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Abfluss

 
     
  Komponente des Wasserkreislaufes, welche die Entwässerung der Landflächen der Erde,


d.h. die Ableitung des überschüssigen Niederschlagswassers, charakterisiert. Unter Abfluss wird alles sich auf oder unter der Landoberfläche unter dem Einfluss der Schwerkraft lateral bewegende Wasser verstanden. Er wird aus Niederschlag gebildet (Abflussprozess, Effektivniederschlag). Abfluss ist das Ergebnis des Durchganges des Niederschlagswassers durch das Einzugsgebiet, wobei allerdings erhebliche Wasseranteile an Pflanzenoberflächen (Interzeption), an der Bodenoberfläche (Muldenrückhalt), in Schnee, Eis und Gletschern, in stehenden Gewässern, im Boden (Bodenfeuchte) sowie im Grundwasser gespeichert und teilweise durch den Verdunstungsprozess in die Atmosphäre zurückgeführt werden. Abfluss als laterale Wasserbewegung auf und unter den Landflächen der Erde findet als oberirdischer und unterirdischer Abfluss statt. Den oberirdischen Abfluss unterteilt man in flächenhaften Abfluss (Landoberflächenabfluss) und linienhaften Abfluss in den Gerinnen der Gewässernetze. Beim unterirdischen Abfluss werden zwei Anteile unterschieden. Als Zwischenabfluss (interflow) vollzieht er sich nur wenige Dezimeter unter der Bodenoberfläche, meist in Deckschichten über dem Grundwasserspiegel, und wird daher auch als oberflächennaher Abfluss bezeichnet. Er fliesst dem Vorfluter nur mit geringer zeitlicher Verzögerung zu. Das durch den Prozess der Versickerung dem Grundwasser zugeführte Wasser wird längerfristig gespeichert. Es wird dem Vorfluter über Quellen oder flächenhafte Grundwasseraustritte allmählich zugeführt und als Grundwasserabfluss bezeichnet. Der in den Einzugsgebieten flächenhaft gebildete Abfluss konzentriert sich in dem linienhaft ausgebildeten Gewässernetz (Flussgrundrisstypen) und folgt dabei den Gesetzmässigkeiten der Hydrodynamik (Gerinneströmung).


Der Abfluss wird in Fliessgewässern an Messquerschnitten über den Wasserstand als Durchfluss (Q)
erfasst. Darunter wird das in einem bestimmten Fliessquerschnitt durchfliessende Wasservolumen je Zeiteinheit [Einheit: m3/s oder l/s] verstanden.
Der Abfluss kann als Wasserhaushaltsgrösse eines Gebietes (Gebietsabfluss) auf den Festländern aus
der Differenz zwischen Gebietsniederschlag und Gebietsverdunstung im langjährigen Mittel
gewonnen werden (Wasserbilanz, Wasserhaushalt). Oft wird auch die über den Meeresflächen
gewonnene Differenz zwischen Niederschlag und tatsächlicher Verdunstung als "Abfluss" bezeichnet.
Auf den Landflächen wird der Abfluss als Wasserhöhe pro Zeiteinheit angegeben [Einheit: mm/a] und
ist so direkt mit der Niederschlagshöhe des gleichen Gebietes, dem Gebietsniederschlag,
vergleichbar. Immer ist der Abfluss ein berechneter Wert. Der Abfluss unterliegt infolge der Auswirkung unterschiedlichster Regimefaktoren einer grossen
räumlichen und zeitlichen Variabilität (Wasserbilanz der Erde). Hieran beteiligt sind neben dem
Niederschlag andere Klimagrössen wie Lufttemperatur, Strahlung etc., die selbst den astronomischen
Zyklen und Variabilitäten unterworfen sind, sowie Parameter der Landoberfläche (Landnutzung,
Bodenbedeckung, Morphologie) und des Untergrundes (Bodeneigenschaften, Hydrogeologie etc.).
Die grosse zeitliche Variabilität spiegelt sich in den Abfluss- bzw. Durchflussganglinien wider. Es
wechseln sich Zeiten mit hoher (Hochwasser) und geringer Wasserführung (Niedrigwasser) ab. Die
langjährige Durchflussganglinie umfasst den Schwankungsbereich des Abflusses. Innerhalb des
Schwankungsbereiches unterscheidet man den Mittelwasserbereich, den Hochwasserbereich und
den Niedrigwasserbereich. Die Grenzen zwischen diesen Bereichen lassen sich v.a. nach
statistischen Gesichtspunkten (z.B. der Über- bzw. Unterschreitung bestimmter Durchflüsse) und
nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten (z.B. Schäden durch Hoch- und Niedrigwasser) festlegen. Je kleiner ein Einzugsgebiet ist, desto grösser ist seine zeitliche Variabilität. In kleinen
Einzugsgebieten sind Abflussanstiege auch nach kleineren Niederschlagsereignissen erkennbar.
Extrem hohe Abflüsse entstehen hier vorwiegend durch kurzzeitige Starkniederschläge. Der Verlauf
der Durchflussganglinien von grösseren Einzugsgebieten ist dagegen weitgehend ausgeglichen.
Extreme Hochwässer entstehen v.a. durch langanhaltende Niederschläge (Dauerniederschläge).
Schnee- und Eisschmelze können einen erheblichen Einfluss auf den Abflussgang haben. Extreme
Hochwässer werden durch sie allein allerdings kaum ausgelöst. In Verbindung mit Niederschlägen in
flüssiger Form sind sie jedoch häufig Ursache für extreme Hochwässer. Die jährlichen Hoch- und
Niedrigwässer unterliegen dem allgemeinen Gesetz für die Wahrscheinlichkeitsverteilungen von
Zufallswerten. Aus der Abtrennung schneller und langsamer Abflusskomponenten in der Durchflussganglinie lassen
sich Direktabfluss und Basisabfluss voneinander trennen (Abflussganglinienseparation,
Hochwasserganglinie). In weiten Teilen der Erde sind ein Trend zur anteiligen Abnahme des
Basisabflusses gegenüber dem Direktabfluss und sich in der Ganglinie vergrössernde Amplituden zu
beobachten. Die Folgen von Waldvernichtung und Bodenverdichtung in Verbindung mit
Gewässerausbaumassnahmen, Grundwasserabsenkung sowie von Urbanisierungsmassnahmen
werden hier sichtbar (anthropogene Beeinflussung des Wasserkreislaufes). Dieser Trend zu
vermehrtem Direktabfluss führt auch zu einem gänzlich anderen Erosions- und
Sedimentationsverhalten. Durch Bau von Talsperren, Poldern und Rückhaltebecken will der Mensch
nicht nur die natürlichen Abflussschwankungen ausgleichen, sondern auch die Auswirkungen des
beschriebenen Trends vermindern. Die grosse räumliche Variabilität des Abflusses wird durch kartenmässige Darstellung der Abflusshöhe
verdeutlicht. Daneben wird zur vergleichenden räumlichen Betrachtung des Abflussverhaltens auch
das Abflussverhältnis a herangezogen, das ist der Quotient aus Abflusshöhe hA und der Niederschlagshöhe hN.


