Modellierung des Bodenwasserhaushalts eines Lysimeters
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Diplomarbeit aus dem Jahr 2001 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Geologie, Mineralogie, Bodenkunde, Note: 2,0, Christian-Albrechts-Universität Kiel (Agrar- und Ernährungswissenschaften), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:Der Wasserfluss in oberflächennahen Bodenschichten spielt eine entscheidende Rolle im Wasserhaushalt. Die Kenntnis über den Wasserfluss ist Vorraussetzung für die Bewertung und Vorhersage des Verhaltens von gelösten Stoffen im Boden. Die Prognose der Bodenwasserbewegung in einem abgegrenzten Bodenvolumen - auch als Lysimeter bezeichnet - ...
Diplomarbeit aus dem Jahr 2001 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Geologie, Mineralogie, Bodenkunde, Note: 2,0, Christian-Albrechts-Universität Kiel (Agrar- und Ernährungswissenschaften), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Der Wasserfluss in oberflächennahen Bodenschichten spielt eine entscheidende Rolle im Wasserhaushalt. Die Kenntnis über den Wasserfluss ist Vorraussetzung für die Bewertung und Vorhersage des Verhaltens von gelösten Stoffen im Boden. Die Prognose der Bodenwasserbewegung in einem abgegrenzten Bodenvolumen - auch als Lysimeter bezeichnet - ist Gegenstand dieser Arbeit.
Das zugrunde liegende Datenmaterial stammt aus dem Projekt Entwicklung einer Standardmethodik zur Erfassung der bodenhydraulischen Kennwerte in einem definierten Bodenvolumen , welches am Institut für Wasserwirtschaft und Landschaftsökologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel durchgeführt wurde. In diesem Vorhaben wurden in zeitlich und räumlich hoher Auflösung teilflächenbezogen die Zu- und Abflüsse sowie die den Wasserhaushalt charakterisierende Kennwerte Wassergehalt, Wasserspannung und gesättigte Leitfähigkeit eines Lysimeters ermittelt.
Die Modellierung der Wasserbewegung in einem Boden ist primär von den bodenphysikalischen Eigenschaften des Ausgangssubstrates abhängig. Die Bestimmung dieser Parameter kann entweder an ungestörten Stechzylinderproben im Labor oder auch in situ durchgeführt werden. Beide Verfahren weisen ein Skalenproblem auf. Bei der Laborbestimmung ist die betrachtete Größenordnung meistens zu klein, denn man zerstört bei einer Probennahme das etwaige vorhandene Porensystem, bei der in situ Messung ist die Messwerteerfassung das entscheidende Problem, die Größenordnung ist zu groß. Dieses bedeutet, dass in beiden Fällen ein Skalenproblem vorliegt. Um übertragbare Ergebnisse zu erhalten, wurde der Wasserhaushalt eines Bodenmonolithen (Lysimeter), dessen Volumen dem charakteristischen Standardvolumen (CSV) entsprach, im Labor erfasst. Die Abschätzung des CSV wurde durch eine fototechnische Auswertung des zuvor mit einem Farbstoff beregneten Bodenbereichs gewonnen.
Dieser Arbeit liegt die Frage zugrunde, ob es möglich ist, mit dem vorliegenden Datenmaterial eine realitätsnahe Simulation durchzuführen. In unterschiedlichen Simulationsverfahren wird untersucht, inwieweit eine teilflächenbezogene Simulation möglich ist. Einerseits wird das unsegmentierte Lysimeter betrachtet und eine Simulation durchgeführt. Andererseits wird das Lysimeter in zwei Teilsegmente eingeteilt und je Segment eine Berechnung durchgeführt. Es werden die gemessenen Größen Abfluss, Tensions- und Wassergehaltsverlauf mit den jeweiligen Simulationsergebnissen verglichen und diskutiert.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
1.1Theoretische Grundlagen2
1.1.1Wasserspannung - Wassergehalts Kurve2
1.1.2Wasserfluss in einem Lysimeter7
2.Material und Methoden11
2.1Versuchsbeschreibung11
2.2Methoden13
2.2.1Bestimmung der Zu- und Abflüsse13
2.2.2Bestimmung der Bodenparameter14
2.2.3Anpassung der VAN GENUCHTEN Parameter16
2.2.4Simulation mit HYDRUS17
2.3Darstellung der Messwerte17
2.3.1Zeitlicher Verlauf der Zu- und Abflüsse17
2.3.2Zeitlicher Verlauf der Wasserspannungen20
2.3.3Zeitlicher Verlauf der Wassergehalte21
2.3.4Hydraulische Leitfähigkeiten22
2.3.5Korngrößenverteilungen22
3.Ergebnisse24
3.1Bestimmung der VAN GENUCHTEN Parameter24
3.1.1Unsegmentiertes Lysimeter24
3.1.2Segmentiertes Lysimeter28
3.1.3Segment I28
3.1.4Segment II30
3.2Simulationsergebnisse32
3.2.1Unsegmentiertes Lysimeter33
3.2.2Segmentiertes Lysimeter35
4.Diskussion42
4.1Zu- und Abflüsse42
4.2Wasserspannungen und Wassergehalte43
4.3Fehlerbetrachtung45
4.3....
