Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I

Präsentation zum Thema: "Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I"—  Präsentation transkript:

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

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

3 Wasserhaushaltsjahr in Deutschland
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 kann für den Zeitraum = 0 gesetzt werden

4 Abfluss Definition gemäß DIN 4049 Allgemein:
Bildzitat: Microsoft Corporation 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.

5 Abflussanteile (im terrestrischen Wasserkreislauf)
Niederschlag Evaporation Interzeption abflusswirksamer Niederschlag Effektiver Niederschlag Direktabfluss Infiltration Evapotranspiration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Grundwasserzufluss Grundwasser- speicher Grundwasserabfluss

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

7 Abflussanteil bei Hochwasser
QO Oberflächenabfluss QD Direktabfluss QI Interflow QB Basisabfluss Bildzitat: DIN 4049

8 Abflusskompartimente
Oberflächenabfluss QO Teil des Abflusses, der dem Gewässer als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) über die Bodenoberfläche 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.

9 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.

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

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

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

13 Abflussregime / Abflussspenden
Bildzitat: Hydrologischer Atlas Deutschland

14 Abflussregime II Bildzitat: Hydrologischer Atlas Deutschland

15 Regionale Abflussregime
Bildzitat: Hydrologischer Atlas Deutschland

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

17 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

18 Wasserstandsmessung per Pegelmessung
Bildzitat: Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft

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

20 Aktuelle Wasserstandsinformationen der BFG
Bildzitat: BfG

21 Aktuelle Wasserstandsinformationen der Bundesanstalt für Gewässerkunde [bfg]
Bildzitat: BfG

22 Ausgewählte Jahresganglinie
Bildzitat: LUA NRW

23 Ausgewählte Jahresganglinie
Bildzitat: LUA NRW

24 Abflussmessung Der Abfluss (oder Durchfluss) wird im Regelfall messtechnisch bestimmt durch die Ermittlung zweier Größen Fließgeschwindigkeit Wasserstand (im Gewässer- oder Messprofil) Als Ergebnis liegen dann 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 𝑄=𝑣∗𝐴= 𝑖=1 𝑛 𝑉 𝑖 ∗ 𝐴 𝑖 Bildzitat: Ott Hydrometrie

25 Wasserstands-Abfluss-Beziehung
𝑄=𝑎∗ 𝑊 𝑏 ⇒ log 𝑄 = log 𝑎 +𝑏∗ log 𝑊 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 können die Messungen verfälscht werden.

26 Wasserstands-Abfluss-Beziehung
Bildzitat: Pro Aqua

27 Konventionelle Pegelmessung mit Messfügel
Bildzitat: Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft

28 Pegelmessung in einem Fließprofil
Bildzitat: ProAqua

29 Beispiele für Pegelmessstellen in NRW
Bildzitat: LUA NRW Bildzitat: StUA Krefeld

30 Messschema für Flügelmessungen
Messquerschnitt mit Lotrechten Messpunkte an einer Lotrechten Geschwindigkeitsfläche einer Lotrechten Abfluss an dem Messquerschnitt Bildzitat: ProAqua

31 Messungen an der Messlotrechten
Bildzitat: ProAqua :

32 Resultierende Geschwindigkeitsprofile
Bildzitat: ProAqua

33 Auswertung der Durchflussmessung
Bildzitat: ProAqua

34 Auswertung der Durchflussmessung
Bildzitat: ProAqua

35 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 Schallimpulse in einer definierten Frequenz ausstrahlt. Durch die Messung der Laufzeiten können die Fließgeschwindigkeiten in allen drei Lagen ermittelt werden. Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (bfg) hat eine eigenständige Auswertesoftware (AGILA) entwickelt, die mittlerweile weltweit zum Einsatz kommt. Bildzitat: Quantum

36 ADCP Funktionsprinzip
Bildzitat: BfG Koblenz Bildzitat: Bezirksregierung Arnsberg

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

38 ADCP Flussbettdarstellung
Bildzitat: Bezirksregierung Arnsberg

39 ADCP Messergebnisse WinRiver
Bildzitat: hydrographischer Dienst Steiermark-ADCP - Erfahrungsbericht

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

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