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Found 28 results.

Dreidimensionale Analyse der Porenraumgeometrie strukturierter Böden in Bezug auf die Verteilung von Wasser und Luft mit Hilfe der hochauflösenden myCT

Die Prozesse der Wasser- und Stoffbewegung sowie des Gasaustausches in Böden werdenmaßgeblich durch das an die Bodenstruktur gebundene Porensystem gesteuert. Die Funktionalität des Porensystems beruht hierbei sowohl auf den Anteilen unterschiedlicher Porengrößen als auch auf der Geometrie des Porenraumes. Während die Porengrößenverteilung mit bodenphysikalischen Standardmethoden unter der Annahme von Kapillarität quantifizierbar ist, lassen sich die realen Porenformen in ihrer räumlichen Anordnung (u.a. Kontinuität, Bottlenecks, Konnektivität, Tortuosität) nur durch optische Verfahren erschließen. Die präferentiellen Fließwege der Makro- und Grobporen (größer als 50 mym) wurden bereits in zahlreichen Studien in 2D und 3D analysiert. Für die mittleren Porengrößen (0,2 - 50 mym) mit hoher ökologischer Wirksamkeit in ungesättigten Böden liegen jedoch kaum morphologische Informationen vor. In diesem Projekt sollen die Verfahren der Kunstharzeinbettung und der Mikrofokus- Computertomographie (myCT) für eine qualitative und quantitative räumliche Analyse des Porensystems in verbesserter hoher Auflösung (bis zu 1 mym) eingesetzt werden. Die Darstellung der mittleren Porengrößen wird mit der neuesten hochauflösenden Technik der myCT bei gleichzeitiger Differenzierung von Matrix, Wasser und Luft realisiert. Die zu analysierenden Geometrieparameter unterschiedlicher Porengrößen werden mit den Funktionen der Wasser- und Luftleitfähigkeit korreliert. Die Darstellung der Wasserverteilung in realen Poren bei unterschiedlichem Entwässerungsgrad ermöglicht zudem eine Überprüfung der Kapillartheorie, die als allgemeine Grundlage für Wasserverteilung und Wasserfluss vorausgesetzt wird.

Deformationsabhängige hydraulische Materialfunktionen von Böden

Das Forschungsvorhaben dient der Untersuchung der Auswirkungen von Deformationsprozessen (Quellung/Schrumpfung, mechanische Belastung) auf die hydraulischen Materialeigenschaften von Böden (Wasserretentionsfunktion und hydraulische Leitfähigkeit). Auch die Inkonsistenzen bei der Bestimmung von Wasserretentionsfunktionen, die sich aus der üblichen Vernachlässigung von Quellung und Schrumpfung ergeben, sollen analysiert werden. Unter den 6 Deformationsfreiheitsgraden kommt der Volumenänderung der offensichtlichste Einfluss auf das Wasserretentionsverhalten zu. Auf der Grundlage von Messungen des Wasserretentionsverhaltens unterschiedlich vorverdichteter Proben unter simultaner Erfassung der Probenvolumina wird die Entwicklung parametrisierter Beschreibungsmodelle der Wasserretentionsfunktion j(h, e) in Abhängigkeit von Saugspannung h und Porenziffer e angestrebt. Dabei soll die am weitesten verbreitete Formulierung der Wasserretentionsfunktion nach van Genuchten (1980) durch die Verwendung porenzifferabhängiger Parameter js(e), jr(e), a(e), n(e) und m(e) erweitert werden. In analoger Weise werden ungesättigte hydraulische Leitfähigkeitsfunktionen unter Erfassung des Probenvolumen bestimmt und porenzifferabhängige Erweiterungen ku(h,e) des Beschreibungsmodells nach Mualem (1976a) und van Genuchten (1980) entwickelt.

KMU-innovativ16 ProfiT: Profil-Tensiometer zur Optimierung der Bewässerung in der Landwirtschaft, Teilprojekt 1

KMU-innovativ16 ProfiT: Profil-Tensiometer zur Optimierung der Bewässerung in der Landwirtschaft, Teilprojekt 2

Bestimmung der Speicher- und Durchlässigkeitseigenschaft für die Modellierung der Wasserbewegung in Erdbauwerken

