Hydrologie

Dieses Buch vermittelt die Grundlagen des Wasserkreislaufs mit seinen räumlichen und zeitlichen Mustern. Dabei werden u.a. der Einfluss der Landnutzung und des Klimas beschrieben, landschaftliche und regionale Besonderheiten erläutert und ein Einblick in die hydrologische Praxis der Bewässerung, der Risikovorsorge und des Flussgebietsmanagements gegeben. Rund 200 Abbildungen und 45 Tabellen veranschaulichen die komplexen Sachverhalte.

Vorwort 10 Allgemeine Hydrologie 1 Geschichte der Hydrologie (Georg Hörmann) 13 1.1 Naturmythologie 13 1.2 Naturphilosophie 13 1.3 Hydrologie im Zeitalter der Naturwissenschaften 14 1.4 Wasserwirtschaft 15 2 Wasser als Stoff (Martin Jekel, Andreas Grohmann) 17 2.1 Molekularer Aufbau 17 2.2 Wasser als polares Molekül – Wasserstoffbrückenbindungen 18 2.3 Physikalische Eigenschaften 21 3 Globaler und regionaler Wasserkreislauf (Markus Weiler, Konrad Miegel) 29 3.1 Wasservorkommen und Wasserkreislauf der Erde 29 3.2 Strahlung als Hauptantrieb des Wasserkreislaufs 34 3.3 Globale Unterschiede des Wasserhaushalts 38 4 Niederschlag (Uwe Haberlandt) 47 4.1 Bildung und Charakterisierung des Niederschlags 47 4.2 Niederschlagsmessung 53 4.3 Gebietsniederschlag 58 4.4 Bemessungsniederschlag 62 4.5 Schneeniederschlag 65 5 Bodenwasserhaushalt (Gerd Wessolek) 69 5.1 Hydraulische Bodeneigenschaften und Kennwerte 69 5.2 Potenzialkonzept, Wasserspannung und Wassergehaltsmessungen 78 5.3 Wasserbewegung im Boden 84 5.4 Infiltration 87 6 Grundwasser (Martin Reiss, Stefan Harnischmacher) 91 6.1 Grundwasser im hydrologischen System 91 6.2 Messung und Kennzeichnung 96 6.3 Grundwasserdynamik 98 6.4 Grundwassernutzung 103 7 Verdunstung (Konrad Miegel) 109 7.1 Die Verdunstung als physikalischer Prozess 109 7.2 Die Verdunstung als hydrologischer Prozess 111 7.3 Experimentell gestützte Erfassung der Verdunstung 116 7.4 Berechnungsverfahren der Verdunstung 121 8 Abfluss im Gewässersystem (Markus Casper, Helge Bormann) 127 8.1 Der Abflussprozess 127 8.2 Messmethoden 134 8.3 Statistische Auswertungen und Berechnungsverfahren 139 9 Abflussbildung in der Landschaft (Axel Bronstert) 143 9.1 Einführung 143 9.2 Abflussbildung als Teil des Wasserkreislaufs 145 9.3 Oberirdische Abflussprozesse 147 9.4 Unterirdische Abflussprozesse 154 9.5 Abflussbildung infolge von Schnee- und Eisschmelze 160 9.6 Abfluss von Siedlungsflächen 163 10 Seen (Brigitte Nixdorf, Björn Grüneberg) 167 10.1 Natürliche Seen 167 10.2 Anthropogene Seen 174 10.3 Limnologische Probenahme- und Messmethoden 176 Spezielle Bereiche der Hydrologie 11 Einfluss von Landnutzung und Landbedeckung auf den Wasserkreislauf (Markus Weiler) 179 11.1 Einführung 179 11.2 Forst 181 11.3 Landwirtschaft 185 11.4 Stadthydrologie 186 12 Einfluss des Klimas und des Klimawandels auf den Wasserkreislauf (Helge Bormann, Markus Casper) 191 12.1 Einführung 191 12.2 Quantifizierung der Wirkung des Klimas auf den Wasserkreislauf 194 12.3 Hydrologische Signale des Klimawandels 198 12.4 Berechnung des Einflusses des Klimas auf den Wasserkreislauf 199 13 Ökohydrologie (Nicola Fohrer) 203 13.1 Einführung 203 13.2 Ökohydrologie der Landoberfläche: Die Interaktion zwischen Pflanze, Boden und Atmosphäre 204 13.3 Einzugsgebietsökohydrologie: