Regionaler und globaler Wasserhaushalt

Regionaler und globaler
Wasserhaushalt
Grundlagen und Bilanzierung
Modul GEO 311 Geoinformatik III
Dozent: Prof. Dr. Wolfgang-Albert Flügel
Bearbeitet von: Robert Eckardt, Nicole Richter, Richard Fuchs
Gliederung
1. Grundlagen
1.1 Definition
1.2 Grundlagen des Wassertransports
1.3 Funktionsweise des globalen Wasserkreislaufes
1.4 Anthropogener Einfluss auf den Wasserkreislauf
2. Globaler Wasserhaushalt
2.1 Wasserdargebot der Erde
2.2 Wasserverteilung der Erde
2.3 Wasserhaushalt der Erde
3. Regionaler Wasserhaushalt
3.1 Regionale Betrachtung
3.2 Skalenabhängigkeit
3.3 Wasserkreislauf eine Flußeinzugsgebietes
3.4 Wasserhaushalt Deutschlands
3.5 EU-Wasser-Rahmenrichtlinie
1.1 Definition Wasserkreislauf
¾
„Der Wasserkreislauf ist der Weg des Wassers,
vom Meer über die Verdunstung, den
atmosphärischen Wasserdampftransport und
den Niederschlag zum Land sowie über die
Flüsse zum Meer.“
(Quelle: J. Fank, 2005)
1.2 Grundlagen des Wassertransportes
Abb. Antriebskräfte des hydrologischen Kreislaufes (TU Darmstadt: 2004)
1.2 Grundlagen des Wassertransportes
Abb. Zustandsarten des Wassers (http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Phasendiagramme.png), eigene Bearbeitung
Abb. Wasserkreislauf (http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycle.html): eigene Bearbeitung
1.4 Anthropogener Einfluss auf
den Wasserkreislauf
Abb. Einflüsse anthropogenen Handelns ( KFU Graz 2004)
2.1 Das Wasserdargebot der Erde
=
1,384 * 109 km³
mehr als 70% der
Erdoberfläche von
Wasser bedeckt
http://www.esa.int/images/corv_01373L,0.jpg
2.2 Wasserverteilung der Erde
Abb. Verteilung des auf der Erde vorkommenden Wassers (TU München: 2000)
2.2 Jahreskreislauf des Wassers
auf der Erde
77,6%
14,4%
8,0%
Abb. Jahreskreislauf des Wassers auf der Erde (Baumgartner & Reichel: 1975): eigene Bearbeitung
2.2 Der Globus als geschlossenes
System
Verdunstung und Niederschlag bilden ein Gleichgewicht.
ET = N = 496,1 * 10³ km³/a
Abb. Wasserbilanz von Festland und Meer. (TU München: 2000)
2.3 Die Wasserbilanz
Wasserbilanzgrößen:
Niederschlag N (oder P)
Verdunstung V (oder E)
Abfluss A (oder R oder D)
Änderung der Speicherung ∆s
Wasserbilanzgleichungen:
Erdoberfläche
N=V
Festlandflächen
N=V+A
Kürzere Zeitabschnitte
N = V + A + ∆s
2.3 Wasserbilanz der Erde
Abb. Mittlere Wasserbilanz der gesamten Erde bezogen auf den füssigen
Aggregatzustand; 1km³/km² = 106 l/m² = 106 mm (Baumgartner & Reichelt:
1975)
Abb. Schematische Darstellung des Wasserkreislaufs der Erde
(Baumgartner & Reichelt: 1975)
3.1 Regionale Sichtweise innerhalb
des globalen Maßstabs
Abb. Regionales Subsystem innerhalb des globalen Kontextes
(http://hydro.iis.u-tokyo.ac.jp/Mulabo/research/tool/re1.jpg)
3.1 Regionale Sichtweise innerhalb
des globalen Maßstabs
Abb. Aride Verhältnisse
(http://www.newlands.ca/image
s/Arid%20landsscape.jpg)
Abb. Humide Verhältnisse
(http://web.ujf-grenoble.fr/JAL/
chili/imag-CG/humid.jpg)
Abb. Nivale Verhältnisse
(http://www.snow.is/DSC00028
.jpg)
3.2 Skalenabhängigkeit der Betrachtung
Abb. Teil-EZG der Ostsee (http://www.lantmateriet.se/
upload/bilder/om_lantmateriet/miljo/balans_eng.jpg)
Abb. EZG des schwarzen Meeres
(http://enrin.grida.no/blacksea-maps/images/blpg-sub-basin.jpg
3.2 Skalenabhängigkeit der Betrachtung
Abb. EZG der Donau http://www.grid.unep.ch/product/
publication/freshwater_europe/images/danube.jpg)
Abb. EZG des Rhein (http://www.grid.unep.ch/
product/publication/freshwater_europe/images/rhine.jpg)
