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Hydrologie

Hydrologie Tests

Hydrologie Tests

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Kartei Details

Karten 104
Sprache Deutsch
Kategorie Naturkunde
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 21.01.2015 / 24.01.2021
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EINFÜHRUNG - 1

Im Verlauf eines starken, lang anhaltenden Regenereignisses ändern sich die innerhalb eines Einzugsgebietes charakteristischen (relevanten) Prozesse. Ausgangslage vor dem Regenereignis ist der Zustand nach einer langen Trockenperiode. Welche Prozesszustände sind zum Ende des Niederschlagsereignisses zu beobachten?

  • Steigende Abflussrate: Immer mehr Gebietsflächen tragen zum Oberflächenabfluss bei, da die oberen Bodenschichten zunehmend gesättigt sind. Zudem steigt der Beitrag des Interflows im Verlauf des Ereignisses ebenfalls kontinuierlich an.
  • Sättigung der Bodenschichten

Der Niederschlagsinput kommt zeitlich verzögert am Einzugsauslass (Pegel) an. Diese zeitliche Verzögerung (Retention) ist abhängig von den Speichereigenschaften und der Grösse des Einzugsgebietes. Die verschiedenen Abflusskomponenten weisen eine unterschiedliche Retention auf: Zuerst wird der Oberflächenabfluss am Pegel ersichtlich, dann der Zwischenabfluss und zuletzt kommt der Peak des Basisabflusses am Pegel an

EINFÜHRUNG - 2

Der hydrologische Kreislauf umfasst zeitabhängige Reservoire, die durch dynamische Prozesse miteinander in Austausch stehen. Welche der folgenden Bezeichnungen stehen für ein Wasserreservoir im globalen Wasserkreislauf?

  • Atmosphärisches Wasser
  • Ozeanisches und marines Wasser
  • Oberflächengewässer
  • Schnee
  • Gletscher und Eispole
  • Grundwasser

Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel, Graupel, etc.), Infiltration, Schneeschmelze, Evapotranspiration und Abfluss (ober- und unterirdisch) sind dynamische Prozesse, die das Wasser innerhalb des hydrologischen Kreislaufs zwischen den Reservoiren transportieren. Dies kann mit Aggregatzustandsänderungen verbunden sein. Zudem kann das Wasser hierbei durch chemische oder physikalische Wechselwirkungen verändert werden.

EINFÜHRUNG - 3

Der Grossteil des weltweiten Wasservorkommens ist als Salzwasser in den Ozeanen gespeichert. Wie gross ist der prozentuale Anteil des Süsswassers am weltweiten Wasservorkommen?

  • 2.5 %

Der Grossteil des weltweiten Wasservorkommens ist mit 96.5 % als Salzwasser in den Ozeanen gespeichert. Die restlichen 3.5 % verteilen sich auf Grundwasservorkommen, Oberflächengewässer, Eis, Schnee, etc.

EINFÜHRUNG - 4

Durch die Wasserhaushaltsbilanz eines Einzugsgebietes können unbekannte Grössen mittels der vorhandenen hydrologischen Parameter abgeschätzt werden. Welche der folgenden Prozesse werden bei der Analyse des Wasserhaushaltes eines EZG im Allgemeinen betrachtet?

  • Niederschlag
  • Infiltration
  • Evaporation
  • Transpiration
  • Interzeption

Grundsätzlich werden Prozesse betrachtet, die einen physikalischen Wassertransport zwischen den verschiedenen Wasserreservoiren (Wasserspeicher) beschreiben. Die Transportprozesse sind von Zustandsgrössen wie Temperatur, chemischen Wasserparametern oder dem Aggregatzustand abhängig.

EINFÜHRUNG - 5

Für ein EZG kann für einen bestimmten Zeitraum Δt eine Wasserbilanz aufgestellt werden. Welche der folgenden Parameter sind Bestandteile der allgemeinen Wasserbilanzgleichung (= hydrologische Grundgleichung)?

