Messungen zum Wasserhaushalt. Lysimeteranlage der Bundesanstalt für Gewässerkunde in Koblenz-Niederwerth

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1 Referat M2 - Wasserhaushalt, Vorhersagen und Prognosen Messungen zum Wasserhaushalt an der Lysimeteranlage der Bundesanstalt für Gewässerkunde in Koblenz-Niederwerth Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz Postfach Koblenz Tel.: 2 61 / Fax: 2 61 / posteingang@bafg.de Internet: Stand : Seite 1 von 3 Im Jahr 1986 wurde auf dem Versuchsgelände der Bundesanstalt für Gewässerkunde auf der Rheininsel Niederwerth nahe Koblenz eine Lysimeteranlage in Betrieb genoen, ergänzt durch eine meteorologische Messstation. Ziel der Einrichtung ist es, die Kenntnisse über Verdunstungsprozess und Abflussbildung in Abhängigkeit von den meteorologischen Bedingungen und den Eigenschaften des Bodens zu verbessern. Möglichst genaue Verdunstungswerte werden vor allem für Modelle zur Hoch- und Niedrigwasservorhersage sowie für Wasserbilanzrechnungen benötigt. Die Lysimeteranlage besteht aus vier wägbaren und vier nichtwägbaren zylindrischen Behältern von 113 cm Innendurchmesser (1 m² Fläche) und 2 m Höhe, gefertigt aus 1 starkem Stahlblech. Die als Monolithe gewonnenen Bodenkörper sind auf Stahlfilterwannen mit dreifach abgestufter Kiesschüttung gelagert (Typ Friedrich-Franzen). Je ein wägbarer und ein nichtwägbarer Behälter enthalten dieselbe Bodenart. Bei den vier Bodenarten handelt es sich um Auelehm, Lößlehm, Hochflutsand und verlehmten Bims. Die Monolithe wurden im Umkreis von etwa 2 km um den Standort Niederwerth gewonnen. Jeder der vier wägbaren Lysimeterbehälter ist auf einer mechanischen Balkenwaage montiert, die den überwiegenden Teil des Gewichts austariert und die Restlast über eine Untersetzung auf eine elektronische Wägezelle mit DMS - Messsystem überträgt. Dadurch kann die Gewichtsmessung mit einer Auflösung von,1 kg durchgeführt werden. An jedem der acht Behälter wird mit Geräten, wie sie ebenso auch für Niederschlagsmessungen verwendet werden, das austretende Sickerwasser gemessen (Messprinzip Kippwaage). Die Sickerwassermenge wird kontinuierlich über 24 Stunden aufsuiert, der Messwert wird jeweils um h wieder zurückgesetzt. An den vier wägbaren Behältern wird zusätzlich der Überlandabfluss, der bei Starkniederschlägen oder bei nassem oder gefrorenem Boden auftreten kann, in einer Rinne unterhalb des Spaltes zwischen Behälterwand und Kellerdeckenaufsatz aufgefangen und getrennt gesaelt.

2 Die vier nichtwägbaren Behälter befinden sich außerhalb des Messkellers, so dass über mehrjährige Beobachtungsreihen ein möglicher Einfluss der unterschiedlichen Temperaturverhältnisse im Messkeller gegenüber dem umgebenden Erdreich festgestellt werden kann. Schließlich wird mit Hilfe von vier TDR-Sonden (Time Domain Reflectometry, TRIME-Technologie) in einem der wägbaren Behälter die volumetrische Bodenfeuchte in den Tiefen 25 cm, 5 cm, 85 cm und 15 cm gemessen. Die Höhe des Grasbewuchses wird auf ca cm gehalten, um Vergleichbarkeit mit der sog. Grasreferenzverdunstung (Allen, R.G. u.a., 1994) zu erreichen. Abgesehen von regelmäßigem Schnitt und gelegentlicher Düngung des Rasens wird die Pflanzendecke nicht künstlich beeinflusst. Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz Postfach Koblenz Tel.: 2 61 / Fax: 2 61 / posteingang@bafg.de Internet: Stand : Seite 2 von 3 Ergänzend zu den Lysimetermessungen im engeren Sinn werden umfangreiche Messungen zu den meteorologischen Einflussfaktoren auf den Wasserhaushalt durchgeführt. Teils dienen sie als Grundlage für die Verdunstungsbestiung aus dem Lysimetergewicht (Niederschlag), teils zur vergleichenden Untersuchung verschiedener Methoden der Verdunstungsberechnung (Lufttemperatur, Luftfeuchte, Wind, Strahlung, Sonnenscheindauer). Die Erfassung der insgesamt 43 Messgrößen erfolgt durch ein auf einem PC unter Windows installiertes Messwerterfassungsprogra ( Labtech Control ). Die analogen Signale werden direkt am Sensor in digitale Signale umgewandelt und nach RS 485/RS Norm zur seriellen Rechnerschnittstelle übertragen. Die Messkanäle werden in 5 Sekunden-Intervallen abgefragt und zu 1 Minuten- Mittelwerten bzw. -Suen umgeformt. Sämtliche Größen werden unter Berücksichtigung der Kalibrierkonstanten der Messfühler in physikalische Einheiten umgerechnet und in 1 Minuten-Intervallen auf Festplatte gespeichert. Durch ein im Hintergrund aktives Fernsteuerprogra ( pcanywhere ) ist über eine Modemverbindung jederzeit die Kontrolle der Messanlage und die Übertragung der Messdaten möglich. Wasserhaushalt am Standort Koblenz-Niederwerth Für den Zeitraum ab Januar 211 zeigen die Abbildungen 1a-d die monatlichen Niederschlagssuen sowie die Sickerwassersuen der vier wägbaren Monolithe, jeweils ergänzt durch den mittleren Verlauf der Jahresreihe 1996 bis 25. Aus den monatlichen Gewichtsänderungen lässt sich die Ausschöpfung des Bodenwasserspeichers ermitteln. Die Verdunstung ergibt sich als Restglied aus Niederschlag, Sickerwasser, Oberflächenabfluss und Gewichtsände-

