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Lexikon der Geowissenschaften: Abfluß

Abfluß, Komponente des Wasserkreislaufes, welche die Entwässerung der Landflächen der Erde, d.h. die Ableitung des überschüssigen Niederschlagswassers, charakterisiert. Unter Abfluß wird alles sich auf oder unter der Landoberfläche unter dem Einfluß der Schwerkraft lateral bewegende Wasser verstanden. Er wird aus Niederschlag gebildet (Abflußprozeß, Effektivniederschlag). Abfluß ist das Ergebnis des Durchganges des Niederschlagswassers durch das Einzugsgebiet, wobei allerdings erhebliche Wasseranteile an Pflanzenoberflächen (Interzeption), an der Bodenoberfläche (Muldenrückhalt), in Schnee, Eis und Gletschern, in stehenden Gewässern, im Boden (Bodenfeuchte) sowie im Grundwasser gespeichert und teilweise durch den Verdunstungsprozeß in die Atmosphäre zurückgeführt werden. Abfluß als laterale Wasserbewegung auf und unter den Landflächen der Erde findet als oberirdischer und unterirdischer Abfluß statt. Den oberirdischen Abfluß unterteilt man in flächenhaften Abfluß (Landoberflächenabfluß) und linienhaften Abfluß in den Gerinnen der Gewässernetze. Beim unterirdischen Abfluß werden zwei Anteile unterschieden. Als Zwischenabfluß (interflow) vollzieht er sich nur wenige Dezimeter unter der Bodenoberfläche, meist in Deckschichten über dem Grundwasserspiegel, und wird daher auch als oberflächennaher Abfluß bezeichnet. Er fließt dem Vorfluter nur mit geringer zeitlicher Verzögerung zu. Das durch den Prozeß der Versickerung dem Grundwasser zugeführte Wasser wird längerfristig gespeichert. Es wird dem Vorfluter über Quellen oder flächenhafte Grundwasseraustritte allmählich zugeführt und als Grundwasserabfluß bezeichnet. Der in den Einzugsgebieten flächenhaft gebildete Abfluß konzentriert sich in dem linienhaft ausgebildeten Gewässernetz (Flußgrundrißtypen) und folgt dabei den Gesetzmäßigkeiten der Hydrodynamik (Gerinneströmung).

Der Abfluß wird in Fließgewässern an Meßquerschnitten über den Wasserstand als Durchfluß (Q) erfaßt. Darunter wird das in einem bestimmten Fließquerschnitt durchfließende Wasservolumen je Zeiteinheit [Einheit: m3/s oder l/s] verstanden.

Der Abfluß kann als Wasserhaushaltsgröße eines Gebietes (Gebietsabfluß) auf den Festländern aus der Differenz zwischen Gebietsniederschlag und Gebietsverdunstung im langjährigen Mittel gewonnen werden (Wasserbilanz, Wasserhaushalt). Oft wird auch die über den Meeresflächen gewonnene Differenz zwischen Niederschlag und tatsächlicher Verdunstung als "Abfluß" bezeichnet. Auf den Landflächen wird der Abfluß als Wasserhöhe pro Zeiteinheit angegeben [Einheit: mm/a] und ist so direkt mit der Niederschlagshöhe des gleichen Gebietes, dem Gebietsniederschlag, vergleichbar. Immer ist der Abfluß ein berechneter Wert.

Der Abfluß unterliegt infolge der Auswirkung unterschiedlichster Regimefaktoren einer großen räumlichen und zeitlichen Variabilität (Wasserbilanz der Erde). Hieran beteiligt sind neben dem Niederschlag andere Klimagrößen wie Lufttemperatur, Strahlung etc., die selbst den astronomischen Zyklen und Variabilitäten unterworfen sind, sowie Parameter der Landoberfläche (Landnutzung, Bodenbedeckung, Morphologie) und des Untergrundes (Bodeneigenschaften, Hydrogeologie etc.). Die große zeitliche Variabilität spiegelt sich in den Abfluß- bzw. Durchflußganglinien wider. Es wechseln sich Zeiten mit hoher (Hochwasser) und geringer Wasserführung (Niedrigwasser) ab. Die langjährige Durchflußganglinie umfaßt den Schwankungsbereich des Abflusses. Innerhalb des Schwankungsbereiches unterscheidet man den Mittelwasserbereich, den Hochwasserbereich und den Niedrigwasserbereich. Die Grenzen zwischen diesen Bereichen lassen sich v.a. nach statistischen Gesichtspunkten (z.B. der Über- bzw. Unterschreitung bestimmter Durchflüsse) und nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten (z.B. Schäden durch Hoch- und Niedrigwasser) festlegen.

