Abfluss und Nutzung von Gewässern PDF

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Kleine Zusammenfassung...

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Abfluss → das sich unter dem Eifluss der Schwerkraft auf und unter der Erdoberfläche bewegende Wasser. Oberirdischer Abfluss im Gewässersystem! Abfluss in Fliessgewässer entstammt dem gesamten Einzugsgebiet und ist damit eine integrale Antwort des Einzugsgebietes (das Einzugsgebiet: die Fläche, aus der ein Gewässersystem seinen Abfluss bezieht).! Wasservolumen V, das in einem Fließgewässer in einer Zeiteinheit t die Querschnittfläche A durchfließt → Q= v•A [m3/s]! Abflussspende q: um den Abfluss unterschiedlich großer Einzugsgebiete vergleichen zu können. Der Abfluss durch die Fläche des zugehörigen Einzugsgebiet AEZG geteilt wird. q= Q/AEZG.!

Abflusskomponenten: ! Niederschlag läßt sich aufteilen in: ! - Verlustanteile, die nicht oder nicht unmittelbar abfliessen (Basisabfluss) ! - Abflusswirksame Teil (direkte Abfluss→ Oberflächenabfluss und Zwischenabfluss)! •

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Basisabfluss [Ohne Regen] (Grundwasserbfluss und Zwischenabfluss zusammen): Erreicht das durch den oberen Boden versickerte Wasser die gesättigte Zone, also den Grundwasserkörper, fließt es dem Gefälle folgend Richtung Oberflächengewässer.! Oberflächenabfluss [Mit Regen]: Wasser, das auf der Geländoberfläche dem nächsten Fließgewässer oder Vorfluter zufließt. Oberflächenabfluss infolge von Infiltrationsüberschuss: wird durch Überschreiten der Infiltrationskapazität während eines Regen oder Schneeschmelzereignisses gebildet. Er wird auch als Hortonscher Oberflächenabfluss (Horton 1933) bezeichnet. → Niederschlagsereignisse mit hoher Intensität auf Böden mit geringer Infiltrationskapazität. Die Regenintensität ist größer als die aktuelle Rate der Infiltration durch die Bodenoberfläche. Oberflächenabfluss infolge von Sättigungsüberschuss: kann der Boden infolge von vollständiger Sättigung kein Niederschlagswasser mehr aufnehmen, kommt es ebenfalls zur Bildung von Oberflächenabfluss. Dieser Prozess ist häufig in humiden Klimaten auf gesättigten Flächen am Hangfuß zu beobachten. Während eines Niederschlagsereignisses nimmt die gesättigte Bodenoberfläche und damit die Neigung zur Bildung von Oberflächenabfluss infolge Sättigungsüberschuss zu. Die Geländeoberfläche ist schon wassergesättigt und kann daher keinen Niederschlag mehr aufnehmen.! Interflow (Zwischenabfluss) [Mit Regen]: Fließt dem Gewässer unterirdisch zu, mit geringerer Verzögerung und kürzerem Weg als der tiefere, grundwasserbürtige Abfluss.!

Variabilität des Abflusses Oberflächenabfluss: Teil des Abflusses, der dem Gewässer als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) über die Bodenoberfläche unmittelbar zugeflossen ist. ! Zwischenabfluss (interflow): Teil des Abflusses, der dem Gewässer als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) aus oberflächennahen Bodenschichten zugeflossen ist. ! Basisabfluss / grundwasserbürtiger Abfluss: Beitrag des Grundwassers bei Abflussereignissen ! Einflussfaktoren: Niederschlags Intensität, Versiegelung des Bodens, Infiltrationsrate des Bodens, Gefälle, Form des Einzugsgebietes, Vegetation.! Niederschlagsintensität: Starkregen:! • Höherer Direktabfluss! • Höherer Hochwasserscheitel ! • Früherer Hochwasserscheitel ! • Kürzere Dauer# ! - Es tritt Oberflächenabfluss auf. ! - Die Niederschlagsintensität (mm/h) übertrifft die Infiltrationsrate (mm/h) ! - Es kommt zu Verschlämmung der Bodenoberfläche, was zusätzlich die Versickerungsrate reduziert. ! Landregen:! • Niedrigerer Direktabfluss ! • Kein Hochwasserscheitel ! • Späterer Hochwasserscheitel ! • Längere Dauer! - Es tritt kein Oberflächenabfluss auf; Regen wird vom Boden aufgenommen. ! - Die Niederschlagsintensität ist kleiner als die Infiltrationsrate und die Bodenhohlräume sind noch nicht gesättigt! Versiegelung des Bodens: Abdichtung der Bodenoberfläche aufgrund von Baumaßnahmen wie Straßen, Gehwegen, Parkplätzen und Gebäuden.!

