Abfluß

Physikalische Größe
Name	Abfluss
Größenart	Volumenstrom
Formelzeichen der Größe	Q
Größen- und Einheiten- system Einheit Dimension SI m3·s−1 Volumen·Zeit−1
Anmerkungen
auch: Zufluss, Durchfluss Messung auch in [l/min], [m³/h] usw.
Siehe auch: Direktabfluss QD, Basisabfluss QB

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Abfluss, Durchfluss und Zufluss ist in der Hydrologie das Wasservolumen, das ein vorgegebenes (Einzugs-)Gebiet unter der Wirkung der Schwerebeschleunigung innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit verlässt bzw. in es eintritt.

Weil in der Hydrographie Maßangaben prinzipiell auf einen Pegel (also einen Messpunkt) bezogen sind, bemisst man immer stromabwärts und nennt den Pegel den Ausfluss des davon stromaufwärts gelegenen Entwässerungsgebiets (dem Oberwasser). Man fasst dann alle Wasservolumina, die die Messstelle passieren, unter dem Begriff Durchfluss am Pegel oder Abfluss des Flussgebiets zusammen. Der Zufluss – etwa in einen See – ist hydrographisch betrachtet „der Abfluss in den See an der Einmündung“, analog ist der Durchfluss durch ein Areal das Wasservolumen, das den Pegel passierend je Zeiteinheit ins Unterwasser „abfließt“, und die Schüttung einer Quelle ihr Abfluss ins Oberflächenwasser.

Grundlagen

Der Abfluss Q gibt den Volumenstrom im Wasserkörper an, also das Volumen V, das in einem Fließgewässer in einer bestimmten Zeit t eine Querschnittsfläche F passiert, seine Einheit ist m³/s.

$Q = \frac{V}{t} = \int v \operatorname{d}F$

v … Fließgeschwindigkeit

F … durchflossene Fläche

Das Volumen, umgangssprachlich die „Wassermenge“, selbst ist nicht messbar, sondern wird indirekt erschlossen:

$V =Q \cdot t = \bar v t \cdot F_\mathrm{P}$

Dabei sind die zeitabhängigen Werte in erster Näherung als Mittelwert anzunehmen:

v̅̅ … mittlere Fließgeschwindigkeit am Pegel

v̅̅t = s … mittlerer Fließweg

F_P … Fläche des Flussbettprofils, Bezugsfläche des Pegels

Da das Profil am Pegel bekannt ist, ergibt sich die durchflossene Fläche allein über den Pegel: Die Abhängigkeit der Flussbreite b vom Wasserstand h bzw. Pegelstand P ist aus dem Querschnitt des Gewässers abzulesen

F_P = F(P)

Damit sind Q und V aus der mittleren Fließgeschwindigkeit und dem Pegelstand ermittelbar – erstere ist ebenfalls ein Erfahrungswert über den Pegel, der von den Verhältnissen in Ober- und Unterwasser und der Materialbeschaffenheit des Betts (Rauhigkeit, Strömungswiderstand), also der strömungsmechanischen Charakteristik abhängt – Idealisierungsannahmen sind etwa Newtons lineare Abnahme der Fließgeschwindigkeit über die Senkrechte der Stömungsrichtung (Elementarsatz der Flüssigkeitsreibung, Zähigkeitskoeffizient) in laminaren Strömungen, nach der die mittlere Fließgeschwindigkeit die Hälfte der (leicht messbaren) Geschwindigkeit an der Oberfläche ist: Daher ist es günstig, Pegelmessstellen an möglichst gleichförmigen Flussabschnitten einzurichten.

Direkt- und Basisabfluss

Es wird unterschieden zwischen dem Direktabfluss QD, der sich aus Oberflächenabfluss und Interflow (Zwischenabfluss) zusammensetzt, und dem grundwasserbürtigen Basisabfluss QB. An einem Pegel kann der Grundwasserabstrom, der das Gebiet unterirdisch verlässt, nicht erfasst werden.

