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Tutorium Tutorium Physische GeographiePhysische Geographie

Sitzung 2Sitzung 2

Dienstag 08.15- 09.45 UhrDienstag 08.15- 09.45 Uhr

Raum 3065Raum 3065

Claudia WeitnauerClaudia Weitnauer

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Hydrologie- ÜbungsfragenHydrologie- Übungsfragen

1.1. Welche vier wesentlichen Größen beschreiben die Welche vier wesentlichen Größen beschreiben die Wasserbilanzgleichung?Wasserbilanzgleichung?

2.2. Welche Aggregatszustände des Wassers kennen Sie?Welche Aggregatszustände des Wassers kennen Sie?3.3. Ist der Niederschlag größer als die Verdunstung, so Ist der Niederschlag größer als die Verdunstung, so

handelt es sich um … Gebiete?handelt es sich um … Gebiete?4.4. Erklären Sie in Stichworten die Niederschlagsbildung.Erklären Sie in Stichworten die Niederschlagsbildung.5.5. Was sind die Isohyeten?Was sind die Isohyeten?6.6. Erklären Sie den Unterschied zwischen Transpiration Erklären Sie den Unterschied zwischen Transpiration

und der Evapotranspirationund der Evapotranspiration7.7. Was ist der Firn?Was ist der Firn?8.8. In welchen geographischen Breiten ist mit den In welchen geographischen Breiten ist mit den

größten Verdunstungswerten zu rechnen? größten Verdunstungswerten zu rechnen? Begründen Sie!Begründen Sie!

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Zusammenhang zwischen Zusammenhang zwischen Energie- und WasserbilanzEnergie- und Wasserbilanz

1.1. Hydrologische Energiebilanz der Landflächen:Hydrologische Energiebilanz der Landflächen:Q=W+L+BQ=W+L+B

Q= StrahlungsbilanzQ= StrahlungsbilanzW= Strom fühlbarer WärmeW= Strom fühlbarer WärmeL= Strom latenter Wärme (L=V*L= Strom latenter Wärme (L=V*εεVV))B= Wärmestrom im Boden (oder Wasser, nicht B= Wärmestrom im Boden (oder Wasser, nicht

strömend)strömend)

2.2. Hydrologische Energiebilanz der MeeresflächenHydrologische Energiebilanz der MeeresflächenQ+MQ+MWW= W+L+B= W+L+B

MMWW= Wärmetransport im Meer (v.a. Wärmetransport = Wärmetransport im Meer (v.a. Wärmetransport mit Meeresströmungen)mit Meeresströmungen)

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Zusammenhang zwischen Energie- und Zusammenhang zwischen Energie- und WasserbilanzWasserbilanz

Wasserbilanz: N= V+AWasserbilanz: N= V+AEnergetische Wasserbilanz:Energetische Wasserbilanz:

N*N*εεVV= V*= V*εεVV+ A*+ A*εεV V

((εεVV= Verdunstungsenthalpie)= Verdunstungsenthalpie)

N*N*εεV: V: latente Niederschlagswärmelatente NiederschlagswärmeV*V*εεVV: latente Verdunstungswärme: latente VerdunstungswärmeA*A*εεVV: latente Abflusswärme: latente Abflusswärme

NS- Wärmequotient: N*NS- Wärmequotient: N*εεVV/Q/QVerdunstungswärmequotient: V*Verdunstungswärmequotient: V*εεVV/Q/QAbflusswärmequotient: A*Abflusswärmequotient: A*εεVV/Q/Q

Strahlungstrockenheitsindex: Q/ N*Strahlungstrockenheitsindex: Q/ N*εεV V

(= inverser NS- wärmequotient )(= inverser NS- wärmequotient )

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Zusammenhang zwischen Energie- und Zusammenhang zwischen Energie- und WasserbilanzWasserbilanz

V/N = V*V/N = V*εεVV/ N*/ N*εεVV= V*= V*εεVV/Q * Q/ N*/Q * Q/ N*εεVV

Verdunstungsverhältnis proportional zum StrahlungstrockenheitsindexVerdunstungsverhältnis proportional zum Strahlungstrockenheitsindex