Je kleiner ein Einzugsgebiet ist, desto größer ist seine zeitliche Variabilität. In kleinen Einzugsgebieten sind Abflußanstiege auch nach kleineren Niederschlagsereignissen erkennbar. Extrem hohe Abflüsse entstehen hier vorwiegend durch kurzzeitige Starkniederschläge. Der Verlauf der Durchflußganglinien von größeren Einzugsgebieten ist dagegen weitgehend ausgeglichen. Extreme Hochwässer entstehen v.a. durch langanhaltende Niederschläge (Dauerniederschläge). Schnee- und Eisschmelze können einen erheblichen Einfluß auf den Abflußgang haben. Extreme Hochwässer werden durch sie allein allerdings kaum ausgelöst. In Verbindung mit Niederschlägen in flüssiger Form sind sie jedoch häufig Ursache für extreme Hochwässer. Die jährlichen Hoch- und Niedrigwässer unterliegen dem allgemeinen Gesetz für die Wahrscheinlichkeitsverteilungen von Zufallswerten.

Aus der Abtrennung schneller und langsamer Abflußkomponenten in der Durchflußganglinie lassen sich Direktabfluß und Basisabfluß voneinander trennen (Abflußganglinienseparation, Hochwasserganglinie). In weiten Teilen der Erde sind ein Trend zur anteiligen Abnahme des Basisabflusses gegenüber dem Direktabfluß und sich in der Ganglinie vergrößernde Amplituden zu beobachten. Die Folgen von Waldvernichtung und Bodenverdichtung in Verbindung mit Gewässerausbaumaßnahmen, Grundwasserabsenkung sowie von Urbanisierungsmaßnahmen werden hier sichtbar (anthropogene Beeinflussung des Wasserkreislaufes). Dieser Trend zu vermehrtem Direktabfluß führt auch zu einem gänzlich anderen Erosions- und Sedimentationsverhalten. Durch Bau von Talsperren, Poldern und Rückhaltebecken will der Mensch nicht nur die natürlichen Abflußschwankungen ausgleichen, sondern auch die Auswirkungen des beschriebenen Trends vermindern.

Die große räumliche Variabilität des Abflusses wird durch kartenmäßige Darstellung der Abflußhöhe verdeutlicht. Daneben wird zur vergleichenden räumlichen Betrachtung des Abflußverhaltens auch das Abflußverhältnis a herangezogen, das ist der Quotient aus Abflußhöhe hA und der Niederschlagshöhe hN.

Als ereignisbezogene Angabe wird der Abflußbeiwert Ψ0 verwendet. Er stellt den prozentualen Anteil des Niederschlags dar, der in jedem Niederschlagsintervall abfließt (Quotient aus Direktabfluß und Gesamtniederschlag). Von dem Abflußbeiwert Ψ0 ist der geographisch-hydrologische Abflußbeiwert λ zu unterscheiden, der die Auswirkungen landschaftsprägender Faktoren zum Ausdruck bringt.

Für die Darstellung des Abflußregimes eines Fließgewässers werden die Abflußkoeffizienten herangezogen. Hierzu werden jeweils die zwölf mittleren monatlichen Abflüsse zu dem mittleren Jahresabfluß in Beziehung gesetzt. Durch die dimensionslosen Abflußkoeffizienten können die Abflußregime verschieden abflußstarker Fließgewässer in den unterschiedlichsten Klimagebieten vergleichend dargestellt und analysiert werden.

Die Dynamik des Abflusses kann durch die Spannweite zwischen den höchsten, niedrigsten und mittleren Durchflußwerten einer Periode anschaulich zum Ausdruck gebracht werden. Dabei ist es ratsam, den niedrigsten Durchflußwert einer Periode NQ gleich eins anzusetzen und dann zu berechnen, wieviel mal größer der mittlere Durchfluß MQ und der höchste Durchfluß HQ der Periode ist ( Tab. ). Auch die Retentionswirkung von Seen läßt sich durch diese Verhältniszahlen sehr anschaulich zum Ausdruck bringen ( Abb. ).

Obwohl der Abfluß volumenmäßig nur einen Bruchteil der gesamten Süßwasserreserven der Erde ausmacht, z.B. in Fließgewässern nur 0,006% des Süßwassers (Wasservorräte der Erde), ist er wegen seiner zeitlichen und räumlichen Dynamik ein außerordentlich bedeutender Faktor in der Wasserwirtschaft. Hinzu kommt, daß gerade das Oberflächenwasser in Flüssen wegen seiner häufigen Erneuerung und seiner Verfügbarkeit eine wichtige Wasserressource darstellt. Der Abfluß charakterisiert in unbeeinflußten Gebieten weitgehend die in einem Einzugsgebiet vorhandenen erneuerbaren Wasservorräte. Die mittlere Verweilzeit des Wassers in Flüssen, ein Anhaltspunkt für die Erneuerung, beträgt nur 16 Tage.

