Hydrogeo­graphie: Umfassen­der Fragenka­talog für Studiere­nde

Fragenkatalog Hydrogeographie

1.       pH-Wert
Reste von H und OH Ionen die keine Bindung zu H₂O eingehen.
(H₃O+ (Hydronium) und OH- Ionen)
(H3O) Im natürlichen Wasser beträgt ihr Anteil 1 Zehnmillionstel = 10-7
Produkt aus H+ und Oh – ist 10-14
PH Wert = Verhältnis zwischen H₃O+ und OH- Ionen
Der PH Wert des Wassers ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration
PH Wert = Anteil Hydronium Ionen in Gramm pro Gramm Wasser
0-2 stark sauer
3-4 sauer
5-6 schwach sauer
7 = neutral
8-9 schwach basisch
10 –11 basisch
12-14 stark basisch

2.       Atome, H2O
Wasserstoff besteht aus 1 Proton und 1 Elektron (1 mehr möglich) = 1 Vakanz
Sauerstoff besteht aus 8 Protonen und 8 Elektronen – 2 Elektronen mehr möglich = 2 Vakanzen
H und O teilen sich gemeinsam ein Elektron in der Verbindung
H2O ist ein Dipol = positiv und negativ geladenes Ende
Dipolcharakter ergibt viele chemische und physikalische Eigenschaften: Lösungsvermögen, Oberflächenspannung, Zähflüssigkeit.
Molekularanordnung durch gegenseitige Anziehung von positiv und negativ geladenen Ladungen = auffallend dichte Verkettung führt zu hohen Siede und Schmelzpunkt

3.       Wasserhärte, Definition,

Wasserhärte = Quantitativer Ausdruck für den Gehalt von im Wasser gelösten Kalzium und Magnesium Verbindungen (CA , Mg)
Karbonat und Nichtkarbonathärte
Karbonathärte = Anteil der Ca und Mg Ionen die an HCO₃ oder CO₃ gebunden sind
Kalziumkarbonat oder Magnesiumbikarbonat
Wird beim erhitzen ausgefällt
Auch temporäre Härte genannt, sie überwiegt großteils
Nichtkarbonathärte
= Mineralhärte oder permanente Härte
sind alle sonstigen Ca und Mg Verbindungen
Gesamthärte = Summe
Sonstige Metallverbindungen wie Na Fe usw. zählen nicht zur Härte

4.       Kalklösung

Saures Wasser (PH Wert) löst Kalk.
Das natürliche Regenwasser hat CO2 gelöst – dieses CO2 verbindet sich mit dem Wasser zu Kohlensäure (zerfällt wieder)
Regenwasser hat einen PH Wert von 5-6 = leicht sauer
Durch die Lösung entstehen Karstformen
Kalklösung findet eigentlich nur an der Oberfläche statt (Wasser ist rasch kalkgesättigt)
In der Tiefe kommt es zu Mischungskorrosion

5.       Karst
Karst entsteht durch die Lösung mit leicht saurem Regenwasser. Karstformen sind Karren an der Oberfläche (Rillen, Rinnen, Napfkarren, Scherbenkarst, Karsthenkel)
Der gelöste Kalk wird wieder ausgefällt (Verminderung von CO2 -> Erhöhung des PH Wertes)
Verminderung des CO2 geschieht meist durch Erwärmung des Wassers, oder Bindung des CO2 durch Wasserpflanzen, oder Druckentlastung von Karstsickerwässern in Höhlen.
Durch den ausgefällten Kalk entstehen Formen wie Sinterterrassen oder Tropfsteine

6.       -Zahlen zur Verdunstung,
in Joule pro Gramm!
Übergang fest -> flüssig 334 J = 80 kcal
(wird beim gefrieren frei, schmelzen verbraucht)
flüssig -> gasförmig
ist abhängig von der Temperatur
bei 0 Grad 2501 J / 597 kcal
bei 100 Grad 2257 J / 539 kcal
fest -> gasförmig
2790 J / 666 kcal

