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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Hydrologie – was ist das ? Definitionen & Teilbereiche Angrenzende Wissenschaften Kennzahlen zum Wasservorkommen Hydrologische.

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Präsentation zum Thema: "Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Hydrologie – was ist das ? Definitionen & Teilbereiche Angrenzende Wissenschaften Kennzahlen zum Wasservorkommen Hydrologische."—  Präsentation transkript:

1 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Hydrologie – was ist das ? Definitionen & Teilbereiche Angrenzende Wissenschaften Kennzahlen zum Wasservorkommen Hydrologische Modellierung Skalenbereiche der Modellierung Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen: Vorlesung 1

2 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken analysieren anwenden verstehen erinnern Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten … und verstehen den natürlichen Wasserhaushalt / Wasserkreislauf. Sie kennen die unterschiedlichen Aufgabenbereiche der Hydrologie... Sie kennen die Größenordnungen der unterschiedlichen Wasserressourcen. Sie verstehen das Grundprinzip wasserwirtschaftlicher Modelle. Sie beschreiben den Ablauf einer Modellierung mit eigenen Worten fachlich richtig.

3 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Der Brockhaus Multimedial 2000 N iederschlag = A bfluss + V erdunstung + S peicheränderung Wasserhaushaltsgleichung Der Wasserkreislauf

4 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Die Hydrologie ist die Wissenschaft von den Erscheinungsformen des Wassers über der Erdoberfläche sowie der Zirkulation des Wassers. (=> Wasserkreislauf) Eigenschaften und Wirkungen des Wassers, als auch den Wechselwirkungen des Wassers mit der Umwelt. auf und unter ökologischen und chemisch/physikalischen Die Hydrologie beschäftigt sich sowohl mit den Definition zur Hydrologie quantitativen

5 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Ermittlung von Extremabflüssen Erstellung von Vorhersagen Modellierung des Wasserhaushalts Erhebung, Analyse und Bereitstellung von Grundlagendaten Bereitstellung hydrologischer Informationen für Planungs- und Bemessungsaufgaben Systematische Analyse und Erforschung der Prozesse des Wasserkreislaufs Erstellung von Modellen zur Simulation hydrologischer Prozesse Quantifizierung von Wasserressourcen Theoretische Hydrologie Hydrometrie Ingenieurhydrologie Operative Hydrologie Die Aufgabenbereiche der Hydrologie

6 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Erdoberfläche Pedosphäre Lithosphäre Biosphäre Atmosphäre Hydrosphäre Geologie Bodenkunde Biologie/Zoologie/Ökologie Klimatologie Hydrologie Hydrologie: eine multidisziplinäre Wissenschaft

7 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Meteorologie:Die Meteorologie beschäftigt sich mit der Beobachtung, Beschreibung sowie Modellierung und Vorhersage von Klima- und Wetterphänomenen. Die meteorologischen Beobachtung und Messungen beziehen sich auf: Die Messungen erfolgen sowohl am Boden als auch in der (höheren) Atmosphäre. Luftdruck Temperatur Feuchtigkeit Windrichtung und -geschwindigkeit Grad der Bewölkung, Wolkenhöhen und Sichtweiten Niederschlag (als Regen oder Schnee) Hydrologie: Angrenzende Wissenschaften

8 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Hydrogeologie:Die Hydrogeologie ist sowohl ein Teilbereich der Wissenschaft der Hydrologie als auch der Geologie. Sie beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Prozessabbildung für das Grundwasser und beschreibt die Vorgänge der Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Wasser im Erdboden. Die Hydrogeologie wird oftmals als Teilbereich der quantitativen Hydrologie aufgefasst. Hydrologie: Angrenzende Wissenschaften

9 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Limnologie:Die Limnologie beschäftigt sich mit der Beschreibung der biologischen, physikalischen und chemischen Prozesse, die in Seen, Flüssen und Gewässern ablaufen. Im Fokus der limnologischen Forschung stehen die Lebewesen der Seen und Gewässer, die Beschreibung ihrer Interaktionen sowie die Darlegung des Stoffhaushaltes. Hydrologie: Angrenzende Wissenschaften

10 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken =>Gesamtwasservolumen: 1,4 Mrd km3 =>Süßwasseraufkommen: 36 Mio km³ Die globale Wasser Perspektive Bildquelle : Ramsar  Globales Angebot an Frischwasser: km³ verfügbar sind jedoch nur km³

