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. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Der Brockhaus Multimedial 2000 Niederschlag = Abfluss + Verdunstung + Speichernderung Wasserhaushaltsgleichung Der Wasserkreislauf 3. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Die Hydrologie ist die Wissenschaft von den Erscheinungsformen des Wassers ber der Erdoberflche sowie der Zirkulation des Wassers (Wasserkreislauf). Eigenschaften und Wirkungen des Wassers, als auch den Wechselwirkungen des Wassers mit der Umwelt. auf und unter kologischen und chemisch/physikalischen Die Hydrologie beschftigt sich sowohl mit den Definition zur Hydrologie quantitativen 4. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Ermittlung von Extremabflssen Erstellung von Vorhersagen Modellierung des Wasserhaushalts Erhebung, Analyse und Bereitstellung von Grundlagendaten Bereitstellung hydrologischer Informationen fr 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. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Erdoberflche Pedosphre Lithosphre Biosphre Atmosphre Hydrosphre Geologie Bodenkunde Biologie/Zoologie/kologie Klimatologie Hydrologie Hydrologie: eine multidisziplinre Wissenschaft 6. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quantitative Hydrologie Hydrometeorologie Qualitative Hydrologie Hydrophysik Hydrologie der Oberflchenwasser Hydropedologie Hydrogeologie Hydrochemie Hydrobiologie Die Teilbereiche der Hydrologie 7. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Meteorologie: Die Meteorologie beschftigt sich mit der Beobachtung, Beschreibung sowie Modellierung und Vorhersage von Klima- und Wetterphnomenen. Die meteorologischen Beobachtung und Messungen beziehen sich auf: Die Messungen erfolgen sowohl am Boden als auch in der (hheren) Atmosphre. Luftdruck Temperatur Feuchtigkeit Windrichtung und -geschwindigkeit Grad der Bewlkung, Wolkenhhen 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 beschftigt sich schwerpunktmig mit der Prozessabbildung fr das Grundwasser und beschreibt die Vorgnge 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 beschftigt sich mit der Beschreibung der biologischen, physikalischen und chemischen Prozesse, die in Seen, Flssen und Gewssern ablaufen. Im Fokus der limnologischen Forschung stehen die Lebewesen der Seen und Gewsser, die Beschreibung ihrer Interaktionen sowie die Darlegung des Stoffhaushaltes. Hydrologie: Angrenzende Wissenschaften 10. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken => Gesamtwasservolumen: 1,4 Mrd km3 => Swasseraufkommen: 36 Mio km Die globale Wasser Perspektive Bildquelle : Ramsar => Globales Angebot an verfgbarem Frischwasser: 14.000 km 11. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Der Wasserbedarf vervierfachte sich zwischen 1940 1990 whrend sich die Bevlkerung nur verdoppelte 30 40 % der weltweiten Nahrungs- mittelproduktion ist abhngig von Bewsserung Die globale Wasser Perspektive Nutzungsanteile des weltweiten Wasserverbrauchs: Private Haushalte 9 % Industrie 19 % Landwirtschaft 67 % Verdunstung in Grostaudmmen 5 % Bildquelle : Ramsar 12. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Wasserkreislauf UNEP Link Source: UNEP 13. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Swasser Ressourcen pro Kontinent Source: UNEP UNEP Link 14. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Erneurbares Swasseraufkommen Source: UNEP UNEP Link 15. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Eingangsgre [zeitvariant] Systemoperation Ausgangsgre [zeitvariant] Niederschlag N(t) Modell Abfluss Q(t) Systemtheorie 16. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsbildung Niederschlagsverteilung Abflussbildung Abflusskonzentration Wellenablauf Niederschlagsentstehung als Regen oder Schnee Rumliche Verteilung des Niederschlags Ermittlung des abfluss- wirksamen Niederschlags Flood Routing im Gewsser Translation und Retention Die Phasen der NA - Modellierung 17. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsverteilung 18. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: DWD Die Niederschlagsverteilung 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. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Welkepunkt Feldkapazitt Maximale Bodenfeuchte [mm] [%] 20 40 60 80 100 Perkolation Infiltration Evapotranspiration Die funktionalen Zusammenhnge bei der Bodenfeuchtesimulation 21. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] [m/s] Niederschlag Gemessener Abfluss Gerechneter Abfluss Kalibrierung von NA - Modellen 22. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NA ModellNA Modell Teilgebiete Speicherdaten Bodendaten Zeitflchen- Funktionen Nutzungen Gerinnedaten Zeitreihen Niederschlge Verdunstung Temperatur Abflsse Digitale Gelndedaten Die Datenbasis fr NA - Modelle 23. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Teileinzugsgebiete Teilgebiete Speicher Boden Zeitflchen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung fr NA - Modelle 24. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Digitale Bodenkarte Teilgebiete Speicher Boden Zeitflchen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung fr NA - Modelle 25. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Landnutzung und Versiegelung Teilgebiete Speicher Boden Zeitflchen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung fr NA - Modelle 26. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Teilgebiete Speicher Boden Zeitflchen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM Digitales Gelndemodell DGM 25 DGM mit ATKIS Daten GIS Anwendung fr NA - Modelle 27. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Topscan Quelle: Topscan Gewinnung von digitalen Hhendaten 28. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niedrigwasserabflsse Mittelwasserabflsse Hochwasserabflsse NNQ niedrigster Niedrigwasserabfluss NQ Niedrigwasserabfluss MNQ mittlerer Niedrigwasserabfluss MQ Mittlerer Abfluss MHQ mittlerer Hochwasserabfluss HQ Hochwasserabfluss HHQ hchster Hochwasserabfluss Die Hauptzahlen des Abflusses 29. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NA Modellierung zur Ausweisung von berschwemmungsgebieten 30. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: MOZ Die operationelle Hochwasservorhersage 31. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Die operationelle Hochwasservorhersage Quelle: MOZ 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 Atmosphrenwasser ~10 Tage Flusswasser ~16 Tage Wasser der ungesttigten 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 Abschtzung der Grenordnung dienen. Austauschzeiten im Wasserkreislauf 35. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Makroskalige Abbildungen Flcheneinheit > 1000 km Lngeneinheit > 30 km Mesoskalige Abbildungen Flcheneinheit > 0,1 km 1000 km Lngeneinheit > 100 m 30 km Flcheneinheit > 1000 m 0,1 km Lngeneinheit > 3 m 100 m Mikroskalige Abbildungen Skalenbereiche bei hydrologischen Prozessen 36. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken ErkenntnisWissen Spitzenabfluss [m/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