7.       Unterkühlung der Wassertropfen, bis wieviel ° in der Atmosphäre

Normale Unterkühlung (flüssig, gefriert nicht) bis –20° Celsius
Maximum bis –40° Celsius

8.       Druckschmelzpunkt

= Abnahme der Temperatur des Schmelzpunktes bei zunehmenden Druck um 0,0075 K / Bar – gleichmäßig bis – 20 Grad .danach ungleichmäßig

9.       - Anomalie des Wassers

Größte Dichte wie 3,98° C
Davon ausgehend exponentielle Abnahme der Dichte bei Erwärmung bzw. Abkühlung

10.    - Adhäsion/Kohäsion

Adhäsion : Haftkraft die zwischen zwei unterschiedlichen Stoffen herrscht um diese aneinander zu halten (molekulare Anziehungskräfte)
Kohäsion: Wirkung der Kohäsionskräfte = anziehende Molekularkräfte innerhalb eines Stoffes.

11.    Spezifische Wärme

Energie die benötigt wird um 1 Gramm eines Stoffes um 1 Kelvin zu erwärmen
Wasser = 4,2 J (zwischen 14-15 Grad Celsius)

12.    Wovon kommt die meiste Energie für Verdunstung- ?

Globalstrahlung – 75-80 % für Verdunstung verbraucht

13.    Warum erwärmt sich das Wasser beim Kondensieren vom Wasserdampf.

Kondensation = Übergang von Gasförmig in flüssigen Zustand. Latente Wärme die frei wird 2790 Joule.
Genauer: Energiereichsten Wassermoleküle der Luft können von außen die Wasseroberfläche durchdringen (Oberflächenspannung überwinden) und führen so dem Wasser mehr Energie zu.

14.    Geräte zur Messung der Verdunstung

Pieche Atmometer, Evapiograph (mit Schreibtrommel), Wasserbilanzschreiber
Glasrohr das mit destilliertem Wasser gefüllt ist, öffnung ist mit dünnem Filterpapier verschlossen und kleinem Loch darin. Wird verkehrt aufgestellt – Wasser verdunstet, Luft kann nachkommen.

Ablesen der VD.
Wild’sche Waage
Stahltank der mit Wasser gefüllt ist, Wasserverlust wird gemessen.
Kann weder die potentielle noch die tatsächliche VD der Umgebung Messen
Lysimeter
Nachgebildete natürliche Bedingungen – Blöcke aus natürlichem Untergrund mit Bewuchs. Gemessen wird der Niederschlag, Sickerwasserabfluß und evtl die Bodenfeuchte. Verdunstung ergibt sich daraus.

15.    Lysimeter

* Nicht wägbare Sickerwasserlysimeter
Stahlzylinder, gefüllt mit natürlichem Untergrund und Bewuchs – Gemessen wird Ni, Bodenfeuchte, Sickerwasser
*Wägbare Lysimeter (Evapotranspirometer)
Messung von Ni, Sickerwasser und Gewicht
Problem: genaue Gewichtsmessung .100g
Natürliche Lysimeter
Blockförmiger Ausschnitt auf natürlichem ungestörtem Untergrund mit leichtem Gefälle (Abdichtung rundherum)
Gemessen wird Ni und Sickerwasser, Bodenfeuchte wird über die Jahre als Konstant angenommen.

Voraussetzung ist eine sehr hohe Tropfendichte und Wasserdampfgehalt. Üblicherweise nur in den Tropen vorkommend (Regen aus Cumulus-congestus Wolken = ohne Gewitter/ohne Eiswolken)

17.    Was ist Niederschlagsdichte

Niederschlagstag: min 0,1 mm Ni
Niederschlagshäufigkeit: Zahl der Ni Tage
Niederschlagsdichte = Menge in mm pro Tag
Niederschlagsintensität = Menge pro Zeiteinheit