Als ereignisbezogene Angabe wird der Abflussbeiwert Ψ0 verwendet. Er stellt den prozentualen Anteil des Niederschlags dar, der in jedem Niederschlagsintervall abfliesst (Quotient aus Direktabfluss und Gesamtniederschlag). Von dem Abflussbeiwert Ψ0 ist der geographisch-hydrologische Abflussbeiwert λ zu unterscheiden, der die Auswirkungen landschaftsprägender Faktoren zum Ausdruck bringt. Für die Darstellung des Abflussregimes eines Fliessgewässers werden die Abflusskoeffizienten herangezogen. Hierzu werden jeweils die zwölf mittleren monatlichen Abflüsse zu dem mittleren Jahresabfluss in Beziehung gesetzt. Durch die dimensionslosen Abflusskoeffizienten können die Abflussregime verschieden abflussstarker Fliessgewässer in den unterschiedlichsten Klimagebieten vergleichend dargestellt und analysiert werden.


Die Dynamik des Abflusses kann durch die Spannweite zwischen den höchsten, niedrigsten und mittleren Durchflusswerten einer Periode anschaulich zum Ausdruck gebracht werden. Dabei ist es ratsam, den niedrigsten Durchflusswert einer Periode NQ gleich eins anzusetzen und dann zu berechnen, wieviel mal grösser der mittlere Durchfluss MQ und der höchste Durchfluss HQ der Periode ist (Tab.). Auch die Retentionswirkung von Seen lässt sich durch diese Verhältniszahlen sehr anschaulich zum Ausdruck bringen (Abb.).


Obwohl der Abfluss volumenmässig nur einen Bruchteil der gesamten Süsswasserreserven der Erde ausmacht, z.B. in Fliessgewässern nur 0,006% des Süsswassers (Wasservorräte der Erde), ist er wegen seiner zeitlichen und räumlichen Dynamik ein ausserordentlich bedeutender Faktor in der Wasserwirtschaft. Hinzu kommt, dass gerade das Oberflächenwasser in Flüssen wegen seiner häufigen Erneuerung und seiner Verfügbarkeit eine wichtige Wasserressource darstellt. Der Abfluss charakterisiert in unbeeinflussten Gebieten weitgehend die in einem Einzugsgebiet vorhandenen erneuerbaren Wasservorräte. Die mittlere Verweilzeit des Wassers in Flüssen, ein Anhaltspunkt für die Erneuerung, beträgt nur 16 Tage.


