INSTITUT FÜR GEOÖKOLOGIE

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Ute Baum
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1 INSTITUT FÜR GEOÖKOLOGIE Abteilung für Hydrologie und Landschaftsökologie Prof. Dr. M. Schöniger in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Ing. H. Wittenberg UE Hydrologie I Übungszettel 5 Braunschweig, Aufgabe 1 Faltung von Niederschlag und Einheitsganglinie, Convolution of rainfall and unit hydrograph Gegeben für ein Einzugsgebiet in ½ -Stunden-Mittelwerten - given in ½ -hour values for a catchment: Einheitsgangslinie h (1mm Abflusshöhe) - Unit Hydrograph h (1mm runoff height) Bemessungsniederschlag - design rainfall h N Annahme: Direktabflussverhältnis a = 40% - assumption: runoff-rainfall ratio a = 0.4 Der Basisabfluss wird bis zum Scheitelabfluss zu Q B = 1m 3 /s geschätzt, danach linear ansteigend um Q B = 1 m 3 /s/h. Baseflow is assumed Q B = constant =1m 3 /s, thereafter increasing by Q B = 1 m 3 /s/h. a. Berechnen Sie die Werte der Abflussganglinie und zeichnen Sie diese - compute discharges in m 3 /s. b. Wie groß ist die Fläche des Einzugsgebietes - determine the catchment area AE in km 2. i t h m 3 /(s mm) h N mm h Neff mm Q I m 3 /s Q II m 3 /s Q III m 3 /s Q IV m 3 /s Q D m 3 /s Technische Universität Braunschweig Institut für Geoökologie Langer Kamp 19c D Braunschweig Telefon (Sekr. 5606) Fax m.schoeniger@tu-bs.de

2 Q Bas m 3 /s Q Ges m 3 /s Beachten Sie Die Einheitsganglinie ist die Reaktion (Systemantwort) des Einzugsgebietes auf eine Einheit der Größe 1 mm abflusswirksamen Niederschlag (Systeminput) einer bestimmten Dauer t. Die Einheitsganglinie ist eine gebietscharakteristische, die Retentions- und Translationseigenschaft erfassende Abflussganglinie. Ihre Form ist anhängig von t. Literatur ( verwendet in der Vorlesung!) Schröder, W., Euler, G., Schneider, F.K. & Knauf, D. (1994): Grundlagen des Wasserbaus. Hydrologie, Hydraulik, Wasserrecht, Werner Verlag

3 Aufgabe 2 Bestimmung der Einheitsganglinie durch Reduktion ("Einfachmethode") Determination of the Unit Hydrograph by flood hydrograph reduction Eine Hochwasserwelle mit den folgenden Werten in den Abständen t = 0.5 h ist durch einen kurzen Starkregen verursacht worden. Die Fläche des Einzugsgebietes ist AE= 22,5 km². Bestimmen Sie die Einheitsganglinie. A flood hydrograph with values as given for the time step t = 0.5 h was caused by a short rainstorm. Catchment area is AE= 22.5 km². Determine the Unit Hydrograph. Nr. Q Q Bas Q D EGL in m 3 /s in m 3 /s in m 3 /s m 3 /s mm Annahme: Basisabfluss konstant bis unter Abflussscheitel, dann linear steigend bis Knick, Gefällewechsel der Ganglinie.

4 Aufgabe 3 Bestimmung der Einheitsganglinie Hörsaalaufgabe UE, Schröder et al. (1994) In einem 48.4 km 2 großen Einzugsgebiet, weitgehend unbebaut, soll im Zuge einer Durchflussbemessung an einer geplanten Flussstation die Übertragungsfunktion des Einzugsgebietes nach dem Einheitsganglinienverfahren aus beobachteten Niederschlägen und Durchflüssen bestimmt werden (Fig. 1). Zeichnen Sie den Unit Hydrograph. Fig. 1: Niederschlags- und Abflussganglinien

5 Tab. 1: Ermittlung der Übertragungsfunktion Zeit (Uhr) j (-) t j (h) Q (m 3 /s) QD (m 3 /s) u(t,t j ) (m 3 /(s mm)) Beachten Sie die folgende Fig. 2 ( aus Vorlesung) Fig. 2: Überlagerung von Direktabflussganglinien (Stichwort: Faltung, Schröder et al. (1994)). Die zeitversetzte Überlagerung dieser Ganglinien liefert die insgesamt aus dem effektiven Niederschlag resultierende Direktabflussganglinie.

6 Hydrograph Separation in Catchment Studies Environmental Isotopes in Hydrology/Hydrogeology Clark, I. & Fritz, P. (1999) Fig. 3: Strom hydrograph separation for a two-component system using δ 18 O. Vergleich zwischen analytischen/synthetischen Separationstechniken siehe Hydroskript Allgemeine Hinweise zur synthetischen Ganglinienseparation Mattheß, G. & Ubell, K. (1995): Allgemeine Hydrogeologie Grundwasserhaushalt. Lehrbuch der Hydrogeologie Bd. 1, Gebrüder Borntraeger nachzulesen in den folgenden Kap Ermittlung der einzelnen Abflusskomponenten aus dem Gesamtabfluss in Vorflutern Analysen einzelner Hochwasserwellen Analysen des Rezessionsteils einer Abflussganglinie Verteilung des Gesamtabflusses während größerer Zeiträume Die Trockenwetterlinie Statistische Auswertung der gewässerkundlichen Hauptwerte Statistik der Trockenwetterabflüsse nach SCHROEDER; Auswertung der monatlichen mittleren Niedrigwasserabflüsse; (MoMNQ) nach WUNDT; Grundwasserabflussganglinien- AuL-Verfahren nach NATERMANN Abtrennung des Grundwasserabflusses mit geochemischen und Isotopen-geochemischen Analysen Wechselbeziehungen zwischen Grund- und Flusswasser, Uferspeicherung

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