Gemeinsamer Term in energetischer Wasserbilanz und Energiebilanz:Gemeinsamer Term in energetischer Wasserbilanz und Energiebilanz:Strom latenter Wärme: L= V*Strom latenter Wärme: L= V*εεVV

V*V*εεVV== N*N*εεV V -- A*A*εεV V = Q- W = L= Q- W = L

Klimatonomie- Gleichung nach Lettau:Klimatonomie- Gleichung nach Lettau:

Q/ N*Q/ N*εεV V = (1 – A/N) * (1 + W/L)= (1 – A/N) * (1 + W/L)

Strahlungstrockenheitsindex hängt ab von Abflussverhältnis (zum NS) Strahlungstrockenheitsindex hängt ab von Abflussverhältnis (zum NS) und Bowen- Verhältnis (Verhältnis von sensibler zu latenter Wärme)und Bowen- Verhältnis (Verhältnis von sensibler zu latenter Wärme)

Bowen- Verhältnis: W/L (sehr hoch in Bowen- Verhältnis: W/L (sehr hoch in Wüsten/Halbwüsten/Sandflächen)Wüsten/Halbwüsten/Sandflächen)

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Hydroklimatische Hydroklimatische KlassifikationenKlassifikationen

1.1. Energetisch: Energetisch: Strahlungstrockenheitsindex nach Strahlungstrockenheitsindex nach Budyko W/LBudyko W/L

2.2. Nach WasserbilanzgliedernNach Wasserbilanzgliedern

Ariditätskoeffizient r = Ep/NAriditätskoeffizient r = Ep/N

Ep = potentielle EvapotranspirationEp = potentielle Evapotranspiration

N = NiederschlagN = Niederschlag

Hauptklassen: humid (r < 0,5), gemäßigt Hauptklassen: humid (r < 0,5), gemäßigt (0,5 < r < 2,0), arid (2,0 < r)(0,5 < r < 2,0), arid (2,0 < r)

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Hydroklimatische Hydroklimatische KlassifikationenKlassifikationen

3.3. HygrothermalHygrothermalRegenfaktor nach Lang: RF = N/TRegenfaktor nach Lang: RF = N/T

4.4. Klimatische WasserbilanzKlimatische WasserbilanzN = Ep + Si + N = Ep + Si + ΔΔ WB WBEp: potentielle EvapotranspirationEp: potentielle EvapotranspirationSi: SickerwasserSi: Sickerwasser ΔΔ WB: Änderung des Bodenwasserhaushalts WB: Änderung des BodenwasserhaushaltsFeuchteindex nach Thornwaithe:Feuchteindex nach Thornwaithe:FI = 100*Ü – 60*D/ WAFI = 100*Ü – 60*D/ WAÜ: jährl. WasserüberschussÜ: jährl. WasserüberschussD: jährl. WasserdefiziteD: jährl. WasserdefiziteWA: Wasseranspruch durch die potentielle WA: Wasseranspruch durch die potentielle VerdunstungVerdunstung

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Schnee und EisSchnee und Eis

Akkumulation: Massengewinn durch Akkumulation: Massengewinn durch Schneefall, Kondensation, Resublimation, Schneefall, Kondensation, Resublimation, Ablagerung von Treibschnee und Ablagerung von Treibschnee und Lawinen, Anfrieren von RegenwasserLawinen, Anfrieren von Regenwasser

Ablation: Massenverlust durch Schmelzen, Ablation: Massenverlust durch Schmelzen, Verdunstung, Sublimation, Erosion von Verdunstung, Sublimation, Erosion von Treibschnee, Abbruch von Lawinen, Treibschnee, Abbruch von Lawinen, KalbenKalben

Nährgebiet: Akkumulation > AblationNährgebiet: Akkumulation > AblationZehrgebiet: Akk < AblZehrgebiet: Akk < Abl

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Der AbflussDer Abfluss

►DefDef.: Unter dem Abfluss versteht man .: Unter dem Abfluss versteht man in der Hydrologie das Wasservolumen, in der Hydrologie das Wasservolumen, das pro Zeiteinheit einen definierten das pro Zeiteinheit einen definierten oberirdischen Fließquerschnitt oberirdischen Fließquerschnitt (Abflussquerschnitt) durchfließt.(Abflussquerschnitt) durchfließt.

