SiWaWi: Grundlagen der Wasserversorgung, Teil 1 (V1)

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1) Deckblatt

2) Stud.Mitarbeiter gesucht:

• Aufgaben
• Anforderung
• Ansprechpartner

3) Inhalte der Lehrveranstaltung

4) Allgemeine Hinweise

5) Hinweise zu den Übungen

6) Vorlesungs-(V) und Übungsplan (Ü):

7) Ziele der jetzigen Lehrveranstaltung

• Eigenschaften des Wasser kennen
• Elemente des Wasserkreislaufs kennen
• Wasserhaushaltsgleichung kennen
• Kenntnisse über Wasservorkommen und ihre Nutzung
• 
  

8) Einordnung der Siedlungswasserwirtschaft

Es gibt

• A: Landwirtschaftliche Wasserwirtschaft (Bewässerungswirtschaft)
• B: Verkehrswasserwirtschaft
• C: Wasserkraftwirtschaft
• D: Siedlungswasserwirtschaft

Welche bewirtschaften das Wasser nach Menge und Zeit ?

• Antwort: A + B + C
  

Welche bewirtschaften das Wasser nach der Güte, Menge und Zeit ?

• Antwort: D
  

9) Eigenschaften des Wassers

Chemische Formel:

• H2O

Dichtemaximum bei:

• 4°C (Übergang fest <=> flüssig)
• 1000 kg/m³
  

Siedepunkt:

• 100°C (Übergang fest <=> gasförmig)
• Cave: Sublimation
  

Molmasse:

• 18g/mol
• 2 mal (H=1) + (O=16) = 16
• Das Mol
  

Wärmekapazität:

• c=4,187 J/(kg*K)
• Wärmekapazität von Wasser
• Die Wärmekapazität ist ein Begriff aus der Thermodynamik und bezeichnet das Vermögen eines Körpers, Energie in Form von thermischer Energie statistisch verteilt auf die Freiheitsgrade zu speichern. Sie wird im Allgemeinen durch das Formelzeichen c dargestellt.
  
• Per Definition gibt c die Wärmemenge Q (in Joule) an, die einem Körper zugeführt werden muss, um einen Anstieg der Temperatur T (in Kelvin) zu erreichen
• Cave: Ab 1. Januar 2010 ist die Angabe von Kalorien (wie die meisten anderen Nicht-SI-Einheiten) in der EU gar nicht mehr zulässig.

Abb: Wassermolekül mit freiem Elektronenpaar

Abb: Verkettung der Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindung zu einem Cluster


10) Eigenschaften des Wassers

Abb: Diagramm

Wann kommt es zur Wasserdampfbildung ?

• T>100°C

Wo ist die Dichte des Wassers maximal ?

• Bei 3.98 °C

Wann kommt es zur Eisbildung ?

• Bei T<0°c

Was ist Frostsprengung ?

• Dichte des Wassers nimmt sprunghaft um 9% ab
• Volumen des Wassers nimmt zu

11) Definitionen:

Wie ist der Abfluss Q definiert ?

• Wasservolumen V, das pro Zeiteinheit t einen definierten oberirdischen Abflussquerschnitt durchfließt
• Q = V/t
• [m³/s, m³/h, m³/d, m³/a]

... hmm ... keine lernmäßig gute Methode, ab jetzt nur noch Fragen und Aufgabenstellung + Antworten auf Karteikarten ...


Wie ist die Abflussspende q definiert?

• ...
• ...

Wie ist die Abflusshöhe hA definiert?

• ...
• ...

12) Globaler Wasserkreislauf

Abb: Zeichnen sie den globalen Wasserkreislauf


Geben Sie die absoluten Mengen in km³/a an !

Atmosphärischer Feuchtetransport:

• ...
• ...

Weltmeere:

• ...
• ...

Verdunstung (über den Meeren)

• ...
• ...

Niederschlag (über den Meeren)

• ...
• ...
  

Kontinente:

• ...
• ...

Verdunstung (über den Kontinenten):

• ...
• ...

Niederschlag (über den Kontinenten):

• ...
• ...

Abfluss ins Meer:

• ...
• ...

