Wasserhaushalt. Physikalische Anforderungen an den Bodenfilter. Dipl.-Ing. Erwin Murer

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1 Wasserhaushalt Physikalische Anforderungen an den Bodenfilter Dipl.-Ing. Erwin Murer

2 Bundesamt für Wasserwirtschaft Institut für Kulturtechnik und Bodenwasserhaushalt Wasserhaushalt - physikalische Anforderungen an den Bodenfilter Erwin Murer Was ist Boden? Bodenwasser Physikalische Kenngrößen Modellrechnung - Sickerwassermenge Zusammenfassung 2

3 Was ist Boden? Boden nach ÖNORM L 1050 Oberster Bereich der Erdkruste, der durch Verwitterung, Um- und Neubildung (natürlich oder anthropogen verändert) entstanden ist und weiter verändert wird. Er besteht aus festen anorganischen (Mineralanteil) und organischen Teilen (Humus und Lebewesen) sowie mit Wasser, den darin gelösten Stoffen, und mit Luft gefüllten Hohlräumen und steht in Wechselwirkung mit Lebewesen. 3

4 Bodenentwicklung Unsere heutigen Böden in Mitteleuropa sind nach der letzten Eiszeit in einem Zeitraum von etwa Jahren entstanden 4

5 BODENTYP Quelle: Österreichische Bodenkundliche Gesellschaft & Umweltbundesamt Böden mit ähnlichen Eigenschaften bzw. im Prinzip gleichem Profilaufbau. 5

6 BODENFUNKTIONEN für Mensch und Umwelt nach M.H. GERZABEK 6

7 Bodenaufbau Oberboden Unterboden Bodenkundliche Bezeichnungen Horizont A Horizont B Horizont C Ausgangsmaterial/ - gestein Bauwirtschaftliche Bezeichnungen Mutterboden oder Humus Zwischenboden oder Erde Untergrund Aus Richtlinie für die sachgerechte Rekultivierung (2009) 7

8 Wasserkreislauf Ziel: Flächen mit ausgeglichenem Wasserhaushalt hohes Wasserspeichervermögen ausreichende Grundwasserneubildung geringer Oberflächenabfluss 8

9 BODEN Wasserspeicher und Transportzone 9

10 Bodenfilter Anforderungen: Stabilität Wasserdurchlässigkeit Pflanzenstandort - Wasserspeicherfähigkeit - Durchwurzelbarkeit - Durchlüftung - Nährstoffversorgung 10

11 Effekte Dichte Proctorversuch ÖNORM B

12 Effekte Durchlässigkeit 12

13 VERDICHTUNGSNEIGUNG Empfindlichkeit des Bodens gegenüber Bodenbelastung - Sackungsverdichtung NIBIS Methode 13

14 WASSERSPEICHERFÄHIGKEIT Ausgedrückt durch die Kennwerte Feldkapazität und nutzbare Feldkapazität im Wurzelraum. Unter Feldkapazität versteht man diejenige Wassermenge, die ein zunächst wassergesättigter Boden nach 2 bis 3 Tagen gegen die Schwerkraft halten kann. Die nutzbare Feldkapazität ist diejenige Wassermenge eines Boden welche für die Kulturpflanzen verfügbar ist. Ist die Wassermenge der Feldkapazität vermindert um die Wassermenge die mit mehr als 15 bar in den Feinporen festgehalten wird (Poren <2µm). 14

15 Wasserspeicherfähigkeit - Feinboden Der Grobboden nimmt an den Speicher- und Austauschvorgängen des Bodens nur unwesentlich Teil, beeinflusst aber durch sein Volumen den Luftund Wasserhaushalt Wasser in den Feinporen ist nicht pflanzenverfügbar

16 Speicherfähigkeit Zusammenhang Feinboden und nutzbarer Feldkapazität nicht überbaubarer Substrate für Baumscheiben (MURER, 2008) nutzbare Feldkapazität in mm/dm % ZTV Vegtra- Mü y = x R 2 = 0.6 D pr = 96% % Feinboden in % 89% 93% 16