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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: 0,36Globales Verdunstungsverhältnis: 0,64

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Hauptwerte des AbflussHauptwerte des Abfluss

AbkürzungAbkürzung BezeichnungBezeichnungQQ AbflussAbflussWW WasserstandWasserstandMQMQ mittlerer Abfluss, z.B. über 1 Jahrmittlerer Abfluss, z.B. über 1 JahrMWMW mittlerer Wasserstandmittlerer WasserstandMHQMHQ mittlerer Hochwasserabflussmittlerer HochwasserabflussMHWMHW mittlerer Hochwasserstandmittlerer HochwasserstandHHQHHQ höchster jemals gemessener höchster jemals gemessener

HochwasserabflussHochwasserabflussHHWHHW höchster jemals gemessener Hochwasserstandhöchster jemals gemessener Hochwasserstand(M)NQ(M)NQ (mittlerer) Niedrigwasserabfluss(mittlerer) NiedrigwasserabflussMNWMNW mittlerer Niedrigwasserstandmittlerer NiedrigwasserstandNNQNNQ niedrigster jemals gemessener niedrigster jemals gemessener

NiedrigwasserabflussNiedrigwasserabflussNNWNNW niedrigster jemals gemessener niedrigster jemals gemessener

NiedrigwasserstandNiedrigwasserstand

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Der AbflussprozessDer Abflussprozess

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Begriffe:Begriffe:► Stromlinien:Stromlinien: Linien, die überall tangential zu Linien, die überall tangential zu

den örtlichen Geschwindigkeitsvektoren den örtlichen Geschwindigkeitsvektoren verlaufen.verlaufen.

► Bahnlinien:Bahnlinien: Linien, die zeigen, wo das Wasser Linien, die zeigen, wo das Wasser längs fließt, konstruiert aus den Stromlinien.längs fließt, konstruiert aus den Stromlinien.

► turbulent:turbulent: Betrag und Richtung der Betrag und Richtung der Geschwindigkeitsvektoren ändern sich ständigGeschwindigkeitsvektoren ändern sich ständig

► laminar:laminar: Betrag und Richtung der Betrag und Richtung der Geschwindigkeitsvektoren bleibt gleichGeschwindigkeitsvektoren bleibt gleich

► Bewegungszustand für eine Bewegungszustand für eine Gerinneströmung bezogen auf den Abfluss Gerinneströmung bezogen auf den Abfluss Q(t): Q(t): stationär:stationär: Wassergehalt ändert sich während Wassergehalt ändert sich während des Bewegungsablaufes nicht des Bewegungsablaufes nicht instationär:instationär: ständige ständige Wassergehaltsänderungen, ausgleichende Wassergehaltsänderungen, ausgleichende Wasserbewegungen zur Wiederherstellung des Wasserbewegungen zur Wiederherstellung des Potentialgleichgewichts.Potentialgleichgewichts.

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Laminares und turbulentes Laminares und turbulentes StrömenStrömen

►Bei der laminaren Strömung nimmt die Bei der laminaren Strömung nimmt die Geschwindigkeit der Geschwindigkeit der Flüssigkeitsschichten von der Wand bis Flüssigkeitsschichten von der Wand bis zur Achse des Rohres hin zur Achse des Rohres hin kontinuierlich zu. Steigt die kontinuierlich zu. Steigt die Geschwindigkeit der Strömung an, Geschwindigkeit der Strömung an, beginnen sich die beginnen sich die Flüssigkeitsschichten zu verwirbeln Flüssigkeitsschichten zu verwirbeln und es entsteht eine turbulente und es entsteht eine turbulente Strömung. Strömung.

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Weitere Begriffe:Weitere Begriffe:

► OberflächenabflussOberflächenabfluss, oberirdischer Abfluss QO, , oberirdischer Abfluss QO, (engl. surface runoff) [m³/s]:(engl. surface runoff) [m³/s]: Teil des Abflusses, der dem Vorfluter als Teil des Abflusses, der dem Vorfluter als

Reaktion auf ein auslösendes Ereignis Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) über die (Niederschlag oder Schneeschmelze) über die Bodenoberfläche unmittelbar zugeflossen ist.Bodenoberfläche unmittelbar zugeflossen ist.

