UTB GmbH Geowissenschaft-Hydrologie

Dieses Lehrbuch wendet sich an Studienanfänger und Studienanfängerinnen der Natur- und Ingenieurswissenschaften. Es gibt eine grundlegende Einführung in die Elemente des Wasserkreislaufs. Erläutert werden der Einfluss von Landnutzung und Klima, Hochwasser und Dürre sowie moderne Verfahren zur Quantifizierung hydrologischer Prozesse. Schließlich wird ein Einblick in die hydrologische Praxis und die Risikovorsorge gegeben. Rund 165 Abbildungen und 35 Tabellen veranschaulichen die komplexen Sachverhalte, in einem Glossar werden wichtige Fachbegriffe erklärt.

Vorwort10
Allgemeine Hydrologie
1 Geschichte der Hydrologie (Georg Hörmann) 13
1. 1 Naturmythologie13
1. 2 Naturphilosophie13
1. 3 Hydrologie im Zeitalter der Naturwissenschaften14
1. 4 Wasserwirtschaft15
2 Wasser als Stoff (Martin Jekel, Andreas Grohmann) 17
2. 1 Molekularer Aufbau17
2. 2 Wasser als polares Molekül Wasserstoffbrückenbindungen18
2. 3 Physikalische Eigenschaften21
3 Globaler und regionaler Wasserkreislauf
(Markus Weiler, Konrad Miegel) 29
3. 1 Wasservorkommen und Wasserkreislauf der Erde29
3. 2 Strahlung als Hauptantrieb des Wasserkreislaufs34
3. 3 Globale Unterschiede des Wasserhaushalts38
4 Niederschlag (Uwe Haberlandt) 47
4. 1 Bildung und Charakterisierung des Niederschlags47
4. 2 Niederschlagsmessung53
4. 3 Gebietsniederschlag58
4. 4 Bemessungsniederschlag62
4. 5 Schneeniederschlag65
5 Bodenwasserhaushalt (Gerd Wessolek) 69
5. 1 Hydraulische Bodeneigenschaften und Kennwerte69
5. 2 Potenzialkonzept, Wasserspannung und Wassergehaltsmessungen78
5. 3 Wasserbewegung im Boden84
5. 4 Infiltration87
6 Grundwasser (Martin Reiss, Stefan Harnischmacher) 91
6. 1 Grundwasser im hydrologischen System91
6. 2 Messung und Kennzeichnung96
6. 3 Grundwasserdynamik98
6. 4 Grundwassernutzung103
7 Verdunstung (Konrad Miegel) 109
7. 1 Die Verdunstung als physikalischer Prozess109
7. 2 Die Verdunstung als hydrologischer Prozess111
7. 3 Experimentell gestützte Erfassung der Verdunstung116
7. 4 Berechnungsverfahren der Verdunstung121
8 Abfluss im Gewässersystem
(Markus Casper, Helge Bormann) 127
8. 1 Der Abflussprozess127
8. 2 Messmethoden134
8. 3 Statistische Auswertungen und Berechnungsverfahren139
9 Abflussbildung in der Landschaft (Axel Bronstert) 143
9. 1 Einführung143
9. 2 Abflussbildung als Teil des Wasserkreislaufs145
9. 3 Oberirdische Abflussprozesse147
9. 4 Unterirdische Abflussprozesse154
9. 5 Abflussbildung infolge von Schnee- und Eisschmelze160
9. 6 Abfluss von Siedlungsflächen163
10 Seen (Brigitte Nixdorf, Björn Grüneberg) 167
10. 1 Natürliche Seen167
10. 2 Anthropogene Seen173
10. 3 Limnologische Probenahme- und Messmethoden176
Spezielle Bereiche der Hydrologie
11 Einfluss von Landnutzung und Landbedeckung auf
den Wasserkreislauf (Markus Weiler) 179
11. 1 Einführung179
11. 2 Forst181
11. 3 Landwirtschaft185
11. 4 Stadthydrologie186
12 Einfluss des Klimas und des Klimawandels auf
den Wasserkreislauf (Helge Bormann, Markus Casper) 191
12. 1 Einführung191
12. 2 Quantifizierung der Wirkung des Klimas auf den Wasserkreislauf194
12. 3 Hydrologische Signale des Klimawandels198
12. 4 Berechnung des Einflusses des Klimas auf den Wasserkreislauf199
13 Ökohydrologie (Nicola Fohrer) 203
13. 1 Einführung203
13. 2 Ökohydrologie der Landoberfläche: Die Interaktion
