Hydrologie und Wasserwirtschaft: eine Einführung für Ingenieure
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2010
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| Ausgabe: | 6., neu bearb. Aufl. |
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| Beschreibung: | XVI, 686 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
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| adam_text | Titel: Hydrologie und Wasserwirtschaft
Autor: Maniak, Ulrich
Jahr: 2010
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung in die Hydrologie und Wasserwirtschaft 1
1.1 Begriffe der Hydrologie 1
1.2 Wasserkreislauf und Wasserbilanz 1
1.3 Wasserwirtschaft, Flussgebietsmanagement 6
1.4 Beispiele für die Wasserbewirtschaftung 8
1.4.1 Wasserwirtschaft im Ruhreinzugsgebiet 8
1.4.2 Hochwasserschutz durch Hochwasserrückhaltebecken 10
1.4.3 Überleitung von Wasser mit einem Schifffahrtskanal 13
1.4.4 Wasserkraftnutzung eines Flusses 15
Der Wasserhaushalt und Beobachtung einzelner Komponenten 17
2.1
2.1.1
2.1.2
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.3.1
2.2.3.2
2.2.3.3
2.2.3.4
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.4
Niederschlag
Erscheinungsformen
Niederschlagsmessung
Verdunstung
Begriffe
Messverfahren
Berechnung der Verdunstung aus meteorologischen
Beobachtungen
Energiebilanzverfahren
Anwendung des Strahlungskonzeptes
Anwendung des aerodynamischen Konzepts
Kombinierte Methode von aerodynamischem Konzept und
Energiebilanz
Abfluss
Wasserstand
Direkte Abflussmessung mit Messwehren und Messgerinnen
Ermittlung des Abflusses über Fließgeschwindigkeit und
Durchflussfläche
Aufstellung und Kontrolle der Abflusskurven
Beobachtungsnetze
17
17
19
22
22
26
35
35
47
48
51
56
56
59
63
69
75
Bibliografische Informationen
http://d-nb.info/998588830
digitalisiert durch
XII Inhaltsverzeichnis
3 Aufbereitung und erste Auswertung der hydrologischen 79
Beobachtungen
3.1 Datenarten und Datenbanken 79
3.2 Erste Auswertung von Wasserstands- und Abflussdaten 86
3.2.1 Mittel-und Hauptwerte 86
3.2.2 Gang- und Summenlinie 89
3.2.3 Dauerlinien 93
3.3 Erste Auswertung von Niederschlagsbeobachtungen 98
3.3.1 Auswertung punktförmiger Messungen 98
3.3.2 Methoden zur Ermittlung von Gebietsniederschlägen 101
3.4 Überprüfung der Homogenität 107
4 Anpassung von Verteilungsfunktionen an hydrologische Daten 109
zur Ermittlung von Bemessungswerten
4.1 Grundlegende Konzepte für hydrologische Zufallsvariablen 109
4.1.1 Hydrologische Zufallsvariable und Wahrscheinlichkeit 109
4.1.2 Statistische Eigenschaften der Zufallsvariablen 113
4.1.2.1 Kenngrößen für das zentrale Verhalten 113
4.1.2.2 Kenngrößen für die Streuung 117
4.1.2.3 Kenngrößen für die Symmetrie 119
4.1.2.4 Weitere Kenngrößen bei vereinigten Zufallsvariablen 120
4.1.3 Diskrete Verteilungsfunktionen und Risiko 120
4.1.4 Normalverteilung und logarithmische Normalverteilung 126
4.1.5 Empirische Wahrscheinlichkeiten 132
4.2 Ermittlung von Hochwasser bestimmter Häufigkeit 135
4.2.1 Typen und Merkmale von Hochwasser 135
4.2.2 Jährliche und partielle Serien 138
4.2.3 Verteilungsfunktionen für Hochwasser 141
4.2.3.1 Anpassung von Verteilungsfunktionen an Hochwasserdaten 141
4.2.3.2 Pearson-Typ-III-Verteilung und Standardverfahren zur 143
Berechnung von Hochwasserhäufigkeiten
4.2.3.3 Extremwert-Typ-I-Verteilung 149
4.2.4 Anpassungstests für Verteilungsfunktionen 156