Wasser in den Fließgewässern wird vielfältig genutzt: Es dient der Wasserversorgung, der Abwasserbeseitigung, der Schiffahrt, der Energieerzeugung, der Fischerei, dem Sport und der Erholung. Andererseits gefährdet es auch den Menschen, Tiere und Sachgüter. Insofern sind extreme Abflüsse für den Hochwasserschutz von essentieller Bedeutung. Aus all diesen Gründen greift der Mensch in die Natur ein, um Anforderungen der Gesellschaft an das Wasser zu decken. Aus den Fließgewässern wird Wasser entnommen (Wasserversorgung) oder in diese wird verschmutztes Wasser (Abwasser) eingeleitet. Fließgewässer werden gestaut, ausgebaut oder eingedeicht, was den Durchfluß verändert (Durchflußbeeinflussung).

Natürlicher Abfluß findet nur in natürlichen Fließgewässern, die auch Ausuferungsmöglichkeiten bieten, statt. Bei natürlichem Abfluß erfolgt im Gerinnebett und in den Überschwemmungsgebieten ein Rückhalt des Wassers. Bei hohem Rückhalt sind die Hochwasserstände flußabwärts gedämpfter und die Niedrigwasserstände ausgeglichener.

Durch Gewässerausbau ist der natürliche Abfluß meist nicht mehr gegeben, der Abfluß bzw. Durchfluß ist verändert. Vielfach werden zur Energiegewinnung oder zur Schiffahrt im Gewässer Stauanlagen errichtet. In gestauten Fließabschnitten spricht man von gestauten Abflüssen bzw. Durchflüssen.

Wegen der hohen Bedeutung, die dem Abfluß in wirtschaftlicher, ökologischer und Gefährdung auslösender Hinsicht zukommt, ist eine gründliche Beobachtung dieser Wasserhaushaltsgröße unerläßlich. Der Abfluß erweist sich für die Wasserbewirtschaftung als unverzichtbare Größe. Daher unterhalten die in allen Ländern der Erde eingerichteten gewässerkundlichen Dienste hydrologischen Meßnetze, an denen die Durchflüsse kontinuierlich gemessen werden. Diese werden in den jährlich erscheinenden gewässerkundlichen Jahrbüchern planenden Institutionen und anderen Interessenten verfügbar gemacht.

Allgemein geht die Darstellung des Durchflusses von mittleren täglichen Durchflüssen aus, die gewöhnlich durch die Bildung mittlerer täglicher Wasserstände über die Durchflußkurve ermittelt werden. Aus den Tagesmitteln werden unter Verwendung statistischer Verfahren eine Reihe von Hauptwerten gewonnen, die für die Wasserwirtschaft von Bedeutung sind. Die Periode, für die gewässerkundliche Hauptwerte aufgestellt werden, sollte mindestens zehn Jahre umfassen. Die für die Hauptwerte benutzten Buchstaben sind genormt. Die gewässerkundlichen Hauptwerte können auch für die Darstellung der Abflußverhältnisse in den hydrologischen Winter- und Sommerhalbjahren und in einzelnen Monaten verwendet werden.

Der zeitliche Verlauf des Durchflusses kann neben der Durchflußganglinie auch als Durchflußsummenlinie dargestellt werden. Die Darstellung der Tageswerte der Durchflüsse in der Reihenfolge mit aufsteigenden Größen wird Durchflußdauerlinie genannt. Die Durchflußfülle ist das über einem gewählten Durchflußschwellenwert unter einer Hochwasserganglinie vorhandene Volumen, das von der Durchflußfüllenlinie wiedergegeben wird.

Die Beobachtungen und die Bearbeitungsergebnisse von Durchflußmessungen müssen, insbesondere bei grenzüberschreitenden Gewässern, zwischen den beteiligten Staaten ausgetauscht werden. Der seit 1993 betriebene Aufbau eines World Hydrological Cycle Observation System (WHYCOS) seitens der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) hilft, weltweit die erforderliche Datengrundlage, insbesondere für die Komponente Abfluß, zu schaffen. Hilfreich für viele Forschungsarbeiten sind die vom Weltdatenzentrum Abfluß (Global Runoff Data Center, GRDC) und der Bundesanstalt für Gewässerkunde in Koblenz gesammelten täglichen oder monatlichen Abflußwerte von über 3000 an größeren Fließgewässern gelegenen Stationen. [KHo]

Literatur: [1] BAUMGARTNER, A. & LIEBSCHER, H. (HRSG.) (1996): Lehrbuch der Hydrologie.- Band 1, Stuttgart. [2] DINGMAN, S.L. (1994): Physical Hydrology. – New Jersey. [3] DYCK, S. & PESCHKE, G. (1995): Grundlagen der Hydrologie. – Berlin.


Abfluß (Tab.): niedrigste, mittlere und höchste Durchflußwerte am Beispiel des Rheins. Abfluß (Tab.):

Abfluß: Einfluß der Seeretention auf den Durchfluß am Beispiel des Bodensees. Abfluß:

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