Wasserkreislauf - Wasserhaushalt - Wasserbilanz
Ausführlicher beschrieben.
Wasserkreislauf
Der Wasserkreislauf (auch hydrologischer Zyklus genannt) ist ein globales, beschreibendes Konzept.
Er beschreibt die kontinuierliche Bewegung von Wasser auf, über und unter der Erdoberfläche.
Es ist ein geschlossenes System auf globaler Ebene.
Wasserhaushalt
Der Wasserhaushalt ist die quantitative Anwendung des Wasserkreislaufs auf ein spezifisches Gebiet (z. B. Flusseinzugsgebiet, Land, See) und einen bestimmten Zeitraum (z. B. ein Jahr, ein Monat).
Er ist die "Buchführung" des Wassers: Wie viel kommt rein? Wie viel geht raus? Was passiert mit dem Rest? Der Wasserhaushalt betrachtet die Komponenten des Kreislaufs als messbare Größen (Inputs und Outputs).
Wasserbilanz
Die Wasserbilanz ist die mathematische Beschreibung oder die Gleichung des Wasserhaushalts.
Sie stellt die Inputs (Zugänge) und Outputs (Abgänge) gegenüber, um die Veränderung des gespeicherten Wassers DS zu ermitteln.
Die Beziehung zwischen dem natürlichen Kreislauf (Dargebot) und dem künstlichen Kreislauf (Gebrauch) ist eng verwoben.
A. Abhängigkeit (Gebrauch braucht Dargebot)
Der anthropogene Kreislauf ist vollständig abhängig vom natürlichen Kreislauf.
Der "künstliche" Kreislauf startet immer mit der Entnahme aus den natürlichen Speichern (Grundwasser, Flüsse). Ohne den natürlichen Nachschub (Regen/Grundwasserneubildung) bricht die Versorgung zusammen.
B. Beeinflussung (Gebrauch verändert Dargebot)
Mengenmäßige Auswirkung: Die Entnahme reduziert den Abfluss in Flüssen oder leert die Grundwasserspeicher, wenn mehr entnommen wird als nachfließt.
Qualitative Auswirkung: Das genutzte Wasser wird als gereinigtes Abwasser zurückgegeben. Es hat oft eine andere Qualität (z. B. wärmer, Spurenstoffe), was das ökologische Dargebot im Gewässer verändert.
Pfad-Änderung: Durch Nutzung (z. B. Versiegelung in Städten oder Bewässerung in der Landwirtschaft) wird Wasser an Orte geleitet oder verdunstet, wo es natürlicherweise nicht wäre. Dies verändert die lokale Bilanz .
Wie beeinflusst der Wassergebrauch (anthropogener Kreislauf) das natürliche Wasserdargebot qualitativ?
Antwort: Bei der Rückführung (Einleitung) von genutztem Wasser in die Gewässer kann dieses trotz Klärung wärmer sein oder noch Spurenstoffe (Medikamente, Chemikalien) enthalten, was das Ökosystem beeinflusst.
Wasserdargebot wird als die natürlichen Wasservorräte und deren Erneuerung durch den Wasserkreislauf beschrieben.
Es ist die Menge an Wasser, die in einem bestimmten Gebiet durch den natürlichen Wasserkreislauf zur Verfügung steht.
Bestandteile:
Es umfasst die globalen Wasservorräte (Ozeane, Gletscher, Grundwasser, Seen).
Entscheidend für das erneuerbare Dargebot sind die Inputs in ein Gebiet, primär der Niederschlag (N), abzüglich der natürlichen Verdunstung.
Nur ein sehr geringer Teil der globalen Wasservorräte (ca. 4,04 % Süßwasser, davon viel in Eis gebunden) ist für den menschlichen Gebrauch überhaupt potenziell nutzbar
Bedeutung: Es stellt die Obergrenze dessen dar, was dem System entnommen werden kann, ohne die Speicher (Grundwasser, Seen) dauerhaft zu entleeren.
