Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen: Abflusskomponenten Abflussspendencharakteristik Hauptzahlen des Abflusses Wasserstandsmessungen Wasserstands-Abfluss Beziehungen

Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten analysieren Sie können geeignete Messverfahren zur Ermittlung der Abflüsse auswählen und beschreiben. anwenden … und können die Überschreitungswahrscheinlichkeiten einschätzen. verstehen … und wissen, worauf sie zurückzuführen sind. erinnern Sie kennen die verschiedenen Abflusskomponenten … Sie kennen die Hauptzahlen des Abflusses …

Gutes neues Jahr !!! Das Wasserhaushaltsjahr in der Bundesrepublik Deutschland beginnt bereits 2 Monate vor dem Beginn des Kalenderjahres Es dauert somit vom 1. November des Vorjahres bis zum 31. Oktober des Kalenderjahres X Niederschlag = Abfluss + Verdunstung + Speicheränderung dS= 0 für den Zeitraum 1.11.- 31.10.

Abfluss Definition gemäß DIN 4049 Allgemein: Unter dem Einfluss der Schwerkraft auf und unter der Landoberfläche sich bewegendes Wasser. Quantitativ: Wasservolumen, das einen bestimmten Querschnitt in der Zeiteinheit durchfließt und einem Einzugsgebiet zugeordnet ist.

Abflussanteile Niederschlag Evaporation abflusswirksamer Interzeption abflusswirksamer Niederschlag Effektiver Niederschlag Direktabfluss Infiltration Evapotranspiration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Grundwasserzufluss Grundwasser- speicher Grundwasserabfluss

Abflussanteile Niederschlag Evaporation abflusswirksamer Interzeption abflusswirksamer Niederschlag Effektiver Niederschlag Oberflächenabfluss QO Infiltration Evapotranspiration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Zwischenabfluss QI Grundwasserzufluss Grundwasser- speicher Grundwasserbürtiger Abfluss QG

Abflussanteil bei Hochwasser QO Oberflächenabfluss QD Direktabfluss QI Interflow QB Basisabfluss [ gemäß DIN 4049 ]

Abflusskompartimente Oberflächenabfluss QO Teil des Abflusses, der dem Gewässer als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) über die Boden-oberfläche unmittelbar zugeflossen ist. Zwischenabfluss QI (Interflow) Teil des Abflusses, der dem Gewässer als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) aus oberflächennahen Bodenschichten zugeflossen ist. Direktabfluss QD Summe aus Oberflächenabfluss und Zwischenabfluss

Abflusskompartimente Basisabfluss QB Teil des Abflusses, der nicht Direktabfluss ist Grundwasserbürtiger Abfluss QG Teil des Basisabflusses, der dem Gewässer aus dem Grundwasser zugeflossen ist. Grundwasserabfluss Grundwasservolumen, das aus einem Grundwasserabschnitt in der Zeiteinheit in dasselbe Grundwasser Stockwerk abfließt.

Die Hauptzahlen des Abflusses Niedrigwasserabflüsse NNQ niedrigster Niedrigwasserabfluss NQ Niedrigwasserabfluss MNQ mittlerer Niedrigwasserabfluss Mittelwasserabflüsse MQ Mittlerer Abfluss [m3/s] Hochwasserabflüsse MHQ mittlerer Hochwasserabfluss HQ Hochwasserabfluss HHQ höchster Hochwasserabfluss

Abflussspendencharakteristik Bildquelle: MMCD GmbH Die Abbildung verdeutlicht die Entwicklung der charakteristischen Größen des Gewässers über die Lauflänge Abflussspende = Abfluss / Einzugsgebietsfläche [ l / (s *km2)]

Durchflussbereiche und Grenzlinien Q [m³/s] t Q (Pü =10%) Ausuferungsdurchfluss mittlerer Durchfluss Q (Pü = 90%)

Abflussregime / Abflussspenden Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland

Abflussregime II Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland

Regionale Abflussregime Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland

Mittlere jährliche Abflusshöhen 50 100 150 200 300 400 500 600 800 900 1000 1500 2000 700 Abflusshöhe in [mm/a] Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland

Wasserstandsmessungen Je nach Aufgabenstellung und örtlichen Gegebenheiten wird die Wasserstandsmessung mit einer der nachfolgend aufgeführten Methoden ausgeführt. Pegelmessung ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) Venturi-Messgerinne

