Fragen Hydro VL 2-6 PDF

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Fragen Hydro 1.VL Einführung Definition Hydrologie, Wasserwirtschaft, Wasserkreislauf Definitionen nach DIN 4049: Hydrologie: Wissenschaft vom Wasser, seinen Eigenschaften und seinen Erscheinungsformen auf und unter der Landoberfläche Wasserwirtschaft: Zielbewußte Ordnung aller menschlichen Einwirkungen auf das ober- und unterirdische Wasser Wasserkreislauf: Ständige Folge der Zustands- und Ortsänderungen des Wassers mit den Hauptkomponenten Niederschlag, Abfluß, Verdunstung und atmosphärischer Wassertransport Aufgaben der Hydrologie: I. Monitoring der Prozesse II. Verständnisanalyse III. Vorhersagen Aufgaben der Wasserwirtschaft: 1) Bewässerung der Landwirtschaft 2) Wasserversorgung (Trinkwasser, Brauchwasser) 3) Abwasserbehandlung 4) Flussregulierung (Hochwasserschutz, Niedrigwasseraufhöhung, Renaturierung) 5) Melioration/Drainage 6) Wasserkraftnutzung 7) Schifffahrt 8) Fischereiwirtschaft 9) Erholung

2.VL Niederschlag Welche Arten, Typen, Variablen und Vaiablitäten des Niederschlages gibt es? ARTEN: Klassifizierung: • Fallende Niederschläge: Regen, Schnee, Graupel und Hagel • Abgesetzte Niederschläge: Tau, Reif und Nebel • Abgelagerte Niederschläge: Schneedecke Flüssige Form: Sprühregen, Regen Feste Form: Schneeflocke, Schneegriesel, Hagel Niederschlag mit oder ohne Vegetation:  

Freilandniederschlag Bestandsniederschlag (Setzt sich zusammen aus Kronendurchlass und Stammabfluss)

NIEDERSCHLASTYPEN: Die für die Kondensation des Wasserdampfs erforderliche Abkühlung der Luftmasse geschieht durch deren Aufsteigen in größere Höhen. Der Luftaufstieg kann auf 3 verschiedene Arten hervorgerufen werden: 1. Zyklonale oder advektive Niederschläge 2. Konvektive Niederschläge 3. Orographische Niederschläge Advektiv: waagerechte Überlagerung Konvektiv: vertikaler Prozess Zyklonale, advektive Niederschläge: Entstehung: entsteht durch das Aufeinandertreffen von wassergesättigten Luftmassen unterschiedlicher Temperatur an einer Warmfront oder Kaltfront 1) Warmfront: Warmluft wird an kälterer Luft gehoben. 2) Kaltfront: kältere Luft schiebt sich unter Warmluft. 3) Große Niederschlagsgebiete, teilweise sehr starker Niederschlag 4) Verantwortlich für Hochwässer in größeren Flussgebieten, den höchsten Anteil am Gesamtniederschlag in Dtl. Konvektive Niederschläge Entstehung: Luft, die sich an höher temperierten Erdoberflächen erwärmt hat, steigt auf, kühlt

sich ab und bildet dadurch Regentropen; typischerweise durch intensive Sonneneinstrahlung im Hochsommer Form: oft als Starkniederschläge mit sehr hoher Intensität, kurzer Dauer, geringer Flächenausdehnung bei hoher räumlicher Variabilität Orographische Niederschläge Entstehung: Hebung feuchter Luftmassen auf der Luvseite und in den Hochlagen eines Gebirges Form: Unterschiedliche Dauer und Intensität. Mehr Regen auf der dem Wind zugewandten Seite der Gebirg

