Wasserbewegung und Wasserleitfähigkeit des Bodens

Alfeld/Leine

1998

Kap. 2.6.2.4, 42 S.

zahlr. Lit. Ang.

Unselbständiges Werk

200104661

In diesem Abschnitt werden die hydraulischen Eigenschaften von Böden behandelt. Das Porensystem wird zunächst makroskopisch betrachtet, was die Definition eines sog. repräsentativen Elementarvolumens erfordert. Die Potentiale des Bodenwassers erlauben eine quantitative Beschreibung der Retentionseigenschaften und damit der Porengrößenverteilung. In diesem Zusammenhang stellt die Wasserretentionskurve das erste wichtige Bodencharakteristikum dar. Ausgewählte unimodale (Brooks/Corey, van Genuchten, Vachaud/Vauclin, Gregson) und mehrmodale (Durner, Othmer, Zhang) Modelle der Porengrößenverteilung sowie ein Fraktalmodell werden vorgestell. Die folgende mikroskopische Darstellung des Porensystems mit Hilfe formaler Porenneztwerke beschränkt, sich auf einige wenige wesentliche Grundzüge dieser Arbeitsrichtung. Die Untersuchung der Strömung einer flüssigen Phase durch eine Kapillare (Gesetz von Hagen und Poiseuille) sowie durch wassergefüllte Kapillarbündel führt zu den Gleichungen von Hazen und Kozeny-Karman. Auf unregelmäßige Porensysteme wird die Darcy-Gleichung angewendet, deren Modifikationen bei gesättigter und ungesättigter sowie stationärer und instationärer Einphasenströmung unterschiedlicher Dimensionalität für ausgewählte Randbedingungen besprochen werden. Erst das ermöglicht eine umfassende Definition der hydraulischen Leitfähigkeit für gesättigte und ungesättigte Böden, die einer räumlichen Variabilität unterliegt. Einige ausgewählte Verfahren zur Vorhersage der hydraulischen Leitfähigkeit gesättigter Böden (Mishra/Parker, Weiterentwicklungen der Hazen-Formel, Ahuja) werden besprochen. Die ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit wird zunächst durch empirische Ansätze beschrieben (Gardner, Wind, Rijtema, Davidson, Averjanow-Mualem) und dann auf der Basis der Porengrößenverteilung berechnet. Hier wird das Modell von Burdine ausführlich diskutiert. Die ebenfalls auf der Porengrößenverteilung basierenden statistischen Modelle der hydraulischen Leitfähigkeit werden am Beispiel der Theorie von Mualem erläutert. Die Kombination von Modellen der Porengrößenverteilung mit solchen der hydraulischen Leitfähigkeit führt zur Ableitung von Vorhersageverfahren, von denen das nach Brooks/Corey/Burdine kurz und das nach van Genuchten/Mualem ausführlich vorgestellt werden. Abschließend wird ein Überblick über Methoden zur Ermittlung der hydraulischen Leitfähigkeit gegeben. die ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit kann durch direkte (stationäre und instationäre) Methoden, durch inverse Methoden und durch Pedotransferfunktionen bestimmt werden. Bei der Behandlung von Beispielen wird der Instantaneous Profile Method und den Infiltrationsmethoden für die Anwendung im Felde (Bohrlochpermeameter, Tensionsinfiltrometer, Infiltrationsmessungen mit gesättigter Bodenoberfläche) besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Das große Gebiet der Pedotransferfunktionen konnte nur durch wenige Beispiele berücksichtigt werden.