Wasser in den Fliessgewässern wird vielfältig genutzt: Es dient der Wasserversorgung, der Abwasserbeseitigung, der Schiffahrt, der Energieerzeugung, der Fischerei, dem Sport und der Erholung. Andererseits gefährdet es auch den Menschen, Tiere und Sachgüter. Insofern sind extreme Abflüsse für den Hochwasserschutz von essentieller Bedeutung. Aus all diesen Gründen greift der Mensch in die Natur ein, um Anforderungen der Gesellschaft an das Wasser zu decken. Aus den Fliessgewässern wird Wasser entnommen (Wasserversorgung) oder in diese wird verschmutztes Wasser (Abwasser) eingeleitet. Fliessgewässer werden gestaut, ausgebaut oder eingedeicht, was den Durchfluss verändert (Durchflussbeeinflussung).


Natürlicher Abfluss findet nur in natürlichen Fliessgewässern, die auch Ausuferungsmöglichkeiten bieten, statt. Bei natürlichem Abfluss erfolgt im Gerinnebett und in den Überschwemmungsgebieten ein Rückhalt des Wassers. Bei hohem Rückhalt sind die Hochwasserstände flussabwärts gedämpfter und die Niedrigwasserstände ausgeglichener.


Durch Gewässerausbau ist der natürliche Abfluss meist nicht mehr gegeben, der Abfluss bzw. Durchfluss ist verändert. Vielfach werden zur Energiegewinnung oder zur Schiffahrt im Gewässer Stauanlagen errichtet. In gestauten Fliessabschnitten spricht man von gestauten Abflüssen bzw. Durchflüssen.


Wegen der hohen Bedeutung, die dem Abfluss in wirtschaftlicher, ökologischer und Gefährdung auslösender Hinsicht zukommt, ist eine gründliche Beobachtung dieser Wasserhaushaltsgrösse unerlässlich. Der Abfluss erweist sich für die Wasserbewirtschaftung als unverzichtbare Grösse. Daher unterhalten die in allen Ländern der Erde eingerichteten gewässerkundlichen Dienste hydrologischen Messnetze, an denen die Durchflüsse kontinuierlich gemessen werden. Diese werden in den jährlich erscheinenden gewässerkundlichen Jahrbüchern planenden Institutionen und anderen Interessenten verfügbar gemacht. Allgemein geht die Darstellung des Durchflusses von mittleren täglichen Durchflüssen aus, die gewöhnlich durch die Bildung mittlerer täglicher Wasserstände über die Durchflusskurve ermittelt werden. Aus den Tagesmitteln werden unter Verwendung statistischer Verfahren eine Reihe von Hauptwerten gewonnen, die für die Wasserwirtschaft von Bedeutung sind. Die Periode, für die gewässerkundliche Hauptwerte aufgestellt werden, sollte mindestens zehn Jahre umfassen. Die für die Hauptwerte benutzten Buchstaben sind genormt. Die gewässerkundlichen Hauptwerte können auch für die Darstellung der Abflussverhältnisse in den hydrologischen Winter- und Sommerhalbjahren und in einzelnen Monaten verwendet werden.


Der zeitliche Verlauf des Durchflusses kann neben der Durchflussganglinie auch als Durchflusssummenlinie dargestellt werden. Die Darstellung der Tageswerte der Durchflüsse in der Reihenfolge mit aufsteigenden Grössen wird Durchflussdauerlinie genannt. Die Durchflussfülle ist das über einem gewählten Durchflussschwellenwert unter einer Hochwasserganglinie vorhandene Volumen, das von der Durchflussfüllenlinie wiedergegeben wird.


Die Beobachtungen und die Bearbeitungsergebnisse von Durchflussmessungen müssen, insbesondere bei grenzüberschreitenden Gewässern, zwischen den beteiligten Staaten ausgetauscht werden. Der seit 1993 betriebene Aufbau eines World Hydrological Cycle Observation System (WHYCOS) seitens der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) hilft, weltweit die erforderliche Datengrundlage, insbesondere für die Komponente Abfluss, zu schaffen. Hilfreich für viele Forschungsarbeiten sind die vom Weltdatenzentrum Abfluss (Global Runoff Data Center, GRDC) und der Bundesanstalt für Gewässerkunde in Koblenz gesammelten täglichen oder monatlichen Abflusswerte von über 3000 an grösseren Fliessgewässern gelegenen Stationen. Literatur: [1] BAUMGARTNER, A. & LIEBSCHER, H. (HRSG.) (1996): Lehrbuch der Hydrologie.Band 1, Stuttgart. [2] DINGMAN, S.L. (1994): Physical Hydrology. - New Jersey. [3] DYCK, S. & PESCHKE, G. (1995): Grundlagen der Hydrologie. - Berlin.

AbflussAbfluss (Tab.): niedrigste, mittlere und höchste Durchflusswerte am Beispiel des Rheins.

AbflussAbfluss: Einfluss der Seeretention auf den Durchfluss am Beispiel des Bodensees.
 
 

 

 

 
 
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