Die Hysterese der pF-Kurve am Beispiel ihrer Auswirkung auf die Simulationsergebnisse für den Wasserhaushalt sandiger Kiefernwaldökosysteme

Göttingen

1994

130 S.

107 Lit. Ang.

Bandaufführung

102739

Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der Hysterese der pF-Kurve auf die Ergebnisse der Wasserhaushaltssimulation zu untersuchen. hierfür war als wesentliche und umfangreiche Vorarbeit die Entwicklung einer mathematischen Formulierung der Hypothese erforderlich, die sich als Grundlage ihrer Simulation eignet. Als zum Testen benötigte Datenbasis dienten verschiedene Messwerte dreier mit Kiefern bestockter Standorte in Nordwestdeutschland. Eigene bodenhydrologische Daten wurden auf einem Standort in der Nähe von Cloppenburg (Peterswald) erhoben. Für die beiden anderen Standorte in Fuhrberg stammen die klimatologischen Daten aus der Dissertation von Flüggen (1991). Hierbei handelt es sich um einen grundwasserfernen und einen grundwassernahen Standort (Hirschgehege und Lindhorst). Die Arbeit gliedert sich in drei Teilbereiche: 1. die Beschreibung der Hysterese der pF-Kurve (Saugspannungs-/Wassersättigungs-Beziehung) 2. der Auswahl einer fuer die Simulation geeigneten Methode zur Bestimmung der Verdunstung 3. die Wasserhaushaltssimulation zu 1: Die Beschreibung der Hysterese der pF-Kurve erfolgte durch eine Simulation mit dem Hysteres-Modell von Mualem (1973, 1974, 1976). Hierfür wurden die Messdaten aus Peterswald verwendet. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: - Der untersuchte Boden zeigte ein deutliches Hysterese-Verhalten. D.h., bei einem bestimmten Saugspannungswert konnte der Boden beträchtlich verschiedene Wassergehalte aufweisen bzw. umgekehrt bei einem bestimmten Wassergehalt verschiedene Saugspannungen. - Diese Differenzen der Wassergehalte bzw. der Saugspannungen sind von der Art und der Richtung der im Boden stattfindenden Vorgänge abhängig. Beim Bewässerungsvorgang (Absorption) sind die Wassergehaltswerte bei gleicher Saugspannung des Bodens immer niedriger als beim Entwässerungsvorgang (Desorption). Darüberhinaus ist das Hysterese-Verhalten substratspezifisch. - Im Vergleich zu den mit sonst üblichen Methoden im Labor gemessenen Wassergehaltswerten sind die im Feld mit der neuartigen TDR-Sonde erhaltenen Werte erheblich niedriger. Die grössten Unterschiede traten bei geringen Saugspannungen auf. Wichtige Ursachen hierfür sind wahrscheinlich die heterogene Porengeometrie und die während der Befeuchtungsphase in den Poren eingeschlossene Luft. - Die Simulation mit dem Modell von Mualem lieferte gute Ergebnisse. Sowohl die simulierten Wassergehalts- als auch Saugspannungswerte konnten gut an die gemessenen Werten angepasst werden. Die Simulation selbst war schwierig und zeitaufwendig. Dies hatte zweierlei Gründe: 1. das Modell setzt die Vorgabe einer zunächst anhand von Feldmessungen und Substrateigenschaften geschätzten Hysterese-Schleife (pF-Kurven für De- und Absorptionsvorgänge) voraus. Simulationsversuche mit unterschiedlichen Schleifen ergaben sehr unterschiedliche Ergebnisse. Da die vorliegenden Labor pF-Kurven nicht für diese Simulation geeignet waren, mussten unzählige Tests unternommen werden, um anhand der Feldmessungen eine für die Simulation geeignete Hysterese-Schleife zu finden. Eine Auswahl von pF-Kurven gleichartiger Böden aus Feldmessungen wäre hilfreich gewesen, lag jedoch nicht vor. 2. die Simulationsergebnisse haengen ausserdem von dem eingegebenen Anfangsfeuchtewert ab (bestimmter Wassergehaltswert bei bestimmten Saugspannungswert). Dieser kann in der Natur nicht exakt bestimmt werden (das System faengt quasi an einem unbestimmten Punkt an). Da entsprechende Messungen nicht vorliegen, waren viele, langwierige Testversuche erforderlich, um diesen Wert näherungsweise schätzen zu können. zu 2: Um die Verdunstung zu bestimmen, wurden verschiedene Methoden mit den Messdaten aus Fuhrberg getestet: eine Methode zur Bestimmung der potentiellen (Penman-Methode) und vier andere zur Bestimmung der aktuellen Verdunstung (Bowenverhältnis- und Depositionsvelocity-Methode, sowie Penman-Monteith Methode mit und ohne Bestandeswiderstand (rc nach Calder)).