Wasserstandsmessung per Pegelmessung Bildquelle: Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft

App für Pegelmessung Eine neue Folie erstellen mit Hinweis auf die APP zur Pegelmessung (Mobile Water Tracker, siehe Produktblatt von Kisters unter weitergehen Wissensinformation

Aktuelle Wasserstandsinformationen der BFG

Aktuelle Wasserstandsinformationen der BFG Bildquelle: BfG

Wasserstandsvorhersage Bildquelle: BfG

Ausgewählte Jahresganglinie Bildquelle: LUA NRW

Ausgewählte Jahresganglinie Bildquelle: LUA NRW

Abfluss Der Abfluss (oder Durchfluss) wird im Regelfall messtechnisch bestimmt durch die Ermittlung zweier Größen Fließgeschwindigkeit Wasserstand (im Gewässer- oder Messprofil) Als Ergebnis liegen sodann für das Gewässer die Wasserstand- Durchfluss-Beziehungen in der Form Q = a x W b vor. Die Fließgeschwindigkeit in Gewässerprofilen wird mit Messflügeln erfasst. Dabei wird das Profil in einzelne Segmente unterteilt. Der Durchfluss ergibt sich aus Bildquelle: Ott Hydrometrie

Wasserstands-Abfluss-Beziehung Für Hochwasserabflüsse ist die Messwertdichte gering (Gefahr der Extrapolation) Die Wasserstand-Abfluss-Beziehung ist im Regelfall durch eine Vielzahl von Messungen im Niedrig- und Mittelwasserbereich belegt. Durch den Einfluss von Verkrautung, Sedimenttransport sowie Rückstau werden die Messungen verfälscht.

Wasserstands-Abfluss-Beziehung Bildquelle: ProAqua GmbH

Konventionelle Pegelmessung mit Messfügel Bildquelle: Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft

Pegelmessung in einem Fließprofil Bildquelle: ProAqua GmbH

Beispiele für Pegelmessstellen in NRW Quelle: StUA Krefeld Quelle: LUA NRW

Messschema für Flügelmessungen Messquerschnitt mit Lotrechten Messpunkte an einer Lotrechten Geschwindigkeitsfläche einer Lotrechten Abfluss an dem Messquerschnitt Bildquelle: ProAqua GmbH

Messungen an der Messlotrechten Bildquelle: ProAqua GmbH

Resultierende Geschwindigkeitsprofile Bildquelle: ProAqua GmbH

Auswertung der Durchflussmessung Bildquelle: ProAqua GmbH

Auswertung der Durchflussmessung Bildquelle: ProAqua GmbH

Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmessung Die Abflussmessung mit dem Ultraschall Doppler Profil Strömungsmesser hat die klassische Messung mit dem Messflügel bereits in weiten Teilen verdrängt. Das Verfahren wird im Regelfall als ADCP Messung (acoustic doppler current profiler) bezeichnet. Dabei handelt es sich um ein Akivsonar, das Schallimpulsen in einer definierten Frequenz ausstrahlt. Durch die Messung der Laufzeiten können die Fließgeschwindigkeiten in allen drei Lagen ermittelt werden. Die Bundesanstalt für Gewässerkunde hat eine eigenständige Auswertesoftware (AGILA) entwickelt, die mittlerweile weltweit zum Einsatz kommt Bildquelle: QUANTUM

ADCP Funktionsprinzip Bildquelle: BfG Koblenz Bildquelle: Bezirksregierung Arnsberg

Verschiedene ADCP Messboote ADCP Trimaran Schlepp-Messboot Ferngesteuertes ADCP Messboot Bildquelle: Morgenschweis Messboot mit Fächerecholot Bildquelle: Morgenschweis Bildquelle: Bezirksregierung Arnsberg

ADCP Flussbettdarstellung Bildquelle: Bezirksregierung Arnsberg

ADCP Messergebnisse WinRiver Bildquelle: hydrographische Dienst Steiermark-ADCP - Erfahrungsbericht

Abflussganglinie Dresden - Hochwasser 2002 Bildquelle: BfG - Adler Der wesentliche Plus-Punkt des ADCP Messprinzips ist es, dass Hochwasserwellen in ihrem vollständigen Verlauf verlässlich gemessen werden können.