4.2.4.1 Chi-Quadrat-Test 156
4.2.4.2 Kolmogorov-Smirnov-Test (K-S-Test) 159
4.2.5 Konfidenzintervalle für Verteilungsfunktionen 161
4.2.6 Ausreißertest für Extremwerte 164
4.2.7 Abschätzung regional gültiger Hochwasserscheitelabflüsse 167
auf statistischer Grundlage
4.3 Niedrigwasser 172
4.3.1 Entstehungsursachen und kennzeichnende Größen 172
4.3.2 Datenkollektive für Niedrigwasseranalysen 175
4.3.3 Anpassung von Verteilungsfunktionen an Niedrigwassermerkmale 178
Inhaltsverzeichnis XIII
4.3.3.1 Einseitig begrenzte Verteilungsfunktionen und freie Anpassung 178
4.3.3.2 Extremwert-Typ-IH-Verteilung 180
4.3.3.3 Vergleich von Verteilungen bei Niedrigwasseruntersuchungen 189
4.3.4 Zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsuntersuchungen 192
4.3.5 Maßgebliche Trockenperioden für die Speicherwirtschaft 195
Abhängigkeiten von Zufallsvariablen in Zeitreihenmodelle 199
Anwendung von Regressionen 199
.1 Mathematische Grundlagen und einfache lineare Regression 199
.2 Lineare Mehrfachregression 203
.3 Nichtlineare Regressionen 211
.4 Konfidenzintervalle von Regressionen 218
5.2 Anwendung der Korrelationensrechnungen 220
5.2.1 Korrelationskoeffizienten und ihre Bewertung 220
5.2.2 Scheinkorrelationen 226
5.2.3 Autokorrelation und Kreuzkorrelation 232
5.3 Einführung in die Zeitreihenanalyse und einfache 238
stochastische Zeitreihenmodelle
5.3.1 Überblick über mathematische Modelle und Zeitreihenanalyse 238
5.3.2 Weitere Techniken der Zeitreihenanalyse 244
5.3.3 Selbsterklärende Zeitreihenmodelle 248
5.3.4 Autoregressionsmodell zur Simulation monatlicher Abflüsse 253
6 Niederschlag-Abfluss-Modelle für Hochwasserabläufe 261
6.1 Systemanalytische Behandlung von Abflussprozessen 261
6.1.1 Modellkonzepte für Niederschlag-Abflussprozesse 261
6.1.2 Grundlagen für lineare zeitinvariante Modelle 263
6.1.3 Lineare Speicher 266
6.1.4 Lineare Speicherkaskaden (Serienspeicher) 271
6.2 Niederschlag-Abfluss-Modelle für Hochwasserwellen aus 279
Einzugsgebieten
6.2.1 Datenumfang für Niederschlag-Abflussanalysen 279
6.2.2 Gebietsniederschläge von Hochwasserereignissen 280
6.2.3 Abflusswirksamer Niederschlag (Abflussbildung) 284
6.2.3.1 Ansätze für Interzeption und Muldenrückhalt 284
6.2.3.2 Grundlagen und Zusammenhänge der Infiltrationsansätze 289
6.2.3.3 Verlustraten- und Abflussbeiwertansätze bei einfachen 296
Abflussmodellen
6.2.3.4 Koaxiale graphische Darstellung zur Vorhersage des 298
Gesamtabflussbeiwerts
6.2.3.5 Ermittlung des Gesamtabflussbeiwerts aus Gebietsgrößen 300
6.2.4 Ermittlung der Übertragungsfunktion 307
XIV Inhaltsverzeichnis
6.2.4.1 Einheitsganglinienverfahren 307
6.2.4.2 Translationsmodelle und charakteristische Fließzeiten 313
6.2.4.3 Kombinierte Translations- und Speichermodelle 320
6.3 Ablauf von Hochwasserwellen in Gewässern 327
6.3.1 Grundlagen der hydraulischen Verfahren 327
6.3.2 Überblick über hydrologische Verfahren 335
6.3.3 Hochwasserwellen in Speichern 336
6.3.3.1 Iterationslösung 336
6.3.3.2 Verfahren nach Puls 338
6.3.4 Hochwasserwellen in Flussabschnitten 342
6.3.4.1 Muskingumverfahren 342
6.3.4.2 Kalinin-Miljukov-Verfahren 350
6.4 Flussgebietsmodelle 357
7 Bemessungsverfahren und Betriebspläne von Talsperren 361
und Hochwasserrückhaltebecken
7.1 Begriffe der Speicherwirtschaft 361
7.1.1 Aufgaben und Speicherarten 361
7.1.2 Einteilung des Speicherraums und Speicherkenngrößen 363
7.2 Nutzräume von Talsperren 366
