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.
Inhaltsverzeichnis
- Danksagung
- 1 Einleitung
- 2 Material und Methoden
- 2.1 Versuchsbeschreibung
- 2.2 Methoden
- 2.2.1 Bestimmung der Zu- und Abflüsse
- 2.2.2 Bestimmung der Bodenparameter
- 2.2.2.1 Tensionsbestimmungen
- 2.2.2.2 Wassergehaltsbestimmung
- 2.2.2.3 Gesättigte Wasserleitfähigkeitsbestimmung
- 2.2.2.4 Korngrößenverteilungen
- 2.2.3 Anpassung der VAN GENUCHTEN Parameter
- 2.2.3.1 RETC
- 2.2.3.2 Manuell gefittete Parameter
- 2.2.3.3 SOILPROP
- 2.2.4 Simulation mit HYDRUS_ID
- 2.3 Darstellung der Messwerte
- 2.3.1 Zeitlicher Verlauf der Zu- und Abflüsse
- 2.3.2 Zeitlicher Verlauf der Wasserspannungen
- 2.3.3 Zeitlicher Verlauf der Wassergehalte
- 2.3.4 Hydraulische Leitfähigkeiten
- 2.3.5 Korngrößenverteilungen
- 3 Ergebnisse
- 3.1 Bestimmung der VAN GENUCHTEN Parameter
- 3.1.1 Unsegmentiertes Lysimeter
- 3.1.1.1 SOILPROP
- 3.1.1.2 RETC / manuell gefittete Parameter
- 3.1.2 Segmentiertes Lysimeter
- 3.1.3 Segment I
- 3.1.4 Segment II
- 3.2 Simulationsergebnisse
- 3.2.1 Unsegmentiertes Lysimeter
- 3.2.2 Segmentiertes Lysimeter
- 3.2.2.1 Segment I
- 3.2.2.2 Segment II
- 4 Diskussion
- 4.1 Zu- und Abflüsse
- 4.2 Wasserspannungen und Wassergehalte
- 4.3 Fehlerbetrachtung
- 4.3.1 Messwertebestimmung
- 4.3.2 Simulationsmodelle
- 5 Zusammenfassung
- 6 Verzeichnisse
- 6.1 Abbildungsverzeichnis
- 6.2 Tabellenverzeichnis
- 6.3 Verwendete Symbole
- 6.4 Einheiten
- 6.5 Verwendete Software
- 6.6 Literaturverzeichnis
- 7 Anhang ACHTUNG - NICHT ENTHALTEN.
- 7.1 Modellparameter
- 7.1.1 RETC
- 7.1.2 SOILPROP
- 7.1.3 HYDRUS ID
- 7.2 Messsondenbauart
- 7.3 Tensiometerwerte
- 7.4 TDR - Werte
- 7.5 Messwertetabelle
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Modellierung des Bodenwasserhaushaltes in einem Lysimeter. Ziel ist es, die Wasserbewegung im Boden unter verschiedenen Bedingungen zu simulieren und die Ergebnisse mit Messdaten zu vergleichen. Die Arbeit soll einen Beitrag zum Verständnis der hydrologischen Prozesse im Boden leisten und die Möglichkeiten der Modellierung für die Praxis aufzeigen.
- Modellierung des Bodenwasserhaushaltes in einem Lysimeter
- Vergleich von Simulationsergebnissen mit Messdaten
- Anpassung von Bodenparametern für die Simulation
- Bewertung der Genauigkeit von Simulationsmodellen
- Anwendung von Modellierungstechniken in der Praxis
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung stellt die Thematik der Diplomarbeit vor und erläutert die Bedeutung der Modellierung des Bodenwasserhaushaltes. Kapitel 2 beschreibt das verwendete Lysimeter, die Messmethoden und die verwendeten Simulationsmodelle. Die Ergebnisse der Parameterbestimmung und der Simulationen werden in Kapitel 3 präsentiert. Kapitel 4 diskutiert die Ergebnisse und die Genauigkeit der Simulationen. Die Zusammenfassung fasst die wichtigsten Erkenntnisse der Arbeit zusammen.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Modellierung des Bodenwasserhaushaltes, Lysimeter, Wasserbewegung im Boden, Bodenparameter, Simulation, HYDRUS-ID, VAN GENUCHTEN Parameter, RETC, SOILPROP, Messdaten, Fehlerbetrachtung.
- Quote paper
- Ulrich Birkner (Author), 2000, Modellierung des Bodenwasserhaushaltes in einem Lysimeter, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185647
