Wer das Kleine nicht ehrt ist des Großen nicht wert: Einzugsgebietshydrologie - vom Punkt zur Fläche

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Gerhardt Schäfer
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vom Punkt zur Fläche Robert Kirnbauer, TU

Ingenieurhydrologie gemeinsam mit vielen

1 Wer das Kleine nicht ehrt ist des Großen nicht wert: Einzugsgebietshydrologie - vom Punkt zur Fläche Robert Kirnbauer, TU Wien, Institut für Wasserbau und Ingenieurhydrologie gemeinsam mit vielen Anderen: Herbert Pirkl, Gerhard Markart, Bernhard Kohl, Peter Haas, Birgit Zillgens, Peter Chifflard, WLV Zell am See / Günter Blöschl

2 Gedanken über den PUNKT Ein Punkt ist das, was übrig bleibt, wenn ich einem Zirkel die Schenkel ausreiße. Ein Punkt ist, der nichts ist. Edmund Hlawka, Genialer österr. Mathematiker

3 Was Sie demnächst erwartet Abflussbildung im Einzugsgebiet (vom Punkt zur Fläche) Naturwissenschaftliches Arbeiten? Das Experiment? Sichtbarkeit von Prozessen auf unterschiedlichen Skalen Abflussbildung auf Sättigungsflächen Sättigungsflächen im Einzugsgebiet und ihre Wirksamkeit bei der Hochwasserentstehung Ähnlichkeit von Prozessen auf unterschiedlichen Skalen Auf der Mikroskale gelernt, im Abflussvorhersagemodell angewendet Schneeschmelze: Vom Punktmodell zum Gletschermodell Wie funktioniert die Schneeschmelze? Schneemessstelle Schneeschmelzmodell für ein Einzugsgebiet Vom Schneeschmelzmodell zum Gletschermodell

4 Abflussbildung im Einzugsgebiet (vom Punkt zur Fläche) Über den Versuch, in natürlichen Einzugsgebieten naturwissenschaftlich zu arbeiten Experimente??? Labor: Definierte Versuchs- und definierte Randbedingungen Ein Einzugsgebiet ist kein Reagenzglas und auch kein Teilchenbeschleuniger Typische Eigenschaft von Einzugsgebieten: HETEROGENITÄT Topographie, Kleinrelief Geologie des Untergrundes Bodeneigenschaften Vegetationsdecke Typische Eigenschaften hydrologischer Prozesse: VARIABILITÄT in Zeit und Raum: Niederschlag (Intensität, Menge, Aggregatzustand) Niedrigwasser Hochwasser Strategie des Beobachtens und Messens: Vom Kleinen ins Große!

5 Messung auf unterschiedlichen Skalen Feuchtfläche 3000m² Hierarchisch geschachteltes Beobachtungsnetz Neuhausengraben 1km² Hauptpegel Rammern 16km²

6 Abfluss von der Kleinstfläche (Sättigungsfläche) Verdunstung!

7 Stage (m m ) Stage (m m Stage (m m ) Verdunstung: Messung auf drei Skalen Jul 30. Jul 31. Jul 1. Aug 2. Aug 3. Aug 4. Aug 5. Aug 6. Aug 7. Aug Sättigungsfläche 3000 m² Jul 30. Jul 31. Jul 1. Aug 2. Aug 3. Aug 4. Aug 5. Aug 6. Aug 7. Aug Neuhausengraben 1 km² Jul 30. Jul 31. Jul 1. Aug 2. Aug 3. Aug 4. Aug 5. Aug 6. Aug 7. Aug Rammern 16 km²

8 Ereignistypen und Flächengröße (1) Abflussreaktion bei Dauerregen Sieben Hektar 16 Quadratkilometer

9 Ereignistypen und Flächengröße (2) Abflussreaktion bei Gewitterregen Sieben Hektar 16 Quadratkilometer

10 Abflussentstehung auf Sättigungsflächen (1) Funktioniert hier das Konzept von der variable contributing area?

11 Abflussentstehung auf Sättigungsflächen (2) Zunahme des Abflussbeiwertes mit zunehmendem Basisabfluss zu Ereignisbeginn

12 Sättigungsflächen im Einzugsgebiet

13 Sättigungsflächenabfluss dominiert den Ereignisabfluss Hochrechnung: Fracht von Sättigungsflächen aufs Gesamtgebiet

14 runoff volume [m 3 ] runoff volume [mm] runoff volume [mm] Abflusscharakteristika auf drei Skalen Limbergalm 0.07 km² Rammern 16 km² unimodal bimodal Viehhofen 150 km² y=0.18x 1.59 r²= cumulative precipitation [mm] y=0.0012x r²= cumulative precipitation [mm] y=0.0027x r²= cumulative precipitation [mm] + Ereignis Limberg unimodal O Ereignis Limberg bimodal

15 Auf der Mikroskale gelernt, im Abflussvorhersagemodell angewendet Vorhersagemodell (Szenarien) Drau/Sachsenburg (2.561 km²) Fordinal et al., 2009 Zunahme des Abflussbeiwertes mit zunehmendem Basisabfluss zu Ereignisbeginn Vorhersagemodell Steyr/Klaus (540 km²) Kirnbauer et al. 2005

16 Schneeschmelze: Vom Punktmodell zum Gletschermodell

17 Wie funktioniert die Schneeschmelze? Sonnenschein! Die kurzwellige Strahlung, und was auf den Schnee wirkt. Angenehm warm! Fühlbarer Wärmestrom, und was der Schnee fühlt. Wir fühlen es meist nicht! Latenter Wärmestrom. Wir fühlen es neben dem Kachelofen: Langwellige Strahlung Von unten kommt s warm: Bodenwärmestrom Die Wärmehaushaltsgleichung Q = Q + Q + Q + Q + SW LW S L Q Soil Q SW Albedo Q LW Bewölkung Q S Lufttemperatur, Wind Q L Luftfeuchte, Wind Q Soil Bodentemperatur Das A und O: Messen, messen, messen!!!

18 Schneemessstelle Kühtai

19 Flussdiagramm Schneeschmelze

20 Bissl peinliche Kopfgeburt: Simulationsergebnisse

21 Schneeschmelz-Simulation Längental Verifikation des flächendetaillierten Modells Aus Blöschl et al., 1991

22 Am Weg zum Gletschermodell: ALBEDO

23 Albedo: Alterungskurve (Aging Curve, USACE 1956) Die Albedo nimmt mit der Zeit ab. Nimmt sie wegen der Zeit ab? Was sagen dazu die Schifahrer?

24 Albedoverlauf (Funktion der Energiebilanz)

25 Gletschermodell: qualitative Verifikation mit Foto Gepatschferner am ; Links: Foto (Schöber J.), Rechts: GIS 3D Ansicht

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1 Themen der Übung im Sommersemester 2007 1. Auswertung von Niederschlagsmessungen, Abflusskurve 2. Verfahren zur Ermittlung der Verdunstung 3. Aufstellen und Berechnen von Wasserbilanzen 4. Einführung