Einzugsgebietsgeomorphologie und Abflussmodellierung

Die Einzugsgebietsgeomorphologie charakterisiert die Form von Entwässerungsbecken und -netzen, und die Abflussmodellierung beschreibt, wie sich Hochwasserwellen durch Kanäle und Stauseen bewegen und abschwächen.

Definition

Die Einzugsgebietsgeomorphologie ist die quantitative Untersuchung der Form, des Reliefs und des Entwässerungsnetzes eines Beckens; die Abflussmodellierung ist die Berechnung, wie sich ein Hochwasser-Hydrograph in Größe und Zeitpunkt ändert, während er durch einen Kanalabschnitt oder einen Stausee fließt.

Scope

Dieses Thema behandelt die quantitative Beschreibung von Entwässerungsnetzen und Beckenmorphometrie, deren Einfluss auf die hydrologische Reaktion sowie die hydrologische und hydraulische Abflussmodellierung von Hochwasserwellen durch Kanäle und Speicher. Es verknüpft die physikalische Struktur von Einzugsgebieten mit dem Zeitpunkt und der Form ihres Abflusses.

Core questions

• Wie werden Entwässerungsnetze und -becken quantitativ beschrieben?
• Wie beeinflusst die Beckenform die hydrologische Reaktion?
• Wie schwächen sich Hochwasserwellen ab und verzögern sich, wenn sie flussabwärts wandern?
• Wie werden hydrologische und hydraulische Abflussmodellierungsmethoden angewendet?

Key concepts

• Fließgewässerordnung und Bifurkationsverhältnis
• Entwässerungsdichte
• Beckenmorphometrie und Relief
• Konzentrationszeit
• Hydrologische Abflussmodellierung (Muskingum)
• Hydraulische Abflussmodellierung (Saint-Venant)

Key theories

Quantitative Entwässerungsmorphometrie

Horton, später von Strahler verfeinert, etablierte Gesetze der Fließgewässerordnung, Bifurkation und Entwässerungsdichte, die die Netzstruktur quantifizieren und die Beckenform mit erosivem und hydrologischem Verhalten verknüpfen.

Geomorphologischer Instantaner Einheits-Hydrograph

Rodriguez-Iturbe und Valdes leiteten die Antwortfunktion des Einzugsgebiets aus der geomorphologischen Struktur seines Entwässerungsnetzes ab, wodurch die Beckenform direkt mit dem Hydrographen verbunden und die Vorhersage in ungemessenen Einzugsgebieten unterstützt wurde.

Hochwasser-Routing

Hydrologische Routing-Methoden (wie Muskingum) und hydraulisches Routing basierend auf den Saint-Venant-Gleichungen berechnen die flussabwärtige Verlagerung und Abschwächung von Hochwasserwellen durch Kanäle und Stauseen.

Clinical relevance

Entwässerungsmorphometrie und Abflussmodellierung werden verwendet, um den Zeitpunkt und den Scheitelpunkt von Hochwassern abzuschätzen, Kanäle und Stauseen für den Hochwasserschutz zu planen und zu betreiben, hydrologische Informationen auf ungemessene Einzugsgebiete zu übertragen und die Kanal-Routing-Komponenten verteilter hydrologischer Modelle bereitzustellen.

History

Hortons Gesetze von 1945 begründeten die quantitative Entwässerungsbeckenmorphometrie, die von Strahler und anderen erweitert wurde; Hochwasser-Routing-Methoden entwickelten sich parallel im 20. Jahrhundert, und der geomorphologische Instantane Einheits-Hydrograph von 1979 verschmolz die Netzstruktur mit der hydrologischen Reaktion.

Key figures

• Robert E. Horton
• Arthur N. Strahler
• Ignacio Rodriguez-Iturbe

Seminal works

• horton1945
• rodriguez1979
• chow1988

Frequently asked questions

Was ist die Fließgewässerordnung?

Die Fließgewässerordnung ist eine Nummerierung von Kanälen in einem Entwässerungsnetz nach ihrer Position in der Hierarchie: Die kleinsten unverzweigten Fließgewässer sind erster Ordnung, und die Ordnung steigt, wo Fließgewässer gleicher Ordnung zusammenfließen, was ein Maß für die Größe und Struktur des Netzes liefert.

Was berechnet die Abflussmodellierung?

Die Abflussmodellierung berechnet, wie sich ein Hochwasser-Hydrograph ändert, wenn er durch einen Flussabschnitt oder einen Stausee fließt, typischerweise zeitlich verzögert und seinen Scheitelpunkt absenkt und verbreitert, da die Welle verzögert und gespeichert wird, was für die flussabwärtige Hochwasservorhersage und den Stauseebetrieb unerlässlich ist.