des Rohres hin
kontinuierlich zu. Steigt die Geschwindigkeit
der Strömung an, beginnen sich die
Flüssigkeitsschichten zu verwirbeln und es
entsteht eine turbulente Strömung.
14
Weitere Begriffe:
Oberflächenabfluss, oberirdischer Abfluss QO, (engl.
surface runoff) [m³/s]:
 Teil des Abflusses, der dem Vorfluter als Reaktion auf
ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder
Schneeschmelze) über die Bodenoberfläche
unmittelbar zugeflossen ist.
► Zwischenabfluss Q Interflow (engl. interflow) [m³/s]:
 Teil des Abflusses, der dem Vorfluter als Reaktion auf
ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder
Schneeschmelze) aus den oberflächennahen
Bodenschichten zugeflossen ist.
► Direktabfluss QD = QO + Q Interflow (engl. direct
runoff)
►
15
►
Basisabfluss QI (engl. base flow) [m³/s]:
 auch Teil des Abflusses, der nicht Direktabfluss ist.
Grundwasserbürtiger Abfluss (engl. groundwater outflow) ist der
Basisabfluss, der dem Vorfluter aus dem Grundwasser zugeflossen
ist.
►
Trockenwasserabfluss QT (engl. dry weather flow)
[m³/s]:
 Abfluss nach einer längeren Zeitspanne ohne Effektivniederschlag,
der nur aus grundwasserbürtigem Abfluss besteht.
Trockenwetterganglinie (engl. dry weather flow hydrograph) ist die
Ganglinie des QT.
16
17
Abflussregime
Der charakteristische mittlere Jahresgang des
Abflusses eines Fließgewässers wird
Abflussregime genannt.
Das Abflussregime ist durch die klimatologischen,
geologischen, pedologischen,
geomorphologischen, vegetativen und
anthropogenen Umweltfaktoren des betrachteten
Einzugsgebietes bedingt. Die einzelnen Faktoren
sind häufig miteinander gekoppelt.
18
Die Regimeklassifikation nach Pardé (1933)
basiert auf:
►der




Speisungsart der Flüsse
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
►dem Schwankungskoeffizienten der
monatlichen Abflüsse: SK=MQ Monat/MQ Jahr
19
Es wird unterschieden zwischen:
► Einfachen
Regimen: pluvial oder nival
oder glazial gespeist
► Original-komplexen Regimen: zwei oder
selten drei Peaks, deren Ursache noch
erkennbar sind
► Komplexen Regimen im eigentlichen
Sinn: im Flussverlauf wechselnde komplexe
Regime.
20
Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit!
21