VARABILITÄT: Räumliche Variabilität -> Verteilung der mittleren Jahresniederschläge räumlich Zeitliche Variabilität -> Jahresgang des Niederschlags mit Angabe: Jahresmittel, Min., Max. VARIABLEN: Niederschlagsvariablen Niederschlagsereignis: definiert durch Höhe, Dauer, Intensität und räumliche Verteilung Höhe h [mm]: Niederschlagshöhe in einem bestimmten Zeitraum Intensität i [mm/Δt]: Niederschlagshöhe bezogen auf bestimmte Zeitintervalle Dauer d [Δt]: Zeitspanne in welcher Niederschlag fällt Niederschlagsspende rN [l/(s·km2)]: Quotient aus Volumen und dem Produkt aus Zeitspanne und Fläche INTENSITÄTEN: Dauerregen bzw. Landregen: lang anhaltendes, ununterbrochenes Niederschlagsereignis, mindestens 6 Stunden, mindestens 0.5 mm/Stunde (durch Warmfronten verursacht) Dauerregen ist nicht in jedem Fall ein Unwetter! Starkregen: Regen, der im Verhältnis zu seiner Dauer eine hohe Niederschlagsintensität hat und daher selten auftritt (zweimal jährlich oder seltener)

Was sind die Besonderheiten des Starkregens und Bemessungssystems?

Bemessungsniederschlag Bei Bau von Anlagen wird der Bemessungsniederschlag benutzt, - diesen Starkniederschlag muss die Anlage mindestens aushalten! Definition des Bemessungsniederschlages: Niederschlagshöhe eines Starkregens mit festgelegter Dauerstufe und Wiederkehrintervall, das der wasserwirtschaftlichen und baulichen Planung zugrunde gelegt wird Der Kostra-Atlas Bemessungsniederschläge werden für Deutschland mit dem sogenannten KOSTRA-Atlas abgeleitet. Bemessungsniederschlag mit bestimmter Dauerstufe und Wiederkehrintervall variiert innerhalb von Deutschland (d.h. z.B., dass in München ein anderer Bemessungsniederschlag genutzt werden muss als in Hamburg). Vom DWD wurde der KOSTRA-Atlas angelegt, aus welchem man den nötigen Bemessungsniederschlag für ganz Deutschland räumlich ablesen kann Dauerstufen: 5 min, 15 min, 1, 2, 4, 6, 12, 24, 48, 72 Std. Wiederkehrintervalle: 1, 2, 5, 10, 20, 25, 50, 100 Jahre

Räumliche Auflösung: 8,5 km x 8,5 km Wie misst man den Niederschlag? Punktuelle Messmethoden 1. Niederschlagsmesser nach Hellmann, Geräte mit Wägeprinzip Flächendeckende Messmethoden 2. Radarmessung ->Messung der Reflektivität, mit Hilfe von Punktmessung in Niederschlag umgerechnet 3. Satellitenmessung

Was ist die Interzeption? Unter Interzeption versteht man in der Hydrologie das Abfangen bzw. Zurückhalten von Niederschlägen auf der „Oberfläche“ der Vegetation

3.VL Verdunstung Welche Bedeutung hat die Verdunstung als wichtige hydrologische Größe? Verdunstung ist eine der wesentlichen Größen des Wasserkreislaufs (z.B. 2/3 des Niederschlages in Deutschland verdunstet!). Verdunstung beeinflusst wieviel Wasser im Boden zur Pflanzenversorgung bereit steht. Verdunstung kann heiße Städte kühlen Was ist der Unterschied von Evaporation und Transpiration und wie ist die Funktionsweise?

Transpiration: physiologischer Prozess in Pflanzen Verdunstung von Wasser über die Blätter von Pflanzen • Hauptsächlich durch Spaltöffnungen, im geringen Umfang über die Cuticula • Versorgt Pflanze mit Nährstoffen und Wasser • Bietet Blättern Schutz vor Überhitzung Wie trinken Pflanzen? 1. Kapillareffekt durch Adhäsionskraft 2. Unterdruck durch Kohäsionskräfte Stomatäre Transpiration: • Hauptteil der Transpiration • Stomata auf der Unterseite der Blätter • Pflanze kann Stomata öffnen und schließen (Selbstregulation) • Regulieren Gasaustausch zwischen Pflanze und Umgebung (Wasser & Sauerstoff werden abgegeben, CO2 aufgenommen) Kutikuläre Transpiration: • Verdunstung über die dünne Wachsschicht auf der oberen Epidermis der Blätter • Wesentlich kleiner als stomatäre Transpiration Bei hoher Luftfeuchtigkeit: • Wassergehalt Luft ~ Wassergehalt Blatt • Kleiner Unterschied der Wassergehälter, kleines Wasserpotential, wenig Wasser

wird aus dem Blatt gezogen. • Geringere Transpiration Bei niedriger Luftfeuchtigkeit (trockene Luft): • Wassergehalt Luft mit Porometer Lysimeter: Wasserbilanzmessung an kompletter Veg.-Bodensäule

Wie kann man Verdunstung mit einfachen und komplexere Verfahren berechnen?