Wassergebrauch (oft auch als Wasserverbrauch bezeichnet) beschreibt die Nutzung von Wasser in allen Bereichen – von Haushalten (Trinken, Kochen, Waschen, Toilettenspülung) über Landwirtschaft, Industrie bis hin zu Kraftwerken, wobei das Wasser meist nur gebraucht, aber nicht vernichtet wird, sondern Teil des Wasserkreislaufs bleibt und letztlich wieder dem Kreislauf zugeführt wird. Obwohl die Wassermenge konstant ist, wird durch den Gebrauch Wasser entnommen und verunreinigt, was eine nachhaltige Bewirtschaftung wichtig macht.
Frage: Warum ist der anthropogene Wassergebrauch vollständig vom natürlichen Dargebot abhängig?
Antwort: Weil der anthropogene Kreislauf kein Wasser "herstellt", sondern es lediglich aus natürlichen Quellen (Grundwasser, Oberflächenwasser) entnimmt, die durch den natürlichen Wasserkreislauf (Niederschlag) gespeist werden müssen .
Wie lautet die Definition des Wasserkreislaufs (hydrologischer Zyklus)?
Antwort: Es ist ein globales, beschreibendes Konzept, das die kontinuierliche Bewegung von Wasser auf, über und unter der Erdoberfläche beschreibt. Auf globaler Ebene ist es ein geschlossenes System.
Wie hängen der natürliche und der anthropogene Kreislauf zusammen?
Antwort: Sie sind nicht getrennt; der anthropogene Kreislauf ist eine „Umleitung“ oder „Schleife“ innerhalb des natürlichen Kreislaufs. Der künstliche Kreislauf ist vollständig vom natürlichen Nachschub abhängig.
Der natürliche und anthropogene Wasserkreislauf sind eng verknüpft, da der Mensch Wasser aus dem natürlichen Kreislauf entnimmt (z.B. für Haushalte, Industrie), es nutzt und oft gereinigt wieder zurückführt, aber durch Bauwerke (Staudämme, Begradigungen) und Versiegelung (Straßen, Gebäude) den natürlichen Fluss stört, was die Versickerung beeinträchtigt, das Abflussverhalten ändert und Schadstoffe einbringt – dies führt zu einer künstlichen Beeinflussung des Systems, die sowohl positive (Wasseraufbereitung) als auch negative (Wasserknappheit, Überflutungen) Folgen hat.
Wie lautet die grundlegende Wasserbilanzgleichung (nach Speicheränderung umgestellt)?
Die Wasserbilanz ist das mathematische Ergebnis oder die Gleichung des Wasserhaushalts.
Die grundlegende Wasserbilanzgleichung lautet:
N = V + A + DS
Oder umgestellt nach der Speicheränderung:
DS = N - V – A
Wo:
N = Niederschlag (der Input)
V = Verdunstung (Evapotranspiration; ein Output)
A = Abfluss (Oberflächen- und Grundwasserabfluss; ein Output)
DS = Speicheränderung (Delta S; die Differenz)
Was ist der anthropogene Wasserkreislauf?
Antwort: Es ist der künstliche, vom Menschen geschaffene Wassermanagement-Kreislauf (urbaner Wasserkreislauf). Er beschreibt, wie Menschen Wasser aktiv entnehmen, nutzen, aufbereiten und wieder abgeben.
Was bedeutet eine negative Speicheränderung (Delta S < 0) in der Wasserbilanz?
Antwort: Das bedeutet, dass die Verluste durch Verdunstung und Abfluss größer waren als der Gewinn durch Niederschlag.
Die Wasserspeicher (z. B. Grundwasser, Seen) haben abgenommen bzw. sich geleert.
Was sind die Hauptprozesse des natürlichen Wasserkreislaufs?
Antwort:
Verdunstung (Evaporation): Wasser steigt als Dampf auf.
Transpiration: Pflanzen geben Wasserdampf ab.
Kondensation: Bildung von Wolken.
Niederschlag (Präzipitation): Wasser fällt als Regen/Schnee zurück.
Abfluss: Wasser fließt über die Oberfläche zurück ins Meer.
Versickerung (Infiltration): Wasser dringt in den Boden ein.
Welchen Einfluss hat Bodenversiegelung (z. B. in Städten) auf die Wasserbilanz?
