Hydrologie

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Quizfragen

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Question Answer
Im Verlauf eines starken, lang anhaltenden Regenereignisses ändern sich die innerhalb eines Einzugsgebietes charakteristischen (relevanten) Prozesse. Ausgangslage vor dem Regenereignis ist der Zustand nach einer langen Trockenperiode. Welche Prozesszustände sind zum Ende des Niederschlagsereignisses zu beobachten? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: -Interzeption an der Vegetation -Steigende Abflussrate -Grundwasserspiegel auf höchstem Stand -Sättigung der Bodenschichten -Kein Oberflächenabfluss, da der gesamte Niederschlag infiltriert -Erhöhung der Verdunstung (Evapotranspiration = Evaporation + Transpiration) Der Niederschlagsinput kommt zeitlich verzögert am Einzugsgebietsauslass (Pegel) an. Diese zeitliche Verzögerung (Retention) ist abhängig von den Speichereigenschaften und der Grösse des Einzugsgebietes. Die verschiedenen Abflusskomponenten weisen eine unterschiedliche Retention auf: Zuerst wird der Oberflächenabfluss am Pegel ersichtlich, dann der Zwischenabfluss und zuletzt kommt der Peak des Basisabflusses am Pegel an. (Vorlesungsfolien zum Thema: Einführung) Die richtige Antwort lautet: Steigende Abflussrate, Sättigung der Bodenschichten
Hydrologie kann als diejenige Wissenschaft definiert werden, die alle Naturwissenschaften zum Thema Wasser umfasst und im engeren Sinne als diejenige, die sich mit dem Wasserkreislauf auseinandersetzt. Der hydrologische Kreislauf (hydrologic cycle) umfasst zeitabhängige Reservoire, die durch dynamische Prozesse miteinander in Austausch stehen. Welche der folgenden Bezeichnungen stehen für ein Wasserreservoir im globalen Wasserkreislauf? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: -Atmosphärisches Wasser -Niederschlag (Precipitation) -Ozeanisches und marines Wasser -Oberflächengewässer -Schnee -Gletscher und Eispole -Verdunstung (Evapotranspiration) -Grundwasser -Abfluss -Schneeschmelze Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel, Graupel...), Infiltration, Schneeschmelze, Evapotranspiration and Abfluss (Ober- u. Unterirdisch) sind dynamische Prozesse, die das Wasser innerhalb des hydrologischen Kreislaufs zwischen den Reservoiren transportieren. Dies kann mit Aggregatzustandsänderungen verbunden sein. Zudem kann das Wasser hierbei durch chemische oder physikalische Wechselwirkungen verändert werden. Wasser tritt in den verschiedenen Reservoiren in den drei Aggregatszuständen fest (Schnee, Eis), flüssig (Oberflächengewässer, Grundwasser) und gasförmig (Wasserdampf in Atmosphäre) auf. (Skript, Kap.I 2) Die richtige Antwort lautet: Atmosphärisches Wasser, Ozeanisches und marines Wasser, Oberflächengewässer, Schnee, Gletscher und Eispole, Grundwasser
Der Grossteil des weltweiten Wasservorkommens ist als Salzwasser in den Ozeanen gespeichert. Wie gross ist der prozentuale Anteil des Süsswassers am weltweiten Wasservorkommen? Wählen Sie eine Antwort: 2.5 % 3.5% 6 % 12 % 30 % Der Grossteil des weltweiten Wasservorkommens ist mit 96.5 % als Salzwasser in den Ozeanen gespeichert. Die restlichen 3.5 % verteilen sich auf Grundwasservorkommen, Oberflächengewässer, Eis, Schnee, etc. Jedoch sind in letzteren Wasserreservoiren nur 2.5 % des globalen Wasservorkommens als Süsswasser gespeichert, die wiederum nur teilweise als Trinkwasser verfügbar gemacht werden können. (Skript II 1. - 2. und Tabelle "Estimated world water quantities" in den Vorlesungsfolien) Die richtige Antwort lautet: 2.5 %
Durch die Wasserhaushaltsbilanz eines Einzugsgebietes können unbekannte Grössen mittels der vorhandenen hydrologischen Parameter abgeschätzt werden. Welche der folgenden Prozesse werden bei der Analyse des Wasserhaushalts eines EZG im Allgemeinen betrachtet? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Niederschlag Atmosphärische Zirkulation Aggregatzustandsänderung Infiltration Veränderung chemischer Wasserparameter Evaporation Transpiration Interzeption Temperaturverlauf Grundsätzlich werden Prozesse betrachtet, die einen physikalischen Wassertransport zwischen den verschiedenen Wasserreservoiren (Wasserspeicher) beschreiben. Die Transportprozesse sind von Zustandsgrössen wie Temperatur, chemischen Wasserparametern oder dem Aggregatzustand abhängig. Die Atmosphärische Zirkulation repräsentiert keinen Transportprozess im hydrologischen Sinne, da sie ausserhalb des hydrologischen Einzugsgebietes stattfindet. Dennoch hat sie erheblichen Einfluss auf den Wasserhaushalt. Beispielsweise wirkt sich der Feuchtegehalt der Luft auf die Verdunstungsprozesse (Evaporation und Transpiration) aus, da trockene Luft mehr verdunstetes Wasser aufnehmen kann als feuchte Luft. (Skript, Kap.I 4) Die richtige Antwort lautet: Niederschlag, Infiltration, Evaporation, Transpiration, Interzeption
Für ein Einzugsgebiet (catchment, watershed) kann für einen bestimmten Zeitraum Δt eine Wasserbilanz (water budget) aufgestellt werden. Welche der folgenden Parameter sind Bestandteile der allgemeinen Wasserbilanzgleichung (= hydrologische Grundgleichung)? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Niederschlag (P) Abfluss (Q) Evapotranspiration (ET) Speicheränderung (ΔS) Infiltration (F) Interzeption (I) P(Δt) = Q(Δt) + ET(Δt) + ( S(t) - S(t-1) ) Die Wasserbilanz über einen Zeitschritt Δt setzt sich zusammen aus dem in dieser Zeit gefallenen Niederschlag (= Input), dem in dieser Zeit aus dem Einzugsgebiet (am Abflusspegel) geflossenem Abfluss (= Output) und der verdunsteten Wassermenge (= Verlust). (Skript, Kap.I 4) Die richtige Antwort lautet: Niederschlag (P), Abfluss (Q), Evapotranspiration (ET), Speicheränderung (ΔS)
Im Verlauf eines starken, lang anhaltenden Regenereignisses ändern sich die innerhalb eines Einzugsgebietes charakteristischen (relevanten) Prozesse. Ausgangslage vor dem Regenereignis ist der Zustand nach einer langen Trockenperiode. Welche Prozesszustände sind nach dem Ereignis beobachtbar? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Zwischenabfluss (= Interflow) erhöht sich zunehmend Potentielle Evapotranspiration wird erreicht Abfluss erreicht Maximum und sinkt langsam aber unmittelbar wieder ab Grundwasserabfluss sinkt schnell ab und erreicht wieder den gleichen Stand, wie vor dem Ereignis Oberflächenabfluss stoppt Nach dem Niederschlagsereignis nimmt der Zwischenabfluss langsam ab, da kein Wassernachschub mehr vorhanden ist. Die potentielle Evapotraspiration wird erreicht, da die Wasserverfügbarkeit nicht mehr limitierend ist. Der Grundwasserabfluss nimmt aufgrund seiner langen Reaktionszeit nur langsam wieder ab. (Vorlesungsfolien zum Thema: Einführung) Die richtige Antwort lautet: Potentielle Evapotranspiration wird erreicht, Abfluss erreicht Maximum und sinkt langsam aber unmittelbar wieder ab, Oberflächenabfluss stoppt
Die Erde wird oft als der "Blaue Planet" oder auch als "Wasserplanet" bezeichnet. Auf welches Volumen wird das globale Wasservorkommen geschätzt? Wählen Sie eine Antwort: 1.34 x 109 km3 1.34 x 109 m3 1.34 x 109 km2 1.34 x 109 m2 1.34 x 106 m3 1.34 x 106 km3 (Skript II 1. - 2. und Tabelle "Estimated world water quantities" in den Vorlesungsfolien) Die richtige Antwort lautet: 1.34 x 109 km3
Im Allgemeinen kann die Betrachtung von hydrologischen Prozessen in die drei Raumskalen Mirkoskala, Mesoskala und Makroskala unterteilt werden. Die Grenzen zwischen den einzelnen Skalen sind fliessend. Dennoch können den jeweiligen Raumskalen charakteristische Systeme zugeordnet werden. Welche der nachfolgenden Charakteristiken und Systeme werden der Mesoskala zugeordnet? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Grundwasserleiter Flussgebiete Elementare Flüsse Eine Fläche von 1 km2 Eine Fläche von 100 m2 Einzugsgebiete Standorte und Hydrotope Raster der Klimamodelle Die Raster von Klimamodellen sind der Makroskala zuzuordnen, während elementare Flüsse, Standorte, Hydrotope und eine Fläche von 100 m2 der Mikroskala angehören. (Skript, Kap.I, S.12 ff) Die richtige Antwort lautet: Grundwasserleiter, Flussgebiete, Eine Fläche von 1 km2, Einzugsgebiete
Das Einzugsgebiet (= EZG) ist ein hydrologisches System, für das hydrologische Prozesse beschrieben werden können. Wie wird ein EZG definiert? Wählen Sie eine Antwort: Geometrische Einteilung von Flusssystemen. Mündungspunkt des Flusses, an welchem Grundwasser und Oberflächeabfluss zusammentreffen. Gebiet, welches durch Wasserscheiden eingegrenzt wird. Niederschlag, der innerhalb dieser Fläche fällt, fliesst einem definierten Punkt am Vorfluter zu, in den das EZG entwässert und verlässt dort das EZG. Grundlegend für Einzugsgebiete ist, dass jeder Tropfen Niederschlag, der auf die Fläche des EZG fällt (Grenzlinie = Wasserscheide) und danach oberflächlich abfliesst, an einer definierten Stelle im Fluss das System verlässt. Einzugsgebiete können unterschiedliche Grössen und Formen besitzen, die durch die eingrenzenden Wasserscheiden gegeben sind. Die teilweise sehr ausgedehnten EZG-Flächen grosser Flüsse setzen sich zumeist aus kleineren EZG zusammen. Es gilt zu beachten, dass das oberirdische EZG nicht dem unterirdischen entsprechen muss. (Skript, Kap.I 4) Die richtige Antwort lautet: Gebiet, welches durch Wasserscheiden eingegrenzt wird. Niederschlag, der innerhalb dieser Fläche fällt, fliesst einem definierten Punkt am Vorfluter zu, in den das EZG entwässert und verlässt dort das EZG.