13) Elemente des Wasserkreislaufs

Abb: Zeichnen Sie schematisch den Wasserkreislauf

• Verdunstung
• Evaporation
• Transpiration
• Versickerung
• unterirdischer Abfluss
• oberirdischer Abfluss

14) Wasserhaushalt in Deutschland

Fluss-Diagramm: Zeichnen Sie und beziffern sie die Mengen

• 1mm = 1l / m²
• 1mm/a = 1l / (m²*a)

• Niederschlag =

• Abfluss =
• oberirdisch =
• unterirdisch =

• Verdunstung =
• Evaporation =
• Transpiration =

15) Wasserhaushaltsgleichung

Benenne Sie die Abkürzungen (alle Werte in mm)

• hN =
• hV =
• hE =
• hT =
• hA =
• hAo =
• hAu =
• hR =
• hB =

Lange Zeiträume

• hN =

Kurze Zeiträume

• hN =
  

16) Verteilung des Niederschlags in Deutschland

Abb: Deutschlandkarte, Angaben vom DWD (Deutscher Wetterdienst Deutschland)

Niederschlagshöhe hN in mm/ Jahr

• min<
• max >

17) Verdunstung

• hV =
• hE =
• hT =

Einflussfaktoren auf die Verdunstung (hV)

• +
• +
• +
• +

hV [mm/ a] (aufsteigend)

• in Deutschland = 415 mm/a
  

• bei vegetationsfreiem Boden =
  
• bei Grasland =
  
• bei Wald =
  
• vom Toten Meer =

Abb: Sonne, Wolken, Boden, Pfeile nach oben, unten, horizontal


18) Abfluss

• hA =

Nennen Sie auch konkrete Gewässertypen für folgende Abflüsse:

• hAo =

• hAu =

Abb: Sonne, Wolken, Boden, Pfeile nach oben, unten, horizontal


19) Zwischenabfluss (Interflow)

Abb: Schema zeichnen

• Transpiration
• Evatranspiration

• Oberflächenabfluss

• Bodenzone
• Interflow

• Sickerraum

• GW-Neubildung aus Sickerwasser
• GW-Oberfläche

• Grundwasserraum

• GW-Abfluss

20) Grundwasserneubildung

Wiederholen Sie die Wasserhaushaltsgleichung (alles in mm)

• hN =
• hE =
• hT =
• hAo =
• hAu =

Gesamtgleichung hN =

Grundwasserneubildung (alles in mm)

• GWN =
• hNe =
• hV =
• hD =
• hAI =

Gesamtgleichung GWN =


21) Niederschlag als Regen

Abb: schon etwas reichhaltigeres Flussdiagramm

Tipp: Niederschlag als Regen fällt auf drei Formen von Oberflächen

Pflanzenoberfläche

• +
  

durchlässige Oberflächen

• +
• +
• +
• +
• +
• +
• +
• +
  

undurchlässige Oberflächen

• +
• +
• +

Was bedeutet Perkolation ?

• +

Was bedeutet Interzeption ?

• +

22) Bezeichnung für statistische Abflusswerte

Benennen Sie die Abkürzungen

• Q =
• W =
• MQ =
• MW =
• MHQ =
• MHW =
• HHQ =
• HHW =
• MNQ =
• NQ =
• MNW =
• NNQ =
• NNW =

Quelle: DIN 4049-3


23) Das Wasservolumen des Planeten Erde

Abb: Erde

Geben sie die den prozentualen (%) + absoluten (km³) Anteil am Gesamtwasser an:

• Salzwasser:
• Süßwasser:
• Trinkwasser:

Abb: Würfel

• Vergleichsmaßstab für Kantenlänge des Gesamtwassers

• Köln-Rom: 1100 km
• Das gesamte Wasser: ca, 1,46 Milliarden km³

• Vergleichsmaßstab für Kantenlänge des Trinkwassers:
  

• Hamburg-Hannover: 154 km
• Das gesamte Trinkwassser: ca. 4,4 Millionen km³

24) Globale Wasserverteilung in Relation zueinander (absteigend)