7.2.1 Wasserwirtschaftsplan auf der Grundlage der Summenlinie 366
7.2.2 Summendifferenzenlinie und Speicherwirkungslinie 373
7.2.3 Bemessungsverfahren auf der Grundlage von Simulationen 381
7.2.4 Bemessungsverfahren auf wahrscheinlichkeitstheoretischer 383
Grundlage von Zuflüssen und Speicherfüllungen
7.2.5 Grundzüge des Betriebsplans für den Nutzraum 389
7.3 Bemessung und Betrieb von Hochwasserrückhalteräumen 402
7.3.1 Bemessungsgrundlagen für den Hochwasserrückhalteraum 402
7.3.2 Betriebspläne für Hochwasserrückhaltebecken 406
7.4 Auslegung von Hochwasserentlastungsanlagen 413
7.5 Freibord und Freiraum 415
7.6 Verfahren auf stochastischer Grundlage 419
8 Wärmebelastung von Gewässern 421
8.1 Wärmehaushalt von Gewässern 421
8.2 Wärmequellen und -senken 427
8.3 Nutzung der Gewässer für Kühlzwecke 433
8.3.1 Wärmeableitung in Kraftwerken und zulässige 433
Gewässerbeanspruchung
8.3.2 Berechnung des Temperaturverlaufs in einem Gewässer 440
8.3.3 Wärmelastplan 446
Inhaltsverzeichnis XV
9 Schnee und Eis 451
9.1 Schneeverhältnisse und Schneebeobachtungen 451
9.2 Physikalische Grundlagen des Schneeschmelzprozesses 456
9.3 Ermittlung des Abflusses aus Schneeschmelze 461
9.4 Eisbildung in Gewässern 471
9.5 Beispiele für die Eisverhältnisse und ihre Auswirkungen 476
10 Feststoffe 479
10.1 Begriffe und Abgrenzung von Schwebstoff und Geschiebe 479
10.2 Schwebstofffrachten von Flüssen 483
10.3 Geschiebefracht in Flüssen 488
10.4 Feststofftransport aus Einzugsgebieten 496
10.5 Feststoffe in Speichern 508
10.5.1 Rückhaltewirkung von Speichern 508
10.5.2 Abschätzung der Abnahme des Speicherinhalts 512
11 Gewässergüte stehender und fließender Gewässer und 519
Gewässerschutz
Stehende Gewässer 519
Einige Unterschiede von natürlichen Seen, Fließgewässern
und Talsperren 519
Physikalische Eigenschaften von stehenden Gewässern 523
Lichtverhältnisse und Kompensationsebene 523
Jahreszeitliche Temperatur, Schichtungen und Zirkulationen 525
Produktionsbestimmende Faktoren und Stoffkreisläufe 534
Lebensräume in Seen und Stoffhaushalt 534
Sauerstoffhaushalt 549
Stickstoffkreislauf 552
Phosphorkreislauf 554
Eutrophierung stehender Gewässer 564
Nährstoffquellen der Stickstoff- und Phosphorverbindungen 564
Trophiegrad und Nutzung von Seen 570
Mathematische Modelle für die Wassergüte 580
Statistische Eutrophierungsmodelle 590
Rehabilitation eutropher Stillgewässer 600
Fließende Gewässer 604
Abbauvorgänge und Sauerstoffhaushalt 604
Biologische Selbstreinigung 604
Größen des Sauerstoffhaushalts und Erscheinungsformen 607
Ein- und zweiparametrige Modelle für den Sauerstoffhaushalt 612
Erweitertes Modell für den Sauerstoffgehalt 621
11. l
11.1.1
11.
11.
11.
11.1
11.1
11.1
11.
11.
11.1
11.1
11.1
11.
11.1
11.
.2
1.2.1
.2.2
.3
.3.1
.3.2
.3.3
.3.4
.4
.4.1
.4.2
.4.3
.4.4
.4.5
11.2
11.2.1
11.2.1.1
11.2.1.2
11.2.1.3
11.:Î.1.4
XVI Inhaltsverzeichnis
11.2.2 Transport-und Transformationsprozesse 627
11.2.2.1 Mehrparametrige Gütemodelle zur Beschreibung von
Transport- und Transformationsprozessen in Flüssen 627
11.2.2.2 Dispersion und advektiver Transport bei Transportprozessen
in Flüssen 628
11.2.3 Bewertung der Gewässergüte ^
11.2.3.1 Bioindikatoren und Bewertung der organischen Belastung -
Saprobiensystem 635
11.2.3.2 Bewertung anhand der Fischfauna und der Wasserpflanzen 644
Literaturverzeichnis 647
Sachverzeichnis 681
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