11 Abfluss

Wie ist der Abfluss in der Schweiz zeitlich verteilt?

Sommer mehr Abfluss (viel Niederschlag + gesättigter Boden)

Frühling wegen Schneeschmelze

Winter wegen Schneeakkumulation

Wie sieht die aktuelle Abflusssitutation in der Schweiz aus?

Tendenz sinkend

Wie beeinflusst die Höhe die zeitliche Verteilung des Abflusses in der Schweiz?

je höher das Einzugsgebiet, desto später und höher die Abflussmenge

Wie variert der Abfluss räumlich?

• alpine Regionen - mehr Abfluss (Gletscherschmelze)

• mittlere Lagen - Schnee

• Mittelland - Regen Niederschlag

Was ist der Pardé-Koeffizient?

Normalisierung der Abflüsse → macht verschiedene Einzugsgebiete vergleichbar

Wie varieren Abflussregime saisonal?

Was ist der Zusammenhang mit der Höhe?

Was ist der Zusammenhang mit dem Pardé-Koeffizient?

Glazial:

• v.a. in hochgelegenen Gebieten

• Sommermaximum, weil Gletscher dann am meisten schmelzen

Nival:

• v.a. in tiefer gelegenen Gebieten

• Frühlingsmaximum, weil Schnee dann schnell abschmilzt

Pluvial:

• v.a. in tiefsten Gebieten

• kein Maximum, Regen hat hohe zeitliche Variation

Wie sehen Kurven verschiedener Abflussregime aus?

Was ist in Schweden im Gegensatz zur Schweiz anders?

In CH ist die Höhenlage entscheidend für das Regime

in SWE ist der Breitengrad entscheidend für das regime

Wie sehen die Abflussregime entlang des Rheins aus?

Reagieren grössere oder kleinere Einzugsgebiete stärker auf Abflussereignisse?

kleinere, weil sich in grösseren Einzugsgebieten der Niederschlag mehr verteilen kann

in anderen Worten, spezifischer Abfluss nimmt mit Grösse ab

Wie sieht eine Abflusskurve aus?

Wie sieht die Rückgangskurve in einem Diagramm aus?

In einem Bodenprofil, wo befindet sich die grösste Abflussmenge?

20cm unter Oberfläche, Verwurzelung sorgt zu hoher hydr. Leitfähigkeit

Was ist ein Einzellinearspeicher?

Modell für Einzugsgebiet, bei dem Abfluss Q bei Zeit t proportional ist zu Wasserspeicher S(t)

abgeleitet von Wasserbilanz mit der Annahme dass P und E =0 sind

anhand dieses Modells lässt sich der Abfluss berechnen (Interpolation)

Berechne den Abfluss anhand der Gleichung des Einzellinearspeichers

Was sind Hauptzahlen des Abflusses? Wofür sind sie wichtig?

wichtig für Planung von Staudämmen und Brücken

Was ist die Abflussdauerkurve? Wofür ist sie wichtig?

Darstellung des Abflusses über Zeit und nach Grösse sortiert

• beschreibt die Anzahl Tage, an der eine bestimmte Abflussmenge überschritten wird

• Geglättete Dauerlinien entstehen, indem man mehrjährige Mittel berechnet

• für den Kraftwerkbau bzw. die Turbinennutzung und erlaubt die Berechnung wichtiger Abflussgrössen

  • Q347 stellt das 95-Percentil dar, also der Mindestabfluss, der an 95% der Tage im Jahr stattfindet. In trockenen Jahren wird die mehrjährig gemittelte Dauerlinie von der Jahresdauerlinie unterschritten, in feuchten Jahren überschritten.

Jahrhunderthochwasser und Hochwasserwahrscheinlichkeiten

Wieso werden unwahrscheinliche Ereignisse mit der Zeit wahrscheinlich?

LLN: Law of Large numbers

Selbst wenn die Wahrscheinlichkeit für ein Ereignis bei jedem einzelnen Versuch verschwindend gering ist, bleibt die Chance bei jedem Versuch ungleich Null. Mit jedem weiteren Versuch wächst die Gesamtzahl der Gelegenheiten.

Wie verändert Wasserkraftnutzung den Abfluss?

• verändert die Abflussdynamiken

• verändert die saisonale und jährliche Variation

Wie verändert Wasserkraftnutzung den Abfluss in der Schweiz?

• Ausbau seit 60er

• führt zu Veränderung der jährlichen Abflussspitzen von diversen Flüssen (Wasser wird zurückgehalten)

• veränderte Einzugsgebiete (Wasser wird umgeleitet)

• jährliche Abflusspitzen werden rausgefiltert

Wie verändert Wasserkraftnutzung den Abfluss in Nordschweden?

1920 bis 1970 - viel Variation, natürlich bedingt

seit 1970 - weniger Variation, wegen Ausbau von Wasserkraft

Messungen:

• Stöckchenmethode

Stöckchen ins Wasser werfen und so Fliessgeschwindigkeit abschätzen

Die durchschnittliche Fliessgeschwindigkeit v_mean ist ca. 0.6-mal die gemessene Oberflächengeschwindigkeit (aufgrund höherer Reibung nimmt die Fliessgeschwindigkeit nach unten und zu den Seiten hin ab). Die Querschnittsfläche A des Fliessgewässers kann mit Breite mal mittlere Tiefe approximiert werden. Q ist dann A * v_mean

Messungen:

• Messflügel

Anzahl Umdrehungen / s → umrechnen in Fliessgeschwindigkeit

Unterteilung des Fliessgewässers in Sektoren unterteilt und der durchschnittliche Abfluss dieses Sektors berechnet

Gesamtabfluss ist die Summe der Sektorabflüsse

spezifischen Abflüsse der Vertikalen integrieren → Gesamtabfluss berechnen

Problem: nur bei grösseren Fliessgewässern (z.B. nicht bei Wildbächen)

Messungen:

• Salzverdünnungsmethode

Injektion von Salzlösung (kleinere Fliessgewässer)

Injektion von Farbtracer (grössere Fliessgewässer)

Konzentrationen werden auf verschiedenen Streckenabschnitten gemessen (über die elektrische Leitfähigkeit des Wassers)

Hintergrundkonzentration wird abgezogen von der Konzentration flussabwärts

Messungen:

• Pegel-Abfluss-Beziehung

ein Schwimmer innerhalb eines Brunnens (zur Reduktion äusserlicher Einflüsse) misst den Wasserstand

Wasserstand immer in m. ü. M. gemessen, für den wahren Pegelstand muss daher immer erst die Elevation abgezogen werden