Gesamt = 100 %

Kreisdiagramm 1

• Salzwassser:
• Süßwasser:

Kreisdiagramm 2

• Gletscherwasser und Permafrost:
• Grundwasser:
• Oberflächenwasser:

Kreisdiagramm 3

• Süßwasserseen:
• Bodenwasser:
• Atmosphäre:
• Feuchtgebiete:
• Flüsse:
• Flora und Fauna:

25) Wassernutzung in Deutschland im Jahre 2004

Geben Sie die Volumina in Mrd. Kubikmeter + in Prozent an

• nutzbares Wasservolumen: 188 Mrd. m³ (100%)
  
• tatsächliche Wassernutzung:
• ungenutzt:

Kuchendiagramm (absteigend in Mrd. m³ / a)

• ungenutzt:
• Wärmekraftwerke:
• Bergbau und verarbeitendes Gewerbe:
• Öffentliche Wasserversorgung:
• Landwirtschaft:

Quelle: Statistisches Bundesamt, Fachserie 19, Reihe 2.1, September 2006


26) Entwicklung der Wasserförderung 1990 - 2002

Balkendiagramm:

• Ordinate: Mio. m³/a
• Abzisse: 1990 bis 2002 in Jahresschritten
  

Balken:

• Oberflächenwasser:
• Quellwasser:
• Grundwasser:

Tendezenz steigend oder fallend ?
Tipp: gesamte absolute Obergrenze/Summe: 7000 Mio. m³


Quelle: BGW-Wasserstatistik 2005


27) Entwicklung des spezifischen Wasserverbrauchs in Deutschland von 1990 - 2002

Balkendiagramm:

• Ordinate: l/(E*d)
• Abzisse: 1990 bis 2002 in Jahresschritten

Spezifischer Wasserverbrauch: Tendenz steigend oder fallend ?

Tipp: absolute Obergrenze: 160 l/(E*d)


Quelle: BDEW-Wasserstatistik, bezogen auf Haushalte und Kleingewerbe


28) Trinkwasserverwendung im Haushalt

Wie hoch ist der spezifische Wasserverbrauch: ... Liter/ (E*d)

Kreisdiagramm: Angabe in % (absteigend)

• Baden, Duschen, Körperpflege: 36 %
  
• Toilettenspülung:
• Wäschwaschen:
• Kleingewerbeanteil:
• Raumreinigung, Autopflege, Garten:
• Geschirrspülen:
• Essen und Trinken: 4%
  

29) Spezifischer Wasserverbrauch in Europa (aufsteigend)

tägl. Wasserbrauch in l/ (E*d)

• Ungarn:
• Belgien:
• Deutschland: 127 l/ (E*d)
• Niederlande:
• Dänemark:
• Griechenland:
• Spanien:
• Finnland:
• England:
• Frankreich:
• Polen:
• Österreich:
• Luxemburg:
• Schweden:
• Italien:
• Schweiz:
• Norwegen:
  

Im europäischen Vergleich gehen die Deutschen sparsam mit dem Trinkwasser um. Im Weltmaßstab liegen sie im Mittelfeld. Einwohnern von Madadasgar stehen im Schnitt tägl. nur 5 Liter zur Verfügung; Amerikaner verbrauchen pro Kopf und Tag rund 300 Liter


Quelle: Geo 2/200


30) Internationaler Wasserverbrauch und -preise

Matrixdiagramm

• Ordinate: Spezifischer Haushaltswasserverbrauch (m³/ Einwohner/ Jahr)
• Abzisse: Wasserpreis (Euro/ m³)

Quelle: NUS Consulting Group, International Water Report 2005


31) Wassernutzung in Deutschland im Jahre 2004

s. 25)


32) Luxus Trinkwasser

1,2 Milliarden haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser
2,0 Mrd. Menschen haben Wassermangel


33) Entwicklung der Weltbevölkerung bis zum Jahr 2050 (aufsteigend)

Balkendiagramm: in Milliarden + Jahr

• 1,0: 1804
• 2,0: 1927
• 3,0: 1960
• 4,0: 1974
• 5,0: 1987
• 6,0: 1999
• 7,0: 2013