Antwort: Regenwasser kann nicht versickern (Infiltration), was die Grundwasserneubildung verringert. Stattdessen wird das Wasser über die Kanalisation schnell abgeleitet, was die Hochwassergefahr in Flüssen erhöht.
Worin unterscheiden sich die Begriffe Wasserkreislauf, Wasserhaushalt und Wasserbilanz?
Der Wasserkreislauf ist der globale Prozess („Was passiert?“).
Der Wasserhaushalt ist die quantitative Anwendung dieses Prozesses auf ein spezifisches Gebiet („Buchführung“ für eine Region).
Die Wasserbilanz ist die mathematische Berechnung oder das quantitative Ergebnis dieses Haushalts („Gleichung“ oder „Kontoergebnis“).
Was ist der Unterschied zwischen Wasserentnahme und Wasserverbrauch (am Beispiel Industrie)?
Entnahme: Die Menge, die aus der Quelle (z. B. Fluss) gepumpt wird.
Verbrauch: Der Teil, der nicht direkt zurückfließt (z. B. durch Verdunstung in Kühltürmen oder Einbau in Produkte).
Beispiel: In der BASF-Grafik wird viel Wasser zur Kühlung im Kreis geführt (genutzt), aber nur ein kleiner Teil ist echter Verbrauch/Verlust.
Warum ist die Grundwasserbilanzgleichung in der Praxis oft nicht ausgeglichen?
Antwort: Weil die Berechnung der verschiedenen Komponenten (wie Zufluss, Abfluss, Neubildung) oft mit Fehlern behaftet ist, die durch Unzulänglichkeiten bei den Schätzverfahren entstehen .
Welche typischen Stationen durchläuft der anthropogene Wasserkreislauf?
Entnahme (aus der Natur).
Aufbereitung (im Wasserwerk).
Verteilung & Nutzung (Haushalte/Industrie).
Sammlung (Kanalisation).
Abwasserbehandlung (Kläranlage).
Rückführung (Einleitung in Gewässer).
Wo werden Wasserbilanzen in der Praxis angewendet?
Antwort: Unter anderem in Einzugsgebieten (Hochwasserrisiken), bei Talsperren (Bewirtschaftung), in der Landwirtschaft (Bewässerungsbedarf), in städtischen Gebieten (Kanalnetzbelastung) und für Klimaszenarien . Ebenso in der Berechnung industriellen Wassergebrauches, Waldwasserbilanzen, und überall dort, wo ein Dargebot und ein Wassergebrauch gegenübergestellt werden.
Oft werden Abflüsse in Kubikmetern (m^3) gemessen, während Niederschlag in Millimetern (mm) angegeben wird. Um diese zu verrechnen, muss man die Volumeneinheit auf die Fläche beziehen.
Szenario: Ein 20 km² großes Waldgebiet im Juni.
Gegebene Werte:
Niederschlag (N): 90 mm
Verdunstung (V): 65 mm
Abfluss (A): 400.000 m³ (Gesamtvolumen am Pegel)
Hier geht es darum zu ermitteln, ob der Wasserspiegel in einem Gebiet gestiegen oder gesunken ist.
Szenario: Ein Einzugsgebiet eines Sees im Monat Juni1.
Niederschlag (N): 120 mm (Input)
Verdunstung (V): 90 mm (Output)
Abfluss (A): 50 mm (Output)
Rechnung:
Die Formel lautet: Delta S = N - V - A.
Delta S = 120 mm - 90 mm - 50 mm
Delta S = -20 mm
Ergebnis: Die Wasserbilanz ist negativ.
Der Speicher (See/Boden) hat 20 mm an Wasserhöhe verloren, der Wasserspiegel ist also gesunken.
Hier wird ein Flussabschnitt bilanziert, der durch eine Stadt fließt. Es wird angenommen, dass sich im Fluss selbst kein Wasser speichert (Delta S = 0), es geht also um Zufluss vs. Abfluss.
Szenario: Eine Stadt entnimmt Trinkwasser und leitet geklärtes Abwasser zurück.
Zufluss (Q_{in}): 20 m³/s (Input Natur)
Entnahme Wasserwerk (E): 1,5 m³/s (Output Anthropogen)
Rückfluss Kläranlage (R$: 1,2 m³/s (Input Anthropogen)
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