  • Niederschlag P(Δt) = Abfluss Q(Δt) + Evapotranspiration ET(Δt) + Speicheränderung ΔS (= S(t) – S(t-1))

Die Wasserbilanz über einen Zeitschritt Δt setzt sich zusammen aus dem in dieser Zeit gefallen Niederschlag (= Input), dem in dieser Zeit aus dem EZG (am Abflusspegel) geflossenem Abfluss (= Output) und der verdunsteten Wassermenge (= Verlust)

EINFÜHRUNG - 6

Im Verlauf eines starken, lang anhaltenden Regenereignisses ändern sich die innerhalb eines Einzugsgebietes charakteristischen (relevanten) Prozesse. Ausgangslage vor dem Regenereignis ist der Zustand nach einer langen Trockenperiode. Welche Prozesszustände sind nach dem Ereignis beobachtbar?

  • Potentielle Evapotranspiration wird erreicht – Die potentielle ET ist gleichbedeutend mit der maximalen Verdunstung, die unter den gegenwärtigen Bedingungen (Einstrahlung, Temperatur) möglich ist. Direkt nach einem Niederschlagsereignis ist die Wasserverfügbarkeit nicht limitiert, sodass die maximal mögliche Wassermenge verdunstet.
  • Abfluss erreicht Maximum und sinkt langsam aber unmittelbar wieder ab
  • Oberflächenabfluss stoppt – Dies geschieht kurze Zeit nach Niederschlagsende

Nach dem Niederschlagsereignis nimmt der Zwischenabfluss langsam ab, da kein Wassernachschub mehr vorhanden ist. Die potentielle ET wird erreicht, da die Wasserverfügbarkeit nicht mehr limitierend ist. Der Grundwasserabfluss nimmt aufgrund seiner langen Reaktionszeit nur langsam wieder ab.

EINFÜHRUNG - 7

Auf welches Volumen wird das globale Wasservorkommen geschätzt?

Die Antwort lautet 1.34 * 109 km3

EINFÜHRUNG - 8  

  Im Allgemeinen kann die Betrachtung von hydrologischen Prozessen in die drei Raumskalen Mikro-, Meso- und Makroskala unterteilt werden. Die Grenzen zwischen den einzelnen Skalen sind fliessend. Dennoch können den jeweiligen Raumskalen charakteristische Systeme zugeordnet werden. Welche der folgenden Charakteristiken und Systeme werden der Mesoskala zugeordnet?

  • Grundwasserleitet
  • Flussgebiete
  • Eine Fläche von 1 km2
  • Einzugsgebiete

Die Raster von Klimamodellen sind der Makroskala zuzuordnen, während elementare Flüsse, Standorte, Hydrotope und eine Fläche von 100 m2 der Mikroskala angehören

EINFÜHRUNG - 9

Das EZG ist ein hydrologisches System, für das hydrologische Prozesse beschrieben werden können. Wie wird ein EZG definiert?

Gebiet, welches durch Wasserscheiden eingegrenzt wird. Niederschlag, der innerhalb dieser Fläche fällt, fliesst einem definierten Punkt am Vorfluter zu, in den das EZG entwässert und verlässt dort das EZG. Grundlegend für EZG ist, dass jeder Tropfen Niederschlag, der auf die Fläche des EZG fällt und danach oberflächlich abfliesst, an einer definierten Stelle im Fluss das System verlässt (Grenzlinie = Wasserscheide).

EINFÜHRUNG - 10

Welche Bezeichnungen repräsentieren einen Prozess im globalen Wasserkreislauf?

  • Niederschlag
  • Infiltration und Interzeption
  • Verdunstung (Evapotranspiration)
  • Abfluss
  • Schneeschmelze

EINFÜHRUNG - 11

Im Verlauf eines starken, lang anhaltenden Regenereignisses ändern sich die innerhalb eines EZG charakteristischen (relevanten) Prozesse. Ausgangslage vor dem Regenereignis ist der Zustand nach einer langen Trockenperiode. Welche typische Situation liegt kurz vor dem Regenereignis vor?

  • Evaporation findet statt – Diese ist allerdings stark eingeschränkt, da die Wasserverfügbarkeit in den oberen Bodenschichten durch die Trockenphase limitiert ist.
  • Transpiration findet statt – Begrenzt auf Pflanzen mit tiefen Wurzeln bis zur wasserführenden Bodenschicht. Grundwasserspiegel ist abgesenkt
  • Basisabfluss findet statt – Der gesamte Abfluss wird nur noch vom Grundwasseraquifer gespeist.
  • Die obere Bodenzone ist ausgetrocknet.