Messung des Abflusses

Hauptartikel: Abflussmessung

Der Durchfluss ist im Unterschied zum Pegelstand schwer messbar und wird daher meist aus dem Pegelstand und der Fließgeschwindigkeit berechnet. Allerdings gibt es auch Verfahren, den Durchfluss direkt zu messen, z. B. magnetisch-induktiv.

Ist die Veränderung des Abflussquerschnittes bei steigendem Wasserstand h bzw. Pegelstand P bekannt, so lässt sich daraus eine Abflusskurve (h/Q-Diagramm) bzw. Pegelrelation (P/Q-Diagramm) aufstellen, die die Beziehung zwischen Abfluss und Wasserstand wiedergibt und somit eine indirekte Abflussmessung über den Wasserstand ermöglicht. Es ergibt sich meist eine logarithmische Abhängigkeit des Wasserstandes vom Abfluss, bei steigendem Abfluss nimmt folglich der Wasserstand fortlaufend langsamer zu.

Mittlerer Abfluss MQ

Als mittleren Abfluss MQ bezeichnet man den durchschnittlichen Abfluss, bemessen auf ein Normaljahr – also den langjährigen Durchschnitt, in der Hydrographie auf das Abflussjahr bezogen, das im allgemeinen in den gemäßigten Klimazonen im Herbst beginnt, um einen gesamten Winterzyklus zu erfassen: Die Schneeschmelze und insbesondere Gletscher verzögern den Abfluss des Winterniederschlags bis in den Sommer hinein.

Aus den Abflüssen eines Jahres – dem „Jahresabfluss“ in m³/Jahr – ergibt sich die Gesamtjahreswasser„menge“ – das Volumen an Wasser –, die das Entwässerungsgebiet in das darunterliegende einspeist. Der mittlere Abfluss MQ eines Entwässerungssystems errechnet sich dann als Mittel der „Regelwassermenge“ über das Jahr.

Durch Ausuferung wird bei einem Höchsthochwasser die Abflussschätzung sehr ungenau. Zudem sind für solche Extremereignisse wegen ihrer Seltenheit meist nur sehr wenige exakte Messungen vorhanden. So ist der Abfluss der Jahrhundertflut 2002 in Dresden noch immer nicht genau bekannt. Außerdem kann erst dann der Normalwasserabfluss ermittelt werden, wenn die Jährlichkeit eines Ausnahmeereignisses angenommen werden kann: Jahresübliche Niedrigwässer und Hochwässer werden in den – etwa im allgemeinen 30-jährigen - Durchschnittswerten erfasst, nicht jedoch jedes Jahrhundertereignis.

Abflussgang und Abflussregime

Aus dem Durchfluss ergibt sich die Abflussganglinie des Pegels (Q/t-Diagramm). Sie zeigt das Verhalten (die Reaktion) des Fließgewässers anhand des gemessenen Durchflusses, wie er sich aus der Wetterlage und den Abflussverhältnissen des Einzugsgebietes ergibt. Dabei kann man die Ganglinien eines Abflussereignisses betrachten oder den Jahresverlauf des Abflusses - alle Durchflusswerte des Abflussjahres in ein Diagramm eingetragen. Die Ganglinie bildet die Grundlage für die Charakterisierung des Abflussgangs eines Gewässers an dieser Stelle anhand typischer Durchflüsse (Niedrigwasser, Hochwasserverläufe).

Nach der langjährig mittleren Abflussganglinie wird das Gewässer einem bestimmten Abflussregime, einer Typifikationsklasse von immer wiederkehrenden Mustern (Jahreszeitcharakteristiken, wie Schneeschmelze, sommerlicher Gletscherabfluss; Charakteristiken des Hochgebirges oder des Flachlandes usw.) in Abhängigkeit vom Klima zugeordnet.

Modelle für die Hochwasserprognose oder die Wasserbewirtschaftungsplanung in einem Einzugsgebiet stützen sich auf die dort erfassten Gänge und bestimmten Regime.

Siehe auch

• Abflussbeiwert des Niederschlags
• Dauerlinie, Abweichung vom mittleren Abfluss

Weblinks

Abflüsse Schweiz

• Abflusskarte 190 Stationen in Google Maps