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Quelle: Der Brockhaus Multimedial 2000
Niederschlag = Abfluss + Verdunstung + Speicheränder...
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Die Hydrologie ist die Wissenschaft von den
Erscheinungsformen des Wassers
über
der Erdober...
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Ermittlung von Extremabflüssen
Erstellung von Vorhersagen
Modellierung des Wasserhaushalts
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Quantitative Hydrologie
Hydrometeorologie
Qualitative Hydrologie
Hydrophysik
Hydrologie der...
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Meteorologie: Die Meteorologie beschäftigt sich mit der Beobachtung,
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=> Süßwasseraufkommen: 36 Mio km³
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Die operationelle Hochwasservorhersage
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Information von Satellitensystemen
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RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Einführungsveranstaltung

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RWTH Aachen - Ingenieurhydrologie
Vorlesung Hydrologie I
Inhalte der Einführungsveranstaltung:
Hydrologie – was ist das ?
Hydrologische Modelltechniken
Definitionen & Teilbereiche
Angrenzende Wissenschaften
Kennzahlen zum Wasservorkommen
Skalenbereiche der wasserwirtschaftlichen Modellierung

Veröffentlicht in: Bildung
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RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Einführungsveranstaltung

  1. 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Hydrologie – was ist das ? Hydrologische Modelltechniken Definitionen & Teilbereiche Angrenzende Wissenschaften Kennzahlen zum Wasservorkommen Skalenbereiche der wasserwirtschaftlichen Modellierung Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen: Vorlesung 1
  2. 2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Der Brockhaus Multimedial 2000 Niederschlag = Abfluss + Verdunstung + Speicheränderung Wasserhaushaltsgleichung Der Wasserkreislauf
  3. 3. 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
  4. 4. 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 Ingenieurhydrologie Ingenieurhydrologie Ingenieurhydrologie Ingenieurhydrologie Operative Hydrologie Die Aufgabenbereiche der Hydrologie
  5. 5. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Erdoberfläche Pedosphäre Lithosphäre Biosphäre Atmosphäre Hydrosphäre Geologie Bodenkunde Biologie/Zoologie/Ökologie Klimatologie Hydrologie Hydrologie: eine multidisziplinäre Wissenschaft
  6. 6. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quantitative Hydrologie Hydrometeorologie Qualitative Hydrologie Hydrophysik Hydrologie der Oberflächenwasser Hydropedologie Hydrogeologie Hydrochemie Hydrobiologie Die Teilbereiche der Hydrologie
  7. 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. 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. 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. 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 verfügbarem Frischwasser: 14.000 km³
  11. 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 Haushalte 9 % Industrie 19 % Landwirtschaft 67 % Verdunstung in Großstaudämmen 5 % Bildquelle : Ramsar
  12. 12. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Wasserkreislauf UNEP Link Source: UNEP
  13. 13. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Süßwasser Ressourcen pro Kontinent Source: UNEP UNEP Link
  14. 14. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Erneurbares Süßwasseraufkommen Source: UNEP UNEP Link
  15. 15. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Eingangsgröße [zeitvariant] Systemoperation Ausgangsgröße [zeitvariant] Niederschlag N(t) Modell Abfluss Q(t) Systemtheorie
  16. 16. 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
  17. 17. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsverteilung
  18. 18. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: DWD Die Niederschlagsverteilung
  19. 19. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlag Interzeption Evaporation Evapotranspiration Grundwasserzufluss Effektiver Niederschlag abflusswirksamer Niederschlag Infiltration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Grundwasser- speicher Die Abflussbildung
  20. 20. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Welkepunkt Feldkapazität Maximale Bodenfeuchte [mm] [%] 20 40 60 80 100 Perkolation Infiltration Evapotranspiration Die funktionalen Zusammenhänge bei der Bodenfeuchtesimulation
  21. 21. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] [m³/s] Niederschlag Gemessener Abfluss Gerechneter Abfluss Kalibrierung von NA - Modellen
  22. 22. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NA ModellNA Modell Teilgebiete Speicherdaten Bodendaten Zeitflächen- Funktionen Nutzungen Gerinnedaten Zeitreihen Niederschläge Verdunstung Temperatur Abflüsse Digitale Geländedaten Die Datenbasis für NA - Modelle
  23. 23. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Teileinzugsgebiete Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle
  24. 24. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Digitale Bodenkarte Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle
  25. 25. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Landnutzung und Versiegelung Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle
  26. 26. 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
  27. 27. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Topscan Quelle: Topscan Gewinnung von digitalen Höhendaten
  28. 28. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niedrigwasserabflüsse Mittelwasserabflüsse Hochwasserabflüsse NNQ niedrigster Niedrigwasserabfluss NQ Niedrigwasserabfluss MNQ mittlerer Niedrigwasserabfluss MQ Mittlerer Abfluss MHQ mittlerer Hochwasserabfluss HQ Hochwasserabfluss HHQ höchster Hochwasserabfluss Die Hauptzahlen des Abflusses
  29. 29. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NA Modellierung zur Ausweisung von Überschwemmungsgebieten
  30. 30. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: MOZ Die operationelle Hochwasservorhersage
  31. 31. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Die operationelle Hochwasservorhersage Quelle: MOZ
  32. 32. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Information von Satellitensystemen
  33. 33. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: DWD Information von Satellitensystemen
  34. 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. 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. 36. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken ErkenntnisWissen Spitzenabfluss [m³/s] Abflussvolumen [m3] Raumskala Information Stochastische Modelle Regelbasierte Modelle Monte Carlo Modelle Empirische Verfahren Statistische Verfahren Neuronale Netze Prozess Modelle Fuzzy Modelle Mesoskala Makroskala [> 1000 km2] [0,1 bis 1000 km2] Skalen und Modelle

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