zwischen Pflanze, Boden und Atmosphäre204
13. 3 Einzugsgebietsökohydrologie: Flüsse und
ihre dynamischen Auensysteme205
13. 4 Ökohydrologie von Seen, Ästuarien und Küstenzonen207
14 Hydrologische Extreme (Andreas Schumann, Lucas Menzel) 211
14. 1 Hochwasser212
14. 2 Merkmale eines Hochwasserereignisses218
14. 3 Niedrigwasser222
14. 4 Dürren223
Hydrologische Verfahren und Methoden
15 Hydrologische Modelle (Georg Hörmann, Björn Guse) 231
15. 1 Komponenten und Eingangsdaten von hydrologischen Modellen231
15. 2 Modelltypen232
15. 3 Workflow der Modellierung234
15. 4 Überprüfung der Modellgüte235
15. 5 Probleme und Fehlerquellen bei der Modellierung236
15. 6 Beispiele für hydrologische Modelle237
16 Tracer in der Hydrologie (Jens Lange) 239
16. 1 Künstliche Tracer239
16. 2 Natürliche Tracer241
16. 3 Tracer für hydrologische Systeme243
17 Fernerkundung in der Hydrologie (Natascha Oppelt) 251
17. 1 Was ist Fernerkundung? 251
17. 2 Der Einsatz der Fernerkundung in der Hydrologie256
17. 3 Fernerkundung und hydrologische Modellierung261
17. 4 Qualitätsmanagement von Fernerkundungsprodukten 262
Regionale Hydrologie
18 Tieflandhydrologie (Britta Schmalz) 265
18. 1 Einführung in das Tiefland als naturräumliche Großregion 265
18. 2 Charakteristika hydrologischer Steuergrößen266
18. 3 Hydrologische Prozesse in Tieflandgebieten269
18. 4 Messungen in und Modellierung von Tieflandgebieten274
19 Hydrologie der Mittelgebirge (Peter Chifflard) 277
19. 1 Einführung in den Naturraum Mittelgebirge277
19. 2 Charakteristika hydrologischer Steuergrößen280
19. 3 Hydrologische Prozesse der Mittelgebirge285
20 Hydrologie der Hochgebirge (Kerstin Stahl) 289
20. 1 Einführung in den Naturraum Hochgebirge290
20. 2 Charakteristika hydrologischer Steuergrößen290
20. 3 Hydrologische Prozesse im Hochgebirge292
20. 4 Besonderheiten der Hydrologie vergletscherter Gebiete296
21 Hydrologie von Trockenregionen
(Axel Bronstert, Jens Lange) 301
21. 1 Bedeutung der Hydrologie in Trockenregionen302
21. 2 Räumliche Abgrenzung304
21. 3 Niederschlag305
21. 4 Verdunstung306
21. 5 Infiltration und Abflussbildung307
21. 6 Abflussereignisse und -verluste309
21. 7 Grundwasser und Grundwasserneubildung312
Anwendungen der Hydrologie
22 Bewässerung (Niels Schütze) 315
22. 1 Grundlagen der Bewässerung315
22. 2 Der Betrieb von Bewässerungsanlagen320
23 Hydrologische Bemessung und hydrologisches Risiko
(Bruno Merz) 327
23. 1 Einführung327
23. 2 Hydrologische Bemessung330
23. 3 Risikomanagement335
24 Integriertes Wasserressourcenmanagement (Markus Disse) 339
24. 1 Geschichte und Ziele des Integrierten Wasserressourcenmanagements (IWRM)339
24. 2 Die EG-Wasserrahmenrichtlinie als Referenz für erfolgreiches IWRM342
24. 3 Beschreibung der Komponenten wasserwirtschaftlicher Systeme344
24. 4 Optimierung und Beurteilung von integrierten
wasserwirtschaftlichen Maßnahmen345
24. 5 Multikriterielle Entscheidungsanalyse346
25 Partizipation im Wassermanagement (Mariele Evers) 349
25. 1 Einführung349
25. 2 Definitionen und Differenzierung des Begriffs «Partizipation»351
25. 3 Partizipation im Wassermanagement354
25. 4 Methoden und Forschungsansätze356
Anhang
Symbolliste363
Literatur369
Die Herausgeber und Autoren388
Die Deutsche Hydrologische Gesellschaft (DHG e. V.)392
Register393