E6 Oberflächenabfluss und Strömungserzeugung

Thema

Oberflächenabfluss ist der Wasserfluss, der über die Bodenoberfläche fließt, bis er schließlich die Gewässer des Einzugsgebiets erreicht. Er entsteht durch zwei Hauptmechanismen: Hortonischer Abfluss, bereits im Abschnitt über Infiltration erwähnt, tritt auf, wenn die Niederschlagsmenge die Infiltrationskapazität des Bodens übersteigt. Sättigungsabfluss hingegen entsteht, wenn der Boden bereits vollständig gesättigt ist und der Grundwasserspiegel die Oberfläche erreicht, wodurch selbst bei geringen Niederschlagsmengen Abfluss entsteht. Die Kombination aus Klima, Bodenart und dem vorherigen Feuchtigkeitsgehalt des Bodens bestimmt, welcher dieser beiden Mechanismen bei einem Niederschlagsereignis letztendlich dominiert.

Das Einheitsgangliniendiagramm ist die spezifische Übertragungsfunktion jedes Einzugsgebiets: Es beschreibt, wie die Abflussmenge dieses Einzugsgebiets auf einen Millimeter effektiven Abfluss reagiert, der gleichmäßig über eine Einheitsniederschlagsperiode verteilt ist. Genau diese Funktion transformiert den effektiven Niederschlag, der auf das Einzugsgebiet fällt, in die Abflussmenge, die schließlich am Auslass desselben Einzugsgebiets gemessen wird. Die Faltung dieses Einheitsgangliniendiagramms mit dem tatsächlichen Niederschlag eines realen Ereignisses ergibt das Hochwassergangliniendiagramm, das in einem anderen Dokument dieser Reihe beschrieben wurde. Die Konzentrationszeit, definiert als die Zeit, die Niederschlag vom entferntesten Punkt des Einzugsgebiets bis zum Auslass benötigt, bestimmt die Dauer dieses Einheitsganglinienverfahrens. Die Trennung der verschiedenen Komponenten einer Ganglinie ermöglicht die Unterscheidung zwischen dem direkten Abfluss, dem schnellsten Oberflächenabfluss, der innerhalb weniger Stunden erfolgt, und dem Basisabfluss, dem Grundwasserabfluss, der im Abschnitt über Grundwasserleiter beschrieben wurde und deutlich langsamer, über Tage oder sogar Monate, abläuft. Die Analyse der Abflusskurven dieses Basisabflusses erlaubt zudem die Quantifizierung sowohl der Speicherkapazität des speisenden Grundwasserleiters als auch seiner Abflussrate – dieselben Eigenschaften, die zuvor mit der Transmissivität und dem Speicherkoeffizienten des Grundwasserleiters in Zusammenhang gebracht wurden.

Das zu erwartende Verhalten dieser gesamten Abflussbildung umfasst Hochwasserganglinien, deren Zeit bis zum Scheitelpunkt umgekehrt proportional zur Größe des Einzugsgebiets und direkt proportional zur Intensität des auslösenden Niederschlags ist. Somit wird anhand der beiden Entstehungsmechanismen, mit denen dieses Dokument beginnt, und der Proportionalität der Spitzenzeit, mit der es endet, einschließlich des Einheitshydrographen, der Konzentrationszeit und der Trennung zwischen Direktabfluss und Basisabfluss, sichergestellt, dass jeder Regentropfen, der auf ein Becken fällt, schließlich zu dem am Auslass desselben Beckens gemessenen Abfluss wird.

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