11 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Der Wasserbedarf vervierfachte sich zwischen 1940 – 1990, während sich die Bevölkerung “nur” verdoppelte. 30 – 40 % der weltweiten Nahrungs- mittelproduktion ist abhängig von Bewässerung. Die globale Wasser Perspektive Nutzungsanteile des weltweiten Wasserverbrauchs: Private Haushalte9 % Industrie19 % Landwirtschaft67 % Verdunstung in Großstaudämmen5 % Bildquelle : Ramsar

12 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Die nationale Wasserbilanz Quelle: BMBF BMBFLinkLink

13 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Wasserkreislauf UNEP LinkLink Quelle: UNEP

14 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Süßwasser Ressourcen pro Kontinent Quelle: UNEP UNEP LinkLink

15 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Erneurbares Süßwasseraufkommen Quelle: UNEP UNEP LinkLink

16 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Eingangsgröße [zeitvariant] Systemoperation Ausgangsgröße [zeitvariant] Niederschlag N(t) Modell Abfluss Q(t) Systemtheorie

17 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsbildung Niederschlagsverteilung Abflussbildung Abflusskonzentration Wellenablauf Niederschlagsentstehung als Regen oder Schnee Räumliche Verteilung des Niederschlags Ermittlung des abfluss- wirksamen Niederschlags Flood Routing im Gewässer Translation und Retention Die Phasen der NA - Modellierung

18 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsverteilung

19 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: DWD Die Niederschlagsverteilung

20 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlag Interzeption Evaporation Evapotranspiration Grundwasserzufluss Effektiver Niederschlag abflusswirksamer Niederschlag Infiltration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Grundwasser- speicher Die Abflussbildung

21 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken WelkepunktFeldkapazitätMaximale Bodenfeuchte [mm] [%] Perkolation Infiltration Evapotranspiration Die funktionalen Zusammenhänge bei der Bodenfeuchtesimulation

22 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] [m³/s] Niederschlag Gemessener Abfluss Gerechneter Abfluss Kalibrierung von NA - Modellen

23 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NA Modell Teilgebiete Speicherdaten Bodendaten Zeitflächen- Funktionen Nutzungen Gerinnedaten Zeitreihen Niederschläge Verdunstung Temperatur Abflüsse Zeitreihen Niederschläge Verdunstung Temperatur Abflüsse Digitale Geländedaten Die Datenbasis für NA - Modelle

24 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Teileinzugsgebiete Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle

25 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Digitale Bodenkarte Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle

26 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Landnutzung und Versiegelung Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle

27 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM Digitales Geländemodell DGM 25 DGM mit ATKIS Daten GIS Anwendung für NA - Modelle

28 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Topscan Gewinnung von digitalen Höhendaten

29 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NiedrigwasserabflüsseMittelwasserabflüsseHochwasserabflüsse NNQ 5 niedrigster Niedrigwasserabfluss NQNiedrigwasserabfluss MNQmittlerer Niedrigwasserabfluss MQMittlerer Abfluss MHQmittlerer Hochwasserabfluss HQ X Hochwasserabfluss HHQhöchster Hochwasserabfluss Die Hauptzahlen des Abflusses

30 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NA Modellierung zur Ausweisung von Überschwemmungsgebieten

31 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: MOZ Die operationelle Hochwasservorhersage

32 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Information von Satellitensystemen

33 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: DWD Information von Satellitensystemen

34 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Atmosphärenwasser ~10 Tage Flusswasser ~16 Tage Wasser der ungesättigten Bodenzone ~1 Jahr Grundwasser ~1400 Jahre Wasser der Weltmeere ~2500 Jahre Die Austauschzeiten ergeben sich aus dem Quotienten des jeweiligen Gesamtvolumens und dem Abfluss Q: t= V/Q. Die Angaben sollen lediglich zur Abschätzung der Größenordnung dienen. Austauschzeiten im Wasserkreislauf

35 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Makroskalige Abbildungen Flächeneinheit > 1000 km² Längeneinheit > 30 km Mesoskalige Abbildungen Flächeneinheit > 0,1 km²   1000 km² Längeneinheit > 100 m   30 km Flächeneinheit > 1000 m²   0,1 km² Längeneinheit > 3 m   100 m Mikroskalige Abbildungen Skalenbereiche bei hydrologischen Prozessen

36 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Erkenntnis Wissen Spitzenabfluss [m³/s] Abflussvolumen [m 3 ] Raumskala Information Stochastische Modelle Regelbasierte Modelle Monte Carlo Modelle Empirische Verfahren Statistische Verfahren Neuronale Netze Prozess Modelle Fuzzy Modelle Mesoskala Makroskala [> 1000 km 2 ] [0,1 bis 1000 km 2 ] Skalen und Modelle


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