Flüsse und ihre dynamischen Auensysteme 205 13.4 Ökohydrologie von Seen, Ästuarien und Küstenzonen 207 14 Hydrologische Extreme (Andreas Schumann, Lucas Menzel) 211 14.1 Hochwasser (Andreas Schumann) 212 14.2 Merkmale eines Hochwasserereignisses (Andreas Schumann) 217 14.3 Niedrigwasser (Lucas Menzel) 222 14.4 Dürren (Lucas Menzel) 223 Hydrologische Verfahren und Methoden 15 Hydrologische Modelle (Georg Hörmann) 231 15.1 Komponenten und Eingangsdaten von hydrologischen Modellen 231 15.2 Modelltypen 232 15.3 Workflow der Modellierung 234 15.4 Überprüfung der Modellgüte 235 15.5 Probleme und Fehlerquellen bei der Modellierung 236 15.6 Beispiele für hydrologische Modelle 237 16 Tracer in der Hydrologie (Jens Lange) 239 16.1 Künstliche Tracer 239 16.2 Natürliche Tracer 241 16.3 Tracer für hydrologische Systeme 243 17 Fernerkundung in der Hydrologie (Natascha Oppelt) 251 17.1 Was ist Fernerkundung? 251 17.2 Der Einsatz der Fernerkundung in der Hydrologie 256 17.3 Fernerkundung und hydrologische Modellierung 260 17.4 Qualitätsmanagement von Fernerkundungsprodukten 260 Regionale Hydrologie 18 Tieflandhydrologie (Britta Schmalz) 263 18.1 Einführung in das Tiefland als naturräumliche Großregion 263 18.2 Charakteristika hydrologischer Steuergrößen 264 18.3 Hydrologische Prozesse in Tieflandgebieten 267 18.4 Messungen in und Modellierung von Tieflandgebieten 272 19 Hydrologie der Mittelgebirge (Peter Chifflard) 275 19.1 Einführung in den Naturraum Mittelgebirge 275 19.2 Charakteristika hydrologischer Steuergrößen 278 19.3 Hydrologische Prozesse der Mittelgebirge 283 20 Hydrologie der Hochgebirge (Kerstin Stahl) 287 20.1 Einführung in den Naturraum Hochgebirge 288 20.2 Charakteristika hydrologischer Steuergrößen 288 20.3 Hydrologische Prozesse im Hochgebirge 290 20.4 Besonderheiten der Hydrologie vergletscherter Gebiete 294 21 Hydrologie von Trockenregionen (Axel Bronstert, Jens Lange) 299 21.1 Bedeutung der Hydrologie in Trockenregionen 300 21.2 Räumliche Abgrenzung 302 21.3 Niederschlag 303 21.4 Verdunstung 304 21.5 Infiltration und Abflussbildung 305 21.6 Abflussereignisse und –verluste 307 21.7 Grundwasser und Grundwasserneubildung 310 Anwendungen der Hydrolgie 22 Bewässerung (Niels Schütze) 313 22.1 Grundlagen der Bewässerung 313 22.2 Der Betrieb von Bewässerungsanlagen 318 23 Hydrologische Bemessung und hydrologisches Risiko (Bruno Merz) 325 23.1 Einführung 325 23.2 Hydrologische Bemessung 328 23.3 Risikomanagement 333 24 Integriertes Wasserressourcenmanagement (Markus Disse) 337 24.1 Geschichte und Ziele des Integrierten Wasserressourcenmanagements (IWRM) 337 24.2 Die EG-Wasserrahmenrichtlinie als Referenz für erfolgreiches IWRM 340 24.3 Beschreibung der Komponenten wasserwirtschaftlicher Systeme 342 24.4 Optimierung und Beurteilung von integrierten wasserwirtschaftlichen Maßnahmen 344 24.5 Multikriterielle Entscheidungsanalyse 345 25 Partizipation im Wassermanagement (Mariele Evers) 347 25.1 Einführung 347 25.2 Definitionen und Differenzierung des Begriffs «Partizipation» 348 25.3 Partizipation im Wassermanagement 352 25.4 Methoden und Forschungsansätze 353 Anhang Symbolliste 359 Literatur 365 Die Herausgeber und Autoren 382 Die Deutsche Hydrologische Gesellschaft (DHG) 384 Register 385