Das Projekt "Physikalisch begruendete Modellierung der Bodenwasserbewegung im Einzugsgebietsmassstab mit stochastischen Eingangsgroessen zur Beschreibung der Variabilitaet bodenhydraulischer Kennwerte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Fachrichtung Hydrowissenschaften, Institut für Hydrologie und Meteorologie, Professur für Hydrologie durchgeführt. Um eine physikalisch begruendete Berechnung des Bodenwasserhaushaltes im Einzugsgebietsmassstab zu ermoeglichen, soll im Rahmen dieses Forschungsvorhabens von der Datenerhebung bis zur Modellierung eine neuartiges Konzept entwickelt und getestet werden.
Das Projekt "Bestimmung der Speicher- und Durchlässigkeitseigenschaft für die Modellierung der Wasserbewegung in Erdbauwerken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Wasserbau durchgeführt. Bei der Bewertung von Infiltrationsvorgängen in Erdbauwerken (Böschungen, Dämme, Deiche) kommt es bei manchen Fragestellungen darauf an, die sich verändernden Druckverhältnisse in ihrer Dynamik zu beschreiben. Bei Teilsättigung, wenn der Porenraum nicht vollständig mit Wasser gefüllt ist, werden das Wasserspeichervermögen und die Wasserdurchlässigkeit eines Bodens maßgeblich vom Sättigungsgrad beeinflusst. Bei der Modellierung teilgesättigter Fließprozesse ist daher die Kenntnis dieser bodenhydraulischen Eigenschaften erforderlich. Die Bestimmung der funktionalen Beziehungen zwischen Wassergehalt und Saugspannung (der sogenannten Wasserspannungskurve oder pF-WG-Kurve) sowie zwischen Durchlässigkeit und Wassergehalt (der so genannten ku-Kurve) ist ziemlich aufwändig. In Ermangelung von Kenngrößen werden entsprechende Parameter aus der Literatur entnommen und im Programm eingesetzt, obwohl diese Werte i.A. an Bodenproben bestimmt wurden, die sich nicht in dem Spannungs-/Verdichtungszustand befinden, der für die untersuchte geotechnische Fragestellung kennzeichnend ist. Zielsetzung dieses Vorhabens ist, einen Versuchstand zu entwickeln, der eine rasche Bestimmung der bodenhydraulischen Eigenschaften an Bodenproben unter verschieden Spannungs-/Verformungszuständen ermöglicht. Im Berichtszeitraum wurden In- und Exfiltrationsexperimente an Bodenproben durchgeführt. Es wurden jeweils fünf hydraulische Belastungsstufen angelegt. Durch die Verdichtung der Probe infolge Auflast wurde das Porenvolumen und seine -größenverteilung beeinflusst, der Anteil Feinporen nahm gegenüber dem der Grobporen zu. Mit zunehmender Verformung infiltriert entsprechend weniger Wasser in die Bodenprobe. Gleichzeitig kann durch den vergrößerten Anteil an Feinporen das Wasser stärker kapillar gebunden werden und die Bodenprobe dräniert erheblich langsamer. Die durchgeführten Versuche bestätigen die Vermutungen zum Einfluss Auflast/Verformung auf die bodenhydraulischen Eigenschaften und unterstreichen die Bedeutung des Verdichtungszustandes bei der Einschätzung der bodenhydraulischen Eigenschaften. Im Verlauf der Versuche wurde deutlich, dass die Interpretation der untersuchten Prozesse eine zuverlässigere Wassergehaltsmessung und generell eine grundlagenorientiertere Vorgehensweise erfordert. Diese Anforderungen sprengen den Rahmen anwendungsorientierter Forschung. Eine Weiterführung der durch dieses FuE-Vorhaben angestoßenen Fragestellungen wird derzeit vom Institut für Boden- und Felsmechanik im Rahmen einer DFG-Forschergruppe erwogen.
