Entwässerungssysteme von Wasserscheiden: Arten, Ordnung und Dichte

Entwässerungssystem der Wasserscheide

Das Entwässerungssystem einer Wasserscheide besteht aus dem Fluss und seinen Nebenflüssen. Die Untersuchung ihrer Auswirkungen und die Entwicklung des Systems sind wichtig, da sie die höchste oder niedrigste Rate angeben, mit der Wasser die Wasserscheide verlässt.

a) Arten von Strömungen

Eine häufig verwendete Klassifizierung von Flüssen basiert auf ihrer Beständigkeit und unterteilt sie in drei Arten:

• (1) Staue (Perennial): Diese Flüsse führen das ganze Jahr über Wasser. Der Wasserspiegel im Flussbett bleibt konstant und sinkt auch in Trockenzeiten nicht unter den Kanalspiegel.
• (2) Intermittierend (Intermittent): Diese Flüsse führen während der Regenzeit und Trockenzeit Wasser. Während der Regenzeit speisen sie sich aus Oberflächenabfluss und Grundwasser, da der Grundwasserspiegel über dem Flussbett liegt. In der Trockenzeit sinkt der Grundwasserspiegel unter das Flussbett, und der Fluss führt dann nur noch Oberflächenwasser.
• (3) Ephemeral: Diese Flüsse führen nur während oder unmittelbar nach Niederschlagsperioden Wasser und führen ausschließlich Oberflächenabfluss. Der Grundwasserspiegel liegt immer unterhalb des Flussbettes, sodass keine Grundwasserströmung in das Flussbett stattfindet.

b) Flussordnung

Die Flussordnung ist eine Klassifizierung, die den Grad der Verzweigung oder Bifurkation innerhalb einer Wasserscheide widerspiegelt. Nach dem Ansatz von Horton werden Flüsse, wie in Abbildung 3.1 dargestellt, wie folgt eingeteilt:

• Als erster Ordnung gelten die kleinsten Kanäle, die keine Zuflüsse haben.
• Wenn zwei Kanäle erster Ordnung zusammenfließen, bilden sie einen Kanal zweiter Ordnung.
• Die Vereinigung zweier Kanäle zweiter Ordnung führt zur Bildung eines Flusses dritter Ordnung.
• Daher ergibt die Vereinigung von zwei Flüssen der Ordnung n einen Fluss der Ordnung n + 1.

Die Ordnung des Hauptflusses zeigt das Ausmaß der Verzweigung im Einzugsgebiet.

c) Entwässerungsdichte

Ein guter Indikator für den Entwicklungsgrad eines Entwässerungssystems ist der Index der Entwässerungsdichte (Dd). Dieser Index wird durch das Verhältnis der Gesamtlänge (L) aller Gewässer (ob ephemeral, intermittierend oder ganzjährig) einer Wasserscheide zur Gesamtfläche (A) ausgedrückt.

Die Entwässerungsdichte ist umgekehrt proportional zur Länge des Flusses und gibt somit einen Hinweis auf die Effizienz des Einzugsgebiets. Obwohl es nur wenige Informationen über die Entwässerungsdichte gibt, kann man sagen, dass dieser Index von 0,5 km/km² für schlecht entwässerte Einzugsgebiete bis zu 3,5 km/km² für gut durchlässige Becken variiert.

Geländemerkmale

Das Relief eines Einzugsgebiets hat großen Einfluss auf meteorologische und hydrologische Faktoren. Die Geschwindigkeit des Oberflächenabflusses wird durch die Neigung des Beckens bestimmt, während Temperatur, Niederschlag, Verdunstung usw. Funktionen der Höhe des Beckens sind. Daher ist die Bestimmung der Geländemerkmale einer Wasserscheide sehr wichtig.

a) Hang des Beckens

Die Neigung des Beckens steuert maßgeblich die Geschwindigkeit, mit der Oberflächenabfluss auftritt. Dies beeinflusst die Zeit, die das Regenwasser benötigt, um sich in den Flussbetten zu sammeln, das Ausmaß der Hochwasserwelle und die Wahrscheinlichkeit von Infiltration sowie die Erosionsanfälligkeit der Böden.

b) Mittlere Höhe des Beckens

Die Höhenvariation und die mittlere Höhe eines Beckens sind ebenfalls wichtig für ihren Einfluss auf den Niederschlag, den Wasserverlust durch Verdunstung und Transpiration und somit auf den durchschnittlichen Abfluss. Große Höhenunterschiede führen zu erheblichen Unterschieden bei Niederschlag und Durchschnittstemperatur, was wiederum zu Abweichungen bei der Evapotranspiration führt.

Die mittlere Höhe kann durch ein äquivalentes Rechteck bestimmt werden, das durch die hypsometrische Kurve (Abb. 3.3) und die Koordinatenachsen begrenzt wird. Die Höhe dieses Rechtecks ist die mittlere Höhe. Eine weitere Methode ist die Verwendung der folgenden Gleichung:

(3.4)

wobei E die mittlere Höhe ist, Δh die durchschnittliche Erhöhung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Höhenlinien, A die Fläche zwischen den Höhenlinien und A die Gesamtfläche des Beckens ist.

c) Hypsometrische Kurve

Dies ist eine grafische Darstellung des Reliefs einer Wasserscheide. Sie zeigt die Untersuchung von Höhenänderungen einzelner Bereiche des Beckens in Bezug auf den mittleren Meeresspiegel. Diese Variation kann durch eine Tabelle angegeben werden, die den Anteil des Einzugsgebiets oberhalb oder unterhalb verschiedener Höhenlagen angibt.

Die hypsometrische Kurve kann durch die oben beschriebenen Verfahren oder durch Planimetrierung der Flächen zwischen den Höhenlinien bestimmt werden. Tabelle 3.2 zeigt die Schritte zur Berechnung der hypsometrischen Kurve eines Wendepunkts.

d) Neigung des Hauptkanals

Regenwasser sammelt sich nach dem Abfluss ober- und unterirdisch in den Flussbetten und konzentriert sich am Mund oder Auslass des Beckens. Die Neigung des Wasserlaufs beeinflusst die Abflussmengen erheblich, da die Geschwindigkeit, mit der das Wasser den Ausgang erreicht, von der Neigung der Flusskanäle abhängt. Je höher die Neigung, desto größer die Fördermenge und desto stärker und enger die Hochwasserlinien.

e) Äquivalentes Rechteck

Dieses Konzept wurde von französischen Hydrologen eingeführt, um den Einfluss der Wasserscheidenmerkmale auf den Oberflächenabfluss besser vergleichen zu können. Es besteht aus einem Rechteck, das in der Fläche dem Einzugsgebiet entspricht. Die Seiten des Rechtecks werden durch die größten und kleinsten Längen (L und l) bestimmt, wobei die Konturen parallel zur kürzeren Seite verlaufen und die natürliche Hypsometrie des Beckens berücksichtigt wird.

Zur Berechnung der Seiten des Rechtecks werden die Gleichungen (3.6) und (3.7) verwendet, die den Bereich und den Umfang des Rechtecks sowie den Kompaktheitskoeffizienten nach Gleichung (3.1) definieren:

A = L * l

P = 2 (L + l)