3 rung (Abb. 2). Zur Berücksichtigung des systematischen Niederschlagsmessfehlers wird hierfür der Messwert aus Abb. 1 um 1% erhöht. Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz Postfach Koblenz Tel.: 2 61 / Fax: 2 61 / Literatur Deyhle, C. (1995): Die Lysimeteranlage Koblenz-Niederwerth Aufbau, Meßwertverarbeitung und erste Ergebnisse zur Verdunstungsbestiung. DGM 39, H. 2, S posteingang@bafg.de Internet: Stand : Seite 3 von 3 Ansprechpartner / Kontakt C. Deyhle Tel.: 261 / deyhle@bafg.de

4 Lysimeteranlage Koblenz-Niederwerth 4 wägbare und 4 nichtwägbare zylindrische Monolithe, Grasdecke Umfangreiche meteorologische Messungen PC-gestützte kontinuierliche Messwerterfassung und Datenaufbereitung von ca. 5 Parametern seit 1993 Untersuchung des Wasserhaushalts verschiedener Böden Validierung von Modellansätzen für die Wasserstandsvorhersage Auszugsweise Veröffentlichung im IHP/OHP-Jahrbuch

5 Abb. 1a: Messungen am wägbaren Lysimeter L1 Koblenz-Niederwerth - Lehmboden Neuwied - Niederschlag und Sickerwasser ab Januar 211 im Vergleich zum Mittel Siwa(L1wb) Nied(Hell.) Siwa_Mittel(L1wb) Nied_Mittel

6 Abb. 1b: Messungen am wägbaren Lysimeter L2 Koblenz-Niederwerth - Lößboden Mülheim-Kärlich - Niederschlag und Sickerwasser ab Januar 211 im Vergleich zum Mittel Siwa(L2wb) Nied(Hell.) Siwa_Mittel(L2wb) Nied_Mittel

7 Abb. 1c: Messungen am wägbaren Lysimeter L3 Koblenz-Niederwerth - Sandboden Niederwerth - Niederschlag und Sickerwasser ab Januar 211 im Vergleich zum Mittel Siwa(L3wb) Nied(Hell.) Siwa_Mittel(L3wb) Nied_Mittel

8 Abb. 1d: Messungen am wägbaren Lysimeter L4 Koblenz-Niederwerth - Lehmboden Mendig - Niederschlag und Sickerwasser ab Januar 211 im Vergleich zum Mittel Siwa(L4wb) Nied(Hell.) Siwa_Mittel(L4wb) Nied_Mittel

9 Abb. 2a: Messungen am wägbaren Lysimeter L1 Koblenz-Niederwerth - Lehmboden Neuwied - Verdunstung (Nkorr) und Bodenwasserspeicher ab Januar 211 im Vergleich zum Mittel Bodenfeuchteänd.(L1wb) Verd(L1wb) Mittl. Ausschöpfung(L1wb) Akt. Ausschöpfung(L1wb) Verd_Mittel(L1wb)

10 Abb. 2b: Messungen am wägbaren Lysimeter L2 Koblenz-Niederwerth - Lößboden Mülheim-Kärlich - Verdunstung (Nkorr) und Bodenwasserspeicher ab Januar 211 im Vergleich zum Mittel Bodenfeuchteänd.(L2wb) Verd(L2wb) Mittl. Ausschöpfung(L2wb) Akt. Ausschöpfung(L2wb) Verd_Mittel(L2wb)

11 Abb. 2c: Messungen am wägbaren Lysimeter L3 Koblenz-Niederwerth - Sandboden Niederwerth - Verdunstung (Nkorr) und Bodenwasserspeicher ab Januar 211 im Vergleich zum Mittel Bodenfeuchteänd.(L3wb) Verd(L3wb) Mittl. Ausschöpfung(L3wb) Akt. Ausschöpfung(L3wb) Verd_Mittel(L3wb)

12 Abb. 2d: Messungen am wägbaren Lysimeter L4 Koblenz-Niederwerth - Lehmboden Mendig - Verdunstung (Nkorr) und Bodenwasserspeicher ab Januar 211 im Vergleich zum Mittel Bodenfeuchteänd.(L4wb) Verd(L4wb) Mittl. Ausschöpfung(L4wb) Akt. Ausschöpfung(L4wb) Verd_Mittel(L4wb)