3.2 Skalenabhängigkeit der Betrachtung
Abb. EZG des Pegel Arnstadt (eigene Darstellung)
Abb. EZG der Gera: Bodentypen (oben) und
Geologie (unten) (eigene Darstellung)
3.3 Wasserkreislauf eines
Flußeinzugsgebietes
Abb. Wasserkreislauf eines Flußeinzugsgebietes
(Fachabteilung für Hydrologie und
Wasserwirtschaft des ÖZK)
Abb. Subsysteme eines Wasserkreislaufes (TU München 2000)
N – ET + Zo + G – A = ± ΔS
3.4 Wasserhaushalt Deutschlands
Abb. Wasserkreislauf in Deutschland (Häckel 1999)
http://de.wikipedia.org/
wiki/Wasserschutzgebiet
3.4 Wasserhaushalt Deutschlands
Wassernutzung der Bundesrepublik
Deutschland 1995
5%
ungenutzt
3%
15%
Landwirtschaft
1%
öffentliche Wasserversorgung
76%
Quelle: Statistisches Bundesamt;
Bundesanstalt für Gewässerkunde
Wasserdargebot:
Bergbau und verarbeitendes
Gewerbe
Wärmekraftwerke für die
öffentliche Versorgung
Quelle: (Fachabteilung für Hydrologie
und Wasserwirtschaft des ÖZK)
Grundwasserneubildung aus
Niederschlag
(l/m²a)
Wasserverbrauch
(l/m²a)
Italien
40
107
Spanien
10
40
Griechenland
14
32
182 Mrd. m³
3.4 EU Wasser-Rahmenrichtlinie
Inhalt:
• Definition von Qualitätszielen
• Hinweise auf geeignete Methoden
zur Erfüllung der Qualitätsvorgaben
• rechtlicher Rahmen mit allgemeiner
Gültigkeit für die gesamte EU
Nützliche Links:
http://www.europa.eu.int/eur-ex/de/consleg/pdf/
2000/de_2000L0060_do_001.pdf
http://www.wasserblick.net/servlet/is/1/
http://ec.europa.eu/environment/water/water-framework/
index_en.html
Literatur:
¾
BAUMGARTNER, A. & E. REICHELT (1975): Die Weltwasserbilanz. München:
Oldenburg.
¾
DISSE, M. (2005²): Hydrologie und Wasserwirtschaft I. Vorlesungsskript 2005. BWU
München: unveröffentlicht.
¾
FANK, J. (2004): Der Wasserkreislauf, seine Komponenten, ihre Erfassung und
Dokumentation. Vorlesung mit Übungen am Institut für Geographie der Karl
Franzens Universität in Graz. KFU Graz: unveröffentlicht.
¾
ÖZK (Fachabteilung Hydrologie und Wasserwirtschaft des Ökologie-Zentrum Kiel)
(2003): Vorlesungsskript. Grundlagen der Hydrologie und Wasserwirtschaft. Kiel:
unveröffentlicht.
¾
HAECKEL, H. (1992): Meteorologie. Stuttgart: Eugen Ulmer.
¾
KLEINSCHROTH, A. (2000): Einführung in die Hydrologie. Vorlesung für das fünfte
Semester Bauingenieurwesen. TU München: unveröffentlicht.
¾
OSTROWSKI, M.W. (2004): Ingenieur - Hydrologie A. Vorlesungsumdruck. TU Darmstadt:
unveröffentlicht.
Thesen:
9
Durch den globalen Wasserkreislauf lassen sich alle, das Wasser betreffende,
Prozesse integriert erklären.
9
Wasser besitzt in allen Aggregatzuständen elementare Bedeutung für Mensch und
Umwelt.
9
Anthropogene Eingriffe beeinflussen natürliche Systeme nachhaltig.
9
Lediglich ein geringer Teil des globalen Wasserdargebotes steht zur tatsächlichen
Nutzung zur Verfügung.
9
Die globale Wasserbilanz hat nur für längere Zeiträume bzw. sehr große Skalen
praktische Gültigkeit.
9
Zur nachhaltigen Bewirtschaftung von natürlichen Einzugsgebieten ist internationale
Kooperation erforderlich.
9
Durch modellhafte Abstraktion von Komponenten eines Wasserkreislaufes kann ein
verbessertes Systemverständnis erlangt werden.
9
In Abhängigkeit der betrachteten Skala, sowie der differierenden naturräumlichen
Gegebenheiten besitzen die verschiedenen Komponenten des Wasserkreislaufs eine
bestimmte Relevanz für das Wirkungsgefüge.
9
Gesetzliche Reglementierung der Nutzung des Wasserdargebotes kann hinsichtlich der
Nachhaltigkeit nicht als ausreichend betrachtet werden.

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