Bei der Bewertung von Infiltrationsvorgängen in Erdbauwerken (Böschungen, Dämme, Deiche) kommt es bei manchen Fragestellungen darauf an, die sich verändernden Druckverhältnisse in ihrer Dynamik zu beschreiben. Bei Teilsättigung, wenn der Porenraum nicht vollständig mit Wasser gefüllt ist, werden das Wasserspeichervermögen und die Wasserdurchlässigkeit eines Bodens maßgeblich vom Sättigungsgrad beeinflusst. Bei der Modellierung teilgesättigter Fließprozesse ist daher die Kenntnis dieser bodenhydraulischen Eigenschaften erforderlich. Die Bestimmung der funktionalen Beziehungen zwischen Wassergehalt und Saugspannung (der sogenannten Wasserspannungskurve oder pF-WG-Kurve) sowie zwischen Durchlässigkeit und Wassergehalt (der so genannten ku-Kurve) ist ziemlich aufwändig. In Ermangelung von Kenngrößen werden entsprechende Parameter aus der Literatur entnommen und im Programm eingesetzt, obwohl diese Werte i.A. an Bodenproben bestimmt wurden, die sich nicht in dem Spannungs-/Verdichtungszustand befinden, der für die untersuchte geotechnische Fragestellung kennzeichnend ist. Zielsetzung dieses Vorhabens ist, einen Versuchstand zu entwickeln, der eine rasche Bestimmung der bodenhydraulischen Eigenschaften an Bodenproben unter verschieden Spannungs-/Verformungszuständen ermöglicht. Im Berichtszeitraum wurden In- und Exfiltrationsexperimente an Bodenproben durchgeführt. Es wurden jeweils fünf hydraulische Belastungsstufen angelegt. Durch die Verdichtung der Probe infolge Auflast wurde das Porenvolumen und seine -größenverteilung beeinflusst, der Anteil Feinporen nahm gegenüber dem der Grobporen zu. Mit zunehmender Verformung infiltriert entsprechend weniger Wasser in die Bodenprobe. Gleichzeitig kann durch den vergrößerten Anteil an Feinporen das Wasser stärker kapillar gebunden werden und die Bodenprobe dräniert erheblich langsamer. Die durchgeführten Versuche bestätigen die Vermutungen zum Einfluss Auflast/Verformung auf die bodenhydraulischen Eigenschaften und unterstreichen die Bedeutung des Verdichtungszustandes bei der Einschätzung der bodenhydraulischen Eigenschaften. Im Verlauf der Versuche wurde deutlich, dass die Interpretation der untersuchten Prozesse eine zuverlässigere Wassergehaltsmessung und generell eine grundlagenorientiertere Vorgehensweise erfordert. Diese Anforderungen sprengen den Rahmen anwendungsorientierter Forschung. Eine Weiterführung der durch dieses FuE-Vorhaben angestoßenen Fragestellungen wird derzeit vom Institut für Boden- und Felsmechanik im Rahmen einer DFG-Forschergruppe erwogen.

Entwicklung eines kapillarrohrbasierten Massivabsorbers für Beton-Fertiggaragen - 2. Phase

Teilvorhaben 3, KLIMZUG-NORD: Strategische Anpassungsansätze zum Klimawandel in der Metropolregion Hamburg - Teilprojekt 3.2: Anpassungsstrategien im Biosphärenreservat Niedersächsische Elbtalaue am Beispiel der Auenlebensräume

Problemstellung: Die Funktionenvielfalt der Auenlandschaft spiegelt sich in dem dichten Beziehungsgeflecht wider, das aus landwirtschaftlichen Interessen, Anforderungen der Hochwasservorsorge, einer touristischen Nutzung und naturschutzfachlichen Belangen geknüpft ist. Insofern ist die grundlegende Fragestellung, wie der derzeit noch häufig sektoral und ressortspezifisch geprägte Umgang mit den Auenlebensräumen im Bezugsraum langfristig auf die klimainduzierten Rahmenbedingungen eingestellt und zu einem klimaangepassten integrierten Flussauenmanagement weiterentwickelt werden kann, außerordentlich praxisrelevant und exemplarisch für komplexe Problemlagen im Umgang mit Kulturlandschaften. Vorgehensweise: Arbeitspaket hydro(geo)logische Folgen des Klimawandels. Die Untersuchungen im Labor- und Feldmaßstab werden durch numerische Simulationsmodelle für den Bodenwasserhaushalt ausgewertet. Auf diesem Wege werden die bodenhydraulischen Funktionen durch inverse Modellierung parametrisiert. Die dabei ermittelten van Genuchten Parameter werden zur bodenhydraulischen Charakterisierung der Standortgegebenheiten benutzt. Es werden anschließend numerische Prognosen des Bodenwasserhaushalts unter den veränderten Klimabedingungen durchgeführt. Für die veränderten Klimabedingungen werden Szenarien entwickelt, die auf bestehenden Klimaprojektionen basieren. Anhand dieser Szenarien kann unabhängig von zur Zeit vorhandenen Projektionen der Einfluss des Klimawandels in größerem Ausmaß untersucht werden. Ergebnisse: Das Modell Wehninger Werder ist weitestgehend kalibriert, Modelläufe und erste Auswertungen des Referenzzeitraums sind erfolgt - Erste Modellläufe mit Klimaszenarien wurden durchgeführt

Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserverfügbarkeit für die Wälder Baden-Württembergs

Die aktuellen Klimaprognosen sagen für weite Teile Baden-Württembergs die Zunahme von Extremwetterlagen und - je nach Standort eine mehr oder weniger starke - Erhöhung des Trockenstressrisikos für Wälder voraus. Um die Auswirkung des sich ändernden Trockenstressrisikos auf Baumwachstum und -vitalität abschätzen zu können, werden Wasserhaushaltsinformationen im kleinräumigen Geländemaßstab benötigt. Die Wasserverfügbarkeit hängt neben den lokalen Witterungsbedingungen von den hydraulischen Bodeneigenschaften und von Dichte, Baumartenmischung und Wurzelraum der Waldbestände ab. Auf lokaler und kleinräumiger Ebene soll die Wasserverfügbarkeit mittels physikalisch basierter Wasserhaushaltsmodelle berechnet werden, in welche diese Standortseigenschaften als Steuergrößen eingehen. Das Trockenstressrisiko, d.h. die Auftretenswahrscheinlichkeit von Wassermangel, wird über statistische Auswertungen aus den modellierten Zeitreihen von Wassergehalten und Saugspannungen abgeleitet. Die Parameter der so ermittelten Häufigkeitsverteilungen von Wasserdefiziten werden durch multiple Regressionsmodelle mit Hilfe kartierter Informationen zu Gelände-, Boden- und Bestandseigenschaften sowie meteorologischen Größen auf größere Landschaften und Regionen übertragen. Letztlich sollen die erstellten Regressionsmodelle verwendet werden, um das Trockenstressrisiko für die gesamten Waldflächen Baden-Württembergs unter den derzeitigen und den für die Zukunft prognostizierten Klimabedingungen abzuschätzen. Die Projektergebnisse sollen Waldbewirtschaftern in Form von Risikokarten zur Verfügung gestellt werden.

Teilprojekt 2: Isotopenuntersuchungen im Stickstoffkreislauf zur Bestimmung von Transport- und Abbauprozessen in der ungesättigten Zone (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation), Teilprojekt 1: Untersuchung und Simulierung von Transport- und Abbauprozessen in der ungesättigten Zone während der periodischen Infiltration gereinigter Abwässer (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)

Das Projekt dient zur Untersuchung und Beschreibung der Prozesse, die während der intermittierenden Infiltration an AGR und SAT-Standorten innerhalb der ungesättigten Zone ablaufen. (AGR- artificial groundwater recharge, SAT - soil aquifer treatment). Orientierend an den Bedingungen der israelischen SAT-Anlage Shafdan sollen die Transport- und Umwandlungsmechanismen organischer Wasserinhaltsstoffe und einzelner Stickstoffverbindungen im Zusammenhang mit den periodischen Schwankungen der Wassergehalte und des Redoxmilieus untersucht werden. a) Untersuchung der Wassergehalte und Saugspannungen und deren Schwankungsbreiten in verschiedenen Tiefen der ungesättigten Zone während der periodischen Infiltrationen b) Untersuchung der Schwankungen der Redoxpotentiale und der Sauerstoffgehalte im Bodenwasser c) Weitergehende Beschaffenheitsuntersuchungen und Analysen des Bodenwassers innerhalb unterschiedlicher Zustände der Wassersättigung d) Aufklärung der wesentlichen Abbaumechanismen der organischen Wasserinhaltsstoffe und der Randbedingungen und Limitationen während der verschiedenen Phasen der intermittierenden Infiltration e) Aufspüren von Optimierungsmöglichkeiten für verbesserten DOC-Abbau, Verhinderung der Manganmobilisierung in tieferen Schichten, Erhalt und Verbesserung der Infiltrationsleistung.

Analyse hydraulisch/dielektrisch gekoppelter Materialeigenschaften mineralischer Böden

Entwicklung neuer Analysemethoden für die Ableitung der gekoppelten, von der Struktur und Textur abhängigen dielektrischen und hydraulischen Materialeigenschaften von mineralischen Böden. Mit neuartigen Versuchseinrichtungen sollen simultan die Wassergehalts-Saugspannungsbeziehung sowie die elektrischen Spektren von Böden in einem breiten Frequenzbereich unter kontrollierten Bedingungen bestimmt werden. Das Gesamtziel besteht in der Ableitung einer Kalibrationsmethodik als Werkzeug, um elektromagnetische Messmethoden optimal an die Messaufgaben in Böden anzupassen.

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