Hydrologie kann als diejenige Wissenschaft definiert werden, die alle Naturwissenschaften zum Thema Wasser umfasst und im engeren Sinne als diejenige, die sich mit dem Wasserkreislauf auseinandersetzt. Der hydrologische Kreislauf (hydrologic cycle) umfasst zeitabhängige Reservoire, die durch dynamische Prozesse miteinander in Austausch stehen. Welche Bezeichnungen repräsentieren einen Prozess im globalen Wasserkreislauf? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Atmosphärisches Wasser Niederschlag (Precipitation) Infiltration und Interzeption Oberflächengewässer Schnee Gletscher und Eispole Verdunstung (Evapotranspiration) Grundwasser Abfluss Schneeschmelze Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel, Graupel...), Infiltration, Schneeschmelze, Evapotranspiration and Abfluss (Ober- u. Unterirdisch) sind dynamische Prozesse, die das Wasser innerhalb des hydrologischen Kreislaufs zwischen den Reservoiren transportieren. Dies kann mit Aggregatszustandsänderungen verbunden sein. Zudem kann das Wasser hierbei durch chemische oder physikalische Wechselwirkungen verändert werden. Wasser tritt in den verschiedenen Reservoiren in den drei Aggregatzuständen fest (Schnee, Eis), flüssig (Oberflächengewässer, Grundwasser) und gasförmig (Wasserdampf in der Atmosphäre) auf. (Skript, Kap.I 2) Die richtige Antwort lautet: Niederschlag (Precipitation), Infiltration und Interzeption, Verdunstung (Evapotranspiration), Abfluss, Schneeschmelze
Im Verlauf eines starken, lang anhaltenden Regenereignisses ändern sich die innerhalb eines Einzugsgebietes charakteristischen (relevanten) Prozesse. Ausgangslage vor dem Regenereignis ist der Zustand nach einer langen Trockenperiode. Welche typische Situation liegt kurz vor dem Regenereignis vor? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Evaporation findet statt Transpiration findet statt Interzeption an der Vegetation Basisabfluss findet statt Interflow (Zwischenabfluss) ist begrenzt vorhanden Keine grundwasserleitende Bodenschicht mehr vorhanden Die obere Bodenzone ist ausgetrocknet Oberflächenabfluss wird gestoppt Nach einer langen Trockenperiode ist die Evapotranspiration stark eingeschränkt, da die Wasserverfügbarkeit in den oberen Bodenschichten aufgrund der Trockenphase limitiert ist. Die Transpiration ist dann beschränkt auf Pflanzen mit tiefen Wurzeln bis zur wasserführenden Bodenschicht. Der Grundwasserspiegel ist abgesenkt, da der Abfluss nur noch vom Grundwasseraquifer gespeist wird. Oberflächenabfluss hat seit dem letzten grösseren Niederschlagsereignis nicht mehr stattgefunden und Interzeption findet nur statt, wenn Wasser auf oberirdischen Pflanzenorganen vorhanden ist. (Vorlesungsfolien zum Thema: Einführung) Die richtige Antwort lautet: Evaporation findet statt, Transpiration findet statt, Basisabfluss findet statt, Die obere Bodenzone ist ausgetrocknet
Erreicht der Wasserdampfgehalt einer Luftschicht den Sättigungswert (z.B. infolge Abkühlung durch Aufsteigen der Luftmassen), bilden sich Wassertröpfchen (Kondensation des Wasserdampfes). Erreichen die Tröpfchen eine genügend grosse Masse, fällt Niederschlag. Je nach Ursache des Aufstiegs der Luftmassen lassen sich verschiedene Niederschlagstypen unterscheiden. A. Konvektive Niederschläge B. Zyklonale Niederschläge C. Orographische Niederschläge Diese drei Niederschlagstypen haben folgende Ursachen: 1. Radiatives Heizen der Erdoberfläche -> vertikal aufsteigende Luftmassen, verbunden mit atmosphärischer Instabilität, Gewitterwolken, hohe NS-Intensität 2. Erzwungenes Aufsteigen der Luftmassen an einem Gebirge, (Bsp. Föhnsituation: Niederschläge auf der Luv-Seite; trockene, wärmere Luft auf der Lee-Seite) 3. Frontniederschläge, Warm- oder Kaltfrontniederschläge, lang anhaltend, geringere Intensität Ordnen Sie die drei Haupttypen des Niederschlags je einer Ursache zu: Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: A + 1 A + 2 A + 3 B + 1 B + 2 B + 3 C + 1 C + 2 C + 3 A+1 B+3 C+2
Für die Ermittlung von Abflussgrössen muss der Niederschlagsinput, der an den Messstationen punktuell erfasst wird, mit Hilfe von Interpolationsverfahren auf die spezifische EZG-Fläche abgeschätzt werden (= Übertragung der Punktinformationen auf die räumliche Skala). Welche Interpolationsmethoden zur Bestimmung des Gebietsniederschlags kennen Sie? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Isohyetenmethode Thiessen-Polygon-Methode Arithmetisches Mittel Kriging-Methode Homogene Verteilungsfunktion Interpolationsansatz nach Fabel Die richtige Antwort lautet: Isohyetenmethode, Thiessen-Polygon-Methode, Arithmetisches Mittel, Kriging-Methode
Wir wissen um die Existenz von Messfehlern. Hierbei stellt sich die Frage, ob man diese im Vorfeld verhindern kann oder zumindest im Nachhinein eine Korrektur möglich ist, wenn die Datenreihe bereits vorliegt. Welche Messfehler (systematisch, zufällig) sind leichter korrigierbar? Wählen Sie eine Antwort: systematische Messfehler zufällige Messfehler Beide Fehlerarten können nachträglich nicht korrigiert werden. Im Prinzip sind beide Fehlerarten leicht korrigierbar. Systematische Fehler erstrecken sich zumeist über die gesamte Messreihe. Insofern die Ursache bekannt ist, kann die Abhängigkeit des Fehlers durch einen mathematischen Zusammenhang beschrieben und einfach korrigiert werden. Zufällige Messfehler erscheinen, wie der Name bereits sagt, sporadisch hinsichtlich Zeitpunkt und Grösse. Aus diesem Grund sind sie schwer erfassbar. Zudem kann oft über die wirkliche Ursache nur spekuliert werden. (Skript, Kap.IV 2) Die richtige Antwort lautet: systematische Messfehler
Sevruk (1989) hat vergleichende Versuche mit im Boden versenkten und in 1.5 Meter Höhe installierten Niederschlagsmessgeräten (Hellmann) durchgeführt. Dabei hat er die Abhängigkeit von systematischen Fehlern bezüglich Windgeschwindigkeit und Niederschlagsintensität untersucht (siehe Abbildung). Was geschieht mit den prozentualen Fehlern D bei grösseren Niederschlagsintensitäten (ab Knickbereich = Pfeil) und gleichbleibender Windstärke? Wählen Sie eine Antwort: Sie bleiben konstant. Sie nehmen sehr viel grössere Werte an. Sie werden kleiner. Sie konvergieren. Sie werden zufällig. Sie bleiben konstant
Erst die kontinuierliche Aufzeichnung von Niederschlagshöhen erlaubt die Bestimmung der Niederschlagsintensitäten und somit die Erfassung der Variabilität. Mit welchen der folgenden Instrumente kann die zeitliche Niederschlagsvariabilität während eines Ereignisses nicht erfasst werden? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Messwippe Siphon-Schreiber Niederschlagswaage Radar Hellmann Hellmann
Niederschlagsfelder können in ihrer Intensität ein sehr heterogenes Muster aufweisen. Die Bestimmung der lokalen Unterschiede, hinsichtlich der Niederschlagsmenge, ist daher schwierig. Mit welchen unten aufgeführten Instrumenten kann die räumliche Niederschlagsvariabilität messtechnisch erfasst werden? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Radar Messwippe Tagessammler Hellmann Siphon-Schreiber Radar
Bei der Entwicklung von Lösungsansätzen für spezifische Problemstellungen ist es wichtig zu wissen, welche physikalischen Grössen messtechnisch leicht zugänglich sind. Welche der folgenden Grössen ist messtechnisch sehr schwer zu ermitteln? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Gebietsniederschlag Punktniederschlag Niederschlagsintensität Druck Temperatur Gebietsniederschlag
In den Regionen der Welt regnet es unterschiedlich viel. Allerdings ist für jede Region ein bestimmtes Niederschlagsaufkommen typisch. Welche Bedeutung verbirgt sich hinter dem Begriff Niederschlagsregime? Wählen Sie eine Antwort: Die jährliche Verteilung der Niederschläge an einem bestimmten Punkt (Ort) auf der Erde. Die Aufteilung der Niederschlagssumme in Regen, Schnee und Hagel. Eine bestimmte Anzahl Messstationen, die zu Gebieten mit ähnlichen Niederschlagsverhalten gehören. Die globale Niederschlags-Verteilungsfunktion, die sich aus der Zeitreihe der letzten 30 Jahre ergibt. Eine Zeitreihe mit den Niederschlagswerten der letzten 30 Jahre. Niederschlagsregime werden nicht durch Summenwerte, sondern durch die Niederschlagsverteilung (saisonale Verteilung) und durch die prägenden meteorologischen Prozesse zur Niederschlagsbildung innerhalb eines Jahres charakterisiert: Tropentyp: doppelte Regenzeit, äquatoriale Regenzone Randtropentyp: eine Regenzeit, einmaliger Wechsel zwischen ITC und subtropischem Hochdruckgürtel Winterregentyp der Subtropen: Wechsel zwischen subtropischem Hochdruckgürtel und Westwindzone der mittleren Breiten Gemässigte Zonen: Niederschläge in allen Jahreszeiten, Maxima im Sommer und im Winter; beeinflusst durch Lage zum Meer, zur Westwindströmung und durch die Geodätische Höhe (einflussreicher Faktor in der Schweiz) (Skript, Kap.IV 2.3) Die richtige Antwort lautet: Die jährliche Verteilung der Niederschläge an einem bestimmten Punkt (Ort) auf der Erde.
Systematische Fehler können nicht immer sofort entdeckt werden. Deshalb wurden Verfahren entwickelt, die die Existenz solcher Fehler sichtbar machen. Mit welchen Methoden können systematische Fehler, bzw. Fehler im Langzeitverhalten von Niederschlagsmessungen aufgezeigt werden? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Methode der Doppelsummenlinie Methode von Kriging Isohyetenmethode Linienprobe Autokorrelations-Verfahren Methode der Doppelsummenlinie
Um ihre Grössenordnung abschätzen zu können, ist es von grosser Bedeutung die Fehlerquellen jeder Messung zu kennen. Welche Grössenordnung haben systematische Messfehler bei Langzeit-Niederschlagsmessungen, wenn der Niederschlag in Form von Regen fällt? Wählen Sie eine Antwort: < 5 % 5 - 15 % 20 - 30 % < 50 % > 50 % 5 - 15 %
Bei jeder Messung treten Fehler auf. Messfehler können aufgrund ihrer Natur in systematische und zufällige unterschieden werden. Welche der nachfolgenden Fehler sind zufälliger Natur? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Ablesefehler Winddrift Verdunstungsverluste Benetzungsverluste Ein-/Ausspritzverluste Ablesefehler
Bei jeder Messung treten Fehler auf. Messfehler können aufgrund ihrer Natur in systematische und zufällige unterschieden werden. Welche der nachfolgenden Fehler spielen im Fall von Starkniederschlägen eine eher geringe Rolle? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Benetzungsverluste Verdunstungsverluste Ablesefehler Winddrift Ein-/Ausspritzverluste Benetzungs- und Verdunstungsverluste werden mit ansteigender Niederschlagsmenge nur geringfügig grösser. Da die Wassermenge bei einem Starkniederschlagsereignis sehr gross ist, können die Verluste eher vernachlässigt werden. (Skript, Kap.IV 2.1.1.1) Die richtige Antwort lautet: Benetzungsverluste, Verdunstungsverluste
Im Einzugsgebiet erfolgt die Messung des Niederschlags punktuell, anhand einzelner Messstationen. Die Abschätzung der Niederschlagsmenge über die Fläche des gesamten Einzugsgebiets erfolgt durch die Anwendung einer Interpolationsmethode. Die Ausgangslage hierzu ist eine möglichst genaue Messung der Punktniederschläge. Welche Eigenschaften der Niederschlagsfelder machen deren Messung besonders schwierig? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die zeitliche Variabilität Die grosse Kubatur Die Verunreinigung der Troposphäre Die räumliche Variabilität Die unterschiedlichen Niederschlagsformen Die räumliche Variabilität, Die unterschiedlichen Niederschlagsformen
Für die Ermittlung von Abflussgrössen muss der Niederschlagsinput, der an den Messstationen punktuell erfasst wird, mit Hilfe von Interpolationsverfahren auf die spezifische EZG-Fläche abgeschätzt werden (= Übertragung der Punktinformationen auf die räumliche Skala). Für welche Niederschlagsart sind die vermutlich realistischsten Interpolationsergebnisse zu erzielen im Bezug auf die Flächeninformation? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Zyklonaler Niederschlag Warmfront Frontaler Niederschlag Warmfront Konvektiver Niederschlag Orographischer Niederschlag Die unter dem Einfluss von Kalt-, bzw. Warmfronten entstehenden Niederschläge werden als Zyklonal- oder Front-Niederschläge bezeichnet. Vor allem Warmfront-Niederschläge zeichnen sich durch ein grossflächiges, wie langzeitliches Erscheinungsbild aus. Aus dieser Charakteristik lässt sich wiederum eher eine homogene Beregnung des gesamten EZG ableiten, als aus den zum Teil sehr lokal und zeitlich differenziert auftretenden Gewitterzellen (= Konvektiv-Niederschlag). Die Güte der Interpolation steht auch immer in direkter Abhängigkeit zur Messnetzdichte, wobei auch die Grösse und orographische Heterogenität der Einzugsgebiete ausschlaggebende Faktoren sind. (Skript Kap.III 6.3) Die richtige Antwort lautet: Zyklonaler Niederschlag Warmfront, Frontaler Niederschlag Warmfront
Abhängig von der geographischen Lage und Topographie unterscheiden sich die Niederschlagsregime deutlich. Eine Heterogenität der Niederschläge kann bereits in relativ kleinen Regionen, wie der Schweiz, beobachtet werden. In welchen Regionen der Schweiz sind die Niederschlagsmengen (im langjährigen Mittel) am geringsten? Wählen Sie eine Antwort: Wallis, Engadin Wallis, Tessin Jura, Tessin Jura, Wallis Rheintal, Engadin Rheintal, Tessin Beispielsweise liegt der Normwert der Niederschlagssumme für die Jahre 1961-90 (= langjähriges Mittel) in Sion im Wallis bei 598 mm, in Samedan im Engadin (am Flugplatz) beträgt dieser Wert nur 700 mm, obwohl dieses auf 1705 m.ü.M. liegt.) Das Wallis ist vor allem deshalb so regenarm, da es von zwei Seiten (nördliche und südliche Ausrichtung) durch eine hohe Gebirgskette abgeschirmt ist. Diese natürlichen Barrieren bewirken, dass sich feuchte Luftmassen aus dem Süden und Norden bereits ausgeregnet haben (orographischer Niederschlag). Ähnliche Effekte sind auch im Engadin beobachtbar. (Skript, Kap.IV 2.3) Die richtige Antwort lautet: Wallis, Engadin
Die Quantile Regression-Methode ist eine der wichtigsten Methoden zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Voraussetzung für deren Anwendung ist die Verfügbarkeit geeigneter Rohdaten. Welche Eigenschaft muss eine Datenreihe besitzen, damit sie als Datengrundlage für die Quantile Regression-Methode geeignet ist? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Daten müssen aus kontinuierlicher, bzw. quasi kontinuierlicher Aufzeichnung stammen Aufzeichnung der Daten beruhen auf identischer Niederschlagsform Daten dürfen nicht älter als 10 Jahre sein Datenreihe muss mindestens 50 Jahre umfassen Daten müssen mit identischem Messgerättyp aufgezeichnet worden sein Die Quantile Regression-Methode wird genutzt, um DDF-Kurven zu erstellen. Diese zeigen die erwartete Niederschlagshöhe für eine gegebene Eintrittshäufigkeit (Wiederkehrperiode) und eine bestimmte Dauer und werden in der Regel herangezogen, um das Risiko von Niederschlagsereignissen mit kurzer Dauer und hoher Intensität abzuschätzen. Folglich handelt es sich bei den Daten, die bei der Quantilen Regression-Methode benutzt werden, um jährliche Niederschlagsmaxima für kurze Dauern (meist 5-24 Stunden), wobei kontinuierliche bzw. diskrete Zeitreihen mit einer hohen temporären Auflösung benötigt werden. Daten mit einer geringeren Auflösung (täglich, monatlich) erlauben keine Bestimmung von jährlichen Maxima mit kleinen temporären Skalen. (Skript VII 4.; Vorlesungsfolien: Storm Rainfall, Set 3 (1.Folie)) Die richtige Antwort lautet: Daten müssen aus kontinuierlicher, bzw. quasi kontinuierlicher Aufzeichnung stammen
Für viele Fragestellungen der Ingenieurhydrologie ist die Auftretenshäufigkeit von Starkniederschlägen eine entscheidende Grösse. Die Frequenzanalyse ist hierbei ein sehr hilfreiches Instrument. Welche Methode kommt weltweit häufig zum Einsatz, wenn es darum geht, Starkniederschlagsereignisse in einer Frequenzanalyse zu untersuchen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Quantile Regression-Methoden-basierte DDF-Kurve Dreiecksmethode Gumbelverteilung Kriging-Methode Methode der kleinsten Quadrate Maximum Likelihood Methode Die Quantile Regression-Methode ist das statistische Verfahren, das zur Erstellung der DDF- und IDF-Kurven dient (Extremwertanalyse). (Skript, Kap.VII 3, 4) Die richtige Antwort lautet: Quantile Regression-Methoden-basierte DDF-Kurve
Für viele Fragestellungen der Ingenieurhydrologie ist die Auftretenshäufigkeit von Starkniederschlägen eine entscheidende Grösse. Dies gilt beispielsweise für die Dimensionierung von Wasserspeichern oder für die Riskioanalyse im Hochwasserschutz. Wie lautet der Überbegriff für statistische Methoden, mit denen Starkniederschläge bezüglich ihrer Auftretenswahrscheinlichkeit untersucht werden? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Frequenzanalyse Kriging Maximum Likelihood-Methoden Parameterschätzung Wahrscheinlichkeitsbetrachtung Sensitivitätsanalyse Vertrauensintervalle Mittels einer Frequenzanalyse wird untersucht, wie häufig bestimmte Ereignisse innerhalb einer bestimmten Zeitspanne auftreten. Der Begriff Frequenzanalyse beinhaltet folglich sowohl DDF- als auch IDF-Kurven. (Skript, Kap.VII 3, S.9) Die richtige Antwort lautet: Frequenzanalyse
Die statistische Analyse von Starkniederschlagsdaten ist beispielsweise für die Dimensionierung von Wasserbauwerken, sowie zur Charakterisierung der hydrologischen Antwort eines Einzugsgebietes sehr wichtig. Starkniederschläge können entweder anhand ihrer Dauer oder ihrer Intensität beschrieben werden. Welche der folgenden Aussagen über die IDF (intensity duration frequency)-Kurve ist/sind richtig? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die IDF gibt die Niederschlagsintensität als Funktion der Dauer und einer bestimmten Wiederkehrperiode an. Für eine gegebene mittlere Niederschlagsintensität und Niederschlagsdauer kann aus der IDF-Kurve die Wiederkehrperiode abgelesen werden. Die IDF beschreibt die Niederschlagshöhe. Die IDF gibt die Niederschlagsdauer als Funktion des Niederschlagstyps und der Wiederkehrperiode an. Die IDF gibt die Niederschlagshöhe als Funktion der Dauer und der Wiederkehrperiode an. Analog zur DDF-Kurve werden mittels IDF-Kurve Extremwerte von Niederschlagsereignissen in Beziehung mit ihrer Wiederkehrwahrscheinlichkeit gestellt. Bei der IDF-Kurve wird die Niederschlagsintensität, bei der DDF-Kurve die Niederschlagshöhe betrachtet. (Skript, VII 4.4) Die richtige Antwort lautet: Die IDF gibt die Niederschlagsintensität als Funktion der Dauer und einer bestimmten Wiederkehrperiode an., Für eine gegebene mittlere Niederschlagsintensität und Niederschlagsdauer kann aus der IDF-Kurve die Wiederkehrperiode abgelesen werden.