Nach einer langen Trockenperiode ist die Evapotranspiration stark eingeschränkt, da die Wasserverfügbarkeit in den oberen Bodenschichten aufgrund der Trockenphase limitiert ist.

NIEDERSCHLAG - 1

Erreicht der Wasserdampfgehalt einer Luftschicht den Sättigungswert (z.B. infolge Abkühlung durch Aufsteigen der Luftmassen), bilden sich Wassertröpfchen (Kondensation des Wasserdampfes). Erreichen die Tröpfchen eine genügend grosse Masse, fällt Niederschlag. Je nach Ursache des Aufstiegs der Luftmassen lassen sich verschiedene Niederschlagstypen unterscheiden.

  1. Konvektive Niederschläge
  2. Zyklonale Niederschläge
  3. Orographische Niederschläge

Diese drei Niederschlagstypen haben folgende Ursachen:

  1. Radiatives Heizen der Erdoberfläche → vertikal aufsteigenden Luftmassen, verbunden mit atmosphärischer Instabilität, Gewitterwolken, hohe NS-Intensität
  2. Erzwungenes Aufsteigen der Luftmassen an einem Gebirge, (z.B. Föhnsituation: Niederschläge auf der Luv-Seite; trockene, wärmere Luft auf der Lee-Seite)
  3. Frontniederschläge, Warm- oder Kaltfrontniederschläge, lang anhaltend, geringere Intensität

Ordnen Sie die drei Haupttypen des Niederschlags je einer Ursache zu:

  • A + 1
  • B + 3
  • C + 2

NIEDERSCHLAG – 2

Für die Ermittlung von Abflussgrössen muss der Niederschlagsinput, der an den Messstationen punktuell erfasst wird, mit Hilfe von Interpolationsverfahren auf die spezifische EZG-Fläche abgeschätzt werden (= Übertragung der Punktinformationen auf die räumliche Skala). Welche Interpolationsmethoden zur Bestimmung des Gebietsniederschlags kennen Sie?

  • Isohyetenmethode
  • Thiessen-Polygon-Methode
  • Arithmetisches Mittel
  • Kriging-Methode

NIEDERSCHLAG – 3

Wir wissen um die Existenz von Messfehlern. Hierbei stellt sich die Frage, ob man diese im Vorfeld verhindern kann oder zumindest im Nachhinein eine Korrektur möglich ist, wenn die Datenreihe bereits vorliegt. Welche Messfehler (systematisch, zufällig) sind leichter korrigierbar?

  • Systematische Fehler

Systematische Fehler erstrecken sich zumeist über die gesamte Messreihe. Insofern die Ursache bekannt ist, kann die Abhängigkeit des Fehlers durch einen mathematischen Zusammenhang beschrieben und einfach korrigiert werden.

NIEDERSCHLAG – 4

Sevruk (1989) hat vergleichende Versuche mit im Boden versenkten und in 1.5 Meter Höhe installierten Niederschlagsmessgeräten durchgeführt. Dabei hat er die Abhängigkeit von systematischen Fehlern bezüglich Windgeschwindigkeit und Niederschlagsintensität untersucht. Was geschieht mit den prozentualen Fehlern D bei grösseren Niederschlagsintensitäten und gleichbleibender Windstärke?

Sie bleiben konstant

NIEDERSCHLAG – 5

Erst die kontinuierliche Aufzeichnung von Niederschlagshöhen erlaubt die Bestimmung der Niederschlagsintensitäten und somit die Erfassung der Variabilität. Mit welchen der folgenden Instrumente kann die zeitliche Niederschlagsvariabilität während eines Ereignisses nicht erfasst werden?

Hellmann

NIEDERSCHLAG – 6

Niederschlagsfelder können in ihrer Intensität ein sehr heterogenes Muster aufweisen. Die Bestimmung der lokalen Unterschiede, hinsichtlich der Niederschlagsmenge, ist daher schwierig. Mit welchen unten aufgeführten Instrumenten kann die räumliche Niederschlagsvariabilität messtechnisch erfasst werden?