Abflussbeiwert Ψ: Der Abflussbeiwert ist der Quotient aus der über einen Zeitraum abgeflossenen Wassermenge (bzw. des effektiven / abflusswirksamen Niederschlages) und der dazugehörigen Gesamtniederschlagsmenge. Seine Werte liegen zwischen 0 (mit keinem Abfluss aus dem Einzugsgebiet) und 1 (mit dem Abfluss der gesamten Niederschlagsmenge).! Je der Anteil der Versiegelung größer wird, desto größer der Abflussbeiwert.!

Gerinne:! Ort des Abflussprozesses, auch Flussbett oder Bachbett genannt. Es geht um eine natürliche oder künstliche Vertiefung in der Landoberfläche. ! Fließgeschwindigkeit:! Der Abfluss wird meist indirekt über die Fließgeschwindigkeit im Fließquerschnitt ermittelt.! Nicht nur im Längsprofil, sondern auch im Querschnitt durch Reibungsverluste.! Mit empirischen Fließformeln kann der Durchfluss im Gerinne berechnet werden (Messverfahren).!

Messverfahren des Abflusses: • über die Fließhöhe → Pegelstationen geben NUR Auskunft über die Fließhöhe, nicht über den tatsächlichen Abfluss! Zur Umrechnung braucht man eine Abflusskurve Q(W) → Q= V*A . ABFLUSSKURVE: ermöglicht die kontinuierliche Erfassung von Abflüssen über die Messung des Wasserstands an einem Pegel • mit Tracer: Abfluss wird berechnet durch→ 1) Bestimmung der Zeit in welcher der Tracer über bekannte Querschnitte/Fließlänge fließt; 2) Bestimmung der Konzentration im Unterlauf. Werden dann berechnet: Färbemittel. Chemikalien wie Salze, Gase, Fertiliser. Radioisotope. Wärme. Mikropartikel.! • mit Ultraschall: Ein akustisches Signal wird zeitgleich in einem bestimmten Winkel sowohl in die Hauptströmungsrichtung als auch gegen die Hauptströmungsrichtung gesendet. Die Zeitdifferenzen der Laufzeiten ist direkt proportional zur Fliessgeschwindigkeit im Messpfad !

Nutzung von Gewässern! Oberflächenwasser ist die zweitwichtigste Trinkwasser‐ressource: Wird in der Nähe dieser Oberflächengewässer Grundwasser durch Brunnen entnommen, so dass die Grundwasseroberfläche unter das Niveau des Gewässers absinkt, speist das Oberflächenwasser als Uferfiltrat das Grundwasser. In Berlin beträgt der Anteil des geförderten Uferfiltrats je nach Standort der Brunnen 50 bis 80%. Uferfiltration infolge von Grundwasserförderung: Durch die Grundwasserabsenkung des Förderbrunnens infiltriert Oberflächenwasser in das Grundwasser.! Trinkwasserausbreitung: durch Vertikal- und Horizontalbrunnen. ! Stadtentwässerung & Abwasserentsorgung → 4 Aufgaben: ! • Auffangen des Niederschlagswassers von den hoch versiegelten Flächen von! • Siedlungssystemen Kanalisation und Wegtransport ! • Reinigung in Kläranlagen ! • Selbstreinigungskraft der Flüsse ! Trennkanalisation (getrennte Systeme für Regenwasser und Schmutzwasser) und Mischkanalisation (Regenwasser gemischt mit Schmutzwasser): Entwässerungsnetze, die die lokale Überflutungen vorbeugen und die Verkehrssicherheit auf Straßen gewährleisten. Bei Starkregen→ Schmutzwasser gelangt ungereinigt in die Gewässer!! Kläranlage: ! • Mechanische Reinigung ! • Biologische Reinigung ! • Chemische Reinigung! ABER viele Stoffe lassen sich nicht vollständig aus dem Abwasser reinigen und gelangen in die Gewässer (Wasser als Reinigungs‐ oder Lösungsmittel).! Problemstoffe aus der Abwasserentsorgung: ! Erhöhte Nährstoffgehalte (N, P) Arzneimittel, Biozide, Mikroplastik aus Pflegeprodukte ! Bewässerung: In Deutschland: 2 % der Anbaufläche In Europa: 36‐60 % der Anbauflächen Global: 20 % der Anbauflächen! Energiegewinnung ‐ Kühlwasser→ 17‐25 Milliarden Kubikmeter für Kühlzwecke in Produktionsprozessen und für die Energieversorgung. Nach der Kühlung: Einleitung des Wassers mit erhöhter Temperatur in die Gewässer. Quelle: Flüsse, Seen, Talsperren, Grundwasser ! Aufwertung einer Siedlung: Anlegen eines Fischpasses→ Wohngebiet mit Naherholung und semi‐ natürlicher Flussführung mit Wasserspielplatz ! Habitat/Biotop: Neues Habitat im städtischen Bereich: ! • Turbulente Zonen für die Steinfliegenlarve ! • Sandbänke für Muscheln! • Schilf für Libellen! • Ruhige Zonen für Fische ! !