Bei der Dimensionierung von Hochwasserschutz-Anlagen spielt der Dimensionierungsniederschlag eine wichtige Rolle. Um diesen zu bestimmen, müssen bestimmte hydrologische Daten vorhanden sein. Was bildet die Grundlage für die Bestimmung eines Dimensionierungsniederschlages? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: DDF-Kurve IDF-Kurve Gefahrenkarten Modell der Fliessgewässer Bodeneigenschaften Atmosphärenphysik Geländeneigung Mittels einer Frequenzanalyse kann aus der resultierenden DDF- bzw IDF-Kurve für eine bestimmte Jährlichkeit und Dauer die zugehörige Niederschlagshöhe bzw. -intensität abgelesen werden. (Skript, Kap.VII 11, S.41) Die richtige Antwort lautet: DDF-Kurve, IDF-Kurve
Die Quantile Regression-Methode dient zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Nachdem die jährlichen Maxima für die ausgewählten Niederschlagsdauern aus der Datenreihe bestimmt wurden, gilt es, diese zu ordnen, damit ihnen nachfolgend eine empirische Unterschreitungswahrscheinlichkeit F zugeordnet werden kann. R = Wiederkehrperiode N = Anzahl der Datenpunkte i = Rang des jeweiligen Wertes Welche Formel erlaubt die Berechnung empirischer Unterschreitungswahrscheinlichkeiten nach Weibull? Vorlesungsfolien: Storm Rainfall, Set 3 (Folie 3)) Die richtige Antwort lautet: C)
Die Quantile Regression-Methode dient zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Dabei werden die Jahresmaxima ausgewählter Dauern gesucht und geordnet, um daraus deren Wiederkehrperiode zu bestimmen. Trägt man die Niederschlagshöhen, die durch eine gewisse Wiederkehrperiode bestimmt sind, gegen deren Dauer auf, erhält man die empirischen DDF-Kurven. Welche mathematische Funktion lässt sich am besten an die empirische DDF-Kurve anpassen? Wählen Sie eine Antwort: Potenzfunktion Kubische Funktion Logarithmus Exponentialfunktion Diskrete Regression Die Extremereignisse der Niederschlagshöhen folgen ab einer gewissen Jährlichkeit einem Potenzgesetz. (Skript, Kap.VII 4.1, S.10) Die richtige Antwort lautet: Potenzfunktion
Die Quantile Regression-Methode dient zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Nachdem die empirische Unterschreitungswahrscheinlichkeit F zugeordnet ist, kann im nächsten Schritt die Wiederkehrperiode R der Ereignisse berechnet werden. R = Wiederkehrperiode N = Anzahl d. Datenpunkte i = Rang des jeweiligen Wertes Welche Formel erlaubt die Berechnung der Wiederkehrperiode R? (Vorlesungsfolien: Storm Rainfall, Set 3 (Folie 3)) Die richtige Antwort lautet: A)
Die Quantile Regression-Methode ist eine der wichtigsten Methoden zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Zur Anwendung dieser Methode müssen allerdings Annahmen getroffen werden. Welche Eigenschaft/en von Niederschlagsereignissen unterschiedlicher Dauer muss/müssen gewährleistet sein, damit die Quantile Regression-Methode angewandt werden kann? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Statistische Unabhängigkeit der Ereignisse Gleiche Niederschlagsform Auftreten im selben Jahr Identischer Enstehungsmechanismus des Niederschlagsereignisses Vergleichbare geographische Ausdehnung des Niederschlagsereignisses Damit die Quantile Regression-Methode durchgeführt werden kann, müssen die betrachteten Regenereignisse unabhängig voneinander sein. Dauer der Ereignisse, Niederschlagsform und Entstehungsmechanismus spielen keine Rolle. Die Ereignisse können, müssen aber nicht im selben Jahr auftreten. (Skript, Kap.VII 4, S.10) Die richtige Antwort lautet: Statistische Unabhängigkeit der Ereignisse
Für viele Fragestellungen der Ingenieurhydrologie ist die Auftretenshäufigkeit von Starkniederschlägen eine entscheidende Grösse. Die Frequenzanalyse ist hierbei ein sehr hilfreiches Instrument. Welche drei Eigenschaften eines Niederschlagsereignisses werden bei der Frequenzanalyse mit Hilfe einer DDF-Kurve in Beziehung zueinander gesetzt? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Dauer Niederschlagshöhe Wiederkehrperiode Niederschlagstyp Form Ausprägung Variabilität Intensität Eine Weitere Möglichkeit ist die Betrachtung von Dauer, Wiederkehrperiode und Niederschlagsintensität, wie dies bei IDF-Kurven der Fall ist. (Skript, Kap.VII 3, S.9) Die richtige Antwort lautet: Dauer, Niederschlagshöhe, Wiederkehrperiode
Auf der Grundlage einer IDF-Kurve soll ein mögliches Starkniederschlagsereignis mit der Auftretenswahrscheinlichkeit von 0.01 a-1 für eine Fläche von 1km2 analysiert werden. Wie gross ist die Niederschlagshöhe, die während 50 min fällt? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: 8.33 x 107 L 83.3 mm 40.0 mm*h-1 100 mm*h-1 100 mm Jährlichkeit: 0.01 a-1 → R = 1/0.01 = 100 → Ereignis tritt einmal in 100 Jahren auf Dauer: 50 min → Intensität ablesen (mm*h-1) und mit Verhältnis 50 min/60 min multiplizieren. (Skript, VII 4.4) Die richtige Antwort lautet: 83.3 mm
Die statistische Analyse von Starkniederschlagsdaten ist beispielsweise für die Dimensionierung von Wasserbauwerken, sowie zur Charakterisierung der hydrologischen Antwort eines Einzugsgebietes sehr wichtig. Welche der folgenden Aussagen über die DDF (depth duration frequency)-Kurve ist/sind richtig? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die DDF gibt die Niederschlagshöhe als Funktion der Dauer und einer bestimmten Wiederkehrperiode an. Für eine gegebene Niederschlagshöhe und Niederschlagsdauer kann aus der DDF-Kurve die Wiederkehrperiode abgelesen werden. Die DDF beschreibt die Niederschlagsintensität. Die DDF gibt die Niederschlagsdauer als Funktion des Niederschlagstyps und der Wiederkehrperiode an. Die DDF gibt die Niederschlagsintensität als Funktion der Dauer und der Wiederkehrperiode an. Die DDF-Kurve resultiert aus einer statistischen Analyse von Extremwerten des Niederschlags. Dabei wird die erwartete Niederschlagshöhe für eine gegebene Eintrittshäufigkeit (Wiederkehrperiode) und eine bestimmte Dauer ermittelt. DDF-Kurven werden in der Regel herangezogen, um das Risiko von Niederschlagsereignissen mit kurzer Dauer und hoher Intensität abzuschätzen. (Skript, VII 1.-3., 4.4) Die richtige Antwort lautet: Die DDF gibt die Niederschlagshöhe als Funktion der Dauer und einer bestimmten Wiederkehrperiode an., Für eine gegebene Niederschlagshöhe und Niederschlagsdauer kann aus der DDF-Kurve die Wiederkehrperiode abgelesen werden.
Das Lysimeter ist ein Gerät zur Messung der Evapotranspiration. Mit seiner Hilfe kann die aktuelle Evapotranspiration an einem Ort, mit einer bestimmten Vegetation, gemessen werden. Welche der folgenden Angaben benötigen Sie, um die Evapotranspiration von der Oberfläche eines Lysimeters über einen gewissen Zeitraum zu bestimmen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Niederschlag Masse zu Beginn der Messungen Masse am Ende der Messungen Menge an Sickerwasser Mittlere Tagestemperatur Luftfeuchtigkeit 5 cm über Boden Vegetationstyp Korngrössenverteilung des Erdpakets im Lysimeter (zur Berechnung des Speichervolumens im Porenraum) Die reale Evapotranspiration kann mit einem Lysimeter über die Massenbilanz (Mass Balance) bestimmt werden: AET = Input (Niederschlag) - Output (Sickerwasser) - Speicheränderung (Endmasse - Anfangsmasse) (Skript, Kap.IV 4.2.2) Die richtige Antwort lautet: Niederschlag, Masse zu Beginn der Messungen, Masse am Ende der Messungen, Menge an Sickerwasser
Die Evapotranspiration ist abhängig von mehreren Faktoren wie Wasserverfügbarkeit, Sonneneinstrahlung und Luftfeuchtigkeit. Wie wird die Evapotranspiration über einem stehenden Gewässer durch zunehmende Windstärke beeinflusst? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die Verdunstung nimmt durch den beschleunigten Abtransport der gesättigten Luftpakete zu. Die Verdunstung nimmt zu, da sich die Gewässeroberfläche (Fluss, See) im EZG, bedingt durch Wellenbildung, vergrössert. Die Verdunstung nimmt ab, da der Wind die Luftpakete mit hohem Sättigungsdefizit schneller abtransportiert. Die Verdunstung nimmt ab, da Luft in Bewegung weniger Wasserdampf aufnehmen kann als Luft im stabilen Zustand Wind hat keinen nachweisbaren Einfluss auf den Verdunstungsprozess! Ist die Verfügbarkeit von Wasser und Energie nicht limitierend für die Evaporation, wird solange durch Verdunstung Wasserdampf an die Atmosphäre abgegeben, bis die Luft gesättigt ist. Werden die gesättigten Luftpakete nicht durch Wind abtransportiert, wird der Verdunstungsprozess bei Sättigung gestoppt, da sich ein Gleichgewicht zwischen dem Wasserdampfdruck in der Atmosphäre und der Wasseroberfläche einstellt und kein Sättigungsdefizit der Luftschicht über der Wasseroberfläche mehr gegeben ist. (Skript, Kap.IV 4) Die richtige Antwort lautet: Die Verdunstung nimmt durch den beschleunigten Abtransport der gesättigten Luftpakete zu.
Wasser, das als Niederschlag über einem EZG gefallen ist, kann dieses auf verschiedenen Wegen wieder verlassen. Als Wasserverluste (= loss processes) werden diejenigen Prozesse bezeichnet, bei denen das Wasser dem EZG verloren geht. Welche der folgenden Begriffe bezeichnen Prozesse, die innerhalb des EZG zu Wasserverlusten führen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Evapotranspiration Infiltration Interzeption (= Interception) Muldenrückhalt (= Surface Retention) Abfluss Spritzwasserverluste Überschwemmungen Speicheränderung Unter Verlusten innerhalb eines EZG versteht man den Anteil des Gesamtniederschlages, der nicht zum Abfluss (Output) beiträgt, da dieser das EZG auf einem anderen Weg - vorzugsweise durch Verdunstung über die Atmosphäre - verlässt. Auch die Infiltration kann einen Verlust darstellen. Dennoch geht das infiltrierte Wasser dem EZG meist nicht endgültig verloren. Ein Teil des infiltrierten Wassers (Zwischenabfluss = Interflow) kommt lediglich zeitlich verzögert zum Abfluss, weshalb man auch von einer kurzfristigen Speicherung sprechen kann. (Skript, Kap.VI 2) Die richtige Antwort lautet: Evapotranspiration, Interzeption (= Interception), Muldenrückhalt (= Surface Retention)
In der Wasserbilanz spielt die Verdunstung eine entscheidende Rolle. Diese setzt sich aus zwei unterschiedlichen Prozessen zusammen: der Evaporation und der Transpiration, die zusammen als Evapotranspiration bezeichnet werden. Die potentielle Evapotranspiration (PET) ist die unter den momentanen Rahmenbedingungen (Temperatur, Sonnenstrahlung, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit) maximal mögliche Verdunstung - unter der Annahme, dass Wasser unbegrenzt zur Verfügung steht. Die tatsächliche, durch Wasserverfügbarkeit limitierte Verdunstung, wird als aktuelle Evapotranspiration (AET) bezeichnet. Welche der folgenden Aussagen treffen für die potentielle Evapotranspiration (PET) zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die PET beinhaltet auch die Evaporation über den im EZG befindlichen Gewässern (Flüsse, Seen). Die PET kann durch die im Boden vorhandene Wassermenge limitiert sein. PET und AET differieren nur über ebenen Wasserflächen, wie z.B. Seen. Die PET ist die Wassermenge, die das Einzugsgebiet (EZG) durch Verdunstung verliert, wenn das im EZG vorhandene Wasser keinen limitieren Als Evaporation bezeichnet man die Verdunstung von Wasser über den Flächen des EZG. Als Transpiration wird der Verlust von Wasser über die Spaltöffnungen in den Blättern der Pflanzen bezeichnet. Die PET ist die unter den momentanen Rahmenbedingungen (Temperatur, Sonnenstrahlung, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit) maximal mögliche Verdunstung - unter der Annahme, dass Wasser unbegrenzt zur Verfügung steht. Sie wird durch Bodeneigenschaften und die Vegetation sowie die Strahlungsbilanz, die Luftfeuchte und die Windgeschwindigkeit beeinflusst. Die tatsächliche, durch Wasserverfügbarkeit limitierte Verdunstung, wird als aktuelle Evapotranspiration (AET) bezeichnet. (Skript IV 4.2) Die richtige Antwort lautet: Die PET ist die Wassermenge, die das Einzugsgebiet (EZG) durch Verdunstung verliert, wenn das im EZG vorhandene Wasser keinen limitierenden Faktor darstellt., Die PET hängt von der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit ab.