2. Energiebilanzverfahren nach Penman-Monteith Potenzielle ETp wird berechnet als Funktion von: ETp = f(Strahlung, Temperatur, Wind und Pflanzenart)

4.VL Bodenwasserhaushalt Erläutern sie die Komplexität des Bodenwasserhaushalts. Für was ist der Bodenwasserhaushalt wichtig? • Nur wenn Wasser im Boden ist, kann die Pflanze Wasser und Nährstoffe aufnehmen, transpirieren und wachsen! • Es bestehen große Unterschiede bezüglich des Bodenwasserhaushaltes von Tonböden, Schluffböden und Sandböden. • Bodenorganismen brauchen Wasser. • Über den Boden gelangt Wasser in das Grundwasser (Trinkwassergewinnung) . • Pufferfunktion: Boden nimmt Wasser auf, damit nicht sofort Hochwassern und Sturzfluten entstehen • Wird zur Berechnung des Wasserhaushaltes benötigt

Inwiefern ist die Bodenfeuchte abhängig von Auf- und Abwärtsbewegungen von Wasser in der Bodenzone in Abhängigkeit von Porengröße, Speicherleistung und Saugkräfte von Ton,- Schluff,und Sandböden?

INTERAKTION DER VEGETATION MIT DEM BODENWASSERHAUSHALT  Landwirtschaftliche Nutzung  Effektiver Wurzelraum  Wurzeln verändern den Boden Boden bestimmt Wasser bestimmt Vegetation: Tonböden: vernäßt schnell, kann zu Sauerstoffmangel führen, niedriges Speichervermögen Schluffboden: für die meisten landwirtschaftlichen Arten am besten geeignet Sandboden: geringes Speichervermögen Vegetation mit niedrigem Wasseranspruch, wie z.B. Heidekräuter Effektiver Wurzelraum (Durchwurzelungstiefe) = potenzielle Ausschöpftiefe von pflanzenverfügbarem Bodenwasser in Abhängigkeit von der Bodenart & Vegetationen Wurzeln und Makroporen • Wurzelgänge und Ausbreitung beeinflusst das Herausbilden von Makroporen und Rissen • Dadurch entstehen präferenzielle Fließwege und eine Konzentration der Infiltration • Wichtig für die rapide Verlagerung von Schadstoffen (z.B. Pestizide) während eines Regenereignisses in Richtung Grundwassers. Was ist Pflanzenverfügbares Wasser und Feldkapazität und wie sind die von Bodenart abhängig? Was sind wichtige Interaktionen zwischen Vegetation und Boden?

Was sind die wichtigsten Messverfahren des Bodenwasserhausaltes? Messung der Bodenfeuchte: direkte Messung ->gravimetrisch indirekte Messung -> Radiometrische Verfahren Messung der Infiltration: Messung der hydraulischen Leitfähigkeit Ks(eine der wichtigsten hydro. Größen) Messung der Saugspannung mit einem Tensiometer

5.VL Abfluss Definieren sie die Begriffe Abfluss und Einzugsgebiet Abfluss - Definition nach DIN-Norm: Abfluss ist das sich unter dem Einfluss der Schwerkraft auf oder unter der Erdoberfläche bewegende Wasser. Dieses beschränkt sich auf die Betrachtung des oberirdischen Abflusses im Gewässersystem. DIN 4049-3 (1994) Abfluss Q (Quantitativ) ist das Wasservolumen, das in einem Fließgewässer in einer Zeiteinheit t die Querschnittsfläche A durchfließt. Q=v *A [m³/s] Abflusspende q ist der Abfluss bezogen auf das Einzugsgebiet AEzg q= Q/AEzg [m³/(s · km²) Das Einzugsgebiet ist das Gebiet bzw. die Fläche, aus der ein Gewässersystem seinen Abfluss bezieht

