Übertragbarkeit hydraulischer Eigenschaften aus Laborversuchen auf ein Testlysimeter

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Leonard Berg
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1 Übertragbarkeit hydraulischer Eigenschaften aus Laborversuchen auf ein Testlysimeter Benedikt Scharnagl Sascha Iden Wolfgang Durner Lutz Weihermüller Harry Vereecken Skalenproblematik Der Begriff Mess-Skala vs. Interessenskala Motivation 1? 1

2 Skalenproblematik Der Begriff Lysimeter als geeignete intermediäre Skala Motivation Lysimeters 1 Stechzylinder Laborsäule Hohe Laborsäule Gestochenes Lysimeter 10-4 m 10 - m 10 - m 10-1 m 10 0 m Skalenproblematik Der Begriff representative elementary volume Motivation 1

Skalenproblematik Materialien und Methoden Multi-step Outflow &

3 Der Begriff Konzept: reiner Skalenvergleich Konzept Gliederung Der Begriff Gliederung 1 Motivation Bodenhydraulische Eigenschaften & Skalenproblematik Materialien und Methoden Multi-step Outflow & Inverse Modellierung Lysimeter & Laboratorskala 4 Schlussfolgerungen

4 Laborstand Der Begriff Materialien Lysimeter Der Begriff Materialien 4

5 Der Begriff Teststand Materialien Der Begriff Teststand Materialien 5

6 Der Begriff Teststand Materialien Bous, 004 Füllmaterial: Der Begriff Schluffiger Feinsand Material 6

7 Multi-Step Der Begriff Outflow Methode Transportgleichung Der Begriff Modell 7

8 Zielfunktion Der Begriff Modell Bodenhydraulische Der Begriff Eigenschaften Klassische Parametrisierungen Modell Van Genuchten, WRR, 1980 Vogel und Cislerova, TIPM, 1988 Durner, WRR,

9 Bodenhydraulische Der Begriff Eigenschaften Frei geformte Funktionen Modell Bitterlich, Iden, Durner, Knabner, VZJ, 004 Iden und Durner, WRR, 007 Gliederung Der Begriff Gliederung 1 Motivation Bodenhydraulische Eigenschaften & Skalenproblematik Materialien und Methoden Multi-step Outflow & Inverse Modellierung Lysimeter & Laboratorskala 4 Schlussfolgerungen 9

10 Messungen Der Begriff Labor 1.8 cm Säule Messungen Der Begriff Lysimeter 10

11 Messungen Der Begriff Lysimeter Auswertung Der Begriff Laborskala 1.8 cm Säule, VGM-Modell 11

12 results Auswertung Der Begriff Laborskala 1.8() free-form mit r=10 Auswertung Der Begriff Lysimeterskala VGM - Modell. Bevorzugte Wichtung der Ausflussdaten (σ = ) 1

13 Auswertung Der Begriff Lysimeterskala VGM - Modell. Weniger starke Wichtung der Ausflussdaten (σ = 0.004) Auswertung Der Begriff Lysimeterskala VGM - Modell. Geringe Wichtung der Ausflussdaten (σ = 0.04) 1

14 Auswertung Der Begriff Lysimeterskala VGM - Modell. Sehr geringe Wichtung der Ausflussdaten (σ = 0.4) Auswertung Der Begriff Lysimeterskala free-form mit r=10 14

15 Vergleich Der Begriff soil hydraulic properties Vergleich Der Begriff predictive power 15

16 Vergleich Der Begriff Versuchssetup und -durchführung Testlysimeter Laborsäule Aufsättigung Beregnung von oben Befeuchtung von unten Anfangsbedingung Hydrostatisches Gleichgewicht Quasi-Sättigung Fluid Leitungswasser Entgastes Wasser mit Algizid Temperatur 1 ± 0.5 C 0 ± 1 C Der Begriff Fazit Schlussfolgerungen Das Lysimeterexperiment konnte unter Verwendung von Tensionsdaten und kumulativen Ausflussdaten präzise ausgewertet werden. Die beobachteten Wassergehalte erwiesen sich als unzuverlässig. Die Vorhersage des Lysimeterverhaltens auf Basis einer Pedotransferfunktion für das verwendete Material ergab völlig unbrauchbare Die Vorhersage des Lysimeterverhaltens auf Basis von Labormessungen erbrachte eine sehr ähnliche Ausflussdynamik, überschätzte allerdings das Ausflussvolumen beträchtlich. Diese Unterschiede wurden nicht durch Temperatureffekte oder Oberflächenspannungs- Effekte hervorgerufen. 4 16

17 Der Begriff Konsequenzen Schlussfolgerungen Generell ist die direkte Messung auf der Skala anzustreben, auf der die Messergebnisse eingesetzt werden sollen. Für große Skalen ist dies nur durch inverse Modellierung möglich. Der Einsatz der inversen Simulationstechnik für Freilandsysteme unter Berücksichtigung von Bodenheterogenitäten und Wurzelwasseraufnahme ist derzeit noch Gegenstand der Forschung. 4 Durner, W., U. Jansen, and S.C. Iden (im Druck): Effective Hydraulic Properties of Layered Soils at the Lysimeter Scale Determined by Inverse Modelling, European Journal of Soil Science. 17

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