Guelph-Infiltration

12.05.2006, Schunterau

Stephan Sittig, Torben Wittwer, Michael Roers, Tobias Müller, Kathrin Fabian, Denise Samol, Martin Dietzel,

Fabian Haßel, Arndt Geerken, Christian Brand, Moritz Kupisch, Bianca Frankiewitsch, Katharina Droßel

Gliederung

1. Hydraulische Leitfähigkeit

2. Standort

3. Guelph-Permeameter

4. Durchführung

5. Ergebnisse

6. Fazit

1. Hydraulische Leitfähigkeit- Definition -

feldgesättigte Leitfähigkeit Ks

Materialeigenschaft des Bodens Kenngröße für den Wassertransport und den

wassergebundenen Stofftransport im Boden abhängig von Porengrößenverteilung Maximum bei vollständiger Wassersättigung

des Bodens Funktion des Matrixpotentials Φm

1. Hydraulische Leitfähigkeit-Bestimmung - Verfahren von Elrick & Reynolds (1992):

Q [cm³ d-1] - Wasseraufnahme des Bodens H [cm] - Höhe des Wasserspiegels im

Bohrloch C [-] - dimensionsloser Formfaktor

(= f(H/r)) KS [cm d-1] - gesättigte Leitfähigkeit Φm [cm² d-1] - Matrix-Fluss-Potential r [cm] - Bohrlochradius

2. Standort

3. Guelph-Permeameter

aus Durner (2006)

www.landwirtschaft.sachsen.de

3. Guelph-Permeameter Bohrlochinfiltrometer konstante Druckhöhe Vorteile:- in-situ Messung- Messung durch eine Person möglich- geringer Wasserbedarf (2 - 2,5 l/Messung)- Messdauer ca. 0,5-1 h- Messtiefen von 15 bis 75 cm

horizontbezogene Beprobung Nachteil:- Seitliche Diffusion nimmt mit Überstauhöhe zu.

Durchführung

Bohrlocherstellung von ca. 30 cm Tiefe und

6 cm Durchmesser Bodenverdichtung vermeiden! Aufbau des Guelph-Permeameters Befüllung des Permeameters Einstellen der Überstauhöhe über das

Lufteinlassrohr (Anfangsbedingung: 5 cm)

Durchführung

Start der Messung durch Öffnung des Lufteinlassventils

Ablesen des Wasserstandes in regelmäßigen Abständen bis ein hydraulisches Fließgleich- gewicht erreicht ist (stationärer Fluss)

Wiederholung der Messung mit Überstauhöhen von 10 und 15 cm

Ergebnisse (exemplarisch)

0

200

400

600

800

1000

0 2 4 6 8

Zeit [min]

Wa

ss

era

ufn

ah

me

de

s B

od

en

s

[cm

³/m

in]

5 cm Überstau 10 cm Überstau 15 cm Überstau

Ks-Wert Verteilung [cm/d]

???

450

650

60

300

530

Fehlerabschätzung

Fehler wurden unterschiedlich abgeschätzt – Vergleichbarkeit ? – Standardabweichung, Absolutfehler, Fehlerfortpflanzung, Streuung …

Werte streuten zwischen 60 und 1700 cm/d Fehlerquellen: Inhomogenitäten, höhere

Infiltration bei höherem Überstau, Abschätzung von Konstanten (insb. α*), Messungenauigkeiten

Fehlerabschätzung

Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 Gruppe 4

Gruppe 5 Gruppe 6

Streuung der Ergebnisse

650 ± 360 cm/d

530 ± 260 cm/d

- - - 1020 ± 720 cm/d

86 ± 30 cm/d

580 ± 270 cm/d

Geschätzter Wert (Methode)

450 cm/d (α*)

650 cm/d (Regres-sion)

- - - 300 cm/d (α*)

60 cm/d (α*)

530 cm/d (α*, Regres-sion)

Fazit Die ermittelten Werte liegen in der Größenordnung der

Literaturwerte für Mittelsand: 10-3 bis 10-5 m/s. Ausnahme: 60 cm/d. Begründung: Substratwechsel, erhöhter

Schluffanteil (uS: 10-5 bis 10-7 m/s). Schwankungen zw. Standorten auf Heterogenität des Bodens

zurückzuführen (Variation der Korngrößenzusammensetzung, Makroporen, Verdichtung, Schichtwechsel).

Verschiedene Überstauhöhen erreichen unterschiedliche Bodentiefen und ergeben so unterschiedliche ks Werte.

Unterschiede zw. Auswertungsmethoden. Methode 1: Homogenität des Bodens wird vorrausgesetzt Methode 3: Tabellierte Werte α* abhängig von Korngröße,

die jedoch im Feld nur abgeschätzt wurde.

Vielen Dank!