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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Methoden der

Methoden der Verdunstungsbestimmung 20 ___________________________________________________________________________ 4 Verfahren zur Bestimmung der Verdunstung freier Wasserflächen 4.1 Allgemeines Während die anderen Bilanzelemente des Wasserhaushaltes von Gewässern oder Landschaften, klammert man den unterirdischen Teil des Abflusses aus, im Regelfall relativ sicher messtechnisch ermittelt werden können, ist die Problematik der hinreichend genauen Bestimmung der Verdunstung bis heute nicht befriedigend gelöst. Der Umstand, dass in der Literatur im Rahmen von globalen, gewässerbezogenen oder Gebietswasserbilanzen oftmals sehr genaue Verdunstungswerte angegeben werden, kann darüber nicht hinwegtäuschen. Hier wird die Verdunstung meist als Restgröße der Wasserhaushaltsgleichung ermittelt. Im Besonderen gilt diese Problematik für den terrestrischen Bereich und den terrestrisch-aquatischen Übergangsbereich, in denen sich die Verdunstung zumeist aus Evaporation, Transpiration und Interzeption zusammensetzt. Hier spielen vor allem auch sehr komplexe und variable physiologische Prozesse, Zustände und Besonderheiten der Vegetation, aber auch einzelner Pflanzenarten eine entscheidende Rolle. Freie Wasserflächen stellen demgegenüber relativ einfach strukturierte, homogene Flächen dar. Trotzdem bringen auch hier weder messtechnische Verfahren, noch rechnerische Näherungslösungen vollständig zufriedenstellende Ergebnisse. Wie bei allen meteorologischen Messungen handelt es sich bei experimentellen Bestimmungen der Verdunstung freier Wasserflächen i. d. R. um Punktmessungen, deren Ergebnisse nur bedingt auf die gesamte Wasserfläche oder andere Gewässer übertragbar sind. Gleichungen, die an diesen Resultaten regressionsanalytisch geeicht wurden, beziehen meist parallel oder an nahegelegenen Stationen bestimmte meteorologische Standardparameter als Eingangsgrößen ein. Im Ergebnis steht oftmals der Versuch, mit den vorhandenen Daten bestmögliche Anpassungen zu erreichen und praktikable Ansätze der Verdunstungsberechnung vorzulegen. Vielfach durchgeführte Vergleiche der mit verschiedenen Versuchsaufbauten und/ oder Gleichungen gewonnenen Verdunstungswerte zeigen die große Variabilität. Mikrometeorologische Untersuchungen erlauben mittlerweile eine sehr exakte Bestimmung der Verdunstung über die Untersuchung des Wasserdampftransportes in den bodennahen Luftschichten. Sie sind aber, aufgrund des hohen apparativen Aufwandes und der zu sichernden, streng definierten Rahmenbedingungen für praktische Einsätze und Zwecke weniger geeignet. Gleichwohl bei diesen Methoden die genannten Nachteile der Punktmessung in verstärktem Maße auftreten, sind sie doch zur Kontrolle und Eichung einfacherer Ansätze der Verdunstungsermittlung besonders geeignet.

Methoden der Verdunstungsbestimmung 21 ___________________________________________________________________________ Es existiert eine große Vielzahl von verschiedenen Methoden der Ermittlung der Verdunstung. Da diese nur bedingt messtechnisch zu erfassen ist, handelt es sich hierbei um mehr oder minder komplexe Ableitungen aus den Messungen anderer Größen. Vielfach orientieren sich die Ansätze, bei notwendiger Beschränkung des apparativen Aufwandes der Experimente, an dem Vorhandensein bestimmter Daten, zum Teil sind die Methoden als "Nebenprodukte" von Untersuchungen mit anderer Zielstellung entstanden. Im Ergebnis stehen methodische Kompromisse, die jeweils Teile des Wirkungsgefüges von Zuständen und Einflussfaktoren widerspiegeln, während andere gänzlich vernachlässigt oder lediglich in Form von Vereinfachungen berücksichtigt werden. Eine systematische Zuordnung der einzelnen Ansätze bereitet Schwierigkeiten und wird daher in der Literatur entsprechend unterschiedlich gehandhabt. Durch die UNESCO (FERGUSON & ZNAMENSKY 1981a [verändert]) wurde folgende Ordnung erarbeitet: 1. Ermittlung aus Atmometer- und Evaporimeterdaten: Bestimmung der Verdunstung über die Wasserbilanz der Geräte (Verdunstungskörper mit poröser Oberfläche, Verdunstungskessel) und Anpassung an die Verdunstung freier Wasserflächen durch Einbeziehung von empirisch bestimmten Korrekturfaktoren, die Geräteeigenschaften und / oder Besonderheiten des Versuchsaufbaues sowie des Messortes berücksichtigen. 2. Berechnung aus der Wasserbilanz: Ermittlung der Verdunstung als Restgröße der Wasserbilanz eines Sees bzw. einer Talsperre. Diese Methode basiert auf einer hinreichend genauen Bestimmung der anderen Teilgrößen der Wasserhaushaltsgleichung. 3. Ableitung aus der Wärmebilanz: Berechnung der Wärmebilanz eines Sees und Bestimmung der latenten Verdunstungswärme als Restgröße. Die Abschätzung aus der Wärmebilanz setzt eine relativ sichere und intensive Bestimmung wichtiger meteorologischer, vor allem auch strahlungsklimatischer Größen voraus. Darüber hinaus muss auch hier eine verlässliche, mit Ausnahme der Verdunstung geschlossene Wasserbilanz vorliegen, um laterale und vertikale Energieströme erfassen zu können. 4. Berechnungen auf Grundlage mikrometeorologischer Messungen in der bodennahen Luftschicht: Grundlage ist die Bestimmung des Wasserdampftransportes in den boden nahen Luftschichten. Hier wird unterschieden zwischen der Bestimmung des aerodynamischen Wasserdampftransportes zwischen zwei Bezugshöhen unter Zugrundelegung einer mittleren (logarithmischen) Windverteilung im Profil (Gradientverfahren) und der Berechnung der Korrelationen zwischen den Fluktuationen der Wind- und Feuchteverhältnisse in der

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