18.    Starkregen, was ist das

Starkregen = Grenzwert für besonders dichte Regenfälle (für Wasserbau), wird dieser Grenzwert überschritten spricht man von einem Starkregen.
Wird in Ö nach der vereinfachten Wussow Formel
P = Wurzel(5*t) berechnet t= dauer in Minuten
Die Formel nimmt keine Rücksicht auf Topographie

19.    Trockenwetterfalllinie - wozu dient sie ?

Die Trockenwetterfallinie ist eine Darstellung der Schüttungskurve im Halblogarithmischen Diagramm. (log über qm³/s) Sie ergibt hier eine gerade Linie.
Schüttung einer Quelle nimmt bei Trockenheit asymptotisch gegen Null ab.
Über den Neigungswinkel Alpha (Leerlaufkoeffizient) ist die Berechnung des gesamten Grundwasservolumens sowie die Extrapolation zu jedem beliebigen Zeitpunkt möglich.
Alpha: Dafür sind mind. 2 Messungen in einer Trockenperiode notwendig – sie sollten zeitlich weit auseinander liegen.
Schwierig wird die Berechnung von Alpha wenn die Quelle aus mehreren Grundwasserkörpern gespeist wird (unterschiedliche Leerlaufkoeffizienten)

BestandsNI = Niederschlag unter Bäumen z.b. sehr schwer zu messen.
Die Interzeptionsverdunstung ist abhängig von
* Art der Vegetation
* Art des Ni – Dauer/Menge/Art
* den üblichen Verdunstungsfaktoren
In etwa fängt die Interzeption 5-13% des Ni ab,
bei Bäumen bis zu 40%

21.    - Abfluss, Einheiten, Umrechnungen

Abflusshöhe R in mm = Liter/m²
Wasserführung Q = m³ / sec
Abflussspende q = l/sec/km²
Umrechnung:
q = Q * 1000 / Fläche in km²
R = q * 31,56 = q*t(Jahr in sek)/106 (Fläche in m² umrechnen)
R = Q *31556 / Fläche in km²
Abflusskoeffizient: Verhältnis der mittleren Wasserführung eines Monats zur jener des Gesamtjahres.

22.    Abflussmessung

Je nach Wasserführung:
a) geringe Wasserführung (bis 10 L/sec)
Gefäßmessung, mit 10l Kübel und Stoppuhr. Es ist auch die Aufteilung in mehrere Leitungen möglich
b) Wasserführung bis einige Dutzend Liter
Normwehren – V Förmig. Davor eine Beruhigungsstrecke. Es gibt auch hyperbolische Normwehren bei denen der Wasserstand eine lineare Funktion zum Abfluss ergibt
c) Große Mengen – hl bis m³
Betonierte Normquerschnitte mit betonierter Beruhigungsstrecke + Schreibpegeln
Bei Turbulenten Gebirgsbächen kann man schwer eine Normwehr bauen – daher einbringen von Tracern (Markierungsstoffe – z.b. Kochsalz).

23.  Schlüsselkurve

= graphische Darstellung der Beziehung zwischen Wasserstand und Wasserführung: Schlüsselkurve
Setzt einen unveränderten Querschnitt des Flussbettes voraus.
Kurve ist exponentiell (wegen Zunahme der Wasserführung zu Wasserstand + gleichzeitiger Zunahme der Fließgeschw.)

24.    Lindá / Dragá
Flüsse aus jungvulkanischen Gebieten haben in Island eine eigene Bezeichnung: „Lindá“ (ausgesprochen „Lindau“). Sie zeichnen sich aus durch weitgehend klares Wasser, ausgeglichene Wasserführung und Temperatur, kaum Erosion und häufige Wasserfälle.
Flüsse aus den tief verwitterten, kaum durchlässigen altvulkanischen Gesteinen
heißen in Island „Dragá“ (ausgesprochen „Dragau“).

