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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Methoden der

Methoden der Verdunstungsbestimmung 34 ___________________________________________________________________________ (4.2-5) f(u) = a + b * u c , mit a, b und c als empirischen Konstanten, die sowohl den Einfluss der Windverhältnisse als auch relevante Geräte- und Gewässereigenschaften berücksichtigen. Durch Einsatz in 4.2-4 ergibt sich: (4.2-6) EL = (a + b * u c ) * ([E0 - eL] / [E0p - eL]) * Ep. Die Windfunktion kann dabei auch in komplexeren mathematischen Ausdrücken berücksichtigt werden. Die Gleichungen 4.2-5 und 4.2-6 eignen sich zur Ermittlung von Tages-, Wochen- oder Dekadenmittelwerten der Evaporation. Sie entsprechen im kausalen und rechnerischen Ansatz den in Abschnitt 4.6.1 dargestellten Massentransportgleichungen. 4.3 Ermittlung der Verdunstung aus dem Wasserhaushalt Die Verdunstung von der Oberfläche eines stehenden Gewässers lässt sich mit Hilfe der Wasserhaushaltsgleichung für beliebige Zeiträume berechnen: (4.3-1) E = Zo + Zu + N + ∆S - Ao - Au mit: ∆S ... Speicherinhaltsänderung, Zo, Zu ... Zufluss (ober- [o] und unterirdisch [u]), N ... Niederschlag und Ao, Au ... Abfluss (ober- und unterirdisch). Voraussetzung ist, dass alle anderen Teilgrößen der Wasserbilanz in hinreichender Genauigkeit bekannt sind. Treten im Bilanzzeitraum größere Temperaturänderungen auf, so ist die veränderte Dichte des Wassers bei der Bestimmung der Teilvolumina zu berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für Untersuchungen im Frühjahr und Herbst. Generell sind auch unterschiedliche Temperaturen von Zu- und Abflüssen zu beachten. Die Bestimmung des unterirdischen Wasseraustausches (Zu, Au) bereitet in der praktischen Anwendung der Wasserbilanzmethode die größten Schwierigkeiten, da er sich der Beobachtung und damit der Quantifizierung weitestgehend entzieht. Strenggenommen ist die Methode daher nur bei den Seen sicher anwendbar, in deren Wasserbilanz der Zu- und Abstrom unterirdischen

Methoden der Verdunstungsbestimmung 35 ___________________________________________________________________________ Wassers keine oder eine nur sehr unbedeutende Rolle spielt. Dies kann durch hydrogeologische und diverse Spezialuntersuchungen (z. B. Markierungsversuche) belegt werden. Je nach der Dynamik des Abflussgeschehens müssen Durchflussbeobachtungen an allen wichtigen Zuflüssen eines zu untersuchenden Sees sowie an seinem Abfluss in möglichst großer zeitlicher Dichte durchgeführt werden. Die räumliche Variabilität der Niederschlagsverhältnisse über der gesamten Wasserfläche ist durch Messungen an mehreren Standorten oder aber über geeignete Interpolationsverfahren zu ermitteln und auf die Gesamtfläche des Sees hochzurechnen. Treten Wasserstandsänderungen im Bilanzzeitraum auf, muss die beckengestaltsabhängige Veränderung des Volumens bestimmt werden. Bei größeren Variationen der Wasserspiegelhöhe sollten Füllkurven (Wasserstands - Volumen - Beziehungen) erstellt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass mit den Spiegelschwankungen im Gewässer auch Speicheränderungen in klüftigen oder porösen Gesteinen der Beckenumrandung und des seenahen Einzugsgebietes einhergehen. Diese können je nach den hydrogeologischen Bedingungen erhebliche Ausmaße erreichen (WMO 1966). In Zeiten mit ansteigendem Wasserspiegel wird die Verdunstung bei fehlender Berücksichtigung dieser Speicheränderung überschätzt, in Phasen mit fallenden Wasserständen werden dagegen zu geringe Werte ermittelt. Wird die Verdunstung als Restglied der Wasserbilanz berechnet, müssen neben der Messbarkeit einzelner Teilgrößen auch die möglichen bzw. wahrscheinlichen Fehler ihrer Bestimmung im Rahmen einer Sensivitätsanalyse beachtet werden. Ein relativ kleiner Fehler in einer unabhängig ermittelten Größe kann in der Bestimmung der Verdunstung als abhängiger Variable große Abweichungen von den tatsächlichen Verhältnissen bewirken. Für den Roosevelt - Stausee am Columbia - River in den USA wurde geschätzt, dass der Abfluss bis auf etwa ± 5 % genau mess-technisch bestimmt werden kann. Diese Fehlerspanne entspricht einer Wassermenge, die, bezogen auf das Jahr, etwa 10mal so groß ist wie die zu erwartende Verdunstung (WMO 1966). Deren Berechnung aus der Wasserbilanz verbietet sich damit von selbst. Die möglichen Fehler bei der Bestimmung der anderen Bilanzgrößen des Wasserhaushaltes liegen im Vergleich zur Abflussmessung meist erheblich höher. Isotopenhydrologische Methoden können zur Ergänzung der Verdunstungsberechnung aus der Wasserbilanz oder zur Verifikation der Ermittlung einzelner Wasserhaushaltselemente, insbesondere des unterirdischen Zu- und Abflusses, eingesetzt werden. In Tabelle 4-4 wird die Ermittlung der Wasserflächenverdunstung aus der Wasserbilanz exemplarisch für den Lake Pretty, der sich im Nordosten des amerikanischen Bundesstaates Indiana befindet, dargestellt.

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