Laborgeräte
Mit Labormessungen bestimmen Sie verschiedene Parameter unter definierten Randbedingungen, was Ihnen eine hohe Wiederholungsrate der Versuche und somit eine fundierte statistische Auswertung ermöglicht.
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Wissenswertes zu Laborgeräten
Einige wichtige Parameter zur bodenkundlichen und bodenhydraulischen Charakterisierung eines Standorts/Bodenmaterials können Sie nur anhand von Laborexperimenten ableiten. Zu den wichtigen materialbeschreibenden Parametern gehören die Korngrößenverteilung und die Porosität, die neben der Bestimmung der Bodenart auch Aufschluss über die Qualität des Bodens, dessen Wasserhaushaltseigenschaften, Bearbeitbarkeit, sowie dessen Eignung als Ackerland oder Baugrund geben.
Weitere wesentliche bodenhydraulische Eigenschaften sind die Retentionscharakteristik und die Beschreibung der Leitfähigkeit des Bodens in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad. Beide Charakteristiken können anhand von Laborexperimenten bestimmt werden.
Korngrößenverteilung
Die Korngrößenverteilung gibt die Anteile der Korngrößenklassen eines Bodens an. Anhand dieser Verteilung der Anteile kann nicht nur die Bodenart abgeleitet werden, sondern auch Annahmen über das hydraulische Verhalten und den Stofftransport gemacht werden (bspw. erhöhtes Sorptionsverhalten bei stark tonhaltigen Böden). Die Verteilung der Korngrößen wird für Partikel mit einem Durchmesser größer als 0,063 mm anhand einer Trockensiebung mittels Siebturm bestimmt. Nach vorheriger nasser Abtrennung der Feinanteile (Nass-Siebung) wird die Verteilung der Feinkornfraktionen über eine Sedimentationsanalyse ermittelt.
Porosität
Die Porosität eines Bodens ist das Verhältnis des Porenvolumens zum Gesamtvolumen einer Bodenprobe. Sie spielt eine wichtige Rolle im Wasser- und Stofftransportverhalten eines Bodens. Die Porosität kann aus der Trockenrohdichte und Lagerungsdichte eines Bodens abgeleitet werden. Die Trockenrohdichte lässt sich anhand eines Pyknometers bestimmen.
Retentionscharakteristik
Die Retentionskurve eines Bodens beschreibt den nicht linearen Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt und der Saugspannung im Boden. Aus diesem Zusammenhang können wichtige, charakteristische Werte abgeleitet werden, wie der Wassergehalt beim permanenten Welkepunkt PWP der Pflanzen (konventionell bei pF=4,2; wobei pF = lg(Saugspannung [cm]), der Wassergehalt bei Feldkapazität FK (konventionell bei pF=1,8) oder die Menge an nutzbaren Wasser für die Pflanzen (nutzbare Feldkapazität nFK: FK-PWP).
Der Verlauf der Retentionskurve bis pF=3 kann über die Verdunstungsmethode (ku-pF-Apparat) oder über Multistep-Outflow-Experimente (z.B. mit hängender Wassersäule) bestimmt werden. Für den Bereich der Retentionskurve pF > 4 werden gewöhnlich Drucktopf-Experimente verwendet.
Leitfähigkeitscharakteristik
Die Retentionscharakteristik wird zusammen mit der Leitfähigkeitscharakteristik für die Beschreibung des hydraulischen Verhaltens eines Bodens verwendet und stellt eine Grundlage für die Parametrisierung von physikalisch basierten Wassertransportmodellen dar. Die Leitfähigkeitsfunktion eines Bodens beschreibt den nicht linearen Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt (oder Saugspannung) eines Bodens und der hydraulischen Leitfähigkeit.
Die hydraulische Leitfähigkeit eines Bodens ist unter gesättigten Bedingungen am größten. Mit Abnahme des Wassergehaltes sinkt auch die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens, da der effektive Fleißquerschnitt abnimmt und gleichzeitig die Reibung und die Tortuosität zunehmen. Die Bestimmung der Leitfähigkeitsfunktion kann ahand des ku-pF-Apparates simultan mit der Retentionskurve bestimmt werden.
FAQ: Hydraulische Leitfähigkeit
Die gesättigte hydraulische Leitfähigkeit (Ks) beschreibt die Fähigkeit eines vollständig wassergesättigten Bodens, Wasser zu leiten. Sie zählt zu den wichtigsten hydraulischen Bodenkennwerten und beeinflusst Infiltration, Sickerwasserbildung, Grundwasserneubildung sowie Oberflächenabfluss.
Die hydraulische Leitfähigkeit wird im Labor an ungestörten oder aufbereiteten Bodenproben unter definierten hydraulischen Bedingungen bestimmt. Hierzu werden häufig Permeameter eingesetzt, die den Wasserdurchfluss durch eine Bodenprobe bei einem kontrollierten hydraulischen Gradienten messen. Beim Constant-Head-Verfahren wird der hydraulische Gradient während der Messung konstant gehalten, wodurch stabile und reproduzierbare Messbedingungen entstehen. Beim Falling-Head-Verfahren verändert sich der Gradient während der Messung durch die abnehmende Wassersäule.
Das UGT Permeameter nach Ketelsen arbeitet nach dem Constant-Head-Prinzip und ermöglicht eine automatisierte Messung der hydraulischen Leitfähigkeit über einen großen Leitfähigkeitsbereich. Das System erkennt die hydraulischen Eigenschaften der Probe und passt die Messung automatisch an gut und gering durchlässige Böden an. Die untere Messwertgrenze liegt bei einem kf-Wert von 0,15 cm/d.
Das UGT Haubenpermeameter nach Hartge arbeitet ebenfalls nach dem Constant-Head-Prinzip und ermöglicht die Bestimmung der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit an ungestörten Bodenproben unter sehr kleinen hydraulischen Gradienten. Durch die Verwendung naturnaher Gradienten werden die Bedingungen der Wasserbewegung im Boden besser abgebildet als bei Messungen mit hohen Druckgefällen.
Die hydraulische Leitfähigkeit beeinflusst nahezu alle Wasserbewegungen im Boden und stellt daher einen zentralen Eingangsparameter für hydrologische Modelle dar. Präzise Messwerte verbessern die Simulation von Infiltration, Verdunstung, Grundwasserneubildung und Stofftransport erheblich. Eine realistische Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit ist daher entscheidend, um Wasserflüsse im Boden zuverlässig abzubilden und die Genauigkeit hydrologischer Modelle zu verbessern.
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