Radar

NIEDERSCHLAG – 7

Bei der Entwicklung von Lösungsansätzen für spezifische Problemstellungen ist es wichtig zu wissen, welche physikalischen Grössen messtechnisch leicht zugänglich sind. Welche der folgenden Grössen ist messtechnisch sehr schwer zu ermitteln?

Gebietsniederschlag

NIEDERSCHLAG – 8

In den Regionen der Welt regnet es unterschiedlich viel. Allerdings ist für jede Region ein bestimmtes Niederschlagsaufkommen typisch. Welche Bedeutung verbirgt sich hinter dem Begriff Niederschlagsregime?

Die jährliche Verteilung der Niederschläge an einem bestimmten Punkt (Ort) auf der Erde. Niederschlagsregime werden nicht durch Summenwerte, sondern durch die Niederschlagsverteilung (saisonale Verteilung) und durch die prägenden meteorologischen Prozesse zur Niederschlagsbildung innerhalb eines Jahres charakterisiert.

NIEDERSCHLAG – 9

Systematische Fehler können nicht immer sofort entdeckt werden. Deshalb wurden Verfahren entwickelt, die die Existenz solcher Fehler sichtbar machen. Mit welchen Methoden können systematische Fehler, bzw. Fehler im Langzeitverhalten von Niederschlagsmessungen aufgezeigt werden?

Methode der Doppelsummenlinie

NIEDERSCHLAG – 10

Um ihre Grössenordnung abschätzen zu können, ist es von grosser Bedeutung die Fehlerquellen jeder Messung zu kennen. Welche Grössenordnung haben systematische Messfehler bei Langzeit-Niederschlagsmessungen, wenn der Niederschlag in Form von Regen fällt?

5 – 15 %

NIEDERSCHLAG – 11

Bei jeder Messung treten Fehler auf. Messfehler können aufgrund ihrer Natur in systematische und zufällige unterschieden werden. Welche der nachfolgenden Fehler sind zufälliger Natur?

Ablesefehler

NIEDERSCHLAG – 12

Bei jeder Messung treten Fehler auf. Messfehler können aufgrund ihrer Natur in systematische und zufällige unterschieden werden. Welche der nachfolgenden Fehler spielen im Fall von Starkniederschlägen eine eher geringe Rolle?

  • Benetzungsverluste
  • Verdunstungsverluste

Benetzungs- und Verdunstungsverluste werden mit ansteigender Niederschlagsmenge nur geringfügig grösser. Da die Wassermenge bei einem Starkniederschlagsereignis sehr gross ist, können die Verluste eher vernachlässigt werden.

NIEDERSCHLAG – 13

Im EZG erfolgt die Messung des Niederschlags punktuell, anhand einzelner Messstationen. Die Abschätzung der Niederschlagsmenge über die Fläche des gesamten EZG erfolgt durch die Anwendung einer Interpolationsmethode. Die Ausgangslage hierzu ist eine möglichst genaue Messung der Punktniederschläge. Welche Eigenschaften der Niederschlagsfelder machen deren Messung besonders schwierig?

Die räumliche Variabilität und die unterschiedlichen Niederschlagsformen

NIEDERSCHLAG – 14

Für die Ermittlung von Abflussgrössen muss der Niederschlagsinput, der an den Messstationen punktuell erfasst wird, mit Hilfe von Interpolationsverfahren auf die spezifische EZG-Fläche abgeschätzt werden (= Übertragung der Punktinformationen auf die räumliche Skala). Für welche Niederschlagsart sind die vermutlich realistischsten Interpolationsergebnisse zu erzielen in Bezug auf die Flächeninformation?

  • Zyklonaler Niederschlag – Warmfront
  • Frontaler Niederschlag – Warmfront

Die unter dem Einfluss von Kalt-, bzw. Warmfronten entstehenden Niederschläge werden als Zyklonal- oder Front-Niederschläge bezeichnet. Vor allem Warmfront-Niederschläge zeichnen sich durch ein grossflächiges, wie langzeitliches Erscheinungsbild aus. Aus dieser Charakteristik lässt sich wiederum eher eine homogene Beregnung des gesamten EZG ableiten, als aus den zum Teil sehr lokal und zeitlich differenziert auftretenden Gewitterzellen (= Konvektiv-Niederschlag). Die Güte der Interpolation steht auch immer in direkter Abhängigkeit zur Messnetzdichte, wobei auch die Grösse und orographische Heterogenität der EZG ausschlaggebende Faktoren sind.

