Dimensionierung von Kapillarsperren zur Oberflaechenabdichtung von Deponien und Altlasten

Hamburg

1996

420 S.

zahlr. Lit. Ang.

Bandaufführung

98820

Kapillarsperren sind eine vielversprechende alternative Dichtungskomponente feur Oberflaechenabdichtungssysteme. Ueber die Rahmenbedingungen ihrer Funktionsfaehigkeit und ihre Dimensionierung ist jedoch bisher zu wenig bekannt. Wesentliche Faktoren sind die bodenhyrologischen Eigenschaften (Formel) von Kapillarschicht und -block, die Hangneigung, Hanglaenge und Hangform sowie die Zusickerung in die Kapillarschicht in ihrer raeumlichen und zeitlichen Verteilung. Der Einsatz von Simulationsmodellen hat gegenueber empirischen Untersuchungen den erheblichen Vorteil, dass in relativ kurzer Zeit und mit relativ geringem Aufwand eine Vielzahl von als relevant erachteten Faktorenkombinationen durchgespielt werden koennen. Er setzt jedoch voraus, dass das benutzte Simulationsmodell hinreichend validiert ist, insbesondere auch durch einen Outputvergleich mit anwendungsnah gewonnenen Messdaten. Daher wurde eine Validierungsstudie fuer das frei verfuegbare zweidimensionale Finite-Elemente-Simulationsmodell SWMS_2D (Version 1.1, Simunek et al. 1992) anhand der Messdaten der 10-m- Rinne dieses Forschungsvorhabens durchgefuehrt. Aus einer Reihe von Gruenden wurden idealtypisch ausschliesslich Gleichgewichtszeitraeume simuliert, zudem mit raeumlich gleichverteiltem Zufluss von oben und ohne Hangzugwasser in das System. Es standen Daten fuer eine Materialkombination (Metha-Sand fuer die Kapillarschit und Doerner-1/3-Kies fuer den Kapillarblock) zur Verfuegung. Beide Materialien wurden als homogen und isotrop angenommen. Zunaechst wurde in Vorstudien der Einfluss modellinterner Groessen, insbesondere der Konstruktion des Finite-Elemente-Netzes, auf die Simulationsergebnisse ermittelt. Dabei zeigte sich ein geringer, aber kaum systematisierbarer Einfluss der Netzkonstruktion auf die Abflussraten der Kapillarschicht und des -blocks. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden zwei Netze fuer die folgenden Simulationslaeufe ausgewaehlt, eines mit 2 Abfluessen (Kapillarschicht und -block) und eines mit 10, in dem der Abfluss des Kapillarblocks in der 9 Abschnitte entlang des Hangs aufgeloest ist. In einer anschliessenden Sensitivitaetsstudie wurde der Einfluss der bodenhydrologischen Parameter (gesaettigte Wasserleitfaehigkeit und die Parameter a und n des Van-Genuchten-Mualem-Modells fuer Kapillarschicht und - block), deren Bestimmung mit gewissen Unsicherheiten verbunden ist, die aber (ausgerechnet) das Abflussverhalten dominieren, auf die Simulationsergebnisse ermittelt. Bei beiden Hangneigungen wirken sich Aenderungen der Parameter a und n des Kapillarblocks wesentlich staerker auf die Abflussraten aus als die der Kapillarschicht. Steigende Werte fuer a und n des Kapillarblocks (der Block entwaessert "frueher", d.h. bereits bei geringeren Wasserspannungen, und "schneller" mit steigender Wasserspannung) fuehren zu geringeren Kapillarblockabfluessen, sinkende Werte von a und n der Kapillarschicht (spaet und langsam entwaessernd) wirken in die gleich Richtung, jedoch in wesentlich geringerer Intensitaet. Demgegenueber wirkt bei der gesaettigten Leitfaehigkeit die der Kapillarschicht wesentlich staerker auf die Abfluesse als die des -blocks. Der Kapillarblockabfluss sinkt mit steigender Leitfaehigkeit der Kapillarschicht deutlich, mit sinkender Leitfaehigkeit des -blocks dagegen erheblich weniger. In beiden Faellen (a und n sowie ks) haengt die Hoehe des Einflusses auch vom Verhaeltnis der Abflussraten ab: Er ist tendenziell am groessten, wenn beide Abflussraten gleich gross sind. In der Validierungsstudie wurden vier Gruppen von Simulationslaeufen gefahren, eine mit den Mittelwerten der bodenhydrologischen Parameter und drei mit Extrapolationslaeufen von jeweils einer an einem bestimmten Ziel ausgerichteten Kalibrierung mit den bodenhydrologischen Parametern als Stellgroessen fuer einen ausgewaehlten Gleichgewichtszeitraum. Ziele der Kalibrierung waren die Optimierung der Leitfaehigkeit der Kapillarschicht, die des -blocks und die der hydrologi...