17 Speicherfähigkeit gesättigte Wasserdurchlässigkeit in cm/d Zusammenhang Feinboden und gesättigter Wasserdurchlässigkeit nicht überbaubarer Substrate für Baumscheiben (MURER, 2008) D pr = 95% Grenzwert der ZTV (2002) Grenzwert der FLL (2004) y = e x R 2 = Gesättigte Wasserdurchlässigkeit - Kriterium zur Beurteilung von Bodenschadverdichtungen <10 cm /d Feinboden in % 92% 91% 89% 93% aus MURER, 2008

18 Bodenwasserhaushalt Wasserbilanz: N + V + A o,u + W = 0 Niederschlag (N) Abfluss (A) oberirdisch unterirdisch Verdunstung (V pot / akt): Transpiration Evaporation Interseption oberirdischer Abfluss Wasservorratsänderung ( W ) kapillarer Aufstieg Versickerung unterirdischer Abfluss Niederschlag Infiltration Versickerung Grundwasser Neubildung Kapillarsaum Grundwasser Verdunstung Kap. Aufstieg U n g e s ä t t i g t e Z o n e ges. Z 18

19 Modellrechnung Wasserhaushaltsmodell - SIMWASER Stoffverlagerungsmodell STOTRASIM Sickerwasser, Verdunstung und Stoffaustrag (z.b. Nitrat, Chlorid), Variantenstudien Wetter Pflanzen Bewirtschaftung Boden Grundwasser SIMWASER & STOTRASIM Modelle sind an Messergebnissen aus Lysimetern kalibriert! Sickerwasser- und Stickstoffbilanz 19

20 Datengrundlage Wetter: Zeitreihen -Tageswerte Hydrografischer Dienst, ZAMG, eigene Messungen Temperatur, Niederschlag, rel. Luftfeuchtigkeit, Globalstrahlung, Windgeschwindigkeit Fruchtfolgen und Bewirtschaftung: INVEKOS-Daten, Befragung, Annahmen Fruchtart, Anbauzeitpunkt, Erntezeitpunkt, Düngung, Bewässerung Boden: Österreichische Bodenkartierung, Bodenschätzung, Feldaufnahmen Messwerte, Pedotransferfunktionen Speicherfunktion, Durchlässigkeitsfunktion Grundwasser: Hydrografischer Dienst Ganglinien 20

21 Bodenphysikalischen Kennwerte Wasseranteil [Vol %] Wasserspeicherfähigkeit des Bodens, pf Sättigung Feldkapazität pf 1,8 Welkepunkt pf 4,2 schluffiger Lehm 0 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 Druckpotential [hpa] 21

22 Bodenphysikalischen Kennwerte Wasserleitfähigkeit des Bodens, k( ) Hydraulische Leitfähigkeit [mm/tag] Sättigung Feldkapazität pf 1,8 Welkepunkt pf 4,2 1,0E+06 schluffiger Lehm 1,0E m/tag 1,0E+02 1 dm/tag 1,0E+00 1 mm/tag 1,0E-02 1,0E-04 1,0E-06 1,0E-08 1,0E-10 1,0E-12 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 Druckpotential [hpa] 22

23 Wasserhaushalt - Modellrechnung Beispielsrechnung Betrachtungszeitraum: Wetterdaten: Bewuchs: Boden: Bodenart: Linz - Hörsching kurzer Rasen 0-30 cm durchwurzelbare Zone lehmiger Schluff, Humusgehalt: 2% Porenvolumen: 50% Nutzbare Feldkapazität: 17 mm/dm Wasserhaushaltsmodell: SIMWASER Kalibration: Lysimeteranlagen Land OÖ Ergebnis: NIEDERSCHLAG 100% 58% VERDUNSTUNG VERSICKERUNG 42% N 856 V 498 S

24 Zusammenfassung Aus wasserwirtschaftlicher Sicht ist die Funktionsfähigkeit von Bodenfiltern zu beurteilen hinsichtlich: WRG, keine Verschlechterung der Gewässer (WRRL) Ausreichende Grundwasserneubildung in entsprechender Qualität genügende Wasserspeicherfähigkeit gute Infiltrationsfähigkeit und Durchlässigkeit von Wasser geringer Oberflächenabfluss 24

25 Bundesamt für Wasserwirtschaft Institut für Kulturtechnik und Bodenwasserhaushalt Danke für ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Erwin Murer Tel.: 07416/ Fax: 07416/