Was sind die einzelnen Abflusskomponente und wie ist ihr zeitlicher Verlauf? Ohne Regen: Basisabfluss Grundwasserabfluss Bezeichnet den unterirdischen Zufluss von Wasser in ein Oberflächengewässer: aus dem oberen Boden versickerte Wasser erreicht die gesättigte Zone, also den Grundwasserkörper, und fließt dem Gefälle folgend Richtung Oberflächengewässer.

Mit Regen: Oberflächenabfluss Anteil des Niederschlags, der oberflächlich dem nächsten Fließgewässer zufließt. Man unterscheidet zwei Mechanismen: a. Oberflächenabfluss infolge von Infiltrationsüberschuss , entsteht bei starken Regen b. Oberflächenabfluss infolge von Sättigungsüberschuss, entsteht bei lang anhaltendem Regen oder Schneeschmelz Zwischenabfluss Zwischenabfluss ist der Abfluss der unterirdisch, innerhalb der ungesättigten Bodenzone hangparallel zum Gewässer fließt. Dies erfolgt meist mit geringerer Verzögerung zum oberirdischen Abfluss, aber wesentlich schneller als der tiefere, grundwasserbürtige Basisabfluss.

Was sind wichtige Einflussfaktoren die den Abfluss verändern? Einflussfaktoren: • Niederschlagsintensität(Starkregen/Landregen) • Versiegelung des Bodens, Infiltrationsrate des Bodens • Vegetation und Landnutzung • Gefälle • Form des Einzugsgebietes Wie rechnet man mit dem Abflussbeiwert? Der Abflussbeiwert wird genutzt um auf einfache Weise den zu erwartenden Abfluss aus einer bestimmten Regenmenge abzuschätzen. Der Abflussbeiwert ist definiert als der Quotient aus der über einen Zeitraum abgeflossenen Wassermenge (bzw. des effektiven / abflusswirksamen Niederschlages) und der dazugehörigen Gesamtniederschlagsmenge. Abflussbeiwert: ¥= Hneff/hN

Y= kann 0 sein (fließt garnix ab), kann 1 sein(Fließt alles ab)

Wie misst man den Abfluss? Abfluss kann nicht direkt gemessen werden. Stattdessen müssen Fließhöhe und Fließgeschwindigkeit gemessen werden, und der Abfluss daraus abgeleitet werden. Die Fließhöhe kann z.B. mit Hilfe eines Pegelturms gemessen werden. Die Fließgeschwindigkeit Flügelmesser oder Ultraschall gemessen.

6.VL Kategorisierungen von Gewässern und Flusslandschaften Was sind einfache Größenkategorien von Gewässern?

Erläutern sie den Satz nach strahler..

Skizzieren und bemessen sie unterschiedliche Abflussregime

Nach Abflussregime: Regime: Zeitliche Abflussveränderung, (relative oder absolute) Schwankungen eines Elements des Wasserkreislaufs während eines bestimmten Zeitraums Abflussregime: hydrologisches Gesamtverhalten eines Fließgewässers  Hängt vom Klima ab

Perrenierende Fließgewässer – ganzjährig Wasserführend Periodische Fließgewässer – führen einige Zeit im Jahr kein Wasser Episodische Fließgewässer – Führen nur Zeitweilig Wasser(Regen) Abflussschwankungen im Tagesverlauf

In Ostdeutschland -> pluviales Regime

Was sind gewässerkundliche Hauptmerkmale, wofür sind sie wichtig und wo bekommt man sie her?

Die Werte sind für die Bestimmung von HQ (größter Tagesabfluss bezogen auf einen Zeitraum)und NQ (niedrigster Tagesabfluss bezogen auf einen Zeitraum) und Jährlichkeit bestimmter Ereignisse wichtig. Wie etwa Höchster Hochwasserstand oder Niedrigster Niedrigwasserstand ??? Was sind abiotische und biotische und Gewässerfaktoren und wie ordnet man sie richtig der Längszonierung eines Fließgewässers zu?

