Einzugsgebiets- und Abflussprozesse

Einzugsgebiets- und Abflussprozesse befassen sich damit, wie Niederschlag und Schneeschmelze in einem Einzugsgebiet in Infiltration, Speicherung und Abfluss aufgeteilt werden und wie dieser Abfluss konzentriert und zum Auslass geleitet wird.

Definition

Einzugsgebiets- und Abflussprozesse sind die Menge physikalischer Mechanismen, durch die Niederschlag, der auf ein Einzugsgebiet fällt, aufgeteilt, gespeichert und als Abfluss zum Auslass des Einzugsgebiets transportiert wird, betrachtet auf der Skala des Hangs und des Einzugsgebiets.

Scope

Dieser Bereich umfasst die Hangmechanismen, die den Abfluss erzeugen, den Unit-Hydrograph-Ansatz, der Niederschlag mit dem resultierenden Hochwasser-Hydrographen in Beziehung setzt, die geomorphologische Struktur von Einzugsgebieten und die Abflussleitung durch diese, sowie den Spezialfall der Schneeakkumulation und -schmelze. Er überbrückt die diffusen Prozesse der Landoberfläche und die konzentrierten Abflüsse, die in der Oberflächenwasserhydrologie behandelt werden.

Sub-topics

• Einzugsgebietsgeomorphologie und Abflussmodellierung
• Mechanismen der Abflussbildung
• Schneehydrologie
• Der Einheitsganglinien-Hydrograph

Core questions

• Durch welche Mechanismen wird Niederschlag an einem Hang zu Fließgewässerabfluss?
• Wie verknüpft der Unit-Hydrograph den effektiven Niederschlag mit dem Abfluss-Hydrographen?
• Wie steuern Beckenform, Entwässerungsnetz und Abflussleitung den Zeitpunkt des Abflusses?
• Wie beeinflussen Schneeakkumulation und -schmelze den Abfluss in kalten und gebirgigen Regionen?

Key concepts

• Infiltrationskapazität und Oberflächenabfluss
• Sättigungsüberschuss und variable Quellgebiete
• Der Unit-Hydrograph und die Faltung
• Entwässerungsnetz und Beckengeomorphologie
• Abflussleitung und Konzentrationszeit
• Schneeakkumulation und -schmelze

Key theories

Infiltrationsüberschuss (Hortonianischer) Oberflächenabfluss

Wenn die Niederschlagsintensität die Infiltrationskapazität des Bodens übersteigt, fließt der Überschuss über die Oberfläche ab; Hortons Konzept verknüpfte die Infiltrationskapazität mit der Entstehung von Sturmwasserabfluss und dominierte das frühe Denken über Niederschlag-Abfluss-Beziehungen.

Sättigungsüberschuss und variable Quellgebiete

In vielen feuchten, bewachsenen Einzugsgebieten entsteht Abfluss dort, wo der Boden von unten gesättigt wird, sodass Sturmwasserabfluss aus sich ausdehnenden partiellen oder variablen Quellgebieten stammt und nicht gleichmäßig über das gesamte Einzugsgebiet verteilt ist.

Der Unit-Hydrograph

Der Unit-Hydrograph behandelt das Einzugsgebiet als ein lineares System, dessen Reaktion auf eine Einheit effektiven Niederschlags mit einer Niederschlagssequenz gefaltet werden kann, um den Abfluss-Hydrographen vorherzusagen, ein grundlegendes Werkzeug der angewandten Einzugsgebietshydrologie.

Clinical relevance

Das Verständnis der Abflussbildung ist essenziell für die Vorhersage von Hochwasser, die Planung von Regenwasser- und Entwässerungssystemen, die Abschätzung des Wasserertrags aus Einzugsgebieten, die Bewertung der hydrologischen Auswirkungen von Landnutzungs- und Waldveränderungen sowie die Bewirtschaftung von durch Schneeschmelze gespeisten Wasserressourcen.

History

Hortons Infiltrationstheorie der 1930er Jahre definierte den Abfluss als Infiltrationsüberschuss; Feldstudien in den 1960er und 1970er Jahren, insbesondere von Hewlett und Dunne, zeigten Sättigungsüberschuss- und variable Quellgebiet-Abflüsse in feuchten Einzugsgebieten, was das Verständnis der Abflussbildung in Einzugsgebieten neu gestaltete und spätere verteilte Modelle beeinflusste.

Debates

Dominanter Mechanismus der Abflussbildung

Hydrologen diskutierten, ob der Sturmwasserabfluss durch Hortonianischen Infiltrationsüberschuss-Oberflächenabfluss oder durch Sättigungsüberschuss und unterirdischen Sturmwasserabfluss aus variablen Quellgebieten dominiert wird; es wird nun anerkannt, dass der dominante Mechanismus von Klima, Böden, Vegetation und Landnutzung abhängt.

Key figures

• Robert E. Horton
• Thomas Dunne
• Keith J. Beven

Seminal works

• dingman2015
• horton1933
• dunne1970

Frequently asked questions

Warum fließt nicht der gesamte Niederschlag in Flüsse ab?

Ein Großteil des Niederschlags infiltriert in den Boden, wird von der Vegetation abgefangen oder in Senken gespeichert, und ein großer Teil verdunstet oder transpiriert später; nur der Anteil, der die Infiltration und Speicherung übersteigt oder aus gesättigten Gebieten austritt, wird zu Fließgewässerabfluss.

Was ist ein Einzugsgebiet?

Ein Einzugsgebiet ist das Landgebiet, das den gesamten darauf fallenden Niederschlag zu einem gemeinsamen Auslass, beispielsweise einem Punkt an einem Fluss, ableitet; es ist die grundlegende räumliche Einheit zur Analyse von Abfluss und Wasserbilanz.