Zur Abschätzung der PET stehen einerseits einfache, empirisch gewonnene Formeln, andererseits sehr komplexe, physikalisch abgeleitete Modellansätze zur Verfügung. Welche der folgenden Modellansätze zur Berechnung der Evapotranspiration benötigen nur einen Parameter als Dateninput? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: THORNTHWAITE TURC BLANEY-CRIDDLE PENMAN PENMAN-MONTEITH Sind zu wenige Inputparameter vorhanden, um ein sinnvolles physikalisches Modell aufzustellen, lassen sich mit einem empirischen Modell realistischere Werte für die Evapotranspiration ermitteln. Physikalische Modelle besitzen hingegen den Vorteil, dass sie zeitlich sehr genau aufgelöst werden können, während empirische Modelle nur für eine grössere zeitliche Auflösung sinnvoll angewandt werden können. Beispielsweise können Tagesschwankungen der Evapotranspiration mit einem empirischen Modell nicht dargestellt werden. (Skript, Kap.VI 2.2) Die richtige Antwort lautet: THORNTHWAITE
Mit einem Lysimeter kann für einen bestimmten Standort die Evapotranspiration gemessen werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Evapotranspiration mithilfe von Modellen abzuschätzen. Welche der folgenden Aussagen sind korrekt? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die Berechnungsansätze der PET beziehen sich zumeist auf unbewachsene Böden. Die empirischen Methoden sind unabhängig von der Klimazone anwendbar. Das Verfahren nach PENMAN basiert auf der Kombination von Massentransfer und Energiebilanz (= energy balance) Die Verdunstungsberechnung von Landflächen ist, gegenüber der von Wasserflächen, von sehr viel komplexeren Bedingungen abhängig. Je nach den örtlichen Verhältnissen, den Ansprüchen an die Genauigkeit, nach zeitlicher und räumlicher Auflösung und nach dem Zweck der Verdunstungsermittlung werden verschiedene Methoden verwendet. Hierzu stehen einerseits einfache, empirisch gewonnene Formeln, wie die nach THORNTHWAITE, zur Verfügung, andererseits sehr komplexe, physikalisch abgeleitete, wie der Modellansatz von PENMAN. (Skript, Kap.VI 2.2.1) Die richtige Antwort lautet: Das Verfahren nach PENMAN basiert auf der Kombination von Massentransfer und Energiebilanz (= energy balance)
Die Höhen der PET und AET sind insbesondere für die Landwirtschaft von grosser Bedeutung, da aus ihnen eine Information zum hydrologischen Defizit (= hydrological deficit) abgeleitet werden kann. Unter welchen Bedingungen entspricht die AET nicht der PET? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Wasserverfügbarkeit limitiert Starker Wind Saisonale Temperaturschwankungen Direkte Sonneneinstrahlung Hohe Luftfeuchtigkeit Die potentielle Evapotranspiration (PET) ist die Wassermenge, die bei den gegebenen Bedingungen (Temperatur, Sättigungsdefizit, Energieinput) verdunsten kann, falls das im EZG verfügbare Wasser keinen limitierenden Faktor darstellt. (Skript, Kap.VI 4.2.) Die richtige Antwort lautet: Wasserverfügbarkeit limitiert
In der Wasserbilanz spielt die Verdunstung eine entscheidende Rolle. Diese setzt sich aus zwei unterschiedlichen Prozessen zusammen: der Evaporation und der Transpiration, die zusammen als Evapotranspiration bezeichnet werden. Die potentielle Evapotranspiration (PET) ist die unter den momentanen Rahmenbedingungen (Temperatur, Sonnenstrahlung, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit) maximal mögliche Verdunstung - unter der Annahme, dass Wasser unbegrenzt zur Verfügung steht. Die tatsächliche, durch Wasserverfügbarkeit limitierte Verdunstung, wird als aktuelle Evapotranspiration (AET) bezeichnet. Welche der folgenden Aussagen treffen für die aktuelle Evapotranspiration (AET) zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Über offenen Wasserflächen entspricht die AET der PET. Die AET ist sowohl von der vorhandenen Energie zur Evaporation, als auch von der verfügbaren Wassermenge abhängig. Bei trockenen Böden ist die AET kleiner als die PET. AET und PET sind bei Mittagssonneneinstrahlung identisch. AET und PET sind im Verlauf von Niederschlagsereignissen immer identisch. Die aktuelle oder auch reale Evapotranspiration kann sich durch eine eingeschränkte Wasserverfügbarkeit von der potentiellen Evapotranspiration (PET) unterscheiden. Die PET beschreibt die unter den gegebenen Konditionen (Energieinput, Temperatur, Sättigungsdefizit) maximal mögliche Verdunstung - unter der Annahme dass der Nachschub an Wasser unbegrenzt ist. (Skript IV 4.2) Die richtige Antwort lautet: Über offenen Wasserflächen entspricht die AET der PET., Die AET ist sowohl von der vorhandenen Energie zur Evaporation, als auch von der verfügbaren Wassermenge abhängig., Bei trockenen Böden ist die AET kleiner als die PET.
Für die Beantwortung wasserwirtschaftlicher Fragestellungen und das Management von Wasserressourcen benötigt man Informationen über die lokalen Gegebenheiten. Eine der Grundlagen stellt die jährliche Wasserbilanz (= water budget) eines Einzugsgebietes (EZG) dar. Wie lautet die jährliche Wasserbilanz für ein EZG? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Niederschlag - Abfluss - Evapotranspiration = Speicheränderung Evaporation = Abfluss + Niederschlag Niederschlag = Abfluss - Evapotranspiration Bei Betrachtung grosser Zeiträume: Niederschlag - Abfluss - Evapotranspiration = 0 Evapotranspiration = Niederschlag - Abfluss - Speicheränderung Wird das gesamte Einzugsgebiet als ein System betrachtet, so bildet der Niederschlag die Input- und der Abfluss die Output-Grösse dieses Systems. Die Prozessgrössen, die innerhalb des Einzugsgebietes zu einem Wasserverlust führen (z.B. Evapotranspiration oder Interzeption), können als Verlustprozesse (= loss processes) verstanden werden. Somit gilt auch: Input - Output = (+/-) Speicheränderung + Verlustprozesse Wenn wir die Wasserbilanz über einen längeren Zeitraum betrachten, gehen wir davon aus, dass die Speicheränderung sich über die Zeit ausgleicht und folglich vernachlässigt werden kann. (Skript, Kap.VI 2.2) Die richtige Antwort lautet: Niederschlag - Abfluss - Evapotranspiration = Speicheränderung, Bei Betrachtung grosser Zeiträume: Niederschlag - Abfluss - Evapotranspiration = 0, Evapotranspiration = Niederschlag - Abfluss - Speicheränderung
Mit der CN-Methode kann der Nettoniederschlag (rainfall excess) auch für heterogene Einzugsgebiete abgeschätzt werden. Welche der folgenden Aussagen über die CN-Methode treffen zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Der CN-Wert wird als Funktion der Bodencharakteristik und -nutzung berechnet. b. Mit der CN-Methode kann der Nettoniederschlag zu einem beliebigen Zeitpunkt eines Niederschlagsereignisses abgeschätzt werden. c. Bei der CN-Methode handelt es sich um ein physikalisches Modell. d. Ein CN-Wert von > 90 lässt auf einen sehr undurchlässigen Untergrund schliessen. e. Hohe CN-Werte lassen auf einen Boden mit hoher Infiltrationskapazität schliessen. Das Curve Number Model (CN) wurde vom Soil Conservative Service (SCS) des Landwirtschaftsdepartements der USA entwickelt. Bodencharakteristik und Bodennutzung sind im CN-Wert enthalten. Die CN-Methode basiert auf zwei konzeptionellen Annahmen: einer Wasserbilanzgleichung und einem einfachen konzepzionellen Modell für Infiltration, das auf dem Verhältnis von infiltrierter Wassermenge zur maximal infiltrierbaren Wassermenge basiert. Nach der Berechnung der maximal infiltrierbaren Wassermenge kann unter Berücksichtigung von Anfangsverlusten (Interzeption und Oberflächenspeicherung) und der kumulierten Niederschlagsmenge für jeden Zeitpunkt t der Nettoniederschlag bestimmt werden. (Skript, Kap. VI 2.3.4.1) Die richtige Antwort lautet: Der CN-Wert wird als Funktion der Bodencharakteristik und -nutzung berechnet., Mit der CN-Methode kann der Nettoniederschlag zu einem beliebigen Zeitpunkt eines Niederschlagsereignisses abgeschätzt werden., Ein CN-Wert von > 90 lässt auf einen sehr undurchlässigen Untergrund schliessen.
Oberflächenabfluss setzt nur unter bestimmten Bedingungen ein und ist demnach abhängig von zahlreichen Faktoren. Welche der folgenden Faktoren begünstigen die Bildung von Oberflächenabfluss? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: starke Hangneigung hohe Niederschlagsintensität geringe Bodenmächtigkeit grosses Porenvolumen im Boden geringe Boden-Vorfeuchte Alle Faktoren, die dazu beitragen, dass der Boden schneller gesättigt wird, begünstigen die Bildung von Oberflächenabfluss. Auf einer undurchlässigen, geneigten Fläche, wie sie bei versiegelten Arealen im Siedlungsgebiet auftreten, sind die Bedingungen für Oberflächenabfluss beispielsweise optimal. (Skript, Kap. IV 6.) Die richtige Antwort lautet: starke Hangneigung, hohe Niederschlagsintensität, geringe Bodenmächtigkeit
Die Infiltration kann mit Hilfe der physikalischen Prozessgleichungen nach RICHARDS bzw. PHILIP berechnet werden. Da diese physikalischen Gleichungen aufgrund der starken Heterogenität von Böden nur kleinräumig (Mikroskala) sinnvoll angewendet werden können, wurden konzeptionelle Modelle und Black-Box Modelle entwickelt, um die für die Hydrologie interessante flächenhafte Infiltration abschätzen zu können. Welche der folgenden Aussagen ist zutreffend? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Resultate, die mittels konzeptioneller Modelle berechnet wurden, sind generell von zweifelhafter Qualität. b. Konzeptionelle Modelle basieren in erster Linie auf Diffusivität und Bodensaugspannung. c. Die RICHARDS-Gleichung basiert auf Massen- und Impulserhaltung. d. Die CN-Methode (Curve Number Modell) ist eine konzeptionelle Methode. e. Bei der Modellierung von Hochwasserereignissen wird der Infiltrationsprozess im Allgemeinen mit Hilfe deterministischer Infiltrationsmodelle behandelt. (Skript, Kap. IV 5.3 & Kap. VI 2.3.4) Die richtige Antwort lautet: Die RICHARDS-Gleichung basiert auf Massen- und Impulserhaltung., Die CN-Methode (Curve Number Modell) ist eine konzeptionelle Methode.
Zur Beschreibung des Infiltrationsprozesses werden im Allgemeinen zwei konzeptionelle Modellvorstellungen herangezogen: der HORTON`sche und der DUNNE`sche Infiltrationsmechanismus. Welche Aussagen treffen auf den HORTON`schen Infiltrationsmechanismus zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: HORTON beschreibt die Infiltration bei extremen Niederschlagsereignissen gut. Nach der HORTON`schen Modellvorstellung kommt der um die Infiltrationskapazität verringerte Niederschlag zum Oberflächenabfluss. HORTON beschreibt die Abflussbildung als einen Prozess, der durch die Erhöhung der gesättigten Bodenzone bis zur Oberfläche entsteht. Bei HORTON trägt nur der Niederschlagsanteil zum Oberflächenabfluss bei, der auf bereits wassergesättigten Boden trifft. Durch HORTON wird beschrieben, warum Gebiete nahe dem Fliessgewässer früher wassergesättigt sind als weiter entfernte. Nach Horton wird der ungesättigte Boden bei einem Niederschlagsereignis von oben her gesättigt. Die anfänglich maximale Infiltrationskapazität nimmt mit der Zeit ab, bis der Boden gesättigt ist und eine minimale Infiltrationskapazität erreicht ist. Der überschüssige Niederschlag fliesst dann als Oberflächenabfluss ab. (Skript, Kap.IV 6.1.) Die richtige Antwort lautet: HORTON beschreibt die Infiltration bei extremen Niederschlagsereignissen gut., Nach der HORTON`schen Modellvorstellung kommt der um die Infiltrationskapazität verringerte Niederschlag zum Oberflächenabfluss.
Während eines Niederschlagsereignisses wurde in stündlichen Intervallen die Niederschlagsmenge gemessen und mittels Φ-Index Methode der Nettoniederschlag berechnet. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle zusammengefasst: Wie gross müsste c (c=1-α) gewählt werden, damit man für die gleichen Niederschlagsdaten mit der Prozentwertmethode den identischen totalen Nettoniederschlag (60mm) erhält? Erg._Phi_Index_Meth.jpg Wählen Sie eine Antwort: 0.25 1 0.75 0.50 Keine der Angaben ist korrekt! Mit der Prozentwertmethode kann entweder der Nettoniederschlag oder die Infiltration berechnet werden. Dementsprechend existieren zwei voneinander abhängige Prozentwerte c (Anteil Infiltration) und α (Anteil Nettoniederschlag). (Skript, Kap.VI 2.3.4.3 & 2.3.4.4) Die richtige Antwort lautet: 0.25
Neben der CN-Methode gibt es noch weitere konzeptionelle Methoden zur Bestimmung des Nettoniederschlags (rainfall excess), wie z.B. die Prozentwert- oder die Φ-Index-Methode. Welche der folgenden Aussagen sind für die Prozentwert- und die Φ-Index-Methode zutreffend? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die Parameter α; (Prozentwertmethode) und Φ; (Φ-Index Methode) sind empirische Parameter. Beide Methoden benötigen, im Gegensatz zur CN-Methode, keine Informationen über die Bodenbeschaffenheit des Einzugsgebietes. Der Φ-Index variiert im Laufe des Niederschlagsereignisses. Der Parameter α; kann während des Niederschlagsereignis einen konstanten Wert annehmen oder variieren. Bei der Φ-Index-Methode tritt der Nettoniederschlag immer zeitgleich mit dem Regenereignis ein. Zur Bestimmung der Parameter beider Methoden muss zuvor der Direktabfluss (beispielsweise über Ganglinienseparation) erfasst werden. Derartige Methoden werden auch als Black-Box-Modelle bezeichnet. (Skript, Kap.VI 2.3.4.3 & 2.3.4.4) Die richtige Antwort lautet: Die Parameter α; (Prozentwertmethode) und Φ; (Φ-Index Methode) sind empirische Parameter., Beide Methoden benötigen, im Gegensatz zur CN-Methode, keine Informationen über die Bodenbeschaffenheit des Einzugsgebietes., Der Parameter α; kann während des Niederschlagsereignis einen konstanten Wert annehmen oder variieren.