VL.7 Nutzung von Gewässern Nennen Sie gesellschaftliche Anforderung an Nutzung von Gewässern. Die Nutzung des Wassers: - Trinkwasser 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 % -

Stadtentwässerung Industrie und verarbeitendes Gewerbe (hauptsächlich chem. Erzeugnisse) Fischerei Landwirtschaft Energiegewinnung Transport Aufwertung einer Siedlung Nutzung als Habitat und Biotop

Nennen Sie gesellschaftliche Anforderung an die Funktion von Gewässern. Funktion von Gewässern: -

Quelle von Wasser(Trinkwasser, Nutzwasser, Brauchwasser) Abfluss Habitat Selbstreinigungskraft von Wasser Uferstabilität Pufferfunktion von extremen Abflüssen

-

Selbstreinigungskraft von Gewässern: Mit dem Begriff Selbstreinigung ist die Fähigkeit der Gewässer gemeint, organische Gewässerverschmutzung oder andere Belastungen abbauen zu können durch:  Physikalisch Prozesse: Verdünnung, Sedimentation von Schwebstoffen, Filtration und Ausgasung  Chemische Prozesse: Auflösungs- und Ausfällungsprozesse, Sorption und Desorption, Umwandlung von organischen und anorganischen Stoffen  Mikrobielle Abläufe: mikrobiologische Umwandlung von organischen und anorganischen Stoffe

8 VL. Belastung von Gewässern Nennen Sie die Unterschiede zwischen direkter und indirekter Belastung und punktquellen und diffusen Quellen. Anthropogene Belastungen entstehen in räumlich unterscheidbarer Form: • Direkte Belastungen resultieren aus der Nutzung der Gewässer (Schifffahrt, Energieerzeugung). • Indirekte Belastungen resultieren aus der Nutzung der Einzugsgebiete (Landwirtschaft, Siedlungen, Verkehr). Anthropogene Belastung ist vielfältig – man spricht von sog. Belastungspfaden: • aus Punktquellen: eindeutig räumlich verortbar (z.B. Kläranlagen) • aus diffusen Quellen: Belastungen, deren Quelle man örtlich nicht eindeutig bestimmen kann, die flächen- oder linienhaft auf Gewässer einwirken, und bei denen Stoffe in der Regel ungezielt in Gewässer gelange z.B. Erosion, Hofabläufe

Nennen Sie unterschiedliche Arten, Herkunft und Auswirkung anthropogener Belastung. Physikalische Belastung: • Wasserentnahme zur Trink- und Nutzwasserversorgung, Wassereinleitungen (Stadtentwässerung) • Effekte des Auenrückbaus auf Hoch/Niedrigwasser • Belastung der Hydromophologie:  Allgemeine und spezielle Effekte des Gewässerausbaus (Schifffahrt, Deiche, Fahrrinnen, Wehre, Kanäle, Talsperren) Selbstreinigungskraft nimmt ab,  Änderung der Durchlässigkeit (Konnektivität) -> Unterbrechnung der Durchgängigkeit(Wanderfischarten), Hohe und unnatürlich schwankende Wasserstände stören Wasserhaushalt • Abwärme aus Kühlwasser ->Gewässerorganismen haben keine eigene Regelung der Körpertemperatur-> Störung der Nahrungsaufnahme, Verschiebung der Laichzeit, Schädigung von Organen Chemische Belastungen: • Eutrophierung von Gewässern ->vermehrter Algenwachstum in See und Fluss (zu viele Nährstoffe) • Punktuelle Belastungen (Zuläufe aus Kläranlagen der Kommunen oder der Industrie, Zuläufe aus der Schifffahrt) • Diffuse Belastungen aus der Landwirtschaft (Düngemittel, Pestizide, Herbizide) ->Nitrat Grundwasser • Atmosphäre (nasse und trockene Deposition)

