Modellierung des Bodenwasserhaushalts eines Lysimeters

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 [...]

Zusammenfassung
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 []