Vorlesung Wasserwirtschaft Hydrologie I Vorlesung 4 Grundlagen der

Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Vorlesung 4 Grundlagen der Verdunstung Bilanzierungsansätze Gebietsverdunstung Jährliche Schwankungen Verdunstungsmessung

erschaffen bewerten analysieren anwenden … und können die Verdunstung für unterschiedliche Bodenarten parametrieren. verstehen Sie verstehen den Unterschied zwischen Evaporation und Transpiration. erinnern Sie kennen unterschiedliche Verfahren zur Messung sowie zur Berechnung der Verdunstung. Sie kennen die Zusammenhänge zwischen den Bodenarten und der Verdunstung … Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Verdunstung Die Verdunstung setzt sich aus zwei Teilprozessen zusammen: • Evaporation • Transpiration Evaporation Als Evaporation wird die Verdunstung über freien Wasserflächen (Seen) sowie von vegetationsfreien Landflächen bezeichnet. Transpiration Bei der Transpiration handelt es sich um die Verdunstung über die Oberfläche von Pflanzen. Evapotranspiration Bei hydrologischen Modellierungen wird die Evapotranspiration (als Zusammenfassung beider Prozesse) abgebildet. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Bildzitat: Microsoft Corporation

Evapotranspiration Die Evapotranspiration ist eine ausschlaggebende Größe bei folgenden Aufgabenstellungen: • Wasserhaushaltsbilanzierungen • Ermittlung des langjährigen Wasserdargebots • Niederschlag - Abfluss Modellierungen • Wachstums- und Ertragsmodelle der Land- und Forstwirtschaft Für diese Fragestellungen ist es notwendig, die (möglichst) exakte Größe der Evapotranspiration sowohl als Mittelwert für langanhaltende Prozessabbildungen sowie in hoher raumzeitlicher Auflösung zu bestimmen. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Verdunstungsprozess Atmosphäre Verdunstung Wasserdargebot Energiedargebot Boden Vegetation Standortbedingungen Entscheidend für die Verdunstung sind: • der Dampfdruckgradient • das Wasserdargebot • das Energiedargebot Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Verdunstung aus der Wasserbilanz + P - E +R + Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken ∆W - -R

Verdunstung aus der Energiebilanz + H - + Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken G - LE +

Einflussfaktoren für die Verdunstung Abhängigkeit der Verdunstung Die Verdunstung ist physikalisch von folgenden Faktoren abhängig: • der Differenz des Dampfdruckes an der Oberfläche und dem Dampfdruck der oberflächennahen Luft • der Energie, die an der Oberfläche zur Verfügung steht • der Menge des Wasserdampfes, die in der Luft transportiert wird • der Menge des Wassers, das an der Oberfläche vorhanden ist oder dahin transportiert wird Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Jährliche Verdunstungsverhältnisse Die nachfolgende Tabelle gibt Aufschluss über das Verhältnis der jährlichen Verdunstung zum jährlichen Niederschlag in Abhängigkeit der Vegetation. 100 90 80 h. V/h. N in % 70 60 50 40 30 20 10 0 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Nackter Boden Getreideland Hackfrüchte Grünland Wälder freie Wasserfläche feuchte Erdoberfläche

Evapotranspiration Bei den Angaben zur Verdunstung wird unterschieden zwischen • Potentielle Verdunstung ETP • Reale Verdunstung ETR Die potentielle Verdunstung ETP ist eine Rechengröße, die angibt, wie viel Wasser bei gegebenen meteorologischen Verhältnissen verdunsten würde, falls unbegrenzte Wassermengen zur Verfügung stehen. Die tatsächliche oder reale Verdunstung ETR wird bei den vorhandenen Wassermengen und klimatischen Bedingungen (beispielsweise per Lysimeter) gemessen. Es gilt: ETP ETR Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Jahreszeitliche Schwankung der Verdunstung Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Jahreswerte der Verdunstung in Deutschland 800 Verdunstung in mm 700 ETa Winter 600 ETp Winter 500 ETa Sommer 400 300 ETp Sommer 200 ETa Gesamtjahr 100 ETp Gesamtjahr 0 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Verdunstung im Bodenkörper [%] 100 Infiltration 80 60 40 20 Evapotranspiration Perkolation [mm] Welkepunkt Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Feldkapazität Maximale Bodenfeuchte

Funktionale Zusammenhänge bei Sand-Böden [%] 100 Evapotranspiration 80 60 Infiltration 40 20 Perkolation [mm/dm] 10 WP FK 20 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken 30 40 50 BMAX 60 70

Funktionale Zusammenhänge bei Lehm-Böden [%] 100 Evapotranspiration 80 60 40 Infiltration 20 Perkolation [mm/dm] 10 20 WP Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken 30 40 FK 50 60 BMAX 70

Funktionale Zusammenhänge bei Ton-Böden [%] Evapotranspiration 100 80 60 40 20 Infiltration Perkolation [mm/dm] 10 20 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken 30 40 WP 50 60 70 FK BMAX

Verdunstung in städtischen Gebieten I II IV [mm] Niederschlag [hn] 588 588 Verdunstung [hv] 335 231 166 102 Grundwasserneubildung [ds] 208 117 118 99 Oberflächenabfluss [ha] 45 240 304 387 hn – hv – ha – ds = 0 0 0 Versiegelungsstufen I: III: IV: 10 – 50 % 45 – 75 % 70 – 90 % 85 – 100 % Einfamilienhaus Siedlung Blockrandbebauung Städtische Bebauung Innerstädtische Blockbaubweise Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Verdunstungsmessung Methoden der Verdunstungsermittlung Die Messung der Verdunstung kann grundsätzlich über folgende Methoden vorgenommen werden: • Wasserbilanzmethode – Beispiele: Verdunstungskessel, Lysimeter • Wasserdampfstrommethode • Energiebilanzmethode Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Wägbare Lysimeteranlage h. V = h. N - h. S Bildzitat: DVWK Merkblatt 238 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Lysimeteranlage für Grünlandstandort Bildzitat: ETH Zürich Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Spezifische Verdampfungswärme Volumenkörper [1 m³] 1 kg / m³ Wasserdampfdichte 1 kg / m² = 1 l / m² Grundfläche [1 m²] 1 kg / m² = 1 l / m² = 1 mm Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken 1 mm

Verdunstungsmessung • Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Penman Formel • Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Haude Formel • Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Turc Verfahren • Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Wasserdampfstrommethode Diese Methode (die für den praktischen Einsatz ungeeignet ist) ermittelt die Verdunstungshöhe h. V durch die direkte Messung der relativen Luftfeuchtigkeit in der Vertikalen sowie der Windgeschwindigkeit. Das Ergebnis ist nur belastbar, wenn die Messgrößen in hoher zeitlicher Detaillierung (kurze Messintervalle) vorliegen. Bildzitat: Nauticexpo Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 4. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Bildzitat: Brune

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