Das Projekt "Untersuchung der physikochemischen und mechanischen Eigenschaften von vulkanischen Ascheböden in Südchile und der Konsequenzen für die daraus resultierende Erodibilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Bodenkunde durchgeführt. Die Hauptzielsetzung dieses interdisziplinären Verbundprojektes besteht in der Untersuchung der physikochemischen und mechanischen Eigenschaften und der daraus resultierenden Erosionsneigung von vulkanischen Ascheböden in Südchile in Abhängigkeit von Alter, Entwicklungszustand und Nutzungsform der Böden. Aschenböden stellen in vielerlei Hinsicht wie Porosität, Verdichtbarkeit, Erosionsverhalten, Kornform, Benetzbarkeit, Dynamik der Bodenentwicklung Extremstandorte dar. Gemessen an der Verbreitung und der wirtschaftlichen Bedeutung dieser Böden liegen zwar einige bodenphysikalische und chemische Daten vor, doch können diese Erkenntnisse bisher kaum in allgemeine Kategorien übertragen und auch nicht hinsichtlich der räumlichen Vernetzung und Relevanz bewertet werden. Daher werden mit dem vorliegenden methodischen Ansatz an 12 Catenen mit je 2 Profilen signifikante physikalische Parameter zur Kennzeichnung des physikochemischen, mechanischen und hydraulischen Verhaltens dieser Böden identifiziert und bewertet (siehe Abb.1 im Anhang). Auf diese Weise soll die besondere Bedeutung physikalischer Parameter für die Materialumlagerungen von Ascheböden erfasst werden. Der Erkenntnisgewinn liegt folglich einerseits im verbesserten Prozessverständnis über chilenische Aschenböden, andererseits sollen aber auch die entwickelten und geprüften Methoden auf Aschenböden allgemein übertragbar sein. Damit würde zusätzlich ein wichtiger Beitrag zur Standardisierung der Methoden für Aschenböden im weltweiten Maßstab geleistet werden. Die Interaktion zwischen physikalischen und mechanischen Eigenschaften und deren Ausprägung in Landschaften zu quantifizieren sind Ziel dieses Antrags.
Das Projekt "Prognosemodell fuer die Gewaesserbelastung durch Stofftransport aus einem kleinen laendlichen Einzugsgebiet (Weiherbachprojekt) - Teilprojekt 15: Ermittlung bodenhydraulischer Eigenschaften und Modellierung der Sickerwasserbewegung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Das Forschungsvorhaben ist Teil eines Verbundprojektes mit dem Gesamtziel einer Bilanzierung von Wasser und Stoffen, die aus einem kleinen und hauptsaechlich land- und forstwirtschaflich genutzten Einzugsgebiet ausgetragen werden. Hauptgegenstand des Forschungsvorhabens ist die numerische Simulation der Sickerwasserbewegung. Grundlage fuer die Berechnung der wasserungesaettigten Stroemung ist die Bestimmung von Parameterkurven, die den Zusammenhang zwischen hydraulischer Durchlassigkeit, Wassergehalt und Wasserspannung beschreiben. Anstelle der ueblichen zeitaufwendigen Bodenuntersuchungsmethoden soll ein einfaches Labormessverfahren sowie ein nichtlineares Optimierungsverfahren zur Auswertung der Messdaten eingesetzt werden (inverse Parameterbestimmung). Hierbei wird im wesentlichen nur der instationaere Ausfluss aus oder Zufluss in eine Bodenprobe infolge Druckaenderung gemessen. Mit Hilfe des mit der numerischen Simulation der Feuchtebewegung in der Bodenprobe gekoppelten Optimierungsverfahrens lassen sich die Parameterkurven inklusive Hysterese berechnen. Das Verfahren soll anwendungsreif entwickelt und fuer eine grosse Anzahl von Proben eingesetzt werden, um die raeumliche Variabilitaet der bodenhydraulischen Eigenschaften zu erfassen.
Das Projekt "Wasser- und Nährstoffhaushalt ausgewählter Waldstandorte im Nationalpark Kalkalpen im Rahmen des Projektes Karstforschung im Nationalpark Kalkalpen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Waldökologie durchgeführt. In einem ausgewählten Wassereinzugsgebiet im Nationalpark Kalkalpen wurden entlang eines Höhentransektes drei Waldstandorte zur Erfassung des Wasser- und Nährstoffhaushaltes ausgewählt. Einerseits wird der Einfluss der Baumart (Buche vs. Fichte in der montanen Stufe) andererseits der Einfluss der Bestandesentwicklung (Schlag, Kultur, Altbestand auf einem stark verkarsteten Standort an der Untergrenze der subalpinen Stufe) auf den Wasser- und Nährstoffumsatz getestet. Vorab wurden von allen Flächen Bestandeskennzahlen (Bestockung, Blattflächenhaltung), bodenchemische und bodenphysikalische Parameter (Nährstoffvorräte, Mineralogie, Wassergehalts-Wasserpotentialkennlinien) erhoben. In den Vegetationsperioden 1996 und 1997 wurde wöchentlich Freilandniederschlag, Bestandesniederschlag und Sickerwasser gesammelt und chemisch analysiert. Meteorologische Parameter (Niederschlag, Temperatur, Luftfeuchte) wurden auf allen Flächen dauerregistriert. Der Bodenwasserhaushalt wurde mit Tensiometer- und TDR Sonden untersucht. In einem Bestand wurde zusätzlich die Bestandestranspiration über Saftstrommessungen abgeschätzt. Der Bestandeswasserhaushalt wurde über das Brook90 Modell modelliert. Die konkreten Messergebnisse dienten zur Parametrisierung bzw. Überprüfung des Modells.