25.    Abflussregime, plus Regime von Rhein auf allen Stufen

= Art des normalen Jahresganges der Wasserführung eines Fließgewässers – in Abhängigkeit der Wasserführung steuerenden Faktoren
- einfache Regime
– komplexe Regime 1 Grades
– komplexe Regime 2 Grads

EINFACHE REGIME
* Glaziale Regime (Eisschmelze)
* Nivale Regime des Berglandes – MUR – Schneemelze
* Nivo-Glaziale Regime – Mischung
* Nivales Tieflandregime – großes Einzugsgebiet
* ozeanisches Regenregime – keine Schneeschmelze, ausgeglichen, maximum im Winter
* tropische Regenregime – Regen und Trockenzeit, sehr unzuverlässiges eintreten
KOMPLEXE REGIME 1 GRADES
* Nivales Übergangsregime – Schnee und Regenmaximum im Herbst – Südalpen
* Nivo-pluviales Regime (GAIL) Hauptmaximum Schnee, Nebenmaximum Regen
* pluvo-nivales Regime, umgekehrt, Regenmax wichtiger (Ybbs)
Regime des Rhein
Hochrhein - nivales Regime
Oberrhein – Übergang von nival zum Nivo-pluvialen Regime
Mittelrhein – Mosel, ändert Regime auf Pluvo-Nivales Regime
Niederrhein – stark ausgeprägtes Pluvo-Nivales Regime

Anreicherung von Grundwasser
Verdichtung der Böden durch LW, dazu Ent- und Bewässerung
Bsp: Entnahme von Wasser zur Bewässerung des Syr und Amu Darja führt zum verschwinden des Aralsees

27.    - Epilimnion / Hypolimnion / Mesolimnion,

Epilimnion = Erwärmte oberflächennahe Schicht in Seen.
Die übergangsschicht nennt man Mesolimnion, darunter ist die kalte Tiefenschicht in der das Wasser ganzjährig 4 Grad hat - Hypolimnion

28.  - Eutrophierung von Seen

Bezüglich der Lösung von organischen Verbindungen im Seewasser unterscheidet man: Oligotrophe (nährstoffarme) Seen (meist im Hochgebirge),
eutrophe (nährstoffreiche), sowie
dystrophe (moorig-saure, bräunlich gefärbte) Seen.
Die Eutrophierung von Seen ist vielfach anthropogenen Ursprungs und entsteht
dann durch die Einleitung von Abwässern, durch landwirtschaftliche Düngung im
Einzugsgebiet und durch den Badebetrieb.

30.- Porenwasser.
Innerhalb der Poren kann sich Wasser in unterschiedlicher Dynamik befinden:
1.) Hygroskopisches Wasser:
Das Wasser wird durch die Oberflächen der Bodenteilchen angezogen und bildet
einen hygroskopischen Film mit nur 10 nm Abstand („Dicke“). Ursache dafür ist der
Dipolcharakter der Wassermoleküle.

Hygroskopisches Wasser wird nicht durch die
Schwerkraft beeinflusst und kann auch nicht von Wurzeln aufgenommen werden. Im
Tonboden gibt es fast nur hygroskopisches Wasser, welches daher nicht
wurzelverfügbar ist.
2.) Kapillares Wasser:
Bei größeren Hohlräumen und Verdickung des Wasserfilms Entstehung von
Menisken* (Verbindungsstellen) und Häutchenwasser. Die Summe des hygroskopischen
und kapillaren Wassers wurde früher Haftwasser genannt, aktuell Haft und
Porenwasser.

31.Die Feldkapazität
Ist die höchstmögliche Menge an Haftwasser in den Bodenporen. Sie setzt sich zusammen aus dem Totwasser (= das nicht pflanzenverfügbare hygroskopische Wasser und der pflanzenverfügbaren Feldkapazität (= Kapillarwasser).

