Uni-Bayreuth

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Einblicke in die Bodenwasserdynamik an steilen Hängen mittels Langzeitbeobachtungen an einem geneigten Großlysimeter

Michael Augenstein1, Nadine Göppert1, Nico Goldscheider1
1 Institut für Angewandte Geowissenschaften, Karlsruher Institut für Technologie

P 3.3 in Von der Atmosphäre zum Grundwasser - die Hydrologie der vadosen Zone

Die Bodenwasserdynamik spielt eine Schlüsselrolle bei Abfluss- und Infiltrationsprozessen. Auf der Deponie West in Karlsruhe wurden mehrere Großlysimeterfelder in steiler Hanglage (23,5°) installiert, die eine detaillierte Beobachtung dieser Dynamik über einen langen Zeitraum erlauben. Das hier betrachtete Feld ist in ein oberes und ein unteres Teilfeld gegliedert. Zuoberst liegt eine gemeinsame Rekultivierungsschicht (2,2 m mächtig). Dann folgt eine für beide Teile separate Dränschicht (OKF, 15 cm). Auf dem oberen Teil folgt die 50 cm mächtige mineralische Dichtschicht, die im unteren Teil ausgespart wurde. Zuunterst liegt jeweils die Kapillarsperre. Seit dem Jahr 2000 werden hier Abfluss-, Bodenfeuchte- und Niederschlagsdaten gesammelt, wobei bis 2003 alle Resteinbauwässer abgeführt wurden. Somit stehen aussagekräftige Datenreihen von nahezu 10 Jahren über das Abflussverhalten der ungesättigten Zone zur Verfügung. Anhand der wöchentlichen Bodenfeuchtemessungen wurden Zeitreihenprofile erstellt (Abb. 1), welche die saisonalen Schwankungen abbilden und Zonen erhöhten Retentionspotentials in der Rekultivierungsschicht erkennen lassen (Bereiche höherer Verdichtung bzw. Wurzelzone). Die Bodenfeuchtemessstellen zeigen beim Übergang dieser Schicht zum OKF eine variable Initialfeuchte auf, ab der Wasser abgeführt wird. Dies lässt darauf schließen, dass auch höher liegende Schichten eine Rolle beim Einsatz des Dränabflusses spielen (z.B. durch präferenzielle Fließwege). Durch die Aufteilung in zwei Teilfelder konnte über die gemeinsame Rekultivierungsschicht ein Interflow nachgewiesen werden. Die beiden separat gefassten OKFs nehmen pro Dränperiode eine unterschiedliche Menge an Sickerwasser auf, wobei der Anteil des unteren Kompartiments jeweils größer ist. Zwischen dem Gesamtdränabfluss und dem Verhältnis von Interflow/Gesamtdränabfluss (I/G) besteht ein negativer exponentieller Zusammenhang, wobei I/G immer größer als 0 ist. Durch die Korrelation der Niederschlagsdaten eines Zeitraumes von einem Jahr mit den Jahresabflussdaten des OKF, konnte eine mittlere Verweilzeit von 10 Monaten abgeschätzt werden. Durch Bodenfeuchtedifferenzen zeitlich aufeinander folgender Messungen lässt sich die saisonal bedingte einsickernde Feuchtefront in den Untergrund nachverfolgen. Dabei kann beobachtet werden, dass sich die Front im unteren Teilfeld schneller fortzusetzen scheint als im oberen. Für die unterste Messstelle ergibt sich so in der Saison 2012/2013 eine mittlere Sickergeschwindigkeit von 2,6 cm/Tag und für die oberste 1,4 cm/Tag. Die Daten aus einem Jahrzehnt kombinierter Langzeitmessungen bieten einen tieferen Einblick in die Charakteristik der Bodenwasserdynamik und der Bodenfeuchtevariation. So konnte ein Interflow nachgewiesen werden und das langfristige Durchpausen jahreszeitlicher Niederschläge und Extremereignisse im Bodenfeuchteprofil. Durch Bodenfeuchtedifferenzen konnte die saisonale Feuchtesickerfront im Spätjahr deutlich gemacht werden.

Niederschlag im Vergleich mit den Bodenfeuchteprofilen der Messstellen NS6 und NS7. Deutlich erkennbar die saisonal bedingten Bodenfeuchteschwankungen und die mineralische Dichtschicht in NS7 mit erhöhtem Bodenwassergehalt.
Niederschlag im Vergleich mit den Bodenfeuchteprofilen der Messstellen NS6 und NS7. Deutlich erkennbar die saisonal bedingten Bodenfeuchteschwankungen und die mineralische Dichtschicht in NS7 mit erhöhtem Bodenwassergehalt.

Letzte Änderung 01.11.2013