Bodenfeuchtesimulation am Standort Elsterwerda unter Nutzung von Feld- und Laborergebnissen

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Franz Roth
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1 Altlastenbearbeitung im Land Brandenburg - Saugkerzeneinsatz in der Altlastenbearbeitung - Bodenfeuchtesimulation am Standort Elsterwerda unter Nutzung von Feld- und Laborergebnissen Rickmann- Jürgen Michel Arbeitsfelder des Büros - Untersuchungen zu Archivböden mit natürlichem Boden- und Vegetationsstatus in Wäldern - Kennzeichnung des Zustandes von landwirtschaftlich genutzten Böden (methodische Arbeiten und Untersuchungen in Betrieben) - Projekte zur Stabilisierung des Landschaftswasserhaushaltes und zur Wassserversorgung von Kulturpflanzen - Entwicklung und Einsatz von Modellen zur Steuerung der Bewässerung landwirtschaftlicher Kulturen auf ökologischer Grundlage - Untersuchungen zur Feuchtedynamik in der Aerationszone (i.s. von Sickerwasserprognosen) 1

genutzten Böden (methodische Arbeiten und Untersuchungen in Betrieben) - Projekte zur Stabilisierung des Landschaftswasserhaushaltes und zur Wassserversorgung von Kulturpflanzen - Entwicklung

2 Ziele und Ergebnisse der Bodenfeuchtesimulation Ziele der Bodenfeuchtesimulation - Verständnis der Bodenfeuchtedynamik des Standortes (allgemeines Verständnis sowie standortbedingte und zeitlich bedingte Spezifika) - charakteristische Kenngrößen des Wasserhaushaltes am Standort (Verhältnis von Niederschlag, Verdunstung, Sickerung, kapillarem Wasseraufstieg) - charakteristische Kenngrößen der Feuchtedynamik in der Versickerungszone (Wassergehalte und Saugspannungen in unterschiedlichen Tiefen, Versickerungsdauer) 2

Wasserhaushaltes am Standort (Verhältnis von Niederschlag, Verdunstung, Sickerung, kapillarem Wasseraufstieg) - charakteristische

3 Standort Boden/ Sickerwasserzone (SVZ RKS1 und RKS2L) - bis 2,10 m Sande, bis 2,6 m dichter Schluff, dann Sande - wenig humoser Oberboden - Grundwasser in 2,75 m (Mittel) Vegetation - gering entwickelte, sehr lückige Ruderralvegetation Klima - mittlerer Jahresniederschlag 564 mm (entspricht gut Gesamtsituation des knapp zweijährigen Simulationszeitraums) -1.5 Schluff 3.5 Grundwasser 3

Schluff, dann Sande - wenig humoser Oberboden - Grundwasser in 2,75 m (Mittel) Vegetation - gering

4 4

5 ? 3.5 Grundwasser Sickerung des Wassers in der Aerationszone mm 5

6 Grundwasser 6

7 Grundlagen der Bodenfeuchtesimulation Modell - Entwicklung des Wasserspeicher- und Transportmodells SIPFLANZ in mehreren Stufen seit 1990, z.zt. Weiterentwicklung als Modell ZEPHYR - Berechnung Wasserspeicherung und transport eindimensional (RICHARDS- Gleichung) - schichtweise Wassergehalte und Saugspannungen beliebige Zeitintervalle (meist Tage)... - Grundlage: Eingangsgrößen Wetter, Parameter Pflanzen, Parameter Boden/Sickerzone, (zeitl. Verlauf Grundwassertiefe) 7

Weiterentwicklung als Modell ZEPHYR - Berechnung Wasserspeicherung und transport eindimensional (RICHARDS- Gleichung)

8 Eingangsgrößen Wetter - Niederschlag - Potentielle Verdunstung (Penman) (i.d.r. Tageswerte) Zeitlicher Verlauf Grundwassertiefe 1. Okt Jun Feb [m] (gemessen: GEO-Dittmann) 8

Verlauf Grundwassertiefe 1. Okt. 05 8. Jun. 06 13.

9 Parameter Boden/ Sickerzone Mindestdatensatz (Schicht- bezogen) Elsterwerda gemessen geschätzt Funktion Saugspannungs- Sättigungsverhalten (pf- Kurve) Funktion Wasserleitfähigkeit- Saugspannung (k- Funktion) X X Messungen zur Validierung/ Kontrolle - Wassergehalte (z.b. TDR- Sonden) z.t. Elsterwerda - Saugspannungen (Tensiometer) Elsterwerda! - Sickerungsraten, Speichermengen (Lysimeter) Beispiel Funktion Saugspannungs- Sättigungsverhalten (pf-funktion) (gemessen durch BGD Dresden) 9

Kontrolle - Wassergehalte (z.b. TDR- Sonden) z.t. Elsterwerda - Saugspannungen (Tensiometer) Elsterwerda!

10 Parameter Pflanzenentwicklung Mindestdatensatz Elsterwerda gemessen geschätzt Bedeckungsgrad Durchwurzelung (Tiefe und Wurzelverteilung) Pflanzenhöhe Blattflächenindex bzw. vergleichbare Kennwerte X X X X Untersuchungen zur Wirkung Pflanzen Kartierungen, Lysimeteruntersuchungen, Bodenfeuchtemessungen (Elsterwerda),... Bedeckungsgrad in [%] ausgewählte Parameter zur Pflanzenentwicklung Apr 01. Mai 31. Mai 30. Jun 30. Jul Durchwurzelungstiefe in [cm] tiefgründiger, reicher Standort flachgründiger, ärmerer Standort Apr 01. Mai 31. Mai 30. Jun 30. Jul Korrekturfaktor PET (abh. von Blattflächenindex) Apr 01. Mai 31. Mai 30. Jun 30. Jul 10

.. Bedeckungsgrad in [%] ausgewählte Parameter zur Pflanzenentwicklung 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 01. Apr 01. Mai 31. Mai 30. Jun 30.

11 Kontrolle / Validierung der Ergebnisse der Bodenfeuchtesimulation 11

12 Tiefe 100cm T-1-1 (100cm) T-1-2 (100cm)

2005 10.12.2005 20.03.2006 28.06.2006 06.10.2006 14.

13 Zusammenfassung? 13

14 14

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