• • • • •

Verkehr (Unfälle, Abgase) Altlasten (Deponien und Altstandorte) -> Schwermetalle Bergbau Fracking Prioritäre Stoff

Schadstoffeintrag in Gewässer#

Biologische Belastungen: • Viren und pathogene Keime • Multiresisente Bakterien • Neozoen Viren und Keime Natürlicher Zustand: Alle Gewässer sind von Viren, Phage und Bakterien besiedelt. Anthropogener Einfluss: • Belastung durch Viren und pathogenen Keime: Coli-, Staphylokokken-, Diphtherie, Salmonella-Bakterien Quellen: • Oberflächenabfluss von Weideflächen • Kommunale Kläranlagen • Fischzucht Folgen: • Problematisch in Badegewässern und Trinkwasseraufbereitung Neozoen Eingewanderte Arten sind eine Bedrohung für unsere Ökosysteme wenn sie: • die Artenvielfalt nachhaltig reduzieren • die funktionelle Diversität eines Ökosystems nachhaltig reduzieren • besonders geschützte Arten negativ beeinflussen • die Gewässerqualität negativ beeinflussen • bestimmte anthropogene Nutzungen negativ beeinflussen

Belastung durch Klimawandel: Es ist zu unterscheiden zwischen: Beobachteter Klimawandel Zu erwartende Klimaänderung bis 2100 • Steigende Temperaturen, weniger Frosttage • Schmelzen von Meereis, Arktis, Antarktis, Gletscher • Meteorologische Extremereignisse (mehr Starkniederschläge, mehr Hitzewellen, mehr Dürren) • Regionale Klimaänderungen

9. VL Hochwasser Nennen Sie Prozesse und Bedingungen die dazu führen, das Hochwasser auftritt. Bedingungen: • Starker, kurzer oder mäßig, langanhaltender Regen • Zu wenig davon infiltriert im EZG • Es wird so viel Wasser pro EZG-Fläche generiert, dass es zu großflächigem Oberflächenabfluss kommt oder der Abfluss im Flusskörper über die Ufer tritt. • Möglicherweise Schneeschmelze • Möglicherweise auflandige Stürme in Küstengebieten

Oberflächenabfluss verschärft sich bei: • Bodensättigung (Vorregen) • Schneeschmelze • Gefrorener Boden • Versiegelung

Nennen Sie die drei Hochwasserarten und ihre Charakteristika. Übersicht: • Sturzfluten kleine, steile Einzugsgebiete bei extremen Starkregen • Flussüberschwemmungen mittlere bis große Einzugsgebiete, meist Winterregen, Schneeschmelze oder VbWetterlagen,

oft an begradigten Flussstrecken • Sturmfluten nur im Küstenbereich Nennen Sie Risiko, Schaden und Schutzstrategien. Risikoelemente: Ökonomischer Sektor Schäden steigen bei Hochwasser exponentiell an!! • Häuser • Infrastruktur (Straßen, Energie, Wasser, Verwaltung) • Lebensmittelproduktion • Transport • Handel Kultureller Sektor • Naturdenkmale • Tägliches Leben Sozialer Sektor • Bevölkerung • Gesundheitsversorgung • Nahrungsversorgung • Mobilität Umwelt- Sektor • Ökosystemstabilität • Umweltschutz (Verschmutzung) • Biodiversität Schutzstrategien: -

Ausbau von dezentralen Maßnahmen(grüne Infrastruktur) im Urbanen Raum Ausbau von Rückhaltebecken und Deichen Ausweichen, Wiederstehen, Anpassen (Bauen außerh. des ÜSG/verhindern des Wassereintritts/Hochwasserangepasste Gebäudenutzung und Planmäßiges Fluten des Gebäudes)

10. VL Urbane Hydrologie

ennUnterschiedliche Komponenten und Prozessabläufe des urbanen Wasserkreislaufes im Vergleich zum natürlichen Kreislauf.

Im urbanen Raum ist mehr Abfluss in der Waagerechten, direkt in die fließgewässer. Im nartürlichen Kreislauf ist mehr auf und Ab Bewegung im Bod...