Die CN-Werte sind abhängig von der Bodenfeuchtigkeit (antecedent moisture conditions, AMC) und es existieren drei Vorfeuchteklassen (AMC), wobei AMC II "normalen" Vorfeuchtebedingungen entspricht. Herrschen vor dem betrachteten Niederschlagsereignis sehr feuchte oder sehr trockene Bedingungen, muss der CN-Wert entsprechend korrigiert werden. Ein EZG weist aufgrund seiner Bodencharakteristika und Landnutzung einen CN-Wert von 83 für die AMC-Gruppe II auf. Welcher CN-Wert würde sich für dasselbe EZG während der Vegetationsperiode ergeben, wenn 5 Tage vor dem betrachteten Ereignis 30 mm Niederschlag gefallen sind? CNI = CNII / (2.3 - 0.013*CNII) CNIII = CNII / (0.43 + 0.0057*CNII) Wählen Sie eine Antwort: 68.0 35.0 91.9 193.5 Die CN-Werte sind für das jeweilige EZG konstant und unterliegen somit keiner Veränderung! Zur Bestimmung des CN-Wertes muss zuerst anhand der Tabelle die zutreffende Vorfeuchteklasse (AMC-Gruppe) gewählt werden. Danach kann der CN-Wert für die neuen Vorfeuchtebedingungen berechnet werden. (Skript, Kap. 2.3.4.1, S.41-42) Die richtige Antwort lautet: 68.0
Obwohl Infiltration in konzeptionellen Modellvorstellungen oft als Verlustprozess angesehen wird, muss dieses Wasser für das Einzugsgebiet nicht verloren sein. Das infiltrierte Wasser fliesst in der Regel entweder unterirdisch dem Vorfluter zu (sub-surface runoff) oder in den Grundwasserspeicher (groundwater runoff). Dieser Prozess wird als Perkolation bezeichnet. Welche Aussagen sind im Zusammenhang mit Infiltration zutreffend? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Auf porösem Medium ist generell mit einem hohen Oberflächenabfluss zu rechnen. Bei starkem Niederschlag ist die Infiltrationsrate voraussichtlich maximal. Bei grosser Interzeptionsleistung der Vegetation ist mit einer grossen Infiltrationskapazität zu rechnen. Infiltriertes Wasser kann nahe der Oberfläche entlang undurchlässiger Bodenschichten abfliessen. Infiltriertes Wasser, das durch die Kapillarkräfte gegen die Schwerkraft im Boden gespeichert wird, kann durch Evapotranspiration wieder in die Atmosphäre transportiert werden. (Skript, Kap.IV 6.1.) Die richtige Antwort lautet: Bei starkem Niederschlag ist die Infiltrationsrate voraussichtlich maximal., Infiltriertes Wasser kann nahe der Oberfläche entlang undurchlässiger Bodenschichten abfliessen., Infiltriertes Wasser, das durch die Kapillarkräfte gegen die Schwerkraft im Boden gespeichert wird, kann durch Evapotranspiration wieder in die Atmosphäre transportiert werden.
Welche Aussagen treffen auf den DUNNE`schen Infiltrationsmechanismus zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: DUNNE beschreibt die Abflussbildung als Prozess, bei dem die Bodenwassersättigung durch einen Anstieg der gesättigten Zone "von unten her" stattfindet. Der DUNNE'sche Infiltrationsmechanismus ist sehr gut geeignet, um Infiltration bei intensiven Niederschlagsereignissen auf Böden mit geringer Durchlässigkeit zu beschreiben. Der DUNNE'sche Modellansatz lässt sich insbesondere zur Berechnung der Infiltration in humiden Regionen mit hohem Grundwasserspiegel anwenden. Bei DUNNE wird die Annahme getroffen, dass nur durch den Niederschlagsanteil der auf bereits wassergesättigten Boden trifft Oberflächenabfluss generiert wird. Mittels D.lässt sich beschreiben, warum Gebiete nahe dem Fliessgewässer früher wassergesättigt sind als weiter entfernte. Die D. Modellvorstellung ist insbesondere auf Flächen mit geringer Infiltrationskapazität übertragbar. Der D. Mechanismus besagt, dass der um die Infiltrationskapazität verringerte Gesamtniederschlag zum Oberflächeabfluss kommt. (Skript, Kap.IV 6.1, S.51 ff) Die richtige Antwort lautet: DUNNE beschreibt die Abflussbildung als Prozess, bei dem die Bodenwassersättigung durch einen Anstieg der gesättigten Zone "von unten her" stattfindet., Der DUNNE'sche Modellansatz lässt sich insbesondere zur Berechnung der Infiltration in humiden Regionen mit hohem Grundwasserspiegel anwenden., Bei DUNNE wird die Annahme getroffen, dass nur durch den Niederschlagsanteil der auf bereits wassergesättigten Boden trifft Oberflächenabfluss generiert wird., Mittels DUNNE lässt sich beschreiben, warum Gebiete nahe dem Fliessgewässer früher wassergesättigt sind als weiter entfernte.
Das Gefälle ist ein bedeutendes EZG-Charakteristikum. Abflussart und -geschwindigkeit werden durch das Gefälle massgeblich beeinflusst, indem es die Energie bestimmt, die dem gravimetrischen Prozess zu Grunde liegt. Welche der folgenden Methoden dienen zur Bestimmung des Gefälles in einem Gebiet? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Verfahren der zufälligen Koordinaten b. Quadratnetz-, bzw. Knotenpunk-Verfahren c. Berg-Tal, bzw. Top-Bottom Verfahren d. Fliessart-Methode e. Tracer-Methode f. Vertikal-Profil-Methode (Skript, Kap.IV 1.3.2, S.8 & Vorlesungsfolien "Basin Characteristics", Folie 3) Die richtige Antwort lautet: Verfahren der zufälligen Koordinaten, Quadratnetz-, bzw. Knotenpunk-Verfahren
In hochgelegenen EZG kann auch in den Sommermonaten ein Teil des Niederschlags als Schnee fallen. Dies führt zu einer zeitlichen Verschiebung zwischen Niederschlag und Abfluss (Speichereffekt), da das Wasser zunächst als Schnee gespeichert wird und erst zu einem späteren Zeitpunkt (Schneeschmelze) in den Abfluss gelangt. Durch welche anthropogenen Einflüsse können ähnliche Verzögerungseffekte auftreten? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Wasserkraftnutzung b. zunehmende Oberflächenversiegelung c. Tunnelbau d. landwirtschaftliche Nutzung e. Waldrodung Durch die Speicherung von Wasser innerhalb des EZG, beispielsweise durch einen Stausee, wird die direkte Dynamik des Abflussverhaltens beeinflusst. Wasser wird zunächst zurückgehalten und kommt erst zu einem späteren Zeitpunkt zum Abfluss. Um Ungenauigkeiten durch den Schnee-bedingten Speichereffekt in der jährlichen Wasserbilanz zu vermeiden wird das hydrologische Jahr anders als das kalendarische Jahr definiert. Das hydrologische Jahr 2010 z.B. umfasst den Zeitraum 01.10.2009 - 30.09.2010 (CH) bzw. 01.11.2009 - 31.10.2010 (D, A). (Siehe Vorlesungsfolien "Runoff", Folie 5) Die richtige Antwort lautet: Wasserkraftnutzung
Das hydrologische Jahrbuch ist eine wichtige Quelle für Abflussdaten. Die folgende Abbildung zeigt die Abflussganglinie am Pegel Rhône - Porte du Scex aus dem hydrologischen Jahrbuch 1999. Welche Merkmale weist die Jahresganglinie 1999 auf? Rhone_Abflussganglinie.jpg Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Wochen- und saisonalen Zyklus b. Saisonaler Zyklus mit Maximum in der Schmelzperiode c. Tageszyklus d. Ausschliesslich saisonaler Zyklus e. Monatszyklus Die richtige Antwort lautet: Wochen- und saisonalen Zyklus, Saisonaler Zyklus mit Maximum in der Schmelzperiode
Das Konzept der Restwassermenge ist in der Schweizer Gesetzgebung verankert. Welche Bedeutung hat der Q347? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Der Q347 stellt den Abflusswert dar, der an 347 Tagen im Jahr erreicht oder überschritten wird. b. Der Q347 ist ein Richtwert für die Festlegung von Restwassermengen. c. Der Q347 ist der Abflusswert, der nur an maximal 19 Tagen im Jahr nicht überschritten wird. d. Der Q347 ist der Abflusswert, der an 347 Tagen im Jahr unterschritten wird. e. Der Q347 entspricht der Wassermenge, die beispielsweise Kraftwerkbetreiber höchstens im Fluss belassen müssen. Definition von Q347 (gemäss Gewässerschutzgesetz Art. 4 Bst. h): Abflussmenge, die, gemittelt über zehn Jahre, durchschnittlich während 347 Tagen des Jahres erreicht oder überschritten wird und die durch Stauung, Entnahme oder Zuleitung von Wasser nicht wesentlich beeinflusst ist. (Skript, Kap.V, S.8) Die richtige Antwort lautet: Der Q347 stellt den Abflusswert dar, der an 347 Tagen im Jahr erreicht oder überschritten wird., Der Q347 ist ein Richtwert für die Festlegung von Restwassermengen., Der Q347 ist der Abflusswert, der nur an maximal 19 Tagen im Jahr nicht überschritten wird.
Es liegen zwei Einzugsgebiete A und B vor, die sich lediglich bezüglich der Vegetationsbedeckung voneinander unterscheiden. Während EZG A nur spärlich bewachsen ist, weist EZG B eine üppige Vegetation auf. Welche der folgenden Aussagen sind zutreffend? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. EZG B weist, im Vergleich zu EZG A, eine grössere Interzeption und Infiltration auf. Zudem hat B einen kleineren maximalen Abfluss. b. EZG A besitzt eine grössere Transpiration und Interzeption als EZG B. c. Der Niederschlag in EZG B ist schneller im Abfluss ersichtlich, als in EZG A. Zusätzlich wird die maximale Abflussmenge grösser sein als in EZG A. d. Da EZG A eine höhere Infiltration aufweist als EZG B, wird in EZG A weniger Wasser zum Gesamtabfluss beitragen. e. Die Vegetation hat nur einen Einfluss auf die Infiltration, wenn es sich um Bäume, bzw. Wälder handelt. Gräser, Felder und Sträucher beeinflussen die Versickerung nicht. Der Einfluss der Vegetation auf die Abflussbildung erfolgt vor allem über die Interzeption und die Infiltration. Durch die erhöhte Blattoberfläche wird in einem stark bewachsenen EZG mehr Wasser kurzfristig in den Interzeptionsspeichern zurückgehalten. Die Infiltration wird durch das Wurzelwerk der Pflanzen verstärkt. Der Boden wird aufgelockert und poröser, wodurch die Infiltrationskapazität steigt, das heisst, er kann mehr Wasser aufnehmen. (Siehe Vorlesungsfolien "Runoff", Folie 4) Die richtige Antwort lautet: EZG B weist, im Vergleich zu EZG A, eine grössere Interzeption und Infiltration auf. Zudem hat B einen kleineren maximalen Abfluss.
Der Abfluss wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Dazu gehören, neben den anthropogenen, auch klimatische und natürliche Einflussgrössen wie die Einzugsgebietscharakteristiken. Welche Begriffe bezeichnen EZG-Charakteristiken? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Vegetationsbedeckung b. Bodenart c. Geologie d. Topographie e. Höhenlage f. Gewässernetzdichte g. Niederschlag h. Evapotranspiration i. Interzeption EZG-Charakteristiken können als relativ stabil angesehen werden und ändern sich in der Regel nur innerhalb grosser Zeiträume wie durch geologische Formationen oder Klimaveränderung. Eine schnelle, abrupte Veränderung kann durch anthropogenen Einfluss oder Naturkatastrophen eintreten. Interzeption, Evapotranspiration und Niederschlag sind hydrologische Prozesse, die durch die EZG-Charakteristiken beeinflusst werden. (Siehe Vorlesungsfolien "Runoff", Folie 2) Die richtige Antwort lautet: Vegetationsbedeckung, Bodenart, Geologie, Topographie, Höhenlage, Gewässernetzdichte
Es gibt zwei grundlegende Ansätze den Abfluss zu definieren. Bei der Definition über die Abflussgenese werden verschiedene Abflussbildungsprozesse unterschieden. Welche Prozesse tragen nach dem Ansatz der Abflussgenese zum Abfluss bei? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Oberflächenabfluss b. Grundwasserabfluss c. Zwischenabfluss (Interflow) d. Gerinneabfluss e. Tiefenabfluss f. mittlerer Abfluss g. Basisabfluss h. Karstabfluss i. Schichtabfluss Die Abflusskonzentration beinhaltet die Prozesse, die den gravimetrischen Fliessprozess des Wassers zum Vorfluter (Fluss) hin beschreiben. Bei dieser Transformation findet, bedingt durch Retentions- & Translationseffekte (die durch EZG-Charakteristiken bestimmt sind), eine Verformung des Inputsignals (Niederschlag) statt. (Skript Kap.IV 6., S.51 ff) Die richtige Antwort lautet: Oberflächenabfluss, Grundwasserabfluss, Zwischenabfluss (Interflow)
Es gibt zwei grundlegende Ansätze den Abfluss zu definieren. Bei der Definition über verschiedene Speicher werden mehrere Abflusskomponenten unterschieden. Welche Abflusskomponenten werden nach dem Ansatz der verschiedenen Speicher (Speicherkonzept) unterschieden? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Direktabfluss b. Basisabfluss c. Zwischenabfluss d. Grundwasserabfluss e. Tiefenabfluss f. mittlerer Abfluss g. Untergrundabfluss h. Karstabfluss i. Schichtabfluss Mittels einer Ganglinienseparation kann der an einem Pegel gemessene Abfluss (zumindest konzeptionell) in seine Einzelkomponenten zerlegt werden. (Skript Kap.IV 6., S.51 ff) Die richtige Antwort lautet: Direktabfluss, Basisabfluss, Zwischenabfluss
Modelle sind nützliche Hilfsmittel, die innerhalb der Geo- und Umweltwissenschaften sehr oft zur Lösung von Problemstellungen eingesetzt werden. Welche der folgenden Aussagen ist mit dem Modell-Verständnis in den Geo- und Umweltwissenschaften vereinbar? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Ein Modell ist die exakte Abbildung der Realität. Modelle sind plastische Darstellungen von Prozessen. Ein Modell zeigt die optimale Wirklichkeit. Modelle versuchen, die wesentlichen Prozesse von natürlichen Phänomenen zu erfassen und diese in ein berechenbares System zu bringen. Modelle sind mathematisch exakte Abbildungen der Realität. Ein Modell reduziert eine zu untersuchende Realität auf die theorierelevanten Grössen (Vereinfachung). Es werden dabei nicht alle Attribute des realen Systems erfasst, sondern nur diejenigen, die für den jeweiligen Zweck relevant erscheinen. Ein Modell liefert folglich eine Abbildung der Realität durch Abstraktion und Reduktion. Auf diese Weise können auch äusserst komplexe Systeme zumindest annäherungsweise berechnet und vorhergesagt werden. (Skript, Kap.VI, S.1 ff) Die richtige Antwort lautet: Modelle versuchen, die wesentlichen Prozesse von natürlichen Phänomenen zu erfassen und diese in ein berechenbares System zu bringen.
