Tutorium Physische Geographie Sitzung 2

1. Tutorium Physische GeographieSitzung 2 Dienstag 08.15- 09.45 Uhr Raum 3065 Claudia Weitnauer

2. Hydrologie- Übungsfragen • 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!

3. Zusammenhang zwischen Energie- und 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) • Hydrologische Energiebilanz der Meeresflächen Q+MW= W+L+B MW= Wärmetransport im Meer (v.a. Wärmetransport mit Meeresströmungen)

4. 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 )

5. 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)

6. Hydroklimatische Klassifikationen • 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)

7. Hydroklimatische Klassifikationen • 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

8. 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

9. Der Abfluss • Def.: Unter dem Abfluss versteht man in der Hydrologie das Wasservolumen, das pro Zeiteinheit einen definierten oberirdischen Fließquerschnitt (Abflussquerschnitt) durchfließt.

10. 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

11. 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

12. Der Abflussprozess

13. 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.

14. 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.

15. 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)

16. 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.

18. 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.

19. 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

20. 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.

21. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!