NIEDERSCHLAG – 15

Abhängig von der geographischen Lage und Topographie unterschieden sich die Niederschlagsregime deutlich. Eine Heterogenität der Niederschläge kann bereits in relativ kleinen Regionen, wie der Schweiz, beobachtet werden. In welchen Regionen der Schweiz sind die Niederschlagsmengen (im langjährigen Mittel) am geringsten?

Wallis und Engadin – Das Wallis ist vor allem deshalb so regenarm, da es von zwei Seiten (nördliche und südliche Ausrichtung) durch eine hohe Gebirgskette abgeschirmt ist. Diese natürlichen Barrieren bewirken, dass sich feuchte Luftmassen aus dem Süden und Norden bereits ausgeregnet haben (orographischer Niederschlag). Ähnliche Effekte sind auch im Engadin beobachtbar.

STARKNIEDERSCHLAG – 1

Die Quantile Regression-Methode ist eine der wichtigsten Methoden zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Voraussetzung für deren Anwendung ist die Verfügbarkeit geeigneter Rohdaten. Welche Eigenschaft muss eine Datenreihe besitzen, damit sie als Datengrundlage für die Quantile Regression-Methode geeignet ist?

Daten müssen aus kontinuierlicher, bzw. quasikontinuierlicher Aufzeichnung stammen

STARKNIEDERSCHLAG – 2

Für viele Fragestellungen der Ingenieurhydrologie ist die Auftretenshäufigkeit von Starkniederschlägen eine entscheidende Grösse. Die Frequenzanalyse ist hierbei ein sehr hilfreiches Instrument. Welche Methode kommt weltweit häufig zum Einsatz, wenn es darum geht, Starkniederschlagsereignisse in einer Frequenzanalyse zu untersuchen?

Quantile Regression-Methoden-basierte DDF-Kurve

STARKNIEDERSCHLAG – 3

Für viele Fragestellungen der Ingenieurhydrologie ist die Auftretenshäufigkeit von Starkniederschlägen eine entscheidende Grösse. Dies gilt beispielsweise für die Dimensionierung von Wasserspeichern oder für die Risikoanalyse im Hochwasserschutz. Wie lautet der Überbegriff für statistische Methoden, mit denen Starkniederschläge bezüglich ihrer Auftretenswahrscheinlichkeit untersucht werden?

Frequenzanalyse

STARKNIEDERSCHLAG – 4

Die statistische Analyse von Starkniederschlagsdaten ist beispielsweise für die Dimensionierung von Wasserbauwerken, sowie zur Charakterisierung der hydrologischen Antwort eines EZG sehr wichtig. Starkniederschläge können entweder anhand ihrer Dauer oder ihrer Intensität beschrieben werden. Welche der folgenden Aussagen über die IDF (intensity duration frequency) – Kurve ist/sind richtig?

  • Die IDF gibt die Niederschlagsintensität als Funktion der Dauer und einer bestimmten Wiederkehrperiode an.
  • Für eine gegebene mittlere Niederschlagsintensität und Niederschlagsdauer kann aus der IDF-Kurve die Wiederkehrperiode abgelesen werden.

STARKNIEDERSCHLAG – 5

Bei der Dimensionierung von Hochwasserschutz-Anlagen spielt der Dimensionierungsniederschlag eine wichtige Rolle. Um diesen zu bestimmen, müssen bestimmte hydrologische Daten vorhanden sein.

Was bildet die Grundlage für die Bestimmung eines Dimensionierungsniederschlages?

DDF- und IDF-Kurven

STARKNIEDERSCHLAG – 6

Die Quantile Regression-Methode dient zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Nachdem die jährlichen Maxima für die ausgewählten Niederschlagsdauern aus der Datenreihe bestimmt wurden, gilt es, diese zu ordnen, damit ihnen nachfolgend eine empirische Unterschreitungswahrscheinlichkeit F zugeordnet werden kann. Welche Formel erlaubt die Berechnung empirischer Unterschreitungswahrscheinlichkeiten nach Weibull?