Welche Aussagen sind im Zusammenhang mit Black-Box-Modellen bei der Niederschlag-Abfluss-Modellierung zutreffend? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die Inputkomponente wird durch den punktuell gemessenen Niederschlag repräsentiert. Die Inputkomponente wird durch den effektiven Niederschlag (rainfall excess) repräsentiert. Der Output beschreibt den infiltrierten Niederschlagsanteil, der als Basisabfluss am Abflusspegel identifiziert wird. Der Output beschreibt den infiltrierten Niederschlagsanteil, der als Direktabfluss am Abflusspegel identifiziert wird. Durch die Systemkomponente wird der Fliessprozess des unterirdischen Abflusses (Basisabfluss, Zwischenabfluss) beschrieben. Durch die Systemkomponente wird vor allem der Fliessprozess des Oberflächenabflusses beschrieben. Mit der Modellierung des Niederschlag-Abfluss-Prozesses wird die Abflusskonzentration, das heisst die Transformation des effektiven Niederschlags zum Abfluss, beschrieben. Die Systemkomponente wird durch die Einzugsgebietscharakteristiken bestimmt. Aufgrund der Eigenschaften des Einzugsgebiets wird eine Funktion formuliert, anhand derer der Abfluss zu einem bestimmten Niederschlagsereignis bestmöglich modelliert werden kann. (Skript, Kap.VI, S.1 ff) Die richtige Antwort lautet: Die Inputkomponente wird durch den effektiven Niederschlag (rainfall excess) repräsentiert., Durch die Systemkomponente wird vor allem der Fliessprozess des Oberflächenabflusses beschrieben.
Die Prozesse, die den Fliessweg des Niederschlagswassers zum Abfluss bewirken, sind sehr komplex. Um sie dennoch mathematisch beschreiben zu können, werden vereinfachte Annahmen getroffen. Für die Simulation werden diverse Modelle eingesetzt, die sich je nach Aufbau hinsichtlich ihrer Komplexität und Genauigkeit unterscheiden. Eine Möglichkeit der Niederschlag-Abfluss-Modellierung ist die Anwendung von linearen Modellen. Welche vereinfachenden Annahmen werden bei der Anwendung eines linearen Niederschlag-Abfluss Modells getroffen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Zeitinvarianz Lineare Beziehung Verhalten zwischen Niederschlagsmenge und Abflussmenge Lineare Beziehung zwischen Abflussdauer und Abflussmenge Vernachlässigung der Interzeption und der Infiltration Stationarität Prinzip der Superposition Lineare Beziehung zwischen Basisabfluss, Zwischenabfluss und Oberflächenabfluss. Lineare Beziehung zwischen Regenintensität und Regendauer Dem linearen Niederschlag-Abfluss-Modell liegen zwei Annahmen zugrunde. Erstens wird Zeitinvarianz (Stationarität) angenommen. Diese besagt, dass eine zeitliche Verschiebung des Inputsignals zu einer gleichartigen Verschiebung des Outputsignals führt, ohne den zeitlichen Verlauf in einer anderen Form zu verändern. Als Zweites wird Linearität zwischen Input (Niederschlag) und Output (Abfluss) angenommen. Die Linearität beinhaltet das Prinzip der Proportionalität: x * Input = x * Output; und das Prinzip der Superposition: Input A + Input B = Output A + Output B (Vorlesungsfolien "Niederschlag-Abfluss-Transformation", Folie 9) (Skript, Kap.VI 3.1, S. 48 ff) Die richtige Antwort lautet: Zeitinvarianz, Lineare Beziehung Verhalten zwischen Niederschlagsmenge und Abflussmenge, Stationarität, Prinzip der Superposition
Bei der Niederschlag-Abfluss Transformation (rainfall-runoff transformation) spielt die Einheitsganglinie (Unit Hydrograph = UH) eine wichtige Rolle. Welche der folgenden Aussagen sind für die Einheitsganglinie/ Unit Hydrograph zutreffend? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die Einheitsganglinie stellt eine Übertragungsfunktion dar. Die Einheitsganglinie beschreibt die Systemantwort auf einen definierten Niederschlagsimpuls. Die Einheitsganglinie ist eine Funktion, die einen gegebenen Niederschlag in die Abflussganglinie transformiert. Die Einheitsganglinie ist immer eine lineare Funktion. Die Einheitsganglinie ist vom Einzugsgebiet unabhängig. Der Einheitsganglinie liegen die Prinzipien der Linearität zugrunde. Die Einheitsganglinie (UH) repräsentiert die Antwort eines EZG auf einen definierten Input (Nettoniederschlag). Dieser definierte Input wird als Momentaneinheitsimpuls mit einem Einheitsvolumen verstanden. Wie dieser Einheitsimpuls als Abfluss am Gebietsauslass (Pegel) auftritt, wird durch die Einheitsganglinie beschrieben. Dieser liegen die Annahmen von Linearität (Proportionalität und Superposition) und Zeitinvarianz zugrunde. (Skript, Kap.VI 3.2, S.50) Die richtige Antwort lautet: Die Einheitsganglinie stellt eine Übertragungsfunktion dar., Die Einheitsganglinie beschreibt die Systemantwort auf einen definierten Niederschlagsimpuls., Der Einheitsganglinie liegen die Prinzipien der Linearität zugrunde.
Mit Hilfe der Impulsantwort (Einheitsganglinie, Unit Hydrograph) eines Einzugsgebietes kann ein gegebener Nettoniederschlag in eine Direktabflussganglinie transformiert werden. Was sollte bei der Auswahl der verwendeten Hochwasserereignisse bedacht werden, um eine möglichst gute Repräsentativität der Impulsantwort zu erreichen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Es sollten möglichst getrennte (eingipflige) Ereignisse zur Berechnung verwendet werden. Es sollten möglichst zusammenhängende (mehrgipflige) Ereignisse zur Berechnung verwendet werden. Mindestens 4 bis 5 Hochwasserganglinien sollten in die Berechnung eingehen. Die den Hochwasserereignissen zugrunde liegenden Niederschlagsereignisse sollten eine Dauer von mindestens 24h aufweisen. Der Basisabfluss sollte bei den verwendeten Hochwasserereignissen vernachlässigbar sein. Die Vielfalt der Hochwasserbedingungen führt - insbesondere bei heterogenen kleineren Einzugsgebieten - oftmals zu stark unterschiedlichen Ergebnissen für die untersuchten Ereignisse. In solchen Fällen kann eine repräsentative Impulsantwort nicht mehr einfach durch arithmetische Mittelung gefunden werden und es scheint nötig, eine Gruppenbildung der Ereignisse vorzunehmen. (Skript, Kap.VI 3.2, S.58) Die richtige Antwort lautet: Es sollten möglichst getrennte (eingipflige) Ereignisse zur Berechnung verwendet werden., Mindestens 4 bis 5 Hochwasserganglinien sollten in die Berechnung eingehen.
Verbindet man die Orte der Oberfläche eines Einzugsgebietes, von denen dort auftreffende Niederschlagstropfen dieselbe Fliesszeit bis zum Systemauslass (Abflusspegel) besitzen, erhält man Linien gleicher Abflusszeit. Wie werden diese Linien bezeichnet? Wählen Sie eine Antwort: Isotherme Isobaren Isohyethen Isochronen Fliesslinien Isochronen
Das Isochronenverfahren ist eine Methode, um den effektiven Niederschlag in den Direktabfluss zu überführen (rainfall runoff transformation). Für ein EZG A sind die Isochronen (Linien gleicher Laufzeit) bekannt und in der untenstehenden Abbildung angegeben. Die Fläche zwischen den Isochronen beträgt für A1= 0.5 km2, A2= 1.2 km2, A3= 2.0 km2 und A4= 1.3 km2. Die ”t Zeitintervalle betragen 10 min. Mit Hilfe dieser Angaben kann die Übertragungsfunktion des EZG ermittelt werden. Wie viele diskretisierte Zeitintervalle weist die per Isochronenmethode ermittelte Übertragungsfunktion auf? Wählen Sie eine Antwort: 2 Zeitintervalle 3 Zeitintervalle 3.5 Zeitintervalle 4 Zeitintervalle 5 Zeiti. (Skript, Kap.VI 3.2.2.3, S.71-75) Die richtige Antwort lautet: 4 Zeitintervalle
Das Isochronenverfahren ist eine Methode, um den effektiven Niederschlag in den Direktabfluss zu überführen (rainfall runoff transformation). Für das EZG A sind die Isochronen (Linien gleicher Laufzeit) bekannt und in der untenstehenden Abbildung angegeben. Die Fläche zwischen den Isochronen beträgt für A1= 0.5 km2, A2= 1.2 km2, A3= 2.0 km2 und A4= 1.3 km2. Die Intensitätskurve des Nettoniederschlags ist ebenfalls in der Abbildung gegeben. Die ”t Zeitintervalle betragen 10 min. Die Intensität ie ist in mm/h angegeben. Welches Abflussmaximum wir durch das gegebene Event an Punkt D erreicht? Wählen Sie eine Antwort: 43.33 m3/s 156 m3/s 156 L/s 33.3 m3/s Im Folgenden sind die einzelnen Schritte für die Berechnung des Direktabflusses für jeden Zeitschritt angegeben: Zeitpunkt Δt: QΔt = iΔt · A1= 2.78 m3/s Zeitpunkt 2Δt: Q2Δt = i2Δt · A1+ iΔt · A2= 13.61 m3/s Zeitpunkt 3Δt: Q3Δt = i3Δt · A1+ i2Δt · A2+iΔt · A3=31.25 m3/s Zeitpunkt 4Δt: Q4Δt = i3Δt · A2+ i2Δt · A3+ iΔt · A4=43.33 m3/s Zeitpunkt 5Δt: Q5Δt = i3Δt · A3+ i2Δt · A4= 31.94 m3/s Zeitpunkt 6Δt: Q6Δt = i3Δt · A4 =9.03 m3/s (Skript, Kap.VI 3.2.2.3, S.73-77) Die richtige Antwort lautet: 43.33 m3/s
Das NASH-Modell (lineare Speicherkaskade) beinhaltet eine Übertragungsfunktion, die an die Eigenschaften des EZG angepasst werden kann. Welche Aussagen treffen auf das NASH-Modell zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Der Ausfluss aus einem Speicher ist dem Zufluss des anschliessenden Speichers gleichzusetzen. Die Systemfunktion h(t) beschreibt das allmähliche Leerlaufen der Speicher. Die Form der Einheitsganglinie wird durch die mittlere Verweilzeit pro Speicher und die Anzahl der Speicher bestimmt. Während eines Niederschlagsereignisses werden alle Speicher gleichmässig aufgefüllt. Die Systemfunktion h(t) beschreibt das kontinuierliche Auffüllen der Speicher. Die Form der Einheitsganglinie ist unabhängig von den Eigenschaften des EZG und somit für jedes EZG gleich. Den Unterschied bilden lediglich die variablen Inputdaten (Niederschlag). Die Erstellung der Einheitsganglinie ist nur in unbeobachteten EZG sinnvoll. Bei der linearen Speicherkaskade ist der Nettoniederschlag der Input in den ersten Speicher, dessen Ausfluss wiederum den Input des nächsten Speichers bildet. Auf diese Weise werden bei der Modellierung n Einzellinearspeicher mit denselben Eigenschaften hintereinander geschaltet. Von jedem einzelnen der n Speicher wird angenommen, dass er sich nach folgender Gesetzmässigkeit entleert: q(t) = 1/k *S(t) mit: q(t) = Ausfluss aus dem Speicher in Abhängigkeit der Zeit S(t) = Speicherinhalt in Abhängigkeit der Zeit k = mittlere Verweilzeit des Wassers im Speicher (Skript, Kap.VI 3.2.2.2, S.60 ff) Die richtige Antwort lautet: Der Ausfluss aus einem Speicher ist dem Zufluss des anschliessenden Speichers gleichzusetzen., Die Systemfunktion h(t) beschreibt das allmähliche Leerlaufen der Speicher., Die Form der Einheitsganglinie wird durch die mittlere Verweilzeit pro Speicher und die Anzahl der Speicher bestimmt.