Funktionen:! • Quelle von Wasser (Trinkwasser, Nutzwasser, Brauchwasser) ! • Abnehmer von Brauchwasser/Industriewasser ! • Abfluss (Transportmedium) ! • Habitat (für Tiere, für Nahrungsproduktion) ! • Selbstreinigungskraft der Gewässer (Abbauprozesse) ! • Uferstabilität ! • Pufferfunktion von extremen Abflüsse ! Gewässerschutz→ ist einen guten chemischen und biologischen Zustand aller Oberflächengewässer und eine gute chemische und mengenmäßige Qualität des Grundwassers bis 2015 (spätestens 2027) zu erreichen. ! wie… 3 Möglichkeiten: ! • ökonomische Ausrichtung: Optimierung des Ökosystemdienstleistungen (ÖSL) und Kosten-Nutzen_Analyse→ + Ausnahmebegründung mit unverhältnismäßigen Kosten oder Infrastrukturmaßnahmen# - Monetisierung von Regulations- und Soziokulturelle Leistungen schwierig# - Unwissen: nur bekannte ÖSL werden berücksichtigt! • Funktionaler Ansatz: Ausrichtung am Funktionieren natürlicher Gewässer→ - Welche Funktionen sollen berücksichtig werden?# + Potenziell hilfreich bei der Maßnahmenplanung ! • ökologisch guter Zustand: Ausrichtung an die Artenzusammensetzung natürlicher Gewässer→ ++ erfasst ‚Integrität‘ eines Gewässerökosystems# - Blendet menschliche Nutzung aus# - Fehlende Orientierung in stark genutzten stark veränderten Gewässern ! Der Gewässerschutz umfasst alle Maßnahmen, um die ! 1) Verunreinigung der natürlichen Gewässer zu vermeiden und ! 2) die natürliche Selbstreinigung (Gewässerreinhaltung) zu erhalten.!

Gewässerschutz wird deswegen teils nutzungsorientiert, teils losgelöst von Nutzungsinteressen betrieben (Schutz aquatischer Ökosysteme). Zwischen verschiedenen Maßnahmen kann es zu Konflikten kommen. ! Durchsetzungsprinzipien → Möglichst umfassende Sicherung der Erfüllung der unterschiedlichen (!) gesellschaftlichen Anforderungen an die Gewässer im Sinne einer nachhaltigen Nutzung ! 4 Durchsetzungsprinzipien des Gewässerschutzes: ! • Emissionsprinzip → Austrag bestimmter Stoffe vermeiden oder begrenzen (Anwendung: Grenzwerte für die Einleitung aus Kläranlagen, Liste prioritärer Stoffe WRRL ! • Immissionsprinzip→ Eintrag bestimmter Stoffe ins Gewässer vermeiden oder begrenzen (Anwendung: LAWA Orientierungswerte für Nährstoffe, Grenzwerte für toxische Stoffe in Oberflächengewässern). Grenzwerte für physikalisch- chemische Parameter von Fließgewässern. Allgemeine Güteanforderungen für Fließgewässer (AGA) Entscheidungshilfe für die Wasserbehörden in wasserrechtlichen Erlaubnisverfahren.! • Ökotechnologieprinzip→ Optimierung der Struktur eines Ökosystems in Abhängigkeit von der angestrebten Nutzung (Steuerung durch die Erhöhung der Anzahl von Raubfischen)! • IWRM (Integrated Water Resource Management)→ # - Koordinierter, zielgerichteter Prozess zur Kontrolle der Gewässerentwicklung# - IWRM basiert auf Integration von Wissen aus verschiedenen Disziplinen und der Einbeziehung aller Interessengruppen. # - EU‐weite Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie WRRL, welches sich ganze EZGs anschaut, und nicht nur Teilaspekte des Fließkörpers ! Die Europäische Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EG) ist eine Richtlinie, die den rechtlichen Rahmen für die Wasserpolitik innerhalb der EU vereinheitlicht und bezweckt, die Wasserpolitik stärker auf eine nachhaltige und umweltverträgliche Wassernutzung auszurichten. ! Entstehung→ Seit 1970 eine Vielzahl von Richtlinien im Rahmen des Gewässerschutzes in der EG‐Umweltpolitik. Sektorspezifisch und ordnungsrechtlicher Ansatz. Folge→ eine! Aneinanderreihung von Richtlinien, fehlende Abstimmung, Integration und Koheränz. Es hat 12 Jahre gedauert bis die Wasserrahmenrichtlienen zustande gekommen ist. ! Ziel→ einen guten chemischen und biologischen Zustand aller Oberflächengewässer und eine gute chemische und mengenmäßige Qualität des Grundwassers bis 2015 (spätestens 2027) zu erreichen. ! Eigendynamische Entwicklung fördern → Flächensparende Maßnahmen: Verbesserungen innerhalb des vorhandenen Profils. !

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