Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I
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Abflusskomponenten
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Niederschlag = Abfluss + Verdunstung + Speicheränderung
Gutes neues Jahr !!!
Das Wasserhaus...
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Definition gemäß DIN 4049
Allgemein:
Unter dem Einfluss der
Schwerkraft auf und unter
der L...
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Niederschlag
Interzeption
Evaporation
Evapotranspiration
Grundwasserzufluss
Effektiver Nied...
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t [h]
Q [m³/s]
QB Basisabfluss
QI Interflow
QO Oberflächenabfluss
QD Direktabfluss
[gemäß D...
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Zwischenabfluss QI
(Interflow)
Oberflächenabfluss QO
Direktabfluss QD
Teil des Abflusses, d...
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Basisabfluss QB
Grundwasserbürtiger
Abfluss QG
Teil des Abflusses, der nicht
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Niedrigwasserabflüsse
Mittelwasserabflüsse
Hochwasserabflüsse
NNQ niedrigster Niedrigwasser...
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Entwicklung der
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Größen des
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Q (Pü = 90%)
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Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland
Abflussregime / Abflussspenden
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Abflussregime II
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Regionale Abflussregime
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Wasserstandsmessung per Pegelmessung
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Aktuelle Wasserstandsinformationen der BFG
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Ausgewählte Jahresganglinie
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Der Abfluss (oder Durchfluss) wird im Regelfall messtechnisch
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Q = a Wb
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Wasserstands-Abfluss-Beziehung
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Konventionelle Pegelmessung mit Mess...
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Pegelmessung in einem Fließprofil
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Beispiele für Pegelmessstellen in NRW
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Messquerschnitt mit Lotrechten Messpunkte an einer Lotrechten
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Messungen an der Messlotrechten
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Resultierende Geschwindigkeitsprofile
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Auswertung der Durchflussmessung
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Die Abflussmessung mit dem ...
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ADCP Funktionsprinzip
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Verschiedene ADCP Messboote
Bildquelle: Morgenschweis
ADCP Trimaran Schlepp-Messboot
Fernge...
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ADCP Flussbettdarstellung
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Abflussganglinie Dresden - Hochwasser 2002
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RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Abfluss

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RWTH Aachen - Ingenieurhydrologie
Vorlesung Hydrologie I
Themen:
Abflusskomponenten
Abflussspendencharakteristik
Hauptzahlen des Abflusses
Wasserstandsmessungen
Wasserstands-Abfluss Beziehungen

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RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Abfluss