► ZwischenabflussZwischenabfluss Q Interflow (engl. interflow) Q Interflow (engl. interflow) [m³/s]:[m³/s]: Teil des Abflusses, der dem Vorfluter als Teil des Abflusses, der dem Vorfluter als

Reaktion auf ein auslösendes Ereignis Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) aus den (Niederschlag oder Schneeschmelze) aus den oberflächennahen Bodenschichten zugeflossen oberflächennahen Bodenschichten zugeflossen ist.ist.

► Direktabfluss Direktabfluss QD = QO + Q Interflow (engl. QD = QO + Q Interflow (engl. direct runoff)direct runoff)

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► Basisabfluss QI (engl. base flow) [m³/s]:Basisabfluss QI (engl. base flow) [m³/s]: auch Teil des Abflusses, der nicht Direktabfluss ist. auch Teil des Abflusses, der nicht Direktabfluss ist.

Grundwasserbürtiger Abfluss (engl. groundwater outflow) Grundwasserbürtiger Abfluss (engl. groundwater outflow) ist der Basisabfluss, der dem Vorfluter aus dem ist der Basisabfluss, der dem Vorfluter aus dem Grundwasser zugeflossen ist.Grundwasser zugeflossen ist.

► Trockenwasserabfluss QT (engl. dry weather Trockenwasserabfluss QT (engl. dry weather flow) [m³/s]:flow) [m³/s]: Abfluss nach einer längeren Zeitspanne ohne Abfluss nach einer längeren Zeitspanne ohne

Effektivniederschlag, der nur aus grundwasserbürtigem Effektivniederschlag, der nur aus grundwasserbürtigem Abfluss besteht. Trockenwetterganglinie (engl. dry weather Abfluss besteht. Trockenwetterganglinie (engl. dry weather flow hydrograph) ist die Ganglinie des QT.flow hydrograph) ist die Ganglinie des QT.

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AbflussregimeAbflussregime

Der charakteristische mittlere Der charakteristische mittlere Jahresgang des Abflusses eines Jahresgang des Abflusses eines Fließgewässers wird Abflussregime Fließgewässers wird Abflussregime genannt.genannt. Das Abflussregime ist durch die Das Abflussregime ist durch die klimatologischen, geologischen, klimatologischen, geologischen, pedologischen, geomorphologischen, pedologischen, geomorphologischen, vegetativen und anthropogenen vegetativen und anthropogenen Umweltfaktoren des betrachteten Umweltfaktoren des betrachteten Einzugsgebietes bedingt. Die einzelnen Einzugsgebietes bedingt. Die einzelnen Faktoren sind häufig miteinander gekoppelt. Faktoren sind häufig miteinander gekoppelt.

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Die Regimeklassifikation nach Die Regimeklassifikation nach PardéPardé (1933) (1933) basiert auf: basiert auf:

►der Speisungsart der Flüsseder Speisungsart der Flüsse pluvial (durch Regen gespeist) pluvial (durch Regen gespeist) nival (durch Schnee) nival (durch Schnee) glazial (durch Gletscher) glazial (durch Gletscher) Kombinationen z.B. nivo-pluvial, pluvio-nival, Kombinationen z.B. nivo-pluvial, pluvio-nival,

nivo-glazial nivo-glazial ►der Anzahl der Abflussminima und -der Anzahl der Abflussminima und -

maxima maxima ►dem Schwankungskoeffizienten der dem Schwankungskoeffizienten der

monatlichen Abflüsse: SK=MQ Monat/MQ monatlichen Abflüsse: SK=MQ Monat/MQ JahrJahr

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Es wird unterschieden Es wird unterschieden zwischen:zwischen:

►Einfachen Regimen:Einfachen Regimen: pluvial oder pluvial oder nival oder glazial gespeist nival oder glazial gespeist

►Original-komplexen Regimen:Original-komplexen Regimen: zwei zwei oder selten drei Peaks, deren Ursache oder selten drei Peaks, deren Ursache noch erkennbar sind noch erkennbar sind

►Komplexen Regimen im Komplexen Regimen im eigentlichen Sinn:eigentlichen Sinn: im Flussverlauf im Flussverlauf wechselnde komplexe Regime. wechselnde komplexe Regime.

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Vielen Dank für die Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!