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Lexikon der Geowissenschaften: Verdunstungsberechnung

Verdunstungsberechnung, rechnerische Ermittlung der Verdunstung durch empirische bzw. semiempirische oder physikalisch begründete Verdunstungsformeln. Da die Verdunstungsmessung sehr aufwendig ist, wird die Verdunstung heute vielfach aus leichter meßbaren Größen wie Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und Sonnenscheindauer, die im Routinebetrieb an den Klimastationen der Wetterdienste gemessen werden, berechnet. Es wird zwischen Methoden zur Berechnung der potentiellen Verdunstung und der tatsächlichen Verdunstung unterschieden. Die Verdunstung freier Wasserflächen Ew wird meist über Verfahren, die das Dalton-Gesetz zur Grundlage haben, bestimmt:

EW=(a+b+uc)·(eS(TWO)-eL).

Dabei ist u die Windgeschwindigkeit, es der Sättigungsdampfdruck bei der Temperatur der Wasseroberfläche Two und eL der Dampfdruck der Luft. Die Konstanten liegen in den Bereichen 0 ≤ a≤0,21, 0,1 ≤ b≤0,31 und 0,5 ≤ c≤1,0. Weiterhin wird die Penman-Formel eingesetzt.

Für die Berechnung der potentiellen Verdunstung Ep von Landoberflächen werden neben der Penman-Formel eine Vielzahl empirischer Formeln verwendet. Die in Deutschland bekanntesten sind die von Haude und die von Turc. Die Haude-Formel berechnet die potentielle Verdunstung aus dem um 14:00 Uhr in 2 m Höhe gemessenen Sättigungsdefizit es-eL:

EP=F·(es-eL).

Der Proportionalitätsfaktor F ist jahreszeitlich abhängig, er liegt in den Wintermonaten bei 0,22 und erreicht in den Monaten April und Mai mit 0,29 den höchsten Wert. Die Turc-Formel berücksichtigt neben der Lufttemperatur T die Globalstrahlung RG in W/m2 und die relative Luftfeuchte:



Der Korrekturfaktor C beinhaltet die Luftfeuchte f. Er wird für f 50% nach:

C=1+(50-f)/70

berechnet. Für f ≥ 50% ist C=1. Bessere Ergebnisse als mit beiden vorgenannten Verfahren erzielt man ebenfalls mit der Penman-Formel.

Schwieriger ist die Berechnung der tatsächlichen Verdunstung. Als langjähriges Mittel ergibt sie sich für ein Einzugsgebiet aus der Differenz von Gebietsniederschlag und Abfluß. Da die reale Verdunstung durch das Energie- und Wasserdargebot begrenzt wird, kann sie auch aus der potentiellen Verdunstung abgeleitet werden. Dabei wird eine Reduktionsfunktion f(Θ) eingeführt, die vom Wassergehalt des Bodens Θ abhängt:

Er=f(Θ)·EP.

Die Funktion f(Θ) ist theoretisch nicht ableitbar, es gibt für die Funktion aber zahlreiche Ansätze. Häufig wird für sie ein stückweiser linearer Verlauf gewählt, wie z.B:



Dabei bedeuten ΘS den Bodenwassergehalt bei Sättigung und ΘWP den bei Welkepunkt. Θ0 ist ein Bodenwassergehaltswert, der unter dem der Feldkapazität ΘFK liegt und ab dem eine Reduktion der Wasserverfügbarkeit einsetzt. Allgemein gilt:

Θ0FK ≈ 0,5 bis 0,8.

Für Gebiete mit heterogener Landnutzung und Bodenart sind „homogene” Teilflächen auszuweisen. Die Berechnung ist für jede dieser Teilflächen getrennt durchzuführen. Das Gebietsmittel

der realen Verdunstung ergibt sich aus dem flächenmäßig gewichteten arithmetischen Mittel der Verdunstung der Teilflächen

:



wobei Ai den Flächenanteil der Teilfächen und AG die gesamte Gebietsfläche bedeuten. [HJL]

Literatur: [1] Dyck u. Peschke (1995): Grundlagen der Hydrologie. [2] Baumgartner u. Liebscher (1996): Lehrbuch der Hydrologie. [3] DVWK (1996): Ermittlung der Verdunstung von Land- und Wasserflächen.

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