  1. 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen: Vorlesung 5 Abflusskomponenten Abflussspendencharakteristik Hauptzahlen des Abflusses Wasserstandsmessungen Wasserstands-Abfluss Beziehungen
  2. 2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlag = Abfluss + Verdunstung + Speicheränderung 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 XdS= 0 für den Zeitraum 1.11.- 31.10.
  3. 3. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken 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. Abfluss Hier stand ein Bild mit Rechten Dritter, das nicht freigegeben wurde.
  4. 4. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlag Interzeption Evaporation Evapotranspiration Grundwasserzufluss Effektiver Niederschlag abflusswirksamer Niederschlag Infiltration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Grundwasser- speicher Direktabfluss Grundwasserabfluss Abflussanteile
  5. 5. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlag Interzeption Evaporation Evapotranspiration Grundwasserzufluss Effektiver Niederschlag abflusswirksamer Niederschlag Infiltration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Grundwasser- speicher Oberflächenabfluss QO Zwischenabfluss QI Grundwasserbürtiger Abfluss QG Abflussanteile
  6. 6. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken t [h] Q [m³/s] QB Basisabfluss QI Interflow QO Oberflächenabfluss QD Direktabfluss [gemäß DIN 4049] Abflussanteil bei Hochwasser
  7. 7. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Zwischenabfluss QI (Interflow) Oberflächenabfluss QO Direktabfluss QD Teil des Abflusses, der dem Gewässer als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) über die Boden- oberfläche unmittelbar zugeflossen ist. Teil des Abflusses, der dem Gewässer als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis (Niederschlag oder Schneeschmelze) aus oberflächennahen Bodenschichten zugeflossen ist. Summe aus Oberflächenabfluss und Zwischenabfluss Abflusskompartimente
  8. 8. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Basisabfluss QB Grundwasserbürtiger Abfluss QG Teil des Abflusses, der nicht Direktabfluss ist 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. Abflusskompartimente
  9. 9. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niedrigwasserabflüsse Mittelwasserabflüsse Hochwasserabflüsse NNQ niedrigster Niedrigwasserabfluss NQ Niedrigwasserabfluss MNQ mittlerer Niedrigwasserabfluss MQ Mittlerer Abfluss [m3/s] MHQ mittlerer Hochwasserabfluss HQ Hochwasserabfluss HHQ höchster Hochwasserabfluss Die Hauptzahlen des Abflusses
  10. 10. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Die Abbildung verdeutlicht die Entwicklung der charakteristischen Größen des Gewässers über die Lauflänge Bildquelle: MMCD GmbH Abflussspendencharakteristik Abflussspende = Abfluss / Einzugsgebietsfläche [ l / (s *km2)]
  11. 11. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Q [m³/s] t mittlerer Durchfluss Ausuferungsdurchfluss Q (Pü = 90%) Q (Pü =10%) Niedrig- wasser- bereich MittelwasserbereichHochwasser- bereich Durchflussbereiche und Grenzlinien
  12. 12. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland Abflussregime / Abflussspenden
  13. 13. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Abflussregime II Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland
  14. 14. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland Regionale Abflussregime
  15. 15. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken 0 50 100 150 200 300 400 500 600 800 900 1000 1500 2000 700 Abflusshöhein[mm/a] Quelle: Hydrologischer Atlas Deutschland Mittlere jährliche Abflusshöhen
  16. 16. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Je nach Aufgabenstellung und örtlichen Gegebenheiten wird die Wasserstandsmessung mit einer der nachfolgend aufgeführten Methoden ausgeführt. Pegelmessung ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) Venturi-Messgerinne Wasserstandsmessungen
  17. 17. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft Wasserstandsmessung per Pegelmessung
  18. 18. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Aktuelle Wasserstandsinformationen der BFG
  19. 19. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: BfG Aktuelle Wasserstandsinformationen der BFG
  20. 20. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: BfG Wasserstandsvorhersage
  21. 21. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: LUA NRW Ausgewählte Jahresganglinie
  22. 22. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: LUA NRW Ausgewählte Jahresganglinie
  23. 23. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Q = v A = å i =1 n Vi Ai 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 Abfluss
  24. 24. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Abfluss Q [m³/s] Wasserstand W [m] Q = a Wb Þ logQ = loga b logW+ Durch den Einfluss von Verkrautung, Sedimenttransport sowie Rückstau werden die Messungen verfälscht. Die Wasserstand-Abfluss-Beziehung ist im Regelfall durch eine Vielzahl von Messungen im Niedrig- und Mittelwasserbereich belegt. Für Hochwasserabflüsse ist die Messwertdichte gering (Gefahr der Extrapolation) Wasserstands-Abfluss-Beziehung
  25. 25. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: ProAqua GmbH Wasserstands-Abfluss-Beziehung
  26. 26. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft Konventionelle Pegelmessung mit Messfügel
  27. 27. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: ProAqua GmbH Pegelmessung in einem Fließprofil
  28. 28. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: StUA Krefeld Quelle: LUA NRW Beispiele für Pegelmessstellen in NRW
  29. 29. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Messquerschnitt mit Lotrechten Messpunkte an einer Lotrechten Geschwindigkeitsfläche einer Lotrechten Abfluss an dem Messquerschnitt Bildquelle: ProAqua GmbH Messschema für Flügelmessungen
  30. 30. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: ProAqua GmbH Messungen an der Messlotrechten
  31. 31. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: ProAqua GmbH Resultierende Geschwindigkeitsprofile
  32. 32. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: ProAqua GmbH Auswertung der Durchflussmessung
  33. 33. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: ProAqua GmbH Auswertung der Durchflussmessung
  34. 34. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmessung Bildquelle: QUANTUM 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
  35. 35. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken ADCP Funktionsprinzip Bildquelle: Bezirksregierung Arnsberg Bildquelle: BfG Koblenz
  36. 36. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Verschiedene ADCP Messboote Bildquelle: Morgenschweis ADCP Trimaran Schlepp-Messboot Ferngesteuertes ADCP Messboot Messboot mit Fächerecholot Bildquelle: Bezirksregierung Arnsberg Bildquelle: Morgenschweis
  37. 37. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken ADCP Flussbettdarstellung Bildquelle: Bezirksregierung Arnsberg
  38. 38. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken ADCP Messergebnisse WinRiver Bildquelle: hydrographische Dienst Steiermark-ADCP - Erfahrungsbericht
  39. 39. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken 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.

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