Mit Hilfe des NASH-Modells (lineare Speicherkaskade) kann eine für ein bestimmtes Einzugsgebiet gültige Übertragungsfunktion gefunden werden. Welche Kenngrösse dieser Übertragungsfunktion gibt Auskunft über die mittlere Verweildauer des Wassers im System? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: Die Scheitelzeit ts Die Schwerpunktszeit tL Das zentrale 2. Moment M2 (Skript, Kap.VI 3.2.2.2, S.65/66) Die richtige Antwort lautet: Die Schwerpunktszeit tL
Das Laufzeitverfahren (rational method) ist ein einfacher Ansatz zur Hochwasserabschätzung im Bereich der Siedlungshydrologie sowie im Fall von kleinen EZG. Welche Aussagen treffen auf das Laufzeitverfahren zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Das Laufzeitverfahren zur Berechnung des Abflusses wird durch die folgenden Gleichung repräsentiert: Q= C*A*i (Abfluss = Abflusskoeffizient x EZG-Fläche x Niederschlagsintensität). b. Ein hundertjähriges Niederschlagsereignis führt zu einem hundertjährigen Abfluss. c. Eine starke Vereinfachung des Laufzeitverfahrens ist die Annahme einer linearen Niederschlags-Abfluss-Transformation. d. Das Laufzeitverfahren basiert auf einer nicht-linearen Beziehung. e. Ein zehnjähriges Niederschlagsereignis führt zu einem hundertjährigen Abfluss. f. Das Laufzeitverfahren zur Berechnung des Abflusses wird durch die folgenden Gleichung repräsentiert: Q= C*A/ i (Abfluss = Abflusskoeffizient x EZG-Fläche / Niederschlagsintensität). Das Laufzeitverfahren basiert auf der einfachen Annahme, dass der Abfluss linear von der Fläche des EZG's und dem Niederschlag abhängt. Hinzu kommt ein EZG-spezifischer Faktor, welcher als Abflussbeiwert bezeichnet wird. (Skript, Kap.VII 16.1, S.72) Die richtige Antwort lautet: Das Laufzeitverfahren zur Berechnung des Abflusses wird durch die folgenden Gleichung repräsentiert: Q= C*A*i (Abfluss = Abflusskoeffizient x EZG-Fläche x Niederschlagsintensität)., Ein hundertjähriges Niederschlagsereignis führt zu einem hundertjährigen Abfluss., Eine starke Vereinfachung des Laufzeitverfahrens ist die Annahme einer linearen Niederschlags-Abfluss-Transformation.
Um eine Frequenzanalyse der Extremereignisse zu realisieren muss zuerst aus einer kontinuierlichen, korrelierten Abflussmessreihe eine unkorrelierte, diskrete Stichprobe der Extremwerte gewonnen werden. Welche Methoden stehen zur Verfügung, um aus einer kontinuierlichen Abflussmessreihe eine diskrete Stichprobe der Hochwassermaxima zu bestimmen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Methode des Schwellenwertes b. Methode der Maxima innerhalb eines definierten Zeitintervalls c. Extrapolation d. Methode der kleinsten Quadrate e. Verzeichnung aller Maximalwerte Es werden grundsätzlich zwei Methoden unterschieden, um aus einer Datenreihe die Extremwerte herauszufiltern. Entweder nimmt man alle Werte, welche einen bestimmten Schwellenwert übertreffen, unabhängig davon in welcher Zeitperiode die Werte aufgetreten sind. Dabei muss darauf geachtet werden, dass das Prinzip der Unabhängigkeit nicht verletzt wird (bsp. zwei Hochwasserpeaks des selben Ereignisses). Diese Variante wird als Peak over Threshold (POT) bezeichnet. Die andere Möglichkeit basiert auf der Einteilung der Messreihe in Zeitintervalle (typischerweise ein Jahr). Aus jedem Zeitintervall wird der höchste Wert in die Extremwertverteilung aufgenommen. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Gesamtdauer der Datenreihe mindestens das 30-bis 50-fache des Zeitintervalls beträgt. Diese Variante wird als Block Maxima Method (BMM) bezeichnet. (Skript, Kap.VII 15.2, S.63 ff) Die richtige Antwort lautet: Methode des Schwellenwertes, Methode der Maxima innerhalb eines definierten Zeitintervalls
Nicht in jedem EZG werden genügend Daten erfasst, welche es erlauben statistische Analysen hydrologischer Variablen durchzuführen. Welches Verfahren kann angewendet werden, um eine Datengrundlage für ein nicht oder nicht ausreichend beobachtetes EZG zu generieren? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Regionalisierung b. Indirekte Methode c. Probabilistische Methode d. Synthetische Methode e. Übertragungsfunktion Bei einer Regionalisierung wird für ein EZG eine Verteilungsfunktion der gesuchten Grösse geschätzt. Die Grundlage für diese Schätzung liefern Daten ähnlicher Gebiete, die nicht notwendigerweise räumlich benachbart sind (homogene Region). Eine Regionalisierung bringt zusätzliche Unsicherheiten in die Verteilungsfunktion, welche vor allem bei hohen Jährlichkeiten zu grossen Abweichungen führen können. (Skript, Kap.VII 13, S.54) Die richtige Antwort lautet: Regionalisierung
Beim Bau von Hochwasserschutzmassnahmen ist das zu Grunde liegende Dimensionierungshochwasser (Bemessungswert) von entscheidender Bedeutung. Das Dimensionierungshochwasser legt fest, welche Wassermassen noch abfliessen können resp. welche zum Versagen des Systems führen. Welcher der unterstehenden Werte ist in vielen Ländern als Bemessungswert in Siedlungsgebieten gebräuchlich? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. HQ 100 b. HQ 30 c. HQ 50 d. HQ 300 e. HQ 1000 Dies bedeutet, dass die Infrastruktur in den Siedlungsgebieten (Kanalisation, Gerinneverbauungen, Wasserkraftwerke etc) oftmals auf ein hundertjähriges Hochwasser ausgelegt ist. (Skript, Kap.VII 12, S.52) Die richtige Antwort lautet: HQ 100
Die Frequenzanalyse spielt in der Abschätzung der Hochwasserhäufigkeit eine zentrale Rolle. Welche Aussagen sind in Bezug auf Hochwasserhäufigkeiten korrekt? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Die Frequenzanalyse ist ein statistisches Verfahren zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeit bestimmter Abflüsse. b. Die Methode der Frequenzanalyse beruht auf der Anpassung einer analytischen Wahrscheinlichkeitsverteilung an die beobachtete Verteilung der jährlichen Abflussmaxima. c. Die Methode der Frequenzanalyse beruht auf der Anpassung einer analytischen Wahrscheinlichkeitsverteilung an die beobachtete Verteilung aller Abflussmaxima. d. Probleme ergeben sich bei der Frequenzanalyse insbesondere bei zu grossen Datenmengen. e. Probleme sind bei der Frequenzanalyse insbesondere bei der Abschätzung von Abflüssen mit kleinen Wiederkehrperioden zu erwarten. Dies aufgrund der Unsicherheit in der Anpassung der theoretischen Verteilungsfunktion. (Skript, Kap.VII 15, S.61) Die richtige Antwort lautet: Die Frequenzanalyse ist ein statistisches Verfahren zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeit bestimmter Abflüsse., Die Methode der Frequenzanalyse beruht auf der Anpassung einer analytischen Wahrscheinlichkeitsverteilung an die beobachtete Verteilung der jährlichen Abflussmaxima.
Um eine Stichprobe einer Frequenzanalyse unterziehen zu können, müssen die einzelnen Ereignisse, welche in die Extremwertstatistik aufgenommen werden (Realisierungen einer Zufallsvariable) voneinander unabhängig sein. Warum können Realisierungen der Zufallsvariable X = jährliches maximales Hochwasser als voneinander unabhängig betrachtet werden? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Realisierungen sind zeitlich meist klar getrennt b. Realisierungen von Zufallsvariablen sind immer voneinander unabhängig c. Prozesse, die zu einer Realisierung führen, sind nie identisch d. Einzugsgebietseigenschaften sind bei jeder Realisierung unterschiedlich e. Einzugsgebietseigenschaften haben keinen Einfluss auf Realisierungen Die Bedingung jährliches maximales Hochwasser bedingt eine zeitliche Trennung der einzelnen Ereignisse. Somit kann angenommen werden, dass die Extremwerte voneinander unabhängig sind. (Skript, Kap.VII 15.3, S.64) Die richtige Antwort lautet: Realisierungen sind zeitlich meist klar getrennt
Bei der Anwendung einer Regionalisierungsmethode werden Daten aus anderen EZGten auf ein bestimmtes EZG übertragen. Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit eine Regionalisierungsmethode angewendet werden kann? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. ähnliche abflussbildende Eigenschaften der Einzugsgebiete b. vergleichbare klimatische Bedingungen c. Datenmangel d. mindestens eine Eichstation im betreffenden EZG e. gleiche EZG-Fläche Die Regionalisierungsmethode kann angewendet werden, wenn man von ähnlichen Eigenschaften der Gebiete ausgeht (homogene Region). (Skript, Kap.VII 13, S.55) Die richtige Antwort lautet: ähnliche abflussbildende Eigenschaften der Einzugsgebiete, vergleichbare klimatische Bedingungen
Die Abschätzung von Dimensionierungshochwasser ist eine sehr anspruchsvolle Aufgabe innerhalb der Hydrologie. Zur Bearbeitung dieser Herausforderung wurden verschiedene Lösungsansätze entwickelt. Welche statistische Methode zur Abschätzung von Hochwasserereignissen hat in der Praxis die grösste Bedeutung? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Frequenzanalyse b. Empirische Formeln c. Niederschlags-Abfluss-Modelle d. Physikalisch basierte Modelle e. Meteorologische Modelle Die Häufigkeit eines Hochwassers kann anhand einer Frequenzanalyse ermittelt werden. (Skript, Kap.VII 12, S.53) Die richtige Antwort lautet: Frequenzanalyse
Bei der Abschätzung von Hochwasser mit der Frequenzanalyse möchte man für ein Ereignis mit beliebiger Wiederkehrperiode den zugehörigen Abfluss berechnen. Dazu wird eine theoretische Wahrscheinlichkeitsverteilung an eine gemessene Stichprobe angepasst. Welche nicht beweisbare Annahme erlaubt es, von Statistiken, welche aus einer Stichprobe ermittelt wurden, auf die Verteilung der Grundgesamtheit zu schliessen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Repräsentativität der Stichprobe b. Stationarität des zu Grunde liegenden Prozesses c. Linearität der Datenpunkte d. Eine solche Annahme ist nicht existent! Nur unter der Annahme, dass die beobachteten Ereignisse (Stichprobe) repräsentativ für das gesamte Verhalten des Systems (Grundgesamtheit) sind kann deren Verteilung bestimmt werden. Dazu kommt, dass die einzelnen Datenpunkte iid (identically and independent distributed) sein müssen. Dies bedeutet, dass alle Datenpunkte der gleichen Verteilung folgen (bei einem Extremereignis ist dies eine GUMBEL, FRECHET oder WEIBULL-Verteilung), und die Datenpunkte müssen voneinander unabhängig sein. Ein Hochwasserereignis muss also unabhängig vom vorhergehenden Ereignis sein, damit es in die Statistik eingehen darf. (Skript, Kap.VII 15.1, S.61) Die richtige Antwort lautet: Repräsentativität der Stichprobe
Damit eine Extrapolation von Stichprobenverteilungen möglich ist, muss eine mathematische Funktion an die Stichprobe angepasst werden. Dabei haben sich aus der Extremwerttheorie entwickelte Modelle als besonders geeignet herausgestellt. Welche Verteilungsfunktionen werden häufig zur Beschreibung von Hochwasserereignissen verwendet? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. EV 1 (Gumbelverteilung) b. EV 2 (Fréchetverteilung) c. EV 3 (Weibullverteilung) d. Normalverteilung e. Mendelverteilung f. GEV (Generalized extreme value distribution) Die Gumbel-, Frechet und Weibullverteilung können zusammen zur GEV kombiniert werden. Durch eine geeignete Wahl der Parameter kann die GEV wieder in jede der drei ursprünglichen Verteilungen überführt werden. Charakteristisch für eine Extremwertverteilung ist ein langer tail auf der rechten Seite (bei den hohen Werten -> kleine Wahrscheinlichkeiten für sehr hohe Werte) welcher zu einer links-schiefen Verteilung führt. (Skript, Kap.VII 15.4.1, S.66) Die richtige Antwort lautet: EV 1 (Gumbelverteilung), EV 2 (Fréchetverteilung), EV 3 (Weibullverteilung), GEV (Generalized extreme value distribution)
Die Kenntnis der Geschiebefracht in einem Fluss ist beispielsweise beim Brückenbau von grosser Bedeutung. Welche Möglichkeiten gibt es, Geschiebemengen zu messen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Geschiebesammler b. Tracermethoden c. Pumpsammelgeräte d. Trübungsmessung e. Schöpfer (Skript, Kap. VIII, S. 14) Die richtige Antwort lautet: Geschiebesammler, Tracermethoden
Sedimente, die vom Hang erodiert werden, werden entweder an anderer Stelle abgelagert oder erreichen das Gewässernetz und werden so weitertransportiert. Die Feststoffe in einem Gewässer werden unterteilt in Schwimm- und Schwebstoffe sowie Geschiebe. Welche der folgenden Aussagen ist/sind korrekt? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Geschiebe bewegt sich gleitend, rollend oder springend an der Gewässersohle. b. Im Bachbett transportiertes Geröll wird als Geschiebe bezeichnet. c. Schwebstoffe können in Geschiebe übergehen. d. Auch sohlennahe Schwebstoffe werden als Geschiebe bezeichnet. e. Äste oder Schnittholz werden zum Geschiebe gerechnet. (Skript, Kap. VIII, S. 9) Die richtige Antwort lautet: Geschiebe bewegt sich gleitend, rollend oder springend an der Gewässersohle., Im Bachbett transportiertes Geröll wird als Geschiebe bezeichnet., Schwebstoffe können in Geschiebe übergehen.
Ausser Wasser führen Bäche und Flüsse auch gelöste und ungelöste Stoffe. Die ungelösten Stoffe werden als Feststoffe zusammengefasst und in Schwimm- und Schwebstoffe sowie Geschiebe unterteilt. Welche Aussagen sind korrekt? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Dosen, Kadaver und Äste sind Schwimmstoffe. b. Bei Hochwasser können enorme Mengen an Schwimmstoffen auftreten. c. Schwimmstoffe in Bächen und Flüssen treten in Schüben auf. d. Die Bewegung von Schwimmstoffen ist abhängig von der Strömung an der Flusssohle. e. Schwimmstoffe bewirken eine stark erhöhte Suspensionsfracht. (Skript, Kap. VIII, S. 8) Die richtige Antwort lautet: Dosen, Kadaver und Äste sind Schwimmstoffe., Bei Hochwasser können enorme Mengen an Schwimmstoffen auftreten., Schwimmstoffe in Bächen und Flüssen treten in Schüben auf.
