Hydrologie

Prof. Dr. Nicola Fohrer lehrt am Institut für Natur- und Ressourcenschutz an der Universität Kiel.

Prof. Dr. Andreas Schumann lehrt Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik an der Ruhr- Universität Bochum.

Prof. Dr. Markus Weiler ist Professor für Hydrologie an der Universität Freiburg/Br.

Axel Bronstert ist Professor für Geoökologie an der Universität Potsdam.

Prof. Dr. Markus Casper lehrt Physische Geographie an der Universität Trier.

Prof. Dr. Konrad Miegel lehrt Hydrologie an der Universität Rostock.

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