 \(F = { i \over (n+1) }\)mit n = Anzahl der Datenpunkte und i = Rang des jeweiligen Wertes

STARKNIEDERSCHLAG – 7

Die Quantile Regression-Methode dient zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Dabei werden die Jahresmaxima ausgewählter Dauern gesucht und geordnet, um daraus deren Wiederkehrperiode zu bestimmen. Trägt man die Niederschlagshöhen, die durch eine gewisse Widerkehrperiode bestimmt sind, gegen deren Dauer auf, erhält man die empirischen DDF-Kurven. Welche mathematische Funktion lässt sich am besten an die empirische DDF-Kurve anpassen?

Die Potenzfunktion

STARKNIEDERSCHLAG – 8

Die Quantile Regression-Methode dient zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Nachdem die empirische Unterschreitungswahrscheinlichkeit F zugeordnet ist, kann im nächsten Schritt die Wiederkehrperiode R der Ereignisse berechnet werden. Welche Formel erlaubt die Berechnung der Wiederkehrperiode R?

\(R = {1 \over 1-F}\)

STARKNIEDERSCHLAG – 9

Die Quantile Regression-Methode ist eine der wichtigsten Methoden zur Frequenzanalyse von Starkniederschlägen. Zur Anwendung dieser Methode müssen allerdings Annahmen getroffen werden. Welche Eigenschaft/en von Niederschlagsereignissen unterschiedlicher Dauer muss/müssen gewährleistet sein, damit die Quantile Regression-Methode angewandt werden kann?

Statistische Unabhängigkeit der Ereignisse

STARKNIEDERSCHLAG – 10

Für viele Fragestellungen der Ingenieurhydrologie ist die Auftretenshäufigkeit von Starkniederschlägen eine entscheidende Grösse. Die Frequenzanalyse ist hierbei ein sehr hilfreiches Instrument. Welche drei Eigenschaften eines Niederschlagsereignisses werden bei der Frequenzanalyse mit Hilfe einer DDF-Kurve in Beziehung zueinander gesetzt?

  • Dauer
  • Niederschlagshöhe
  • Wiederkehrperiode

STARKNIEDERSCHLAG – 11

Auf der Grundlage einer IDF-Kurve soll ein mögliches Starkniederschlagsereignis mit der Auftretenswahrscheinlichkeit von 0.01 a-1 für eine Fläche von 1 km2 analysiert werden. Wie gross ist die Niederschlagshöhe, die während 50 min fällt?

Aus 0.01 a-1 folgt R = 100 und gemäss Grafik: 83.3 mm.

STARKNIEDERSCHLAG – 12

Welche der folgenden Aussagen über die DDF (depth duration frequency) – Kurve ist/sind richtig?

  • Die DDF gibt die Niederschlagshöhe als Funktion der Dauer und einer bestimmten Wiederkehrperiode an.
  • Für eine gegebene Niederschlagshöhe und Niederschlagsdauer kann aus der DDF-Kurve die Wiederkehrperiode abgelesen werden.

INTERZEPTION UND EVAPOTRANSPIRATION – 1

Das Lysimeter ist ein Gerät zur Messung der Evapotranspiration. Mit seiner Hilfe kann die aktuelle Evapotranspiration an einem Ort, mit einer bestimmten Vegetation, gemessen werden. Welche der folgenden Angaben benötigen Sie, um die Evapotranspiration von der Oberfläche eines Lysimeters über einen gewissen Zeitraum zu bestimmen?

  • Niederschlag
  • Masse zu Beginn der Messung
  • Masse am Ende der Messung
  • Menge an Sickerwasser

INTERZEPTION UND EVAPOTRANSPIRATION – 2

Die Evapotranspiration ist abhängig von mehreren Faktoren wie Wasserverfügbarkeit, Sonneneinstrahlung und Luftfeuchtigkeit. Wie wird die Evapotranspiration über einem stehenden Gewässer durch zunehmende Windstärke beeinflusst?

Die Verdunstung nimmt durch den beschleunigten Abtransport der gesättigten Luftpakete zu.

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