Die allgemeine Bodenabtragsgleichung setzt sich aus mehreren Faktoren zusammen. Welche Aussagen treffen auf den in der allgemeinen Bodenabtragsgleichung enthaltenen Parameter Erosivität (Regenfaktor R) zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. erfasst die aggregatzerstörende Wirkung der Regentropfen b. beinhaltet die Transportwirkung des Landoberflächenabflusses c. wird berechnet über kinetische Energie, Intensität, Dauer und Häufigkeit von Starkregen d. mittels der Erosivität kann eine Aussage über den Aggregatzustand des Bodens gemacht werden e. Bodenabträge sind umgekehrt proportional zum Produkt von kinetischer Energie und der maximalen 30-Minuten-Intensität von Starkregen f. kann nur für einen langjährigen Zeitraum bestimmt werden (Skript, Kap. VIII, S. 5) Die Erosivität (Regenfaktor R) beinhaltet die aggregatzerstörende Wirkung von Regentropfen und die Transportwirkung des Oberflächenabflusses. Dieser wird berechnet aus kinetischer Energie, Intensität, Dauer und Häufigkeit von Starkregenereignissen. Die richtige Antwort lautet: erfasst die aggregatzerstörende Wirkung der Regentropfen, beinhaltet die Transportwirkung des Landoberflächenabflusses, wird berechnet über kinetische Energie, Intensität, Dauer und Häufigkeit von Starkregen
Um Massnahmen zum Schutz gegen Erosion anzuwenden, ist es nötig die Erosionsgefahr abzuschätzen. Eine Möglichkeit hierfür bietet die allgemeine Bodenabtragsgleichung (ABAG bzw. USLE = Universal Soil Loss Equation). Was beschreibt die Bodenabtragsgleichung? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. potentieller Bodenabtrag von einer landwirtschaftlich genutzten Fläche b. potentieller Bodenabtrag von einer Siedlungsfläche c. Bodenabtrag durch Flächenspülung und Rillenerosion im langjährigen Mittel d. Bodenabtrag durch Flächenspülung und Rillenerosion auf monatlicher Zeitskala e. Bodenabtrag durch Wind- und Wassererosion (Skript, Kap. VIII, S. 5) Mit der allgemeinen Bodenabtragsgleichung kann der potentielle Bodenabtrag von einer landwirtschaftlich genutzten Fläche als Folge von Flächenspülung und Rillenerosion im langjährigen Mittel abgeschätzt werden. Die richtige Antwort lautet: potentieller Bodenabtrag von einer landwirtschaftlich genutzten Fläche, Bodenabtrag durch Flächenspülung und Rillenerosion im langjährigen Mittel
Unter Bodenerosion versteht man sowohl die flächenhafte Abspülung (Flächenspülung) als auch den linienhaften einschneidenden Abtrag (Rillenerosion) von Bodenmaterial durch fliessendes Wasser. Welche Faktoren wirken auslösend für Bodenerosion durch Wasser? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Starkregen b. Schneeschmelze c. Beregnung in der Landwirtschaft d. Frost e. Bodenorganismenaktivität (Skript, Kap. VIII, S. 2) Die bedeutensten Faktoren, die Bodenerosion durch Wasser auslösen, sind Starkregen, Schneeschmelze, zu intensive Beregnung in der Landwirtschaft, sowie die Stosskraft des Wassers, die mit dem Quadrat der Fliessgeschwindigkeit zunimmt. Die richtige Antwort lautet: Starkregen, Schneeschmelze, Beregnung in der Landwirtschaft
Die allgemeine Bodenabtragsgleichung setzt sich aus mehreren Faktoren zusammen. Welche Aussagen treffen auf den in der allgemeinen Bodenabtragsgleichung enthaltenen Bodenerodierbarkeitsfaktor K zu? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. der Bodenerodierbarkeitsfaktor bezieht sich auf die Erosivität b. beinhaltet die Grösse von Bodenteilchen und Bodengefüge c. Die Bodenerodierbarkeit entspricht der bodeneigenen Anfälligkeit gegenüber Erosion durch Wasser d. bezieht sich auf einen Boden von einer 22.6 m langen und ebenen Parzelle e. beinhaltet einen topographischen Index f. erfasst die aggregatzerstörende Wirkung von Regentropfen g. Die Zunahme des Bodenabtrags mit zunehmendem Starkregenwert ist für alle Böden gleich. (Skript, Kap. VIII, S. 5f) Die richtige Antwort lautet: der Bodenerodierbarkeitsfaktor bezieht sich auf die Erosivität, beinhaltet die Grösse von Bodenteilchen und Bodengefüge, Die Bodenerodierbarkeit entspricht der bodeneigenen Anfälligkeit gegenüber Erosion durch Wasser
Mittels der allgemeinen Bodenabtragsgleichung lässt sich der potentielle Bodenabtrag von einer landwirtschaftlich genutzten Fläche als Folge von Flächen- und Rillenerosion durch Wasser abschätzen. Welche der folgenden Parameter sind in der Bodenabtragsgleichung enthalten? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Hangneigung und -länge b. Bodenschutzfaktor c. Bewirtschaftungsfaktor d. Erosivität e. Bodenerodierbarkeit f. Windgeschwindigkeit g. Verwitterungsintensität (Skript, Kap. VIII, S. 5) Die allgemeine Bodenabtragsgleichung lautet folgendermassen: A = R * K * L * S * C * P (t km-2 a-1) A: Bodenabtrag R: Regenfaktor (Erosivität) K: Bodenerodierbarkeitsfaktor L: Hanglängenfaktor S: Hangneigungsfaktor C: Bodenbedeckungs- und Bewirtschaftungsfaktor P: Bodenschutzfaktor Die richtige Antwort lautet: Hangneigung und -länge, Bodenschutzfaktor, Bewirtschaftungsfaktor, Erosivität, Bodenerodierbarkeit
Bodenerosion durch Wasser führt weltweit zu Verlust von Kulturboden, sowie Stofftransport und Ablagerung, was von grosser volks- und wasserwirtschaftlicher Bedeutung ist. Unter welchen klimatischen Bedingungen ist die Erosionsanfälligkeit durch Wasser begünstigt (unter natürlichen Gegebenheiten)? Wählen Sie eine Antwort: a. semiarid b. humid c. arid d. arktisch (Skript, Kap. VIII, S. 4) Der Verlust von Kulturböden durch Erosion ist ein weltweit verbreitetes Problem. Stofftransport und -ablagerung spielen eine bedeutende Rolle in der Wasserwirtschaft. Die richtige Antwort lautet: semiarid
Bei der Untersuchung von Transportprozessen in Flüssen ist es von grosser Bedeutung zu wissen, wann eine Transportbewegungen einsetzt. Hierfür kann der kritische Strömungsparameter von Shields benutzt werden. Was stellt der kritische Strömungsparameter nach Shields dar? Wählen Sie eine Antwort: a. dimensionslose Schubspannung b. kritische Fliessgeschwindigkeit c. Korngrössenverteilung d. Korn-Reynoldszahl e. Abflussbeiwert (Skript, Kap. VIII, S. 21) Der kritische Strömungsparameter nach Shields beschreibt den Transportbeginn in Abhängigkeit von der Sohlenschubspannung und stellt selbst eine dimensionslose Schubspannung dar. Die richtige Antwort lautet: dimensionslose Schubspannung
Die Berechnung des Geschiebetransports ist für zahlreiche Fragestellungen (z.B. Wasserbau) von grosser Bedeutung. Eine anschauliche Methode zur Quantifizierung des Geschiebetransports stellen die Formeln von Meyer-Peter/Müller dar.Welche Parameter werden bei der Berechnung des Geschiebetransports nach Meyer-Peter/Müller berücksichtigt? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Wasserdichte b. kritische Schubspannung c. Stricklerkoeffizient d. Temperatur e. Durchfluss f. Uferbewuchs (Skript, Kap. VIII, S. 23f) Die Strömung eines Fliessgewässers wird durch Reibung am Flussbett gebremst. Diese Reibung pro Flächeneinheit wird als Sohlenschubspannung oder Schleppspannung bezeichnet. Sie bewirkt den Geschiebetrieb, der z.B. nach Meyer-Peter/Müller quantifiziert werden kann. Die richtige Antwort lautet: Wasserdichte, kritische Schubspannung, Stricklerkoeffizient
Die Schubspannung (shear stress) an der Flusssohle ist eine wesentliche hydraulische Grösse, mittels derer der Transportbeginn von Sedimenten beschrieben werden kann. Was ist die Schubspannung? Wählen Sie eine Antwort: a. Kraft, die pro Flächeneinheit vom Gewässer auf die Flusssohle ausgeübt wird. b. kritische Fliessgeschwindigkeit c. Kraft, die pro Volumen Wasser auftritt d. Arbeit, die vom strömenden Wasser verrichtet wird (Skript, Kap. VIII, S. 18ff) Die richtige Antwort lautet: Kraft, die pro Flächeneinheit vom Gewässer auf die Flusssohle ausgeübt wird.
Zur Beschreibung des Geschiebes sind vor allem die Korngrössen des Sediments von Bedeutung. Die Korngrössenverteilung kann bestimmt und graphisch dargestellt werden. Welche theoretische Verteilung kann an die Korngrössenverteilung angepasst werden? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Normalverteilung b. Lognormalverteilung c. Fuller-Verteilung d. Exponentialverteilung e. Poisson-Verteilung (Skript, Kap. VIII, S. 17f) Basierend auf der empirischen Verteilung der Korngrössen kann auf eine theoretische Verteilungsfunktion geschlossen werden. Neben der Normal- und Lognormalverteilung kann in der Sedimentanalyse oft auch die Fuller-Verteilung angewandt werden. Die richtige Antwort lautet: Normalverteilung, Lognormalverteilung, Fuller-Verteilung
Bei der Untersuchung von Transportprozessen in Flüssen ist es von grosser Bedeutung zu wissen, wann eine Transportbewegung einsetzt. Zur Bestimmung des Transportbeginns an der Flusssohle können verschiedene Faktoren herangezogen werden, wie beispielsweise die Schubspannung oder die Fliessgeschwindigkeit. Der kritische Strömungsparameter von Shields (Shields-Parameter) beschreibt den Transportbeginn in Abhängigkeit von der Sohlenschubspannung. Welche Faktoren sind im Shields-Parameter enthalten? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Erdbeschleunigung b. Dichte des Wassers c. Korndurchmesser d. Exposition der Körner e. Kornform (Skript, Kap. VIII, S. 20ff) Der Shields-Parameter beinhaltet sowohl die Schubspannung an der Flusssohle, als auch den Widerstand, den die Körner der Bewegung entgegensetzen. Die Abhängigkeit des Shields-Parameters von der Korn-Reynoldszahl wird im Shields-Diagramm dargestellt. Dieses wird beispielsweise herangezogen, um eine künstliche Flusssohle aus Lockermaterial zu dimensionieren. Die richtige Antwort lautet: Erdbeschleunigung, Dichte des Wassers, Korndurchmesser
Zur Beschreibung des Geschiebes in einem Fliessgewässer ist vor allem die Korngrössenzusammensetzung von Bedeutung. Wie kann die Korngrössenzusammensetzung des im Fluss vorhandenen Geschiebes bestimmt werden? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Siebanalyse b. Maschensieb und Hydrometeranalyse c. Schlämmanalyse d. Fraktionierung nach Kornvolumen e. Trübungsmessung (Skript, Kap. VIII, S. 15ff) Die Bestimmung der Korngrössenverteilung mittels Maschensieb und Hydrometeranalyse ist am Weitesten verbreitet bei der mechanischen Analyse von Sedimenten. Während mit dem Maschensieb grobes Material wie Kies und Sand bestimmt wird, eignet sich die Hydrometeranalyse für sehr feines Material wie Silt und Ton. Die Korngrössenverteilung wird dann aus den Ergebnissen beider Analysen zusammengesetzt. Die richtige Antwort lautet: Siebanalyse, Maschensieb und Hydrometeranalyse, Schlämmanalyse
Die Kenntnis des Sedimenttransports von Flüssen ist für viele ingenieurwissenschaftliche Fragestellungen von Bedeutung. Welche Möglichkeiten gibt es, suspendiertes Material zu messen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. punkt-integrierende Messeinrichtungen b. tiefenintegrierende Messeinrichtungen c. Pumpsammelgeräte d. Geschiebesammler e. Farbtracer (Skript, Kap. VIII, S. 13f) Die richtige Antwort lautet: punkt-integrierende Messeinrichtungen, tiefenintegrierende Messeinrichtungen, Pumpsammelgeräte
Sedimente, die vom Hang erodiert werden, werden entweder an anderer Stelle abgelagert oder erreichen das Gewässernetz und werden so weitertransportiert. Die Feststoffe in einem Gewässer werden unterteilt in Schwimm- und Schwebstoffe sowie Geschiebe. Welche der folgenden Aussagen ist/sind korrekt? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Schwebstoffe stehen entweder mit dem Wasser im Gleichgewicht (kein Dichteunterschied) oder werden durch Turbulenz in Schwebe gehalten. b. Schwebstoffe sind ungelöste anorganische oder organische Feststoffe. c. Die Schwebstofffracht bezeichnet die Masse an Schwebstoffen pro Volumeneinheit Wasser. d. Als Schwebstoffe werden aufschwimmende Stoffe bezeichnet. (Skript, Kap. VIII, S. 9) Die richtige Antwort lautet: Schwebstoffe stehen entweder mit dem Wasser im Gleichgewicht (kein Dichteunterschied) oder werden durch Turbulenz in Schwebe gehalten., Schwebstoffe sind ungelöste anorganische oder organische Feststoffe.
Der Sedimenttransport unterliegt komplexen Prozessen und ist abhängig von mehreren Faktoren. Welche Daten sind nötig, um die Prozesse des Sedimenttransports zu untersuchen? Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: a. Fliessgefälle b. Flussquerschnitt c. Korngrössenverteilung d. Konzentration von suspendiertem Material e. Konzentration von gelöstem organischem Material f. Wurzeldichte der Ufervegetation (Skript, Kap. VIII, S. 14) Um die Prozesse des Sedimenttransports zu untersuchen, müssen vor allem Parameter der hydraulischen Geometrie (Flussquerschnitt, hydraulischer Radius, Fliessgefälle, Abfluss, Wandrauhigkeit) und Eigenschaften des Sediments (Korngrössenverteilung, charakteristischer Durchmesser, spezifisches Gewicht, Konzentration an suspendiertem Material) betrachtet werden. Die richtige Antwort lautet: Fliessgefälle, Flussquerschnitt, Korngrössenverteilung, Konzentration von suspendiertem Material
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