Quelle: Deutsche Stiftung Weltbevölkerung - Vereinte Nationen, World Population Prospects: The 2004 Revision, New York 2005


34) Definition der Wasserknappheit

Einteilung anhand Wasserknappheitsindex

Geben Sie die Zahlen des verfügbaren erneuerbarem Süßwasserangebots in m³ pro Kopf und Jahr an:

relative Hinlänglichkeit der Wassermenge: Wasserprobleme sind selten und regional begrenzt

• +

periodische oder regelmäßige Wasserknappheit (Wasserstress)

• +

chronischer Wassermangel

• +

absoluter Wassermangel

• +

Definieren Sie den Wasserknappheitsindex nach Malin Falkenmark:

• für den häuslichen Verbrauch:
• für Landwirtschaft:
• 
  

35) Die 15 wasserärmsten Länder in 2006 (absteigend)

Balkendiagramm:

• Ordinate: Länder/Staaten
• Abzisse: m³ pro Kopf und Jahr

Leitgröße: Wasserressourcen < style="color: rgb(0, 0, 0);">und Jahr

• Algeria: 349,8 m³/(E*a)
  
• Barbados:
• Israel:
• Yemen:
• Bahrain:
• Jordan:
• Singapore:
• Malta:
• Libyan:
• Saudi Arabia:
• Maldives:
• Qatar:
• Bahamas:
• Arab Emirates:
• Kuwait: 7,2

36) Wasserversorgung der Weltbevölkerung

Balkendiagramm:

• Ordinate: Anzahl der Menschen in Millionen
• Abzisse: 1990, 2004, 2015 geschätzt, 2015 Ziel

Balken:

• ausreichende Wasserversorgung,
• keine ausreichende Wasserversorgung

Quelle: unicef, WHO 2006


37) Entwicklung der Wasserverfügbarkeit

Balkendiagramm:

• Ordinate: Weltbevölkerung in Millionen
• Abzisse: 2000, 2005, 2025, 2050

Balken:

• ausreichende Verfügbarkeit
• Wasserknappheit
• Wassermangel
• 
  

Quelle: Atlas, S.23, Deutsche Stiftung Weltbevölkerung (2006)


38) Zugang zu sanitären Einrichtungen

Balkendiagramm:

• Ordinate: Anzahl Menschen in Millionen
• Abzisse: 1990, 2004, 2015 geschätzt, 2015 Ziel

Quelle: unicef, WHO 2006


39) Versorgung mit Trinkwasser (1990) (absteigend)

Balkendiagramm:

• Ordinate: Bevölkerung in Millionen
• Abzisse

• Welt:
• Asien:
• Europa:
• Afrika:
• Lateinamerika und Karibik:
• Nordamerika:
• Ozeanien

Quelle: Earthtrends Data Tables - Human Health 2005


40) Versorgung mit Trinkwasser (2000)

Prinzip wie bei 39)


41) Sanitäre Anlagen und Abwasserentsorgung (1990)

Prinzip wie bei 39)


42) Sanitäre Anlagen und Abwasserentsorgung (2000)

Prinzip wie bei 39)


43) Ursachen der Wasserknappheit

Angebotsseite:

• +
• +
• +
• +

Nachfragseite:

• +
• +
• +

44) Situation in Deutschland

Kreisdiagramm: s. 31)

Belastung der Trinkwasserversorgung durch:

• +
• +
• +
• +

45) Herkunft des Wassers

Tabelle:

• linke Spalte - alle Bundesländer
• obere Zeile (in Millionen m³)

• WVU
• Insgesamt
• Grund- und Quellwasser
• Uferfiltrat
• Oberflächenwasser

Quelle: Statistisches Bundesamt, Fachserie 19, Reihe 2.1, 2005


46) Rohwasserarten (in Prozent, absteigend)

unterirdisches Wasser:

• +
• +

oberirdisches Wasser:

• +
• +
• +
  

47) Bedeutung der Rohwasserarten

Flusswasser

• +
• +
• ...

Seewassergewinnung

• +
• +
• ...

Talsperren

• +
• +
• ...

Grundwasser

• +
• +
• ...