32.- Grundwasserarten aufzählen (Paare)

Freies und gespanntes GW
Oberflächennahes und Tiefes GW
Fossiles GW

33.Mischungskorrosion

Prinzip: Zwei unterschiedliche Kalk-Gesättigt Lösungen mischen sich im Untergrund, es entsteht eine neue ungesättigte Lösung die Hohlräume im Untergrund herauslöst

34.Seichter Karst, tiefer Karst
Seichter Karst: Der Wasserstauer (Aquiclude/Aquitarde) liegt über dem Niveau des Vorfluters, die GW-Schicht ist meist seicht, bildet unterirdische Gerinne „Höhlenflüsse“), die Quellen liegen über dem Tal-Niveau, ihre Schüttung ist sehr unregelmäßig, vielfach sind sie nur episodisch schüttend Z. B. Koppenbrüllerhöhle!
Tiefer Karst: Die Verkarstung und GW-Führung reicht (weit) unter das Niveau des Vorfluters, die Bewegung des GW erfolgt auch nach oben, die Schüttung der Quellen ist sehr regelmäßig.

35.    - 4 Hauptgruppen der Quellen und einige weitere Quellen, Skizzen

1.) frei überfließende Quellen
2.) Überlaufquellen
3.) Wallerquellen
4.) besondere Quellen

36.    Gliederung der Quellen nach Temperatur, S. 72 (Akratothermen, Akratopegen)

Thermen – min 20 Grad
Pege – Wassertemperatur = Lufttemperatur
Akratothermen, Akratopegen – Quellen ohne wesentlichen Mineralgehalt
Geysire – Heiße Springquellen, entstehen durch Selbstverstärkung (Dampfausbruch)

37.    Wasserbedarf der Industrie S. 76, da halt, wieviel braucht Industrie Wasser und so .

Wasserbedarf der Industrie in Ö entspricht in etwa der Gail = 47 m³ /sek
Die Industrie braucht etwas mehr als doppelt soviel als die Haushalte und ca. 13 mal so viel wie die LW.
Österreicher verbraucht 150 L/Tag
Österreich braucht nur 3% seines Wassers

39.    Tripelpunkt, was ist das ?

Bei 0,0098 C sind alle 3 Aggregatszustände des Wassers (flüssig, fest, gasförmig) gleichzeitig im gleichgewicht (bei entspr. Dampfdruck von 6,11 hPa)

40.    Sublimation – ReSublimation
Sublimation = Übergang von fest in gasförmig (Eisverdunstung genannt)

41.    Was ist die Potentielle Evapotranspiration?

Jene Wasserdampfmenge die maximal pro Zeiteinheit in die Atmosphäre transferierbar ist – von einer mit Vegetation bedeckten optimal mit Wasser versorgten Fläche (und genügend Wassernachschub)

42.    Wann Verdunstet am meisten Wasser?
In den Sommermonaten allein beträgt die Verdunstung 45% der Jahresmenge – in der Vegetationsperiode von April bis Sep findet 80% der Verdunstung statt.

44.    Abfluss – 3 Arten
RO Oberflächenabfluß: Ursache für Bodenerosion, sehr rasch, wenn der Regen nicht schnell genug in den Boden infiltrieren kann
RI Zwischenabfluß: Infiltration: Bodenwasservorrat wird aufgefüllt bis zur Feldkapazität, erreichen einer undurchlässigen Schicht – unterirdischer langsamer Abfluß
RG Grundwasserabfluß: Erfolgt aus dauergesättigten Bereich, am langsamsten – speist das Niedrigwasser des Vorfluters

45.    Fließgewässer nach der Dauer der Wasserführung
* perennierend = ständig fließend
* periodische – in regelmäßigen Abständen
* episodische Gewässer – zufällig, aride Flüsse

46.    Gewässer nach der Beziehung zur Umwelt
*autochthone Flüsse – Mit der Wasserbilanz der Umgebung in Einklang
*allochthone Flüsse – Nicht mit der Wasserbilanz der Umgebung in Einklang = Mur in Graz
*endoreische Flüsse - Fließen nicht ins Meer – Binnensee – z.b. Kaspische See
*diareische Flüsse = durchqueren Aride Räume – Nil – erreichen das Meer
* exoreische Flüsse = Fließt ins Meer
* areisch = Gebiet ohne Abfluss : Atacama