M1 Hydrologischer Kreislauf im Einzugsgebiet

Thema

Der hydrologische Kreislauf im Einzugsgebiet beschreibt die Verteilung des Niederschlags auf verschiedene Abflüsse und Speicherbereiche: Ein Teil wird von der Vegetation aufgefangen und verdunstet, ohne den Boden zu erreichen; ein Teil versickert im Boden und Grundwasserleiter; ein Teil fließt oberflächlich in Gewässer ab; ein Teil fließt seitlich unterirdisch ab, ohne den Grundwasserleiter zu erreichen (Untergrundabfluss); und ein letzter Anteil gelangt durch Evapotranspiration, sowohl aus dem Boden als auch von der Vegetation selbst, wieder in die Atmosphäre.

Die Wasserbilanzgleichung des Einzugsgebiets integriert all diese Prozesse innerhalb desselben Berechnungszeitraums: Die Differenz zwischen dem Niederschlag im Einzugsgebiet und der Evapotranspiration bestimmt einerseits den Abfluss aus dem Einzugsgebiet und andererseits die Veränderungen des Wasserspeichers im Boden und in den Grundwasserleitern.

Das Hochwasserhydrograph, das bereits in früheren Dokumenten beschrieben wurde, ist das am Auslauf des Einzugsgebiets beobachtete Abflusssignal als Reaktion auf ein Niederschlagsereignis. Ihre charakteristische Form – ein rascher Anstieg, ein Maximum und ein deutlich langsamerer Rückgang – spiegelt die bereits beschriebenen Abflussbildungsmechanismen, die Beckenfläche, das Gefälle und die Vegetationsdecke wider.

Die Konzentrationszeit, die bereits bei der Abflussbildung erwähnt wurde, ist der entscheidende Parameter, der bestimmt, wie lange es dauert, bis dieses Hydrograph sein Maximum erreicht: Kleine, steile Becken weisen Konzentrationszeiten von nur wenigen Minuten auf, während große, flache Becken Tage benötigen können, um ihren maximalen Abfluss zu erreichen.

Die Abflussdauerlinie beschreibt ihrerseits die statistische Verteilung aller Abflüsse in einem Becken über die Zeit: Das 90. Perzentil dieser Verteilung repräsentiert den Basisabfluss, den langsamen, kontinuierlich vom Grundwasserleiter gespeisten Abfluss, während das 10. Perzentil Hochwasserabflüsse repräsentiert, die deutlich häufiger, aber auch viel intensiver auftreten. Das Budyko-Modell, das bereits in anderen Dokumenten dieser Reihe verwendet wurde, ermöglicht die langfristige Aufteilung von Evapotranspiration und Abfluss auf Grundlage des Ariditätsindex des Beckens, dem Verhältnis zwischen der Verdunstungsrate der Atmosphäre und dem Niederschlag im Becken. Ist dieser Ariditätsindex kleiner als eins, ist das Einzugsgebiet energielimitiert und weist einen relativ hohen Abfluss auf; ist er größer als eins, ist es wasserlimitiert und verdunstet fast vollständig durch Verdunstung.

Das zu erwartende Verhalten dieses gesamten hydrologischen Kreislaufs umfasst Einzugsgebiete in feuchten Klimazonen mit kontinuierlichem Abfluss und flachen Abflussganglinien im Gegensatz zu Einzugsgebieten in semiariden Klimazonen mit kurzzeitigen Abflüssen und deutlich steileren Abflussganglinien. Vom Beginn dieses Dokuments mit der Regenabfangung bis zum Unterschied zwischen feuchten und semiariden Klimazonen am Ende, über die Wasserbilanz, die Hochwasserabflussganglinie, die Konzentrationszeit und das Budyko-Modell, bedeutet der hydrologische Kreislauf auf Einzugsgebietsebene, dass das Schicksal jedes Regentropfens – Verdunstung, Versickerung oder Abfluss in den Gerinne – letztlich vom Klima und der Form des Einzugsgebiets abhängt, in das er fällt.

ID:437