Der Wasserfluss in oberflächennahen Bodenschichten spielt eine entscheidende Rolle im Wasserhaushalt. Die Kenntnis über den Wasserfluss ist Vorraussetzung für die Bewertung und Vorhersage des Verhaltens von gelösten Stoffen im Boden. Die Prognose der Bodenwasserbewegung in einem abgegrenzten Bodenvolumen - auch als Lysimeter bezeichnet - ist Gegenstand dieser Arbeit.
Das zugrunde liegende Datenmaterial stammt aus dem Projekt Entwicklung einer Standardmethodik zur Erfassung der bodenhydraulischen Kennwerte in einem definierten Bodenvolumen , welches am Institut für Wasserwirtschaft und Landschaftsökologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel durchgeführt wurde. In diesem Vorhaben wurden in zeitlich und räumlich hoher Auflösung teilflächenbezogen die Zu- und Abflüsse sowie die den Wasserhaushalt charakterisierende Kennwerte Wassergehalt, Wasserspannung und gesättigte Leitfähigkeit eines Lysimeters ermittelt.
Die Modellierung der Wasserbewegung in einem Boden ist primär von den bodenphysikalischen Eigenschaften des Ausgangssubstrates abhängig. Die Bestimmung dieser Parameter kann entweder an ungestörten Stechzylinderproben im Labor oder auch in situ durchgeführt werden. Beide Verfahren weisen ein Skalenproblem auf. Bei der Laborbestimmung ist die betrachtete Größenordnung meistens zu klein, denn man zerstört bei einer Probennahme das etwaige vorhandene Porensystem, bei der in situ Messung ist die Messwerteerfassung das entscheidende Problem, die Größenordnung ist zu groß. Dieses bedeutet, dass in beiden Fällen ein Skalenproblem vorliegt. Um übertragbare Ergebnisse zu erhalten, wurde der Wasserhaushalt eines Bodenmonolithen (Lysimeter), dessen Volumen dem charakteristischen Standardvolumen (CSV) entsprach, im Labor erfasst. Die Abschätzung des CSV wurde durch eine fototechnische Auswertung des zuvor mit einem Farbstoff beregneten Bodenbereichs gewonnen.
Dieser Arbeit liegt die Frage zugrunde, ob es möglich ist, mit dem vorliegenden Datenmaterial eine realitätsnahe Simulation durchzuführen. In unterschiedlichen Simulationsverfahren wird untersucht, inwieweit eine teilflächenbezogene Simulation möglich ist. Einerseits wird das unsegmentierte Lysimeter betrachtet und eine Simulation durchgeführt. Andererseits wird das Lysimeter in zwei Teilsegmente eingeteilt und je Segment eine Berechnung durchgeführt. Es werden die gemessenen Größen Abfluss, Tensions- und Wassergehaltsverlauf mit den jeweiligen Simulationsergebnissen verglichen und diskutiert.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
1.1Theoretische Grundlagen2
1.1.1Wasserspannung - Wassergehalts Kurve2
1.1.2Wasserfluss in einem Lysimeter7
2.Material und Methoden11
2.1Versuchsbeschreibung11
2.2Methoden13
2.2.1Bestimmung der Zu- und Abflüsse13
2.2.2Bestimmung der Bodenparameter14
2.2.3Anpassung der VAN GENUCHTEN Parameter16
2.2.4Simulation mit HYDRUS17
2.3Darstellung der Messwerte17
2.3.1Zeitlicher Verlauf der Zu- und Abflüsse17
2.3.2Zeitlicher Verlauf der Wasserspannungen20
2.3.3Zeitlicher Verlauf der Wassergehalte21
2.3.4Hydraulische Leitfähigkeiten22
2.3.5Korngrößenverteilungen22
3.Ergebnisse24
3.1Bestimmung der VAN GENUCHTEN Parameter24
3.1.1Unsegmentiertes Lysimeter24
3.1.2Segmentiertes Lysimeter28
3.1.3Segment I28
3.1.4Segment II30
3.2Simulationsergebnisse32
3.2.1Unsegmentiertes Lysimeter33
3.2.2Segmentiertes Lysimeter35
4.Diskussion42
4.1Zu- und Abflüsse42
4.2Wasserspannungen